CN104792032A - 玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器，有一个外为玻璃内为金属的双层球壳，夹壁间排成真空，上有排气嘴的保护帽，内有排量球，下有外锥颈，且插于锥筒中，颈口以螺旋封塞封闭，封塞端面上有三个通孔。上端面的两个通孔与供、排水管连接，余为排水垢孔，下端面的通孔口沿上各有一个插封管，周边有四个导柱，且插于连接盘的插封管接头及导孔中。本发明能双向跟踪太阳的周日视、周年视运动，跟踪精确，无运动件，不需维修；在周年视运动中，集热球的北半球能截获半年昼长所提供的太阳能；能将一日所获得的热水全部排出使用；能安装于楼顶、墙壁或地面；能与快热式电（气）热水器串联使用；水垢能贮存于颈管内，可定期排放。

Description

玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器

技术领域

本发明涉及一种太阳能热利用装置，尤其是一种玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器。

背景技术

中国专利公开了一种《玻璃真空太阳能集热球热水器》（专利号ZL200410026080·4）的发明专利。图1即其集热球的结构。

集热球有一个由外玻壳1与内玻壳2所封接成的球形双层外壳，双层外壳之内有一个玻璃球壳形的排量器4。外玻壳1的下端有一个开口的锥颈，内玻壳2的下端有一个开口的直颈，采用结晶型焊料玻璃将两个颈口封接成一个颈口。内玻壳2的顶端有一个封闭的锥管，外玻壳1的顶端有一个具通孔的锥管，其通孔用以封接排气管，两个锥管的夹壁间装有支架3。双层外壳的夹壁间排成真空。外玻壳1的内表面镀有选择性增透膜。内玻壳的外表面镀有选择性吸收膜。两个锥管及两个颈的夹壁间都蒸有吸气剂。外玻壳1、内玻壳2及排量器4，均由上、下二个半球形玻壳封接构成，外坡壳1采用熔块间接封接，内玻壳2及排量器4均采用火头封接。排量器4的一端有一个具通孔的柄，过通孔系有连接索5，将排量器4与连杆6上有U型接头的一端连接，连杆6上有螺纹的一端，穿过塞封在颈口内的软塞7上的中心通孔，上定位板8上的中心通孔，戴上平垫，用六角螺母紧固。有弧形弯的出水管9及直形的给水管10，分别穿过软塞7、上定位板8两个件的中心通孔两侧的通孔后，各露出70mm于上定位板8之外；在内玻壳2内，出水管9的上端插在内玻壳2的封闭锥管之内，给水管10的上端与软塞7的上端面齐平。给入或排出集热球的水11贮存于内玻壳2与排量器4的夹壁间。

从集热球的结构看，存在如下缺点：

1、在图1中，接自来水管于给水管10，接阀门于出水管9，打开阀门，自来水可将内玻壳2内所贮满的水11全部顶出；同时也充满内玻壳2。关闭阀门，给、出水同时停止。此即上顶水的结构及其使用工况。上顶水热水器的重要特征，是其安装位置可以高于、等于或低于用户，用后无需耗时上水。给给水管10并联两个阀门，其中任意一个接自来水管，出水管9作大气出、入管使用。关闭未接自来水管的阀门，打开已接自来水管的阀门，可给内玻壳2内将水充满，关闭已接自来水管的阀门，打开未接自来水管的阀门，可将内玻壳2内的水落尽。此即下落水的结构及其使用工况。下落水热水器的安装位置只能高于用户，用后尚需耗时上水。

当集热球在上顶水工况下使用时，内玻壳2内处于承受自来水压的状态，在最低限度内应能承担设计寿命内的计算压力Pc。Pc应等于内玻壳2对自来水的承压额定值0.7Mpa，加因内玻壳2的外表面处于真空状态，其内表面所增加的压力值0.1013Mpa，再加当内玻壳2的内径Di=1000mm（以此值为例）时，所贮水11的重力及排量器4的重力共同形成的最大静压力值0.0104Mpa的三者之和，即Pc=0.812Mpa。当集热球在下落水工况使用时，其计算压力Pc′=0.812－0.7=0.112Mpa，取内玻壳2的材料断裂强度为34.323Mpa，许用应力[σ]=11.441Mpa，封接接头系数φ=0.9后，即可对内玻壳2在两种不同工况下的内压球壳的计算壁厚δ进行复核。右式：δ=PcDi/4[σ]^tφ-Pc为公知地计算壁厚δ的公式。以δ₁及δ₂分别表示在上顶水及下落水两种不能工况使用时的计算壁厚，经复核可知：δ₁≥20.11mm、δ₂≥2.73mm。δ₁≥20.11mm，这表明如此厚的内玻壳2其热阻及成本均不可取。δ₂≥2.73mm，表明内玻壳2用于下落水使用完全可行。但对玻璃真空太阳能集热球热水器来说：失去了上顶水，就失去了在安装位置上的宽松性。另外，还会影响到本次专利申请排除水垢及太阳能与电（气）能互补使用的实现。

2、如图1所示， “给水管10的上端与软塞7的上端面齐平”。软塞7的上端面是一个水垢沉积之处，当给水管10在给、出水时，都会携带水垢影响水质、堵塞管道及喷头。

3、如图1所示，“排量器4的一端有一个具通孔的柄，过通孔系有连接索5，将排量器4与连杆6上有U型接头的一端连接”。这种连接结构不能将排量器4固定，这会给包装工作造成麻烦；并提高包装成本。

4、从图1中可以看出，当集热球运行于上顶水工况，且水11为热水，出水管9内热、外冷的水的流动方向总是逆向而流，特别在冷水的水位升高过半后，出水管9的下半段即成为一段逆流换热管，这会明显降低所出热水的温度。

