自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器的制造方法
【專利摘要】一種自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器，包括板芯組件和保溫層，保溫層部分或全部緊貼板芯組件，板芯組件主要由吸熱板、集管和排管連接而成，保溫層與排管中部相對(duì)的中部位置的保溫性能弱于其它部位的保溫性能，保溫層的中部位置占板芯組件高度的5%?20%。當(dāng)集熱器排管受凍凍結(jié)時(shí)，排管中部的保溫性能低（即導(dǎo)熱性能強(qiáng)），同時(shí)受排管兩端上集管、下集管的熱庫(kù)影響和熱誘導(dǎo)，凍結(jié)順序是先排管中部，后排管兩端，排管中部?jī)?nèi)存的水相變結(jié)冰，體積膨脹，并將兩端還未凍結(jié)的水沿著排管軸向空間陸續(xù)擠走，而對(duì)排管徑向又不至產(chǎn)生大于其管壁束力的擠壓應(yīng)力，從而保護(hù)排管管壁不被脹破。
【專利說明】
自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于太陽能低溫?zé)崂妙I(lǐng)域，尤其涉及一種自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，市售的太陽能平板集熱器，大多不具有自我主動(dòng)的直接抗凍能力，而是通過其所在系統(tǒng)的幫助來被動(dòng)的間接防凍。例如，太陽能平板集熱器在冬季結(jié)冰前，采用一次水循環(huán)系統(tǒng)的，需要提前采取熱水回灌保溫、低位放水排空等方法來保護(hù)平板集熱器;采用二次水循環(huán)系統(tǒng)的，則需要在其一次端應(yīng)用防凍介質(zhì)來保護(hù)平板集熱器。這樣都會(huì)導(dǎo)致整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜、可靠性差、效能下降、成本增高等問題。為克服這些缺陷，特對(duì)自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器進(jìn)行了研發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是要提供一種自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器，它能主動(dòng)抗凍，簡(jiǎn)化太陽能平板集熱器及其系統(tǒng)的防凍結(jié)構(gòu)。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:它包括板芯組件和保溫層，保溫層部分或全部緊貼板芯組件，板芯組件主要由吸熱板、集管和排管連接而成，保溫層與排管中部相對(duì)的中部位置的保溫性能弱于其它部位的保溫性能，保溫層的中部位置占板芯組件高度的5%_20%。由于水的凍結(jié)順序規(guī)律，總是由低溫處向高溫處逐漸發(fā)展，當(dāng)集熱器排管受凍凍結(jié)時(shí)，排管中部的保溫性能低(即導(dǎo)熱性能強(qiáng))，同時(shí)受排管兩端上集管、下集管的熱庫(kù)影響和熱誘導(dǎo)，凍結(jié)順序是先排管中部，后排管兩端，排管中部?jī)?nèi)存的水相變結(jié)冰，體積膨脹，并將兩端還未凍結(jié)的水沿著排管軸向空間陸續(xù)擠走，而對(duì)排管徑向管壁又不至產(chǎn)生大于其管壁束力的擠壓應(yīng)力，從而保護(hù)排管管壁不被脹破。通過順應(yīng)水的冰凍規(guī)律而有效管控引導(dǎo)太陽能平板集熱器流道內(nèi)部的結(jié)冰漸凍順序和膨脹應(yīng)力，使太陽能平板集熱器的流道具有遇冷結(jié)冰時(shí)凍而不裂的主動(dòng)抗凍性能，遇熱化冰時(shí)自我復(fù)蘇的自動(dòng)恢復(fù)能力，以此來適應(yīng)各種工況要求和寒冷的氣候環(huán)境。故它能主動(dòng)抗凍，簡(jiǎn)化太陽能平板集熱器及其系統(tǒng)的防凍結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明一個(gè)示例是，所述保溫層由同種材料制成，且保溫層中部薄，其它部位厚。
