專利名稱：太陽能熱水器熱管冷凝端的防垢除垢裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種管道外壁的防垢除垢裝置，特別是一種太陽能熱水器熱管冷凝端的防 垢除垢裝置。
背景技術：
隨著世界性能源危機日趨嚴重，迫使人們對太陽能的利用更加重視，許多國家投入大 量的物力和人力，致力于研究和開發太陽能熱利用技術，尤其是太陽能熱水器。近些年來， 我國也在大力開發、推廣和應用太陽能熱水器，并且對太陽能熱水器的集熱效率要求越來越 高。在眾多類型的太陽熱水器中，熱管式太陽能熱水器以其承壓大、防凍能力強、啟動快、 傳熱性能好、集熱效率高和運行安全可靠等特點脫穎而出，倍受廣大用戶的青睞。但結垢 現象是長期困擾熱管式太陽能熱水器正常使用的一個突出的技術問題。因為在一些水質硬 '度較高的地區使用熱管式太陽能熱水器時，熱管冷凝端會迅速結垢從而影響導熱性能、使 熱管冷凝端換熱效率降低，如果長時間不對熱管冷凝端除垢會導致其外壁被厚厚的水垢緊 緊包住無法與來水換熱，從而導致太陽能熱水器無法得到熱水，嚴重時還會縮短熱管式太 陽能熱水器的使用壽命。究其結垢機理是在水中含有較多的鈣、鎂離子等極性粒子，這
些極性粒子很容易吸附在極性材料的表面。在溫度較奔大于7(TC時，這些金屬離子就會從
水中析出，在材料表面形成難溶的硫酸鹽等化合物即我們所說的水垢。而且溫度愈高，結 垢現象愈嚴重。眾所周知，熱管式太陽能集熱水器依靠熱管冷凝端將熱量傳遞給水，由于 其表面積小、熱流密度、工作溫度極高、其結垢傾向極強，所以對其防垢和除垢具有相當 大的現實意義和價值。
為了減緩或防止熱管冷凝端產生水垢，現有技術中通常采用的除垢方法是l.化學清 洗法，盡管效果好，但會對金屬產生腐蝕；2.軟化水法，此法設備投資大，同時還需要投 入較大的人力；3_.電磁場處理方法，此法耗電大。
發明內容
為了克服上述現有技術中所存在的弊端，本發明提供一種太陽能熱水器熱管冷凝端的 防垢除垢裝置，該裝置能在很好地解決現有技術問題的同時，還能有效地預防和清除太陽能 熱水器熱管冷凝端外壁的結垢。該裝置不需要外加動力，體積小巧、結構簡單、自動除垢， 工作可靠，制作和運行成本都不高，長期使用無污染、易于加工制造，節約能源、并且是 一種能有效防止和清除太陽能熱水器熱管冷凝端外壁結垢的防垢除垢裝置，從而加強熱管 冷凝端和來水之間的換熱能力、有效提高換熱效率，最終達到提高熱管式太陽能熱水器集 熱效率和延長其使用壽命的目的。
為了解決上述技術問題，本發明太陽能熱水器熱管冷凝端的防垢除垢裝置予以實現的技 術方案是，包括換熱水套，所述換熱水套設置有進水口和出水口，位于換熱水套內的熱管冷 凝端上套裝有除垢輪部件；所述換熱水套內位于換熱水套進水口與除垢輪部件之間分別有 擋水板；所述除垢輪部件由設置在除垢輪輪體上的多個葉片構成，所述除垢輪輪體的內壁 上均勻地布置有多個V型除垢齒；所述除垢輪輪體的一端設置有熱管冷凝端端頭擋片；所 述擋水板上分別設置有引流孔。
本發明太陽能熱水器熱管冷凝端的防垢除垢裝置，其中，所述除垢輪部件和所述擋水板 的數量與太陽能集熱器熱管的根數相同。所述除垢輪輪體上葉片的數量為六個，每個葉片 與對應除垢輪輪體中熱管冷凝端外壁面夾角為45度，相鄰兩葉片之間的夾角為60度。所 述V型除垢齒的數量為六個，相鄰V型除垢齒之間的夾角為60度，所述六個V型除垢齒所 在圓周的內徑比換熱管冷凝端外徑大0.3至0.8毫米。所述除垢輪輪體為圓筒結構。所述 熱管冷凝端端頭擋片的幾何形狀為十字形，與所述熱管冷凝端端頭擋片外端面上設置有一 除垢輪軸頭，所述除垢輪軸頭為圓錐體。
與現有技術相比，本發明所具有的有益效果是
(1) 本發明防垢除垢裝置的設計是根據流體力學原理，是有效地利用循環水壓作為防 垢除垢的動力，避免了采用其它方式防垢除垢對能源的浪費，并且裝置體積小巧、結構簡 單，適合批量化生產。
(2) 本發明防垢除垢裝置運用在熱管式太陽能熱水器中，能大大降低太陽能熱水器熱 管冷凝端外壁的結垢機率，并且很好地解決了長期困擾熱管式太陽能熱水器正常使用的一 個突出問題，在很大程度上提高了熱管式太陽能熱水器的集熱效率和延長了其使用壽命， 從而使熱管式太陽能熱水器的應用范圍大大增加。
