CN103090143A - 陶瓷太阳能集热系统中的三通、弯头 - Google Patents

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Abstract

“陶瓷太阳能集热系统中的三通、弯头”涉及陶瓷太阳能集热系统中的三通、弯头的材料、结构、用途和用法，现有三通铸铁快接件和弯头铸铁快接件都没有内台阶即没有管道插入后的限位的内台阶，实际应用时，一旦插入深度比较深，管道会封闭或接近封闭流体的出口，陶瓷太阳板的进出管口外径有一定的误差；采用橡胶材料制造的三通或弯头内部有对汇集管插入深度具有限位作用的内台阶，避免了汇集管插入深度过深的可能性，橡胶材料具有一定的弹性对陶瓷太阳板的进出管口外径、市场采购的用作汇集管的各地、各工厂生产的焊接薄壁不锈钢管的外径尺寸的公差差别具有很好的适应性。

Description

陶瓷太阳能集热系统中的三通、弯头
技术领域
本发明涉及一种太阳能集热系统的管道，涉及太阳能集热系统的三通、弯头，特别涉及陶瓷太阳能集热系统的上下汇集管、上下循环管中的三通、弯头。
背景技术
通常太阳能热水器提供用于洗澡、洗涤的生活热水，常用的管道材料是：PPR、PEX塑料管、XPAP铝塑管、镀锌管、镀锌衬塑管等。
近几年出现的黑瓷复合陶瓷太阳板简称陶瓷太阳板由普通陶瓷基体和表面立体网状黑瓷层组成，立体网状黑瓷层是一种多孔结构，形成阳光陷阱，具有很高的阳光吸收率、优良的高温性能和高温效率，根据原理，阳光吸收率不会衰减，可以实现与建筑一体化、与建筑同寿命；陶瓷太阳板可以在沙漠上建造大规模陶瓷太阳能集热系统，用于发电、淡化海水、苦咸水，变沙漠为耕地。没有白度要求的普通陶瓷是目前已知的成本最低、寿命最长、性能最稳定的工程材料之一，以提钒尾渣为主要原料的钒钛黑瓷是目前已知的成本最低、寿命最长、性能最稳定的太阳能吸收材料；制造一平方米陶瓷太阳板的成本是制造同面积常规太阳能集热体的几分之一到十分之一，能耗是几分之一到几十分之一，使用寿命是几倍到十几倍；经国家太阳能热水器质量监督检验中心检验，陶瓷太阳板的阳光吸收比是0.93，陶瓷太阳能房顶的日得热量是8.6MJ，远高于国家标准规定的7.0MJ。
现在，太阳能热水系统已经发展到与建筑一体化的阶段，这是太阳能发展、建筑发展的必然结果，是两者发展必然的汇合点。现有太阳能热水系统由于材料、结构、成本等原因，难以实现与建筑一体化、与建筑同寿命。
陶瓷太阳能热水系统适合建造陶瓷太阳能房顶，陶瓷太阳能房顶尤其是锚桩结构陶瓷太阳能房顶成本低、寿命长、效率高、结构合理，与普通房顶共用结构层、保温层、防水层，可以符合与建筑一体化的要求，可以实现与建筑同寿命，隔热、保温效果明显好于普通房顶，建造成本十分低廉，其造价正在逐步接近普通常规房顶的造价，同时产出大量热能，可以提供热水、取暖、空调，为使陶瓷太阳能房顶造价尽快接近普通常规房顶的造价，为尽量降低陶瓷太阳能沙漠系统的造价，正在进行不断改进，采用各种新材料、新结构。
陶瓷太阳能房顶以陶瓷太阳板为太阳能集热体，冬天提供暖气、夏天提供空调、四季提供热水，当陶瓷太阳能房顶夏天提供空调时，是以其产出的高温热水开动溴化锂吸收式制冷机，其产出的高温热水经常接近或达到100℃，陶瓷太阳能房顶热水管道比较长、数量多，是陶瓷太阳能房顶的主要组成部分之一，为了使陶瓷太阳能房顶适用于普通民用建筑，必须尽量采用符合高温热水使用要求，成本又很低廉、安装快捷、方便、省工、省钱的管道和连接件。
通常太阳能热水器常用的管道材料PPR、PEX塑料管、XPAP铝塑管、镀锌管、镀锌衬塑管等难以承受高温，传统用于接近100℃开水的铜管、工业用不锈钢管、工业用薄壁不锈钢管价格太高，通常需要掏丝连接安装，效率低，工业用薄壁不锈钢管不但价格高、连接还需要专用工具，采用焊接方法成本更高。