[0006]本發(fā)明一個(gè)示例是，所述保溫層的厚度自排管中部向排管兩端的集管逐漸增加，保溫層中部的厚度為l_20mm，其它部位的厚度為10-40 mm。
[0007]本發(fā)明一個(gè)示例是，所述保溫層的中部位置為使排管中部裸露的熱誘導(dǎo)通孔。排管中部直接裸露在保溫層以外，可進(jìn)一步弱化該位置的保溫性能，提高導(dǎo)熱性能，促使排管中部?jī)?yōu)先凍結(jié)。
[0008]本發(fā)明一個(gè)示例是，所述熱誘導(dǎo)通孔安裝有導(dǎo)熱塊，導(dǎo)熱塊的保溫性能弱于保溫層。導(dǎo)熱塊可進(jìn)一步弱化該位置的保溫性能，提高導(dǎo)熱性能，促使排管中部?jī)?yōu)先凍結(jié)。
[0009]本發(fā)明一個(gè)示例是，所述導(dǎo)熱塊為設(shè)有軸向安裝孔的半紡錘形結(jié)構(gòu)，軸向安裝孔與排管緊貼配合。半紡錘形結(jié)構(gòu)有助于提高導(dǎo)熱塊的換熱面積，提高導(dǎo)熱性能，導(dǎo)熱塊緊貼排管則利于冰凍的冰核由排管中部發(fā)起，并向排管兩端逐步蔓延式擴(kuò)散。
[0010]本發(fā)明一個(gè)示例是，所述板芯組件與保溫層在排管中部圍成中空層。排管中部直接騰空并裸露在中空層里，利于排管中部?jī)?yōu)先受冷凍結(jié)。
[0011]本發(fā)明一個(gè)示例是，所述板芯組件與保溫層之間設(shè)有支撐中空層的支撐板。
[0012]本發(fā)明一個(gè)示例是，所述保溫層至少由兩種不同材料制成，導(dǎo)熱系數(shù)高的材料靠近排管中部，導(dǎo)熱系數(shù)低的材料靠近排管兩端的集管，且保溫層厚度均勻。厚度均勻的保溫層工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，有助于提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。
[0013]本發(fā)明一個(gè)示例是，所述保溫層為整體成型或分體組合成型的氈被或包囊，保溫層通過依附、粘貼、涂刷或卡夾與板芯組件相互固定，且保溫層完全包裹集管和排管毗連集管的端部。保溫層內(nèi)含纖維狀、泡沫狀、塊狀、粉狀等形態(tài)的固體物。在集管的外圍包裹保溫層，可對(duì)集管保溫，使集管內(nèi)的水熱含量盡量減少損失，進(jìn)而使集管內(nèi)的水遲凍、少凍甚至是不凍，而成為排管的干涉熱庫(kù)熱源，有利于保持集管對(duì)排管兩端的熱庫(kù)影響和熱誘導(dǎo)，切實(shí)改善集熱芯板的抗凍能力和凍結(jié)順序。
[0014]本發(fā)明一個(gè)示例是，所述分體組合成型的保溫層包括上下疊置的保溫內(nèi)層與保溫外層，保溫內(nèi)層位于板芯組件兩端并包裹集管和排管毗連集管的端部，保溫外層覆蓋在兩保溫內(nèi)層上。
[0015]本發(fā)明一個(gè)示例是，所述兩保溫內(nèi)層均由第一保溫內(nèi)層和第二保溫內(nèi)層兩部分組成，第一保溫內(nèi)層用于包裹集管和排管毗連集管的端部，第二保溫內(nèi)層置于第一保溫內(nèi)層與排管中部之間，且第一保溫內(nèi)層比第二保溫內(nèi)層的厚度厚20%_60%。
[0016]以上各種示例，既可以單獨(dú)作為一個(gè)實(shí)施例，也可以在保證不矛盾的前提下，各示例任意組合構(gòu)成組合式實(shí)施例。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例五的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例六的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例七的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為本發(fā)明實(shí)施例八的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制，相反，本發(fā)明的實(shí)施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。