5、如图1所示， “……塞封在颈口内的软塞7……”，这是说颈口是以软塞7塞封的。对塞封下落水结构的颈口来说，显然是可行的，因为内玻壳2内的最大静压力仅为0.0104Mpa。对塞封上顶水结构的颈口来说，显然是不可行的，因为内玻壳2内的计算压力Pc=0.812Mpa。

6、如前文所述：“外玻壳1采用熔块间接封接”。这种封接，其封接沿应有宽于玻壳壁厚的封接边。不然，则容易造成失稳性的损坏。

7、如图1所示，外玻壳1的锥管顶端有一个排气封接后的排气咀。其上，缺少一个保护帽。

发明内容

本发明旨在克服集热球的上述缺点，提供一种更新的玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器。

一种玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器，是由玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球（下称集热球）与立柱支撑或悬臂支撑支装配而成，其特征是：

a 太阳能集热球有外为玻璃球壳、内为金属球壳，在同心、同轴的条件下所封接成的一个双层球壳；制造玻璃球壳所用料的热膨胀系数小于封接环的差不能超过5%，金属球壳用料为铁素体不锈钢0Cr13；双层球壳各以上、下两个半球壳封接构成，玻璃球壳的两个半球壳的口沿上各有一个外翻的封接边，采用熔块作间接封接；金属球壳的两个半球的口沿为平口沿，采用氩弧焊封接；在金属球壳、玻璃球壳的顶端各有一个内、外锥管，且有一段曲率半径为r的弧将金属球壳、玻璃球壳与内、外锥管连接，在外锥管及其顶端的排气嘴上，一并覆盖有保护帽，且粘结在玻璃球壳上，内锥管的外壁上套装有夹壁支架，支撑在内、外锥管的夹壁间，内、外锥管夹壁的表面上蒸有吸气剂膜，在玻璃球壳的底部有开口的外锥颈，在金属球壳的底部有一段开口的内锥颈且连接有一段开口的直颈所构成的颈管，在内锥颈、外锥颈与金属球壳、玻璃球壳之间，亦各以一段曲率半径为r的弧将其连接；在金属球壳的外表面上镀有选择性吸收涂层,在内直颈的内壁上封接有与螺旋封塞相啮合的内螺纹环，其外形为圆柱形，内腔为二阶圆台形，自下至上，一阶内腔的壁面上有螺纹，二阶内腔的壁面上有O型密封圈槽，且装有1＃O型密封圈；在颈管的外壁面及外锥颈的内壁面上亦蒸有吸气剂膜，在穿出外锥颈的颈管的口沿上套封有用料合金的封接环，在外锥颈的端面与封接环的环形面之间及上、下封接边的端面之间均垫有熔块；双层球壳的夹壁间排空至5×10^-2Pa（3.57×10^-4Torr）；

在双层球壳之内，装有用料为0Cr13的排量球，排量球亦为两个半球壳封接构成，以排量球的轴线在其表面上所通过的两个点为圆心，开有两个外翻成焊边的通孔，排水管穿过两个通孔，且封接于两个焊边上；排水管露出排量球的短段端上，焊接有一个管端支架，且向上插于内锥管内；排水管露出排量球的长段上穿有垫管，且焊接于其上，用于套装供水管的管头总成，长段端封接有螺纹管上接头，螺纹管上接头内装有2＃O型密封圈，用于与螺旋封塞中心所热镶的螺纹管下接头相紧固；

供水管由管头总成、不等臂的直角管、有O型密封圈槽的压封管上接头及3＃O型密封圈构成，管头总成有内管壁、外管壁及环形底、环形盖，环形底封接于内管壁的下口沿向上的2～3mm处，连接于外管壁的下口沿，外管壁的上口沿外翻成平口沿，平口沿比内管壁的高度低4mm，环形盖的内口沿封接于内管壁上口沿向下的2～3mm处，环形盖的外径小于平口沿的外径，在环形盖的周边匀布的三处，有与平口沿上、下对应的六个通孔，上、下通孔之间，有以铆钉铆固的三枚等厚的垫圈，垫圈垫开有间隙，在外管壁高的1/3处，开有其长横置的曲面通孔，曲面通孔与直角管短臂端上的旋转剖开面相封接，其旋转半径与外管壁的半径相等；在封接时的相互位置是：直角管长臂的轴线与管头总成的轴线相平行，直角管短臂的轴线与管头总成的直径相垂直，直角管的长臂端封接有3＃O型密封圈的压封管上接头，用于与热镶在螺旋封塞上的压封管下接头相紧固；

螺旋封塞的用料为鳞片玻璃增强的环氧树脂，外形为三阶圆台形，一、三阶的侧壁皆为光面，二阶侧壁热镶有内、外壁皆具螺纹的双面螺纹环；螺旋封塞上端面的直径上有三个垂直于端面的通孔，中心通孔内热镶有螺纹管下接头，一侧的通孔内热镶有压封管下接头，另一侧的通孔为排水垢孔；螺旋封塞下端面三个通孔的口沿上，各有一个插封管，用于与下一部件中的组件连接盘上的三个插封管接头相插封，在下端面上，与三个通孔所在直径成45°、135°夹角的这两条直径，又与以螺旋封塞的圆心为圆心，以其半径的9/11为半径的圆周所相交的四个交点上各有一个导柱，用于插入连接盘的四个导孔中。

将金属球壳及排量球（25）上A—B线以上、C—D线以下、E—F线以上三处的用料均换为搪瓷专用钢板， A—B、C—D、E—F亦即搪瓷专用钢板与0Cr13的封接线；自A—B线以下7mm向上、C—D线以上7mm向下、E—F线以下7mm向上，以及排量球的表面上均涂烧有搪瓷；或者，将搪瓷专用钢板更换为16MnCu，将涂烧搪瓷更换为防腐蚀涂层聚苯硫醚；

b 立柱支撑的用料为常用普通低合金钢16MnCu，立柱支撑的上端有一个截头圆锥形，大口径端向上，口沿外翻且套有一个橡胶圈，用以承接集热球的锥筒，锥筒之下，焊接有一个圆筒形的立柱，在立柱高460mm处，有一个用于装配排垢阀的通孔，其周边有三个匀布的螺纹通孔，在三个螺纹通孔之外，有用于装配保护盒的四个螺纹通孔，保护盒形状为为长方形，四个口沿外翻成边，边下垫有橡胶框，四个角上各有一个通孔，其位置与立柱壁上装配保护盒的四个螺纹通孔相对应，立柱下端焊接有一个与其安装的地脚螺栓能相匹配的法兰底盘，立柱与法兰底盘的夹角之间焊接有八个匀布的补强三角，相邻的补强三角之间各有一个与地脚螺栓相对应的通孔；

