CN1318809C

CN1318809C - 太阳能热水器

Info

Publication number: CN1318809C
Application number: CNB031371043A
Authority: CN
Inventors: 孟范中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: CN1553122A

Abstract

本发明公开了一种太阳能热水器。这种太阳能热水器采用真空和隔热屏技术来增强太阳能热水器储水箱的隔热保温功能，储水箱的隔热层传导热阻是普通太阳能热水器储水箱传导热阻的4.4倍以上。循环管路中采用间隙运行的管道循环泵，来增强太阳能热水器的强化传热并防止冬季循环管路的冻堵事故。本方案的结构特征是在储水箱左右两端面上开口并与循环管相连接，循环管连接集热管汇管，集热管汇管连接真空集热管，水箱开口数量比原太阳能开口数量减少80—90%。本技术应用于普通单体太阳能热水器及大型太阳能集中供热系统。

Description

太阳能热水器

技术领域

本发明涉及一种太阳能热水器的隔热保温、强化传热和防冻堵工艺技术。本技术方案的真空储水箱除替代目前太阳能热水器的聚氨质保温储水箱外，还可用于大型太阳能集热系统的保温储水箱；强化传热和防冻堵技术可用于普通单体太阳能热水器及大型太阳能的集热系统。

背景技术

目前市场应用的太阳能热水器储存热水的水箱采用一定厚度的聚氨质整体发泡保温。对水箱的保温效果，本人经过连续几天进行观测，观测水箱热水温度数据统计详见下表：

太阳能热水器水箱热水温度变化统计表

地点：辽宁盘锦天气：晴

时间	2003年5月3日														2003年5月4日
	2003年5月3日														2003年5月4日			5:00	6:00	7:30	9:00	10:00	11:00	12:00	13:30	14:15	16:15	16:50	18:20	20:15	23:00	4:00	7:15	10:00
	温度(℃)	79	78	77	76	75	78	83	89	92	91	91	90	87	84	79	76	5:00	6:00	7:30	9:00	10:00	11:00	12:00	13:30	14:15	16:15	16:50	18:20	20:15	23:00	4:00	7:15	10:00	75

统计表的数据表明，连续29小时观测的每天最低温度发生在上午10:00，最高温度发生在14:15。一日之内太阳能水箱水温升高的时间只有4.25小时，占一日总时间的17.7％，而82.3％的时间水箱对大气放热，并且使水箱中的热水温度下降了17℃。统计表清晰的表明了一日之内太阳能热水器热水热能的吞吐变化情况，白天吸收热量迅速升温，之后长时间对大气放热。如果在冬季或阴天太阳能热水器水箱水温升温时间会更短，并且水箱中的水温也会下降得更快。显然在不同季节，不同地区及不同型号的太阳能热水器上述观测的数据会有所不同，但是上述的普遍现象在不同地区都是成立的。

为此本发明的目的是提供一种高性能保温水箱，进而减弱太阳能热水器水箱热水对大气放热。此外目前市场应用的太阳能热水器中，水的循环是靠水的密度差自然循环，循环速度较小，升温时传热速度较小，为此在太阳能热水器循环系统增设一种管道循环泵，在升温时间内强化传热，进而大幅度提高其热能吸收效率，冬季间隙运行此泵又可防止管线冻堵。

发明内容

为达到本发明的目的，本发明将原太阳能保温水箱隔热层采用真空加隔热屏技术，来大幅度增加水箱对外传热的传导热阻。计算表明隔热层只采用真空隔热技术，总传导热阻只增加2.2倍，隔热层内再采用隔热屏遮热技术，则总传导热阻可增加到原热阻的4.4倍。为降低焊接难度，真空集热管不直接与水箱相连，而与集热管汇管相连，集热管汇管通过高低循环管再与水箱端部的平面开口相连接，这样将原来的柱面焊接改为端部平面焊接，从而增强焊缝可靠性。这种作法不但使水箱中的开口和焊缝数量与原普通太阳能热水器比较减少80％至90％，而且使水箱对外传热的热点数量也减少80-90％以上。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明

