專利名稱：毛細(xì)泵全天候集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種熱源置位高于熱匯的自然循環(huán)集熱裝置。
背景技術(shù)：
自然循環(huán)熱交換器的加熱段通常位于冷凝段之下，依靠工質(zhì)隨溫度差帶來(lái)的密度差，形成重力壓頭而導(dǎo)致液態(tài)工質(zhì)循環(huán)。熱虹吸管因其流動(dòng)壓力唯有重力，故又稱為重力熱管。一旦蒸發(fā)段位于冷凝段之上，自然循環(huán)關(guān)系被破壞，失去傳熱能力。為此，研發(fā)出毛細(xì)泵回路，利用工質(zhì)的相變傳熱。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是本人《全天候集熱裝置》專利的細(xì)化，目的是熱源放置在任何位置，都保證自然循環(huán)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
所述的毛細(xì)泵全天候集熱器，其特征是整個(gè)熱力系由內(nèi)部有吸液芯的金屬薄球形集熱器經(jīng)外有保溫層的蒸汽聯(lián)管與內(nèi)有緊湊式換熱器的貯熱器聯(lián)結(jié)，再順序通過(guò)管狀過(guò)冷器及液體回流管與集熱器構(gòu)成工質(zhì)循環(huán)的閉環(huán)系統(tǒng)，其內(nèi)抽到適當(dāng)真空度，以排除不凝性氣體，并灌有一定量的工質(zhì)，另在液體回流管處接有一個(gè)啟動(dòng)溫控器。
所述的毛細(xì)泵全天候集熱器，其特征是集熱器是一個(gè)內(nèi)部有由輪廓為球面的金屬?gòu)椈芍畯埩D貼在其內(nèi)壁的吸液芯的金屬薄球殼，吸液芯是疊放若干層沖壓成球面的金屬絲網(wǎng)。
所述的毛細(xì)泵全天候集熱器，其特征是蒸汽聯(lián)管是套有絕熱材料層的將集熱器與貯熱器連接的鋁塑管。
所述的毛細(xì)泵全天候集熱器，其特征是貯熱器是內(nèi)有緊湊式換熱器的箱體，緊湊式換熱器由兩端分別焊接在分流箱和匯流箱的薄壁金屬管束構(gòu)成。
所述的毛細(xì)泵全天候集熱器，其特征是啟動(dòng)溫控器是一個(gè)敷有電加熱器與溫度傳感器、底端與液體回流管相連接的圓柱形腔體，其中電加熱器通過(guò)電纜與控制電路板連接，控制電路板又分別與220V交流電源和溫度傳感器連接。
所述的毛細(xì)泵全天候集熱器，其特征是過(guò)冷器是一段由貯熱器工質(zhì)出口到液體回流管的裸露金屬管。
所述的毛細(xì)泵全天候集熱器，其特征是液體回流管是由過(guò)冷器到集熱器回液口；內(nèi)部塞有由金屬粗絲網(wǎng)支撐若干層卷成圓管狀的金屬細(xì)絲網(wǎng)構(gòu)成吸液芯的鋁塑管。


圖1系統(tǒng)總成圖；圖2集熱器縱剖圖；圖3貯熱器之緊湊式換熱器之底視剖面圖；圖4貯熱器之緊湊式換熱器之正視剖面圖。
圖符1-集熱器；1-1絕熱材料；1-2集熱器球殼；1-3彈簧；1-4金屬粗絲網(wǎng)；1-5金屬細(xì)絲網(wǎng)；2-蒸汽聯(lián)管；3-貯熱器；3-1分流(或匯流)箱；3-2薄壁管；3-3工質(zhì)出口；3-4貯熱器回水口；3-5貯熱器出水口；4-過(guò)冷器；5-液體回流管；6-啟動(dòng)溫控器。
6-1溫度傳感器；6-2電纜；6-3控制電路板；6-4電熱陶瓷。
具體實(shí)施方式
系統(tǒng)總成(見圖1)的工作過(guò)程工質(zhì)在蒸發(fā)段即集熱器1內(nèi)，吸收熱量而蒸發(fā)汽化