锥筒的内壁上焊接有一个定位环，其高在锥筒高的59/141处，锥筒的轴线垂直于定位环的圆心，连接盘下表面上的止口台嵌装在定位环内；在定位环与连接盘的内、外周边上，上、下对应各有六个匀布的有台通孔与螺纹通孔，以六枚内六角螺钉将定位环和连接盘紧固，在连接盘上有四个通透的导孔及三个用料为0Cr13的热镶的插封管接头，插封管接头内各装有一个4＃O型密封圈、插封管接头插接口均齐平于连接盘的上表面、插封管接头套接口均长出连接盘的下表面，四个导孔、三个插封管接头的位置分别与螺旋封塞上的四个导柱、三个插封管的位置相对应，在三个插封管接头中，居中的一个用于排水，居两侧的两个分别用于供水及排水垢，在三个插封管接头的套接口上各套接有一支铝塑管，并以管箍轧固，作供、排水使用的两支铝塑管的长度比立柱的下口沿长出100mm；作排水垢使用的铝塑管的长度比立柱的下口沿要短430mm， 与排水垢的铝塑管出口端相连接的是一个用料为0Cr13的排垢阀，排垢阀管为圆管形，上端有一段截头锥管，在截头锥管的大端向下1～2mm处，套焊有一个下管法兰，其套焊方向是下管法兰的盘面向上，与下管法兰相配用的上管法兰的盘面的内孔内有锥套，上管法兰的管中穿入排水垢的铝塑管的管端，且穿套于截头锥管上，以六角头螺栓将上管法兰与下管法兰相紧固，夹固铝塑管的管端于截头锥管与锥套的间隙间，排垢阀管的管壁上套焊有一个内孔为椭圆通孔的法兰盘，椭圆通孔的长轴与排垢阀管的轴线之间的夹角为55°，椭圆通孔的中心在排垢阀管的轴线上，椭圆中心距排垢阀管下端的长为排垢阀管全长的1/3，法兰盘周边有三个螺纹通孔，其位置与立柱壁上的三个螺栓通孔相对应，在排垢阀管的下端有推转卡口，排垢阀管下端的管口装入一个有轴且具5＃O型密封圈的推拉封塞，与轴的轴线相垂直的通孔中装有杆状手柄，在手柄与封塞之间，与轴的轴线相垂直的通孔中，装有卡杆，将排垢阀管装入封塞的一端经用于装配排垢阀的通孔穿出立柱的壁外，以三枚六角头螺栓将法兰盘紧固于立柱的内壁上；保护盒垫橡胶框，以四枚半圆头螺钉将其紧固于立柱的外壁上。

立柱（56）内的空间及外锥颈（18）与锥筒（55）的夹壁间均充有聚氨酯（75）。

c 悬臂支撑的用料为常用普通低合金钢16MnCu，悬臂的形状为一截头圆锥形锥筒，悬臂的小端焊接在有底锥筒侧壁的通孔上，悬臂的大端焊接在一个敷壁盘的通孔口沿之外的平面上，敷壁盘为竖置长方形，四边向后翻90°，正面周边有平面边框，边框四角各有一个通孔，通孔背面各焊有一个垫块，垫块上的通孔与敷壁盘四角上的通孔同心且同径，敷壁盘的边框之内凸起，凸起圆面积的圆心在其竖中线高的1/3处，凸起最高处的圆形平面上有一个通孔，其直径小于悬臂大端的直径，在通孔与悬臂的大端相同心的位置上，将二者焊接为一体，悬臂的轴线与敷壁盘的中线相垂直；敷壁盘的中线与有底锥筒的轴线相平行。

悬臂内的空间及外锥颈与有底锥筒的夹壁间均充有聚氨酯。

本发明的优点及产生的有益效果：

1、玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器，不会因其在安装中的方位失正，或倾角不当而造成长期损失每天所应获得的热水量。

2、玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器，对作周日视、周年视运动的太阳都能双向跟踪，跟踪精确，无运动件，不需维修，其截光率≥98%。特别是以集热球与立柱支撑所装配成的玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器，即是在始于春分，经夏至，止于秋分的这半年中，集热球的北半球仍能照常获得由昼长所提供的太阳能。

3、应用集热球与立柱支撑及悬臂支撑可以分别装配成三种安装位置不同的玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器，与立柱支撑装配成的可以安装于楼顶或地面，与悬臂装配成的可以安装于墙壁，安装地点异常宽松。

4、玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器，其中所充的冷水在加热后，可以全部作为生活用水排出使用，热水获得率为100%。

5、玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器的供、排水的流速与快热式电（或气）热水器换热所需水的流速很容易调节一致。将二者串联使用，这可以争取将太阳能所加热的水温不足的水用至最大值；使补充能量（电或气）用得恰如其分。这种能源互补的用法，不仅在任何时候还都能获得所需温度的热水，对节能减排还有更进一步的效果。

6、玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器的供、排水管，可以通过墙壁或地下迳入用户，提高了抗冻能力。