圖1是本發明太陽能熱水器熱管冷凝端的防垢除垢裝置結構示意簡圖； 圖2是圖1中沿A-A位置所示的除垢輪輪體工作狀態的結構布置示意圖； 圖3是利用本發明除垢后的熱管示意圖。 下面是本發明說明書附圖中主要附圖標記的說明
1——除垢輪輪體 2—
4——除垢輪葉片 5_
7——除垢輪軸頭 8—
10——熱管冷凝端 ll-lS——熱管冷凝端外壁
-擋水板 3-
嘲管冷凝端端頭擋片 6-
-間隙 9-
一熱管絕熱段 12-
-除垢齒 -引流孔
-熱管冷凝端管壁 -熱管蒸發端
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細描述。
如圖l、圖2和圖3所示，本發明太陽能熱水器熱管冷凝端的防垢除垢裝置包括設置在
熱管冷凝端IO外的換熱水套，所述換熱水套的兩端分別設置有一進水口和一出水口，所述 熱管冷凝端IO上套裝有主體為圓筒裝的除垢輪部件；所述換熱水套內位于進水口與除垢輪 部件之間分別有擋水板2;所述除垢輪部件由設置在除垢輪輪體1上的多個葉片4構成，所 述除垢輪輪體1內壁的沿圓周上均勻地布置有多個V型除垢齒3;所述除垢輪輪體1的一端 設置有熱管冷凝端端頭擋片5;所述每個擋水板2上分別設置有引流孔6。
本發明太陽能熱水器熱管冷凝端的防垢除垢裝置，其中，所述除垢輪部件和所述擋水
板2的數量與太陽能熱水器熱管的根數相同。所述除垢輪輪體1上葉片4的數量為六個， 每個葉片4與對應除垢輪輪體1中熱管冷凝端外壁13面夾角為45度，相鄰葉片之間的夾 角為60度。所述V型除垢齒的數量為六個，相鄰V型除垢齒之間的夾角為60度，所述六 個V型除垢齒所在圓周的內徑比換熱管冷凝端外徑大0. 3至0. 8毫米，最好為0. 5毫米， 即兩者之間保持有一間隙8。所述熱管冷凝端端頭擋片7的幾何形狀為十字形，與所述熱管 冷凝端端頭擋片外端面上設置有一除垢輪軸頭7，所述除垢輪軸頭7為圓錐體。
本發明防垢除垢裝置的工作原理如圖1所示，冷水在系統循環泵的作用下從換熱水套 的進水口流入，在擋水板2處被攔截，冷水只能從引流孔6流過擋水板2，這時冷水被集中成 一束，正好射在前方的除垢輪葉片4上，由于引流孔6具有一定的節流作用，使流過的冷水 流速大大增加，帶有速度的水流射在除垢輪葉片4上，進而帶動除垢輪輪體l轉動，此時， 在除垢輪輪體1的內壁上周向均勻布置的六個V型除垢齒3隨即轉動，除垢齒3在熱管冷凝端 外壁13周圍不停的轉動，從而防止各種形式的垢在其外壁上沉淀；對于已經生成的水垢， 圍繞熱管冷凝端外壁13轉動的除垢齒3可將其擠壓切削破碎，達到除垢的目的；并且六個V 型除垢齒3與熱管冷凝端外壁13接觸部分是除垢齒3的V型齒與熱管冷凝端外壁10的圓柱相 切，該接觸屬于線接觸，其除垢能力非常強，盡量保證V型除垢齒3應最大程度的與熱管冷 凝端外壁13相吻合。與此同時，由于除垢輪葉片4的轉動使熱管冷凝端周圍流體滯留邊界層 不斷地被擾動，從而有效地強化了邊界層的傳熱，提高了傳熱系數，對節能起到了明顯作 用。經過熱管冷凝端10換熱的水流繼續進入下一個除垢換熱循環，以此類推，水流一一和 若干根熱管冷凝端10進行除垢換熱過程，獲取熱量后的水流從換熱水套出水口流出，進入 保溫水箱，從而得以滿足人們對熱水的需求。
如圖2所示，它展示了除垢輪輪體l在工作狀況下的結構布置圖。從其半剖部分可以清 楚看到，太陽能熱水器熱管冷凝端10完全被套入除垢輪輪體1內，其熱管冷凝端管壁9與除 垢齒3之間有一個間隙8，并且該間隙8應保持在0.3至0.8毫米。熱管冷凝端10和除街輪輪體 l是套裝好后再整體放入換熱水套中，在熱管冷凝端端頭擋片5的作用下熱管冷凝端10在水 套里完全被除垢輪輪體l套住，由于水套里水的作用，除垢輪輪體l幾乎是漂浮狀態，再加 上熱管冷凝端端頭擋片5上中心位置處的除垢輪軸頭7恰好接觸在換熱水套頂部形成了一個 轉動點，本發明防垢除垢裝置采用這樣的結構，可以使除垢輪輪體轉動時的阻力非常小， 只需獲得很小的動力就能使除垢輪輪體1暢快的繞著熱管冷凝端10轉動。
圖3示出了熱管式太陽能集熱器(包括熱管式真空太陽能集熱器或平板式熱管太陽能集 熱器)里單根熱管的示意圖，它包括熱管冷凝端IO，熱管絕熱段11和熱管蒸發端12，其工