图1是本发明的结构剖面图。

图2是管道循环泵总成[1]的结构安装示意图。

由图1可知，本发明有管道循环泵总成[1]、水箱端部压盖[2]、高循环管[3]、外同心圆筒[4]、隔热层的吸气剂[5]、高循环管连接头[6]、内同心圆筒压盖[7]、O形胶圈[8]、隔热屏[9]、白体层[10]、内同心圆筒[11]、水箱最外层圆筒[12]、隔热屏减阻孔[13]、聚氨质保温层[14]、低循环管接头[15]、上下水水管[16]、水位显示器[17]、出气管[18]、右内同心圆筒端部压盖[19]、隔热屏扶正环[20]、外同心圆绝热板[21]、外同心圆筒可焊圆环板[22]、低循环管[23]、集热管汇管[24]、O形胶圈[25]、可焊圆板[26]、真空集热管插孔[27]、真空孔[28]、集热管汇管保温层[29]、左外同心圆筒压盖[30]。

图1中水箱的开口共有四处，左端1处，右端3处。上下水水管[16]及出气管[18]位置相对高度安置在水箱最上部，目的是尽量不与水箱中的热水直接接触，进而减弱水箱的热水向外传热。外同心圆筒压盖是一块复合圆板，由可焊圆板[26]、外同心圆筒可焊圆环板[22]、外同心圆绝热板[21]三块板共同组成。此压盖由两种材料组成。可焊圆板[26]和外同心圆筒可焊圆环板[22]选用不锈钢材料，焊接可靠性好，非焊接处外同心圆绝热板[21]采用绝热材料，外同心圆绝热板[21]设置在外同心圆筒可焊圆环板[22]和可焊圆板[26]之间，来增加传热热阻。

图1中的高循环管[3]位置略高于低循环管[23]，目的是管道循环泵总成[1]不工作时，也能利用水的密度差产生自然循环。隔热屏[9]设有若干个圆孔，即为隔热屏减阻孔[13]，目的是抽真空时隔热层的空气便于流动，隔热层在较短时间内便形成较高的真空。左外同心圆筒压盖[30]附有隔热层的吸气剂[5]，目的是保持隔热层内的真空度。

图1中所有焊缝均采用氩弧焊接，焊后制定试压工艺操作规程，使隔热层所有焊接缝在0.3M_Pa压力下不渗漏。循环管及集热管汇管最外部的点划线表示最外部保温层。

在图2中管道循环泵的出水管与太阳能水箱连接采用插接方式连接，与图1的高循环管[3]的连接采用法兰方式连接。

管道循环泵总成[1]的运行由室内多功能控制器按设计程序控制其运行，控制器设有管道循环泵总成[1]的正常运行指示灯，便于掌握其正常运行状况。

具体实施方式

抽真空系统一级泵采用旋片泵，二级泵采用罗茨泵或扩散泵。一次抽多只保温筒。在可焊圆板[26]上预先焊有一定直径的铜管，此铜管连接真空泵机组。制造隔热屏[9]的材料采用黑度系数小于0.04的金属材料，材料卷筒前除油烘干。制造内同心圆筒[11]及外同心圆筒[4]材料也须进行除油污烘干处理。左外同心圆筒压盖[30]、左内同心圆筒压盖[7]、右内同心圆筒端部压盖[19]、外同心圆筒可焊圆环板[22]、可焊圆板[26]按设计划线开口，进而保证内同心圆筒[11]与外同心圆筒[4]的同轴度。

内同心圆筒制作

按图1结构内同心圆筒制作时将高循环管连接头[6]、内同心圆筒压盖[7]、右内同心圆筒端部压盖[19]、上下水水管[16]、水位显示器[17]、出气管[18]、低循环管接头[15]、与内同心圆筒[11]组焊完毕后对内筒用气体试内压0.3M_Pa焊缝不渗漏为合格。试压时多余开口堵死，只留1个开口接试压泵。在试压合格的内同心圆筒[11]上螺旋式缠绕铝箔此铝箔即为白体层[10]。之后再在其上套上圆筒形状的并带有减阻孔[13]的隔热屏[9]，隔热屏[9]的两端用隔热屏扶正环[20]固定牢靠。