7、集热球的颈管内所积贮的水垢可定期排放；水垢排放管道的入口直径小于其出口直径；排垢阀与管道连接处的内径与管道内径相等;可藉上顶水结构中的自来水将水垢冲排干净。

8、本发明中：改内玻壳为金属内壳，其热阻小，承压安全，适用于上顶水工况使用。加长了内壳的颈管，水垢有了储存之处。升高了供水管管头总成的位置（出水口的所在处），管头总成所射出的冷水既不复冲击水垢使其到处悬浮，又不再与热水混合。设置了专用地排水垢的管道及排垢阀，可以定期排放水垢。改弧形出水管为直形排水管，且穿过排量球与其封接，这不仅减少了热水排出时的逆流换热量；同时，也固定了排量球的位置。改软塞为螺旋封塞，既对0.812Mpa的压力可以安全承载，又能简易、稳固地将集热球与其支撑装配、连接为一体。给外壳上、下两个间接封接口沿上均添补了封接边，这可使集热球不再发生失稳性的损坏。给排气嘴及其所在的外锥管上添补保护帽，这可以避免因排气嘴的破损所造成集热球的失效。

附图说明：

图1是玻璃真空太阳能集热球的纵剖面构造图；

图2是玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球的纵剖面构造图；

图3、是图2“Ⅰ”处的局部放大图；

图4、是图2“Ⅱ”处的局部放大图；

图5是玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球与立柱支撑所装配成的玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器的纵剖面构造图；

图6、是图5“Ⅲ”处的局部放大图；

图7是图5“Ⅳ”处的局部放大图

图8是玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球与悬臂支撑所装配成的玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器的纵剖面构造图。

图中：

1—外玻壳     2—内玻壳    3—支架   4—排量器   5—连接索  6—连杆  7—软塞   8—上定位盘  9—出水管     10—给水管 11—水 12—玻璃球壳  13—金属球壳14—已熔熔块  15—封接边  16—保护帽17—夹壁支架  18—外锥颈    19—颈管   20—焊边  21—螺旋封塞  22—内螺纹环  23—1＃O型密封圈  24—封接环  25—排量球    26—排水管    27—管端支架   28—垫管  29—管头总成  30—2＃O型密封圈    31—螺纹管上接头  32—螺纹管下接头   33—直角管    34—压封管上接头  35—3＃O型密封圈  36—内管壁    37—外管壁     38—环形底  39—环形盖  40—平口沿    41—铆钉 42—垫圈

43—间隙        44—曲面通孔  45—压封管下接头

46—双面螺纹环  47—插封管    48—4＃O型密封圈

49—插封管接头  50—导柱  51—搪瓷  52—选择性吸收涂层  53—吸气剂膜   54—橡胶垫圈   55—锥筒    56—立柱  57—排垢阀管     58—保护盒     59—橡胶框  60—法兰底盘  61—补强三角   62—定位环     63—连接盘  64—铝塑管   65—管箍    66—截头锥管      67—下管法兰    68—上管法兰  69—锥套    70—法兰盘    71—轴       72—5＃O型密封圈    73—封塞    74—手柄      75—聚氨酯   76—悬臂    77—敷壁盘  78—垫块      79—卡杆     80—有底锥筒

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案再作进一步说明：

一种玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器是由集热球与立柱支撑或悬臂支撑装配而成。

一、集热球：集热球有一个以玻璃球壳12与金属球壳13在同心、同轴的条件下所封接成的双层球壳，制造玻璃球壳12所用料的热膨胀系数小于封接环24的差不能超过5%，金属球壳13用料为常用铁素体不锈钢0Cr13（在以下凡未写出用料名称及牌号的零件，其用料牌号皆为0Cr13）。双层球壳各以上、下两个半球壳封接构成，玻璃球壳12的两个封接边15采用熔块14间接封接，金属球壳13的两个内半球壳的平口沿采用氩弧焊封接。沿双层壳的轴线向上，在金属球壳13、玻璃球壳12的顶端各有一个内、外锥管，内、外锥管与金属球壳13、玻璃球壳12之间各有一段曲率半径为r的弧将其连接。在外锥管顶端有一个封接排气管的通孔，待封接排气管时使用。在内锥管的外壁上套装有一个夹壁支架17，支撑在内、外锥管的夹壁间。在夹壁支架17及其周围的壁面上，有吸气剂膜53。沿双层球壳的轴线向下，在玻璃球壳12的底部有一个开口的外锥颈18；在金属球壳13的底部有一段开口的内锥颈且连有一段开口的内直颈所构成的颈管19。在内锥颈及外锥颈18与金属球壳13、玻璃球壳12之间，亦各以一段曲率半径为r的弧将其连接。对构成玻璃球壳12的两个上、下半球壳可采用模压电视玻壳的工艺制成，或采用吹制成一个长球壳，切割成两个半球壳，再在上、下两个口沿上各外翻出一个封接边15。对外锥颈18的端面及封接边15的上、下端面均经研磨、清洗、烘干之后待用。在内直颈的内壁上封接有一个用于与螺旋封塞21相啮合的内螺纹环22，其位置是内螺纹环22的上沿在内锥颈与内直颈的连接线上；内螺纹环22的外形为圆柱形，内腔为二阶圆台形，自下向上，一阶内腔的壁面上有螺纹，二阶内腔的壁面上有O型密封圈槽，用于嵌装1＃O型密封圈23时使用。

在金属球壳13之内，装有一个排量球25，排量球25亦为两个半球壳封接构成。以排量球25的轴线在其表面上所通过的两个点为圆心，开有两个外翻成焊边20的通孔，有一支排水管26穿过这两个通孔，且封接于两个焊边20上。排水管26露出排量球25的短段端上焊接有一个管端支架27，向上插入于内锥管内；排水管26露出排量球25的长段上穿有一个垫管28，且焊接于其上，垫管28用于套装一个供水管的管头总成29；长段端封接有一个可套装2＃O型密封圈30的螺纹管上接头31，用于与螺旋封塞21中心所热镶的一个螺纹管下接头32相紧固。