[0019]各附圖中，排管11內(nèi)的箭頭代表結(jié)冰方向。即板芯組件I內(nèi)存的水從排管11中部向兩端逐漸蔓延式凍結(jié)的相變結(jié)冰順序。
[0020]排管11中部是指以排管11的水平中線(與排管11軸線相垂直)為基準(zhǔn)，上下分別偏移板芯組件I高度的2.5%-10%所形成的區(qū)域，即排管11中部的高度占板芯組件I高度的5%-20%，保溫層2中部位置是指保溫層2與排管11中部相對(duì)的區(qū)域。
[0021 ] 實(shí)施例一
如圖1所示，本實(shí)施例包括板芯組件I和保溫層2，保溫層2全部緊貼板芯組件I。板芯組件I主要由吸熱板、排管11和集管12連接而成。吸熱板和排管由金屬材料制成并焊接為一體，集管12由非金屬柔性材料制成。保溫層2為內(nèi)含纖維狀、泡沫狀、塊狀、粉狀等形態(tài)的固體物所集成的氈被或包囊，并通過依附、粘貼、涂刷或卡夾與板芯組件相互銜接與固定。保溫層2完全包裹集管12和排管11毗連集管12的端部。保溫層2與排管11中部相對(duì)的中部位置的保溫性能弱于其它部位的保溫性能，保溫層2的中部位置占板芯組件I高度的5%-20%(優(yōu)選值是 8%、10%、12%、15% 或 18%)。
[0022]本實(shí)施例中，保溫層2由同種材料整體成型，且中部薄(厚度為l_20mm)，其它部位厚(厚度為10-40 mm)，保溫層2的厚度自排管11中部向排管11兩端的集管12逐漸增加。通過改變保溫層2各部位的保溫性能，使排管11中部的保溫性能最弱作為先凍誘導(dǎo)區(qū)，集管12保溫性能最強(qiáng)作為冰凍陳納區(qū)，排管11中部與集管12之間的區(qū)域作為漸凍引導(dǎo)區(qū)，從而有效控制板芯組件I內(nèi)的結(jié)冰順序，最大限度的避免板芯組件I的水管因水結(jié)冰而脹裂。
[0023]實(shí)施例二
如圖2所示，本實(shí)施例是在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，在保溫層2與排管11中部相對(duì)的中部位置(即先凍誘導(dǎo)區(qū))設(shè)有使排管11中部裸露的熱誘導(dǎo)通孔。
[0024]實(shí)施例三
如圖3所示，本實(shí)施例是在實(shí)施例二的基礎(chǔ)上，在保溫層2的熱誘導(dǎo)通孔安裝有保溫性能弱于保溫層2的導(dǎo)熱塊3，導(dǎo)熱塊3為設(shè)有軸向安裝孔的半紡錘形結(jié)構(gòu)，軸向安裝孔與排管11緊貼配合。保溫層2采用分體組合成型。
[0025]本實(shí)施例中的保溫層2可以采用同種材料或不同材料制成。保溫性能較高的用于包裹集管12和排管11毗連集管12的端部。
[0026]實(shí)施例四
如圖4所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別是，本實(shí)施例的保溫層2采用分體組合成型，以降低保溫層2的制造難度。
[0027]本實(shí)施例的保溫層2包括上下疊置的保溫內(nèi)層21與保溫外層22，保溫內(nèi)層21位于板芯組件I兩端并包裹集管12，保溫外層22覆蓋在兩保溫內(nèi)層21上，以增大保溫層2在集管12的厚度。保溫內(nèi)層21、保溫外層22的各自厚度整體基本均勻等厚，保溫內(nèi)層21整體厚度5-20mm(優(yōu)選值是8mm、10mm、12mm、15mm或18mm)，保溫外層22整體厚度10-30mm(優(yōu)選值是12mm、15mm、18mm、22mm、25mm或28mm)。即保溫層2的總厚度 10-50mm(優(yōu)選值是 12mm、25mm、36mm、43mm或48mm)ο
[0028]保溫內(nèi)層21完全包裹集管12并連續(xù)包裹覆蓋排管11毗連集管12的端部，任一端的保溫內(nèi)層21沿排管11的軸向連續(xù)包裹覆蓋的高度不小于板芯組件I高度的20%，且不大于板芯組件I高度的40%。兩保溫內(nèi)層21的總包裹覆蓋高度不小于板芯組件I高度的40%，且不大于板芯組件I高度的80%。保溫外層22則完全包裹覆蓋整體板芯組件I的高度。
[0029]實(shí)施例五
如圖5所示，本實(shí)施例與實(shí)施例四的區(qū)別在于，保溫內(nèi)層21與保溫外層22的結(jié)構(gòu)。