外同心圆筒制作

将制作好的内同心圆筒放入外同心圆筒[4]中，按图1所示开口位置将出气管[18]、低循环管接头[15]、上下水水管[16]、高循环管连接头[6]、内同心圆筒[11]、左外同心圆筒压盖[30]、外同心圆筒可焊圆环板[22]、外同心圆筒[4]焊接好后，在真空孔预先焊好的铜管处接试压泵用气体试压0.3M_Pa，焊缝不漏为合格。

抽真空

按设计好的流程一次抽多只同心圆筒，当真空表的读数小于0.5_Pa时，用工具封闭铜管后再将封闭处焊死。

安装同心圆筒外部保温层

按图1位置安装聚氨质保温层[14]、水箱最外层圆筒[12]、水箱端部压盖[2]。

按图1位置安装高循环管[3]、管道循环泵总成[1]、集热管汇管[24]、低循环管[23]及其集热管汇管保温层[29]等。太阳能热水器其余部分安装与普通太阳能热水器相同。

在我国冬季不结冰的地区可不安装管道循环泵总成[1]，进而形成不同成本的系列太阳能产品。另外管道泵和循环管的安装方式是多种多样的，在图1结构的循环管路中，提供了一种O形胶圈插接方式的连接方案，但也可不限此种连接方案，在连接处也可采用法兰方式连接，如本技术方案管道循环泵与高循环管[3]就采用法兰连接方式。

有益效果

170升的太阳能热水器与普通太阳能热水器比较，增加一层不锈钢保温筒、管道循环泵总成等材料，增加成本约500元。原普通太阳能每天水箱水温下降17℃，采用本技术后热阻为原来4.4倍，预计每年每日温度平均只下降4℃，则水箱温度提高13℃，加之采用管道循环泵强化传热，水箱的水温比原来预计提高4℃，则水箱的水温最终提高17℃。以每年每天平均产热水120公斤计算，则每天多产生热量为120公斤/天×1大卡/公斤·℃×17℃＝2040大卡/天＝8527.2kJ/天。1度电＝860大卡＝3595kJ，折合每天节电为：8527.2kJ/天÷3595kJ/度＝2.37度/天，每度电0.61元，则每天节省人民币1.45元，1年节省人民币1.45元/天×365天/年＝529.3元/年，太阳能热水器所投入资金在不到1年就可收回。太阳能热水器无故障使用寿命预计8年，则创十分可观的经济效益。

Claims

1.一种太阳能热水器，由水箱端部压盖，外同心圆筒，隔热层的吸气剂，O形胶圈，水箱最外层圆筒，聚氨质保温层，上下水管，隔热屏扶正环构成，其特征在于集热管汇管[24]上设有真空集热管插孔[27]，集热管汇管[24]的右端，由低循环管[23]的下端插入，低循环管[23]的上端插入低循管环接头[15]，集热管汇管[24]的左端，由高循环管[3]的下端插入，高循环管[3]的上部连接管道循环泵总成[1]，管道循环泵总成[1]连接高循环管[3]的上部，高循环管[3]上部插入高循环管连接头[6]，内同心圆筒[11]上螺旋式缠绕一层白体层[10]，再在其上套上隔热屏[9]，隔热屏[9]两端用隔热屏扶环[20]固定，外同心圆筒[4]套在隔热屏[9]上，内同心圆筒[11]和外同心圆筒[4]的两端均由内同心圆筒压盖[7]，左外同心圆筒压盖[30]，右内同心圆筒端部压盖[19]，外同心圆筒可焊圆环板[22]焊接封闭，在可焊圆板[26]上的真空孔[28]处抽真空，外同心圆筒压盖由可焊圆板[26]、外同心圆筒可焊圆环板[22]和外同心圆绝热板[21]三块板共同组成一个圆板，其中，外同心圆绝热板[21]采用绝热材料，它设置在可焊圆板[26]和外同心圆筒可焊圆环板[22]的之间。

2.根据权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于隔热屏[9]设有若干个隔热屏减阻孔[13]。