供水管由管头总成29、不等臂的直角管33、具O型密封圈槽的压封管上接头34及3＃O型密封圈35构成。管头总成29有内管壁36、外管壁37及环形底38、环形盖39。环形底38封接于内管壁36的下口沿向上2～3mm处，连接于外管壁37的下口端，外管壁37的上口沿外翻成一个平口沿40，平口沿40比内管壁36的高度低。环形盖39的内口沿封接于内管壁36上口沿向下的2～3mm处。环形盖39的外径小于平口沿40的外径。在环形盖39的周边匀布的三处，有与平口沿40上、下相对应的六个通孔，上、下通孔之间，有以铆钉41铆固的三枚等厚的垫圈42，垫圈42垫开的间隙43，即自来水射出的间隙。在外管壁37高的1/3处，开有一个其长横置的曲面通孔44，且与直角管33短臂端上的旋转剖开面相封接。竖立直角管33，置短臂管的端面向右，在横置于对面的短臂管壁上，有一个曲率半径等于外管壁37半径的旋转剖开的曲面44。剖开曲面44的起点，在短臂管端面的X轴正向与端面外周所交的交点上；旋转曲率半径所绕的圆心在X轴的负向延线上；旋转方向为反时针向。外管壁37上的横置曲面通孔的周沿与上述旋转剖开曲面的周沿相同，在长臂管的轴线平行于管头总成29的轴线的条件下，将两个曲面的周边封接在一起。长臂管端封接有一个可套装3＃O型密封圈35的压封管上接头34，用于与热镶在螺旋封塞21上的压封管下接头45相紧固。下落水结构的供水管没有管头总成29，只是一支与管头总成29的间隙43相等高的直管。

螺旋封塞21的主要用料为鳞片玻璃增强的热固性塑料；螺旋封塞21的外形为三阶圆台形，一、三阶的侧壁皆为光面，二阶侧壁热镶有一个内、外皆具螺纹的双面螺纹环46；其上端面的直径上有三个垂直于端面的通孔，中心通孔内热镶有一个螺纹管下接头32，一侧的通孔内热镶有一个压封管下接头45，另一侧的通孔为排水垢孔；其下端面三个通孔的口沿上，各有一个延塑出的插封管47，用于与下一部件中连接盘63上所热镶的三个插封管接头49相插封；在下端面上，与三个通孔所在直径成45°、135°夹角的这两条直径，与以螺旋封塞21的圆心为圆心，以其半径的9/11为半径的一个圆周所相交的四个交点上亦各有一个延塑出的导柱50。这四个导柱50，用于上、下两个部件在装配时将插封管47导插于插封管接头49之中；并将上、下部件予以连接。

为了降低集热球的成本，将金属球壳13上半球壳的A—B线以上、下半球的C—D线以下、E—F线以上，以及排量球25三处的用料均换为搪瓷专用钢板。 A—B、C—D、E—F亦即换用料与原用料的封接线。自A—B线以下7mm向上、C—D线以上7mm向下、E—F线以下7mm向上，以及 排量球25的表面上涂烧搪瓷51。或者，将搪瓷专用钢板更换为16MnCu，将涂烧搪瓷更换为防腐蚀涂层聚苯硫醚（PPS）亦可。为了工艺上的简捷，亦可全部采用0Cr13。或者，用料全部采用0Cr13，对于下落水结构的集热球，只需将其排量球25换料，涂烧搪瓷，或换料涂层聚苯硫醚（PPS）即可。

在搪瓷51烧成后，将封接成集热球的未清洗的零、组件全部清洗一次；将排量球25封装于金属球壳13之内；将排水管26长段端上的螺纹上管接头31紧固于一个金属“工装螺旋封塞”上端面中心的螺纹管下接头32内；同时，将排水管26短段上的管端支架27推入内锥管内（当金属球壳13、排量球25的内、外表面上采用涂烧搪瓷51时，需在搪瓷51烧成之后，才能将淬过火的管端支架27点焊于排水管26的管端上），“工装螺旋封塞”的侧壁形状与螺旋封塞21的相同，上端面的中心也有一个螺纹管下接头32，下端面上有一个用于装、拆“工装螺旋封塞”本体的手柄，在“工装螺旋封塞”装竣后，将金属球壳的外表面清洗一次，并镀上选择性吸收涂层，再给颈管的外壁上，沿周均布地点焊上16枚吸气剂片之后待用，另给一个夹壁支架17点焊上8枚吸气剂片之后待用。

倒置金属球壳13，覆装玻璃球壳12的下半球壳于其上，给自外锥颈18口内伸出的颈管19的口沿上，套装上一个装有钎焊料的用料为封接合金4J6的封接环24；并以高频焊将其封接。将金属球壳13及玻璃球壳12的下半球壳一起颠倒正置，给金属球壳13的内锥管上套装上一个点焊有8枚吸气剂片的夹壁支架17；并覆装玻璃球壳12的上半球壳于金属球壳13之上。给外锥颈18的端面与封接环24的环形面之间，及两个封接边15的端面之间均垫上熔块；并将其扶正合实。给外锥管的通孔上封接一支排气管且将其连接于排气系统的排气管上，在烘烤的条件下，将金属球壳13、玻璃球壳12的夹壁间排空至5×10^-2Pa（3.57×10^-4Torr）。给封离排气管后所留存的排气嘴及其所在的外锥管上覆粘一个保护帽16。将点焊于颈管19外壁面上的及夹壁支架17上的吸气剂片用高频圈将其全部蒸发为吸气剂膜53。

拆除“工装螺旋封塞”。将供水管的管头总成29套装于排水管上的垫管28上。给排水管26长段端所封接的螺纹管上接头31及直角管33长臂端所封接的压封管上接头34上，分别套上2＃O型密封圈30、3＃O型密封圈35；并将其分别与螺旋封塞21上的螺纹管下接头32及压封管下接头45相紧固。倒置集热球，缓旋螺旋封塞21于内螺纹环22内，当支架27插入金属球壳13的锥管内后，再将螺旋封塞21与内螺纹环22相紧固。至此，集热球的装配即成。