为适合使用100℃开水并且尽量降低管道成本，现有方法之一是采用装饰用焊接薄壁不锈钢管作为管道，采用铸铁快接件作为连接件，如图1所示；参见：2012年9月27日申请的专利号201210364094.1名称“一种太阳能热水系统的管道”专利申请。
此方法可以使管道成本降到相当低的程度，但是铸铁快接件中的三通铸铁快接件和弯头铸铁快接件存在以下缺点：
1、所有的三通铸铁快接件和弯头铸铁快接件都没有内台阶即没有管道插入后的限位的内台阶，实际应用时，太阳能集热体或者陶瓷太阳板的尺度远远大于三通铸铁快接件和弯头铸铁快接件的尺度，管道插入三通铸铁快接件和弯头铸铁快接件的深度从外面是看不见的，实际操作时不容易掌握，一旦插入深度比较深，管道会封闭或接近封闭流体的出口，如图2、图3所示。
2、市场采购的各地、各工厂生产的装饰用焊接薄壁不锈钢管的外径尺寸公差有比较大的差别，市场采购到的三通铸铁快接件和弯头铸铁快接件难以全面适应，三通铸铁快接件和弯头铸铁快接件橡胶密封圈变形量有一定限度，有的情况下会影响长期密封可靠性。
3、陶瓷太阳能集热系统中的陶瓷太阳板进出管口外径有一定规格要求，陶瓷太阳能集热系统中陶瓷太阳板呈纵列安装，陶瓷太阳能集热系统中的汇集管横向安装，横向上下汇集管上有很多三通铸铁快接件进出口与很多陶瓷太阳板纵列连接，如图1、图7所示，所以对比较大型的陶瓷太阳能集热系统横向上下汇集管来说，汇集管的直径大于陶瓷太阳板进出管口的直径，系统越大差别越大，需要各种变径三通和弯头，目前生产销售的三通铸铁快接件和弯头铸铁快接件没有变径三通和弯头，通常是等径三通和弯头，这就需要采用各种标准件和过渡性短管将等径三通和弯头组合为变径三通和弯头，如图2、图3所示，在实际使用时，比较麻烦，影响安装效率。
4、各工厂生产的陶瓷太阳板的进出管口外径虽然有一定规格要求，但是陶瓷产品是烧成制品，烧成过程中有收缩，由于不同批次、不同时期的陶瓷原料的成分有波动，收缩量也有所不同，陶瓷制品的硬度很高，一般为莫氏硬度7，只能用金刚石砂轮磨削加工，陶瓷太阳板的进出管口与中空陶瓷太阳板为一体，难以进行金刚石砂轮磨削加工，目前一般外径只能控制在25毫米左右，直径和不圆度都有一定误差，表面也有一定的粗糙度，所以与其联通的管道必须采用有弹性的橡胶管，如果与汇集管联通的三通和弯头本身是橡胶制品，必将更进一步简化装置、提高安装效率。
发明目的：
本发明的目的是根据陶瓷太阳能系统的实际使用要求，经过调研、了解、分析、判断、试验，采用耐老化的橡胶材料和新的设计，制造、使用具有限位内台阶的、对管道外径具有更大适应性的各种规格变径三通和弯头。以改进连接方法，提高施工效率，减轻劳动强度，降低太阳能系统和陶瓷太阳能系统的建造成本。
本发明是这样实现的：
陶瓷太阳能集热系统中的陶瓷太阳板是纵列安装，上下汇集管是横向安装，汇集管上有三通或弯头与陶瓷太阳板纵列连接，如图1、图8所示，汇集管上的三通或弯头是采用橡胶材料制造的；三通或弯头内部有对汇集管插入深度具有限位作用的内台阶；三通或弯头是变径的或等径的，即三通或弯头的进出口的直径是不同的或相同的；如图4、图5、图8所示，三通或弯头与汇集管或与陶瓷太阳板进出管口采用管箍收紧结合，管箍收紧结合部位的三通或弯头的外径小于其相邻部位的外径，橡胶材料制造的三通或弯头与陶瓷太阳板进出管口可以直接联通，三通或弯头与陶瓷太阳板进出管口之间可以没有过渡管。
所述陶瓷太阳板是一种太阳能集热体。
所述的太阳能集热系统是陶瓷太阳能房顶或用于沙漠发电的陶瓷太阳能集热系统或用于沙漠淡化海水、苦咸水的陶瓷太阳能集热系统。
所述橡胶材料是指硅橡胶、三元乙丙橡胶、氯化丁基橡胶、氟橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶。
所述三通或弯头内部有对汇集管插入深度具有限位作用的内台阶的高度是0.5至5毫米。
所述汇集管是装饰用焊接薄壁不锈钢管，壁厚0.5-1.2毫米。
所述三通或弯头与汇集管的结合采用管箍。
所述管箍是钢丝管箍，如图4、图5、图6、图7、图8所示。