作原理是通過熱管蒸發端12吸收太陽的熱量，然后經過熱管絕熱段11進入熱管冷凝端10， 從而實現將熱量傳遞給冷水。
本發明防垢除垢裝置的生產和裝配中，首先，要根據熱管冷凝端io幾何尺寸來確定除 垢輪部件的尺寸，并且要根據所用太陽能集熱器熱管的數量來確定除垢輪部件和擋水板2 的數量，以上參數確定后，防垢除垢裝置的外形尺寸，即換熱水套的幾何尺寸也就基本確 定了。另外，將太陽能熱水器所有的熱管冷凝端10要逐個地、完全地套入各自的除垢輪部 件內，然后一起放入換熱水套中，在換熱水套中合適的位置配以相應的擋水板2，在擋水板 2上開的引流孔6的位置和引流孔6各種幾何尺寸有其嚴格的流體力學方面的要求，視具體 的實際情況而定， 一切就緒后，密封換熱水套并進行保溫處理。使用時，將要被加熱的水 在系統循環泵的作用下從換熱水套的進水口流入，和水套里的熱管冷凝端10換熱，水力沖 擊除垢輪葉片4，即刻帶動除垢齒3轉動，從而實現對熱管冷凝端外壁13進行除垢，防止 了水垢生成。
經過對發明防垢除垢裝置的樣品模型進行多次實驗，均取得了良好的效果，故采用本 發明防垢除垢裝置對太陽熱水器熱管冷凝端進行防垢和除垢從理論和實驗上都切實可行。 盡管結合附圖對本發明進行了上述描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式
，上 述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的 啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發明的保護 之列。
權利要求
1.一種太陽能熱水器熱管冷凝端的防垢除垢裝置，包括換熱水套，其特征在于所述換熱水套設置有進水口和出水口，位于換熱水套內的熱管冷凝端上套裝有除垢輪部件；所述換熱水套內位于換熱水套進水口與除垢輪部件之間分別有擋水板；所述除垢輪部件由設置在除垢輪輪體上的多個葉片構成，所述除垢輪輪體的內壁上均勻地布置有多個V型除垢齒；所述除垢輪輪體的一端設置有熱管冷凝端端頭擋片；所述擋水板上分別設置有引流孔。
2. 如權利要求l所述的太陽能熱水器熱管冷凝端的防垢除垢裝置，其特征在于所述 除垢輪部件和所述擋水板的數量與太陽能集熱器熱管的根數相同。
3. 如權利要求l所述的太陽能熱水器熱管冷凝端的防垢除垢裝置，其特征在于所述 除垢輪輪體上葉片的數量為六個，每個葉片與對應除垢輪輪體中熱管冷凝端外壁面夾角為 45度，相鄰兩卩十片之間的夾角為60度。
4. 如權利要求l所述的太陽能熱水器熱管冷凝端的防垢除垢裝置，其特征在于所述 V型除垢齒的數量為六個，相鄰V型除垢齒之間的夾角為60度，所述六個V型除垢齒所在 圓周的內徑比換熱管冷凝端外徑大0. 3至0. 8毫米。
5. 如權利要求1所述的太陽能熱水器熱管冷凝端的防垢除垢裝置，其特征在于所述 除垢輪輪體為圓筒結構。
6. 如權利要求1所述的太陽能熱水器熱管冷凝端的防垢除垢裝置，其特征在于所述熱管冷凝端端頭擋片的幾何形狀為十字形，與所述熱管冷凝端端頭擋片外端面上設置有一 除街輪軸頭，所述除垢輪軸頭為圓錐體。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能熱水器熱管冷凝端的防垢除垢裝置，包括換熱水套，所述換熱水套設置有進水口和出水口，位于換熱水套內的熱管冷凝端上套裝有除垢輪部件；所述換熱水套內位于換熱水套進水口與除垢輪部件之間分別有擋水板；所述除垢輪部件由設置在除垢輪輪體上的多個葉片構成，所述除垢輪輪體的內壁上均勻地布置有多個V型除垢齒；所述除垢輪輪體的一端設置有熱管冷凝端端頭擋片；所述擋水板上分別設置有引流孔。本發明防垢除垢裝置的設計是根據流體力學原理，是有效地利用循環水壓作為防垢除垢的動力，避免了采用其它方式防垢除垢對能源的浪費，并且裝置體積小巧、結構簡單，適合批量化生產。
文檔編號F28G3/10GK101182978SQ20071015092
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月11日 優先權日2007年12月11日
發明者張雨田, 賓 楊, 軍 趙, 趙中剛, 趙國華 申請人:天津大學