[0030]本實(shí)施例中，兩保溫內(nèi)層21均由第一保溫內(nèi)層211和第二保溫內(nèi)層212兩部分組成，且第一保溫內(nèi)層211比第二保溫內(nèi)層212的厚度厚20%-60%(優(yōu)選值是30%、40%或50%)，第一保溫內(nèi)層211用于包裹集管12和排管11毗連集管12的端部，第二保溫內(nèi)層212作為漸凍引導(dǎo)區(qū)的保溫層。
[0031]保溫外層22的厚度基本均勻，而且呈階梯狀結(jié)構(gòu)。
[0032]實(shí)施例六
如圖6所示，本實(shí)施例與實(shí)施例五的區(qū)別在于，本實(shí)施例的保溫層2并非全部緊貼板芯組件I，而只有部分與板芯組件I緊貼。具體是，保溫外層22與排管11中部相對(duì)的位置沒有緊貼板芯組件1，即板芯組件1、保溫內(nèi)層21、保溫外層22在排管11中部(即先凍誘導(dǎo)區(qū))圍成中空層23，使排管11中部直接裸露騰空在中空層23內(nèi)。
[0033]實(shí)施例七
如圖7所示，本實(shí)施例是在實(shí)施例六的基礎(chǔ)上，在板芯組件I與保溫外層22之間增加支撐板24，以支撐中空層23，避免保溫外層22塌陷。
[0034]實(shí)施例八
如圖8所示，本實(shí)施例的保溫層2厚度均勻平直，且由三種不同材料整體成型，導(dǎo)熱系數(shù)高的材料靠近排管11中部(即先凍誘導(dǎo)區(qū))，導(dǎo)熱系數(shù)低的材料靠近排管11兩端的集管12(即冰凍陳納區(qū))。
[0035]結(jié)合上述七個(gè)實(shí)施例可知，本發(fā)明的抗凍思路是利用太陽能平板集熱器的保溫層結(jié)構(gòu)、材質(zhì)與流道結(jié)構(gòu)特性的配合，有效管控排管11內(nèi)存的水先內(nèi)后外地漸凍順序，以形成從排管11中部向兩端逐漸蔓延式凍結(jié)的相變結(jié)冰過程，這樣，在排管11中部的水先凍結(jié)成冰而膨脹，并將兩端還未凍結(jié)的水沿著排管11軸向空間被陸續(xù)擠走，而對(duì)排管11徑向又不至產(chǎn)生大于其管壁束力的擠壓應(yīng)力，從而保護(hù)排管11管壁不被脹破，使太陽能平板集熱器具有遇冷結(jié)冰時(shí)凍而不裂的主動(dòng)抗凍性能，遇熱化冰時(shí)自我復(fù)蘇的自動(dòng)恢復(fù)能力，以此來適應(yīng)各種工況要求和寒冷的氣候環(huán)境。具體措施是，將板芯組件I背面的排管11中部(占板芯組件I高度的5%-20%)設(shè)立為先凍誘導(dǎo)區(qū)，采用減少該位置保溫材料的厚度、將該位置的保溫材料替換為高導(dǎo)熱性能材料、直接裸露該位置或在該位置附加導(dǎo)熱塊3等方式將先凍誘導(dǎo)區(qū)設(shè)為保溫性能最弱的位置，利用板芯組件I的良好導(dǎo)熱性能，創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)的易凍環(huán)境，在寒冷的氣候里誘導(dǎo)排管11中部?jī)?nèi)的水優(yōu)先受凍和相變結(jié)冰。從先凍誘導(dǎo)區(qū)的兩側(cè)外緣，沿排管11軸向至兩端集管12插接處為漸凍引導(dǎo)區(qū)，且采用加厚保溫材料等方式逐漸提高保溫性能，以此來有效管控理想的漸凍結(jié)冰順序，形成從排管11中部向兩端逐漸蔓延式凍結(jié)的結(jié)冰效果。集管12附加保溫材料設(shè)為冰凍陳納區(qū)，集熱器受凍時(shí)，利用集管12柔性收納存儲(chǔ)排管11擠壓過來的和集管12自身的結(jié)冰膨脹體積，同時(shí)調(diào)和與消化因膨脹而產(chǎn)生的各方應(yīng)力；當(dāng)集熱器受熱化冰時(shí)，集管12柔性使其恢復(fù)自身的正常體積，進(jìn)而恢復(fù)正常的貫通和流暢工作。在實(shí)際使用中，排管11先凍結(jié)將水?dāng)D至集管12，集管12內(nèi)的水逐漸凍結(jié)膨脹并將水?dāng)D到太陽能熱水器的蓄水箱內(nèi)，最后集管12內(nèi)的水完全凍結(jié)，而由于集管12采用柔性材料制成，具有彈性，即使集管12內(nèi)余下的一部分水凍結(jié)膨脹也不會(huì)導(dǎo)致集管12被脹裂。