所述管箍收紧结合部位的三通或弯头的外径小于其他部位的外径1至10毫米，如图4、图5所示。
由于三通或弯头是采用橡胶材料制造的，具有一定的弹性和比较好的适应性，可以主要采用以下尺寸：
1、橡胶三通或弯头最大壁厚5-8毫米，与汇集管联通口的内径是54-58毫米，与陶瓷太阳板的进出管口联通口的内径是23-27毫米，对汇集管插入深度具有限位作用的内台阶的高度是1-4毫米，管箍收紧结合部位的三通或弯头的外径小于其他部位的外径2-6毫米。
2、橡胶三通或弯头最大壁厚5-7毫米，与汇集管联通口的内径是42-46毫米，与陶瓷太阳板的进出管口联通口的内径是23-27毫米，对汇集管插入深度具有限位作用的内台阶的高度是1-4毫米，管箍收紧结合部位的三通或弯头的外径小于其他部位的外径2-6毫米。
3、橡胶三通或弯头最大壁厚4-7毫米，与汇集管联通口的内径是28-34毫米，与陶瓷太阳板的进出管口联通口的内径是23-27毫米，对汇集管插入深度具有限位作用的内台阶的高度是1-3毫米，管箍收紧结合部位的三通或弯头的外径小于其他部位的外径2-4毫米。
4、橡胶三通或弯头最大壁厚4-7毫米，与汇集管联通口的内径是23-27毫米，与陶瓷太阳板的进出管口联通口的内径是23-27毫米，对汇集管插入深度具有限位作用的内台阶的高度是1-3毫米，管箍收紧结合部位的三通或弯头的外径小于其他部位的外径2-4毫米。
由于采用橡胶材料制造的三通或弯头内部有对汇集管插入深度具有限位作用的内台阶，避免了汇集管插入深度过深的可能性，使汇集管不会封闭或接近封闭流体的出口。采用橡胶材料制造三通或弯头，由于橡胶材料具有一定的弹性对市场采购的各地、各工厂生产的装饰用焊接薄壁不锈钢管的外径尺寸的公差差别具有很好的适应性，橡胶材料制造的三通或弯头可以直接与陶瓷太阳板进出管口连接，不需要通过短管过渡，减少了零件，降低了渗、漏几率，橡胶材料制造的三通或弯头用模具一次制造，制造比较容易，可以制造各种等径和变径的三通或弯头，减轻了安装的劳动强度，提高了安装效率。
由于与汇集管联通的三通和弯头本身是橡胶制品，可以一次成型制造，更进一步简化了结构、提高了安装效率。
附图说明：
图1中上半部分表示陶瓷太阳能集热系统中的一种典型模式，即陶瓷太阳能房顶及其管道，其中陶瓷太阳板是规格化产品，陶瓷太阳板采用纵向连接，汇集管采用横向布置，汇集管是装饰用焊接薄壁不锈钢管，汇集管上与陶瓷太阳板纵列相连接的三通和弯头是铸铁三通快接件或铸铁弯头快接件。
图2表示图1中的铸铁三通快接件的放大图，由于陶瓷太阳能集热系统多是大型系统，上下汇集管要为许多列陶瓷太阳板纵列提供流体，所述流体一般是水，汇集管的直径通常大于陶瓷太阳板的进出管口的直径，由大直径的汇集管联通到小直径的陶瓷太阳板的进出管口，需要多件标准件或专门制造的零件完成过渡。
图3表示图1中的铸铁三通快接件中汇集管插入过深时的放大图，由于铸铁三通快接件中没有内台阶即没有管道插入后的限位的内台阶，实际应用时，太阳能集热体或者陶瓷太阳板的尺度远远大于三通铸铁快接件和弯头铸铁快接件的尺度，管道插入的深度很难掌握，管道插入三通铸铁快接件或弯头铸铁快接件的深度从外面是看不见的，一旦插入深度比较深，管道会封闭或接近封闭流体的出口，即堵住了流体进入陶瓷太阳板纵列的通道。
图4表示采用橡胶材料制造的具有限位作用内台阶，可用钢丝管箍收紧结合部位，结合部位的外径小于其他部位外径的变径三通。
图5表示采用橡胶材料制造的具有限位作用内台阶，可用钢丝管箍收紧结合部位，结合部位的外径小于其他部位外径的变径弯头
图6表示钢丝管箍。
图7是图6的俯视图。
图8表示陶瓷太阳板纵列和汇集管，汇集管通过上述橡胶材料制造的变径三通和弯头与陶瓷太阳板纵列联通，橡胶材料制造的三通或弯头直接与陶瓷太阳板进出管口连接，不需要通过短管过渡，减少了零件，降低了渗、漏几率。
图中标记的说明：