二、立柱支撑：制造立柱支撑的用料，除了另有写明外，其余均为常用普通低合金钢16MnCu，立柱支撑的上端有一个截头圆锥形，大口径端向上，口沿外翻且套有一个橡胶圈54，用以承接集热球的锥筒55。锥筒55之下，焊接有一个圆筒形的立柱56。在立柱56高460mm处，有一个用于装配排垢阀的通孔，其周边有三个匀布的螺栓通孔，在三个通孔之外，有用于装配保护盒58的四个螺纹通孔。保护盒58为长方形，四个口沿外翻成边，边下垫有一个橡胶框59，四个角上各有一个通孔，其位置与立柱56壁上用于装配保护盒58的四个螺纹通孔相对应。当排垢阀在立柱56壁上装竣后，即可以四枚半圆头螺钉将保护盒58紧固于立柱56的外壁上。立柱56下端焊接有一个与其安装处的地脚螺栓能相匹配的法兰底盘60，立柱56与法兰底盘60的夹角之间焊接有八个匀布的补强三角61，相邻的补强三角61之间各有一个与地脚螺栓相对应的通孔。

锥筒55的内壁上焊接有一个定位环62，其高在锥筒高的59/141处，锥筒55的轴线垂直于定位环62的圆心。连接盘63的下表面上的止口台嵌装在定位环62内。在定位环62与连接盘63的内、外周边上，上、下对应各有六个匀布的有台通孔与螺纹通孔，待用于以六枚内六角头螺钉将二者紧固。连接盘63的用料与螺旋封塞的用料相同。在连接盘63上有四个通透的导孔及三个热镶的用料为0Cr13的插封管接头49，其位置分别与前述螺旋封塞21上的四个导柱50、三个插封管47的位置相对应，在三个插封管接头内各有一个4＃O型密封圈48，其插接管口均与连接盘63的上平面齐平，其套接管口均长出连接盘63的下表面。在三个插封管接头49中，居中的一个用于排水，居两侧的两个分别用于供水及排水垢。

下述装配，是连接盘63下的零、管、组件的装配：在三个插封管接头49下的套接管口上各套接有一支铝塑管64；并各以管箍65轧固。作供、排水使用的两支铝塑管64的长度比立柱56的下口沿要长出100mm；作排水垢使用的铝塑管64的长度比立柱56的下口沿要短430mm。与铝塑管64的水垢出口端相连接的是一个排垢阀。下述即排垢阀的形状、结构及与其相关件的装配：排垢阀的排垢管57为圆管形，上端有一段车出的截头锥管66，在截头锥管66的大端向下1～2mm处，套焊有一个下管法兰67，其套焊方向是下管法兰67的盘面向上。在上管法兰68的盘面的内孔内有一个车出的锥套69，可与排垢管57上端的截头锥管66相匹配。排垢管57上套焊有一个内孔为椭圆通孔的法兰盘70，椭圆通孔的长轴与排垢管57的轴线之间的夹角为55°，椭圆通孔的中心在排垢管57的轴线上，椭圆中心距排垢管57下端的长为排垢管全长的1/3。法兰盘周边有三个螺纹通孔，其位置与立柱56壁上的三个螺栓通孔相对应。在排垢管57的下端有推转卡口，经排垢管57下端的管口装入有一个有轴71且具5＃O型密封圈72的推拉封塞73，与轴71的轴线相垂直的通孔中装有一个圆杆，以作手柄74之用。在手柄74与封塞73之间，与轴线相垂直的通孔中，装有一个较细的圆形卡杆79，以作排垢阀57在启、闭时的转开或卡固。排水垢用的铝塑管端与上管法兰68、下管法兰67的连接方法是：自上管法兰68的管孔中穿入铝塑管端，再穿套于截头锥管66上，以四枚六角头螺栓将上管法兰68及下管法兰67相紧固；同时，夹固铝塑管端于截头锥管66与锥套69的间隙之间。这种连接方法可使接口处的内径与铝塑管的内径相等。

至此，在连接盘63下所要装配的零、组、管件已全部装竣，将诸装竣件自定位环62的内孔中全部置入立柱56之内；并将连接盘63嵌装并紧固于定位环62上。将排垢管57装入封塞73的一端自立柱56内，经装排垢阀的通孔穿出立柱56的壁外；并以三枚六角头螺栓将排垢阀上的法兰盘70紧固于立柱56的内壁上。给保温盒58垫上橡胶框59；并以四枚半圆头螺钉将其紧固于立柱56的外壁面上。

在集热球的外锥颈18插入立柱支撑的锥筒55内之后，两者的内、外壁面所空开的空间，以及立柱56内的所有空间均需填充聚氨酯75，待聚氨酯75凝固后，立柱支撑的装配即成。

集热球与立柱支撑的装配：竖立柱支撑，举集热球高于其顶，缓慢降落，插集热球的外锥颈18于立柱支撑的锥筒55内，俟导柱50端轻触连接盘63的盘面时，缓转集热球，探知导柱进入导孔后，继续降落集热球使二者合实即成。

三、悬壁支撑：制造悬臂支撑的用料与制造立柱支撑的用料相同。悬臂76的形状亦为一截头圆锥形锥筒。悬臂76的小端焊接在一个有底锥筒80侧壁的通孔上，有底锥筒80除了有底且具侧壁通孔外，其余与立柱56顶端所焊接的锥筒55在形状、大小、配件及用途上全同。悬臂76与有底锥筒80在焊接之后，二者的轴线互相垂直。悬壁76的大端焊接在一个敷臂盘77的通孔口沿之外的平面上。敷臂盘77为竖置长方形，四边背翻90°，正面周边有平面边框，边框四角各有一个通孔，通孔背面各焊有一个垫块78，垫块78上的通孔与敷壁盘77四角上的通孔同心且同径。敷壁盘77的边框之内逐渐凸起，凸起圆面积的圆心在其竖中线高的1/3处，凸起最高处的圆形平面上有一个通孔，其直径小于悬臂76大端的直径，在通孔与悬臂76的大端相同心的位置上，将二者焊接为一体。焊接后，悬臂76的轴线与敷壁盘77的中线相垂直；敷壁盘77的中线与有底锥筒80的轴线相平行。