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器，包括板芯組件(I)和保溫層(2)，保溫層(2)部分或全部緊貼板芯組件(1)，板芯組件(I)主要由吸熱板、集管(12)和排管(11)連接而成，其特征在于:所述保溫層(2)與排管(11)中部相對(duì)的中部位置的保溫性能弱于其它部位的保溫性能，保溫層(2)的中部位置占板芯組件(I)高度的5%-20%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器，其特征在于:所述保溫層(2)由同種材料制成，且保溫層(2 )中部薄，其它部位厚。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器，其特征在于:所述保溫層(2)的厚度自排管(11)中部向排管(11)兩端的集管(12)逐漸增加，保溫層(2)中部的厚度為1-20mm，其它部位的厚度為10-40 mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器，其特征在于:所述保溫層(2)的中部位置為使排管(11)中部裸露的熱誘導(dǎo)通孔。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器，其特征在于:所述熱誘導(dǎo)通孔安裝有導(dǎo)熱塊(3)，導(dǎo)熱塊(3)的保溫性能弱于保溫層(2)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器，其特征在于:所述導(dǎo)熱塊(3)為設(shè)有軸向安裝孔的半紡錘形結(jié)構(gòu)，軸向安裝孔與排管(11)緊貼配合。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器，其特征在于:所述板芯組件(I)與保溫層(2)在排管(11)中部圍成中空層(23)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器，其特征在于:所述板芯組件(I)與保溫層(2)之間設(shè)有支撐中空層(23)的支撐板(24)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器，其特征在于:所述保溫層(2)至少由兩種不同材料制成，導(dǎo)熱系數(shù)高的材料靠近排管(11)中部，導(dǎo)熱系數(shù)低的材料靠近排管(11)兩端的集管(12)，且保溫層(2)厚度均勻。10.根據(jù)權(quán)利要求1一9任一項(xiàng)所述的自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器，其特征在于:所述保溫層(2)為整體成型或分體組合成型的氈被或包囊，保溫層(2)通過依附、粘貼、涂刷或卡夾與板芯組件(I)相互固定，且保溫層(2)完全包裹集管(12)和排管(11)毗連集管(12)的端部。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器，其特征在于:所述分體組合成型的保溫層(2)包括上下疊置的保溫內(nèi)層(21)與保溫外層(22)，保溫內(nèi)層(21)位于板芯組件(I)兩端并包裹集管(12)和排管(11)毗連集管(12)的端部，保溫外層(22)覆蓋在兩保溫內(nèi)層(21)上。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自適應(yīng)抗凍太陽能平板集熱器，其特征在于:所述兩保溫內(nèi)層(21)均由第一保溫內(nèi)層(211)和第二保溫內(nèi)層(212)兩部分組成，第一保溫內(nèi)層(211)用于包裹集管(12)和排管(11)毗連集管(12)的端部，第二保溫內(nèi)層(212)置于第一保溫內(nèi)層(211)與排管(11)中部之間，且第一保溫內(nèi)層(211)比第二保溫內(nèi)層(212)的厚度厚20%-60%。
【文檔編號(hào)】F24J2/24GK106016785SQ201610556745
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月15日
【發(fā)明人】葉遠(yuǎn)璋, 李恒旺
【申請(qǐng)人】廣東萬和電氣有限公司