1、黑瓷复合陶瓷太阳板简称陶瓷太阳板 2、弯头铸铁快接件 3、上汇集管 4、三通铸铁快接件 5、放在陶瓷太阳能集热系统的陶瓷太阳板上的温度传感器 6、三通铸铁快接件 7、进、排气浮阀 8、下循环管 9、直通铸铁快接件 10、控制器 11、水箱温度传感器 12、保温水箱 13、热水加热自来水的热水器 14、热水加热自来水的板式换热器 15、室内供热水水泵 16房顶循环水泵 17、溴化锂吸收式制冷机或溴化锂吸收式制冷机的进出管口18、暖气片或地暖 19、上循环管 20、下汇集管 21、硅橡胶管 22、管箍 23、陶瓷太阳板进出管口 24、三通铸铁快接件的螺帽 25、三通铸铁快接件的简体 26、汇集管管道27、硅橡胶密封圈 28、三通铸铁快接件 29、具有螺纹的大直径过渡短管 30、变径管接头 31、具有螺纹的小直径过渡短管 32、橡胶三通 33、橡胶三通或弯头的限位内台阶 34、钢丝箍 35、橡胶弯头 36、钢丝箍的上紧螺栓 37、钢丝箍的钢丝 ↑↓表示进入热水器13或换热器14的冷自来水经过加热，出来的是具有自来水压力的热自来水。
具体实施例：
1、农民住宅，斜房顶面积80平方米，采用70平方米陶瓷太阳板建造陶瓷太阳能房顶，水箱容量2100升，上下汇集管采用外径32毫米，内径30.5毫米，即壁厚0.75毫米的装饰用焊接薄壁不锈钢管，陶瓷太阳板的进出管口外径为25毫米，误差0.6毫米；硅橡胶三通或弯头与汇集管联通口的内径是31毫米，与陶瓷太阳板的进出管口联通口的内径是24毫米，对汇集管插入深度具有限位作用的内台阶的高度是2毫米，管箍收紧结合部位的三通或弯头的外径小于其他部位的外径3毫米，均采用钢丝箍固定和密封。
2、别墅，斜房顶面积200平方米，采用180平方米陶瓷太阳板建造陶瓷太阳能房顶，水箱容量5500升，上循环管和汇集管采用外径57毫米，内径55毫米，即壁厚1.0毫米的装饰用焊接薄壁不锈钢管，陶瓷太阳板的进出管口外径为25毫米，误差0.6毫米；三元乙丙橡胶三通或弯头与汇集管联通口的内径是55毫米，与陶瓷太阳板的进出管口联通口的内径是24毫米，对汇集管插入深度具有限位作用的内台阶的高度是3毫米，管箍收紧结合部位的三通或弯头的外径小于其他部位的外径4毫米，均采用钢丝箍固定和密封。

Claims (7)

1.一种陶瓷太阳能集热系统中的三通、弯头，其特征在于陶瓷太阳能集热系统中的陶瓷太阳板是纵列安装，上下汇集管是横向安装，汇集管上有三通或弯头与陶瓷太阳板纵列连接，汇集管上的三通或弯头是采用橡胶材料制造的；三通或弯头内部有对汇集管插入深度具有限位作用的内台阶；三通或弯头是变径的或等径的，即三通或弯头的进出口的直径是不同的或相同的，三通或弯头与汇集管或与陶瓷太阳板进出管口采用管箍收紧结合，管箍收紧结合部位的三通或弯头的外径小于其相邻部位的外径。
2.根据权利要求1所述的陶瓷太阳能集热系统中的三通、弯头，其特征在于所述的陶瓷太阳能集热系统是陶瓷太阳能房顶或用于沙漠发电的陶瓷太阳能集热系统或用于沙漠淡化海水、苦咸水的陶瓷太阳能集热系统。
3.根据权利要求1所述的陶瓷太阳能集热系统中的三通、弯头，其特征在于所述的橡胶材料是指硅橡胶、三元乙丙橡胶、氯化丁基橡胶、氟橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶。
4.根据权利要求1所述的陶瓷太阳能集热系统中的三通、弯头，其特征在于所述的三通或弯头内部有对汇集管插入深度具有限位作用的内台阶，内台阶的高度是0.5至5毫米。
5.根据权利要求1所述的陶瓷太阳能集热系统中的三通、弯头，其特征在于所述的汇集管是装饰用焊接薄壁不锈钢管，壁厚0.5-1.2毫米。
6.根据权利要求1所述的陶瓷太阳能集热系统中的三通、弯头，其特征在于所述的管箍收紧结合部位的三通或弯头的外径小于其他部位的外径1至10毫米。
7.根据权利要求1所述的陶瓷太阳能集热系统中的三通、弯头，其特征在于所述的管箍是钢丝管箍。
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