给悬臂支撑内注充聚氨酯75及集热球与悬壁支撑的装配，均与立柱支撑的相同。

Claims (1)

1.一种玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球热水器，是由玻璃——金属真空上顶水太阳能集热球与立柱支撑或悬臂支撑装配而成，其特征是：

a 太阳能集热球有外为玻璃球壳（12）、内为金属球壳（13），在同心、同轴的条件下所封接成的一个双层球壳；制造玻璃球壳（12）所用料的热膨胀系数小于封接环（24）的差不能超过5%，金属球壳（13）用料为铁素体不锈钢0Cr13；双层球壳各以上、下两个半球壳封接构成，玻璃球壳（12）的两个半球壳的口沿上各有一个外翻的封接边（15），采用熔块（14）作间接封接；金属球壳（13）的两个半球的口沿为平口沿，采用氩弧焊封接；在金属球壳（13）、玻璃球壳（12）的顶端各有一个内、外锥管，且有一段曲率半径为r的弧将金属球壳（13）、玻璃球壳（12）与内、外锥管连接，在外锥管及其顶端的排气嘴上，一并覆盖有保护帽（16），且粘结在玻璃球壳（12）上，内锥管的外壁上套装有夹壁支架（17），支撑在内、外锥管的夹壁间，内、外锥管夹壁的表面上蒸有吸气剂膜（53），在玻璃球壳（12）的底部有开口的外锥颈（18），在金属球壳（13）的底部有一段开口的内锥颈且连接有一段开口的直颈所构成的颈管（19），在内锥颈、外锥颈（18）与金属球壳（13）、玻璃球壳（12）之间，亦各以一段曲率半径为r的弧将其连接；在金属球壳（13）的外表面上镀有选择性吸收涂层（52）,在内直颈的内壁上封接有与螺旋封塞（21）相啮合的内螺纹环（22），其外形为圆柱形，内腔为二阶圆台形，自下至上，一阶内腔的壁面上有螺纹，二阶内腔的壁面上有O型密封圈槽，且装有1＃O型密封圈（23）；在颈管（19）的外壁面及外锥颈（18）的内壁面上亦蒸有吸气剂膜（53），在穿出外锥颈（18）的颈管（19）的口沿上套封有用料合金的封接环（24），在外锥颈（18）的端面与封接环（24）的环形面之间及上、下封接边（15）的端面之间均垫有熔块（14）；双层球壳的夹壁间排空至5×10^-2Pa（3.57×10^-4Torr）；

在双层球壳之内，装有用料为0Cr13的排量球（25），排量球（25）亦为两个半球壳封接构成，以排量球（25）的轴线在其表面上所通过的两个点为圆心，开有两个外翻成焊边（20）的通孔，排水管（26）穿过两个通孔，且封接于两个焊边（20）上；排水管（26）露出排量球（25）的短段端上，焊接有一个管端支架（27），且向上插于内锥管内；排水管（26）露出排量球（25）的长段上穿有垫管（28），且焊接于其上，用于套装供水管的管头总成（29），长段端封接有螺纹管上接头（31），螺纹管上接头（31）内装有2＃O型密封圈（30），用于与螺旋封塞（21）中心所热镶的螺纹管下接头（32）相紧固；

供水管由管头总成（29）、不等臂的直角管（33）、有O型密封圈槽的压封管上接头（34）及3＃O型密封圈（35）构成，管头总成（29）有内管壁（36）、外管壁（37）及环形底（38）、环形盖（39），环形底（38）封接于内管壁（36）的下口沿向上的2～3mm处，连接于外管壁（37）的下口沿，外管壁（37）的上口沿外翻成平口沿（40），平口沿（40）比内管壁（36）的高度低4mm，环形盖（39）的内口沿封接于内管壁（36）上口沿向下的2～3mm处，环形盖（39）的外径小于平口沿（40）的外径，在环形盖（39）的周边匀布的三处，有与平口沿（40）上、下对应的六个通孔，上、下通孔之间，有以铆钉（41）铆固的三枚等厚的垫圈（42），垫圈（42）垫开有间隙（43），在外管壁（37）高的1/3处，开有其长横置的曲面通孔（44），曲面通孔（44）与直角管（33）短臂端上的旋转剖开面相封接，其旋转半径与外管壁（37）的半径相等；在封接时的相互位置是：直角管（33）长臂的轴线与管头总成（29）的轴线相平行，直角管（33）短臂的轴线与管头总成（29）的直径相垂直，直角管（33）的长臂端封接有3＃O型密封圈（35）的压封管上接头（34），用于与热镶在螺旋封塞（21）上的压封管下接头（45）相紧固；

螺旋封塞（21）的用料为鳞片玻璃增强的环氧树脂，外形为三阶圆台形，一、三阶的侧壁皆为光面，二阶侧壁热镶有内、外壁皆具螺纹的双面螺纹环（46）；螺旋封塞（21）上端面的直径上有三个垂直于端面的通孔，中心通孔内热镶有螺纹管下接头（32），一侧的通孔内热镶有压封管下接头（45），另一侧的通孔为排水垢孔；螺旋封塞（21）下端面三个通孔的口沿上，各有一个插封管（47），用于与下一部件中的组件连接盘（63）上的三个插封管接头（49）相插封，在下端面上，与三个通孔所在直径成45°、135°夹角的这两条直径，又与以螺旋封塞（21）的圆心为圆心，以其半径的9/11为半径的圆周所相交的四个交点上各有一个导柱（50），用于插入连接盘（63）的四个导孔中；

将金属球壳（13）及排量球（25）在A—B线以上、C—D线以下、E—F线以上三处的用料均换为搪瓷专用钢板， A—B、C—D、E—F亦即搪瓷专用钢板与0Cr13的封接线；自A—B线以下7mm向上、C—D线以上7mm向下、E—F线以下7mm向上，以及排量球（25）的表面上均涂烧有搪瓷（51）；或者，将搪瓷专用钢板更换为16MnCu，将涂烧搪瓷更换为防腐蚀涂层聚苯硫醚；

b 立柱支撑的用料为常用普通低合金钢16MnCu，立柱支撑的上端有一个截头圆锥形，大口径端向上，口沿外翻且套有一个橡胶圈（54），用以承接集热球的锥筒（55），锥筒（55）之下，焊接有一个圆筒形的立柱（56），在立柱（56）高460mm处，有一个用于装配排垢阀的通孔，其周边有三个匀布的螺纹通孔，在三个螺纹通孔之外，有用于装配保护盒（58）的四个螺纹通孔，保护盒（58）形状为为长方形，四个口沿外翻成边，边下垫有橡胶框（59），四个角上各有一个通孔，其位置与立柱（56）壁上装配保护盒（58）的四个螺纹通孔相对应，立柱（56）下端焊接有一个与其安装的地脚螺栓能相匹配的法兰底盘（60），立柱（56）与法兰底盘（60）的夹角之间焊接有八个匀布的补强三角（61），相邻的补强三角之间各有一个与地脚螺栓相对应的通孔；

锥筒（55）的内壁上焊接有一个定位环（62），其高在锥筒（55）高的59/141处，锥筒（55）的轴线垂直于定位环（62）的圆心，连接盘（63）下表面上的止口台嵌装在定位环（62）内；在定位环（62）与连接盘（63）的内、外周边上，上、下对应各有六个匀布的有台通孔与螺纹通孔，以六枚内六角螺钉将定位环（62）和连接盘（63）紧固，在连接盘（63）上有四个通透的导孔及三个用料为0Cr13的热镶的插封管接头（49），插封管接头（49）内各装有一个3＃O型密封圈（48）、插封管接头（49）插接口均齐平于连接盘（63）的上表面、插封管接头（49）套接口均长出连接盘（63）的下表面，四个导孔、三个插封管接头（49）的位置分别与螺旋封塞（21）上的四个导柱（50）、三个插封管（47）的位置相对应，在三个插封管接头（49）中，居中的一个用于排水，居两侧的两个分别用于供水及排水垢，在三个插封管接头（49）的套接口上各套接有一支铝塑管（64），并以管箍（65）轧固，作供、排水使用的两支铝塑管（64）的长度比立柱（56）的下口沿长出100mm；作排水垢使用的铝塑管（64）的长度比立柱（56）的下口沿要短430mm， 与排水垢的铝塑管（64）出口端相连接的是一个用料为0Cr13的排垢阀，排垢阀管（57）为圆管形，上端有一段截头锥管（66），在截头锥管（66）的大端向下1～2mm处，套焊有一个下管法兰（67），其套焊方向是下管法兰（67）的盘面向上，与下管法兰（67）相配用的上管法兰（68）的盘面的内孔内有锥套（69），上管法兰（68）的管中穿入排水垢的铝塑管（64）的管端，且穿套于截头锥管（66）上，以六角头螺栓将上管法兰（68）与下管法兰（67）相紧固，夹固铝塑管（64）的管端于截头锥管（66）与锥套（69）的间隙间，排垢阀管（57）的管壁上套焊有一个内孔为椭圆通孔的法兰盘（70），椭圆通孔的长轴与排垢阀管（57）的轴线之间的夹角为55°，椭圆通孔的中心在排垢阀管（57）的轴线上，椭圆中心距排垢阀管（57）下端的长为排垢阀管（57）全长的1/3，法兰盘（70）周边有三个螺纹通孔，其位置与立柱（56）壁上的三个螺栓通孔相对应，在排垢阀管（57）的下端有推转卡口，排垢阀管（57）下端的管口装入一个有轴（71）且具5＃O型密封圈（72）的推拉封塞（73），与轴（71）的轴线相垂直的通孔中装有杆状手柄（74），在手柄（74）与封塞（73）之间，与轴（71）的轴线相垂直的通孔中，装有卡杆（79），将排垢阀管（57）装入封塞（73）的一端经用于装配排垢阀的通孔穿出立柱（56）的壁外，以三枚六角头螺栓将法兰盘（70）紧固于立柱（56）的内壁上；保护盒（58）垫橡胶框（59），以四枚半圆头螺钉将其紧固于立柱（56）的外壁上；

立柱（56）内的空间及外锥颈（18）与锥筒（55）的夹壁间均充有聚氨酯（75）；

c 悬臂支撑的用料为常用普通低合金钢16MnCu，悬臂（76）的形状为一截头圆锥形锥筒，悬臂（76）的小端焊接在有底锥筒（80）侧壁的通孔上，悬臂（76）的大端焊接在一个敷壁盘（77）的通孔口沿之外的平面上，敷壁盘（77）为竖置长方形，四边向后翻90°，正面周边有平面边框，边框四角各有一个通孔，通孔背面各焊有一个垫块（78），垫块（78）上的通孔与敷壁盘（77）四角上的通孔同心且同径，敷壁盘（77）的边框之内凸起，凸起圆面积的圆心在其竖中线高的1/3处，凸起最高处的圆形平面上有一个通孔，其直径小于悬臂（76）大端的直径，在通孔与悬臂（76）的大端相同心的位置上，将二者焊接为一体，悬臂（76）的轴线与敷壁盘（77）的中线相垂直；敷壁盘（77）的中线与有底锥筒（80）的轴线相平行；

悬臂（76）内的空间及外锥颈（18）与有底锥筒（80）的夹壁间均充有聚氨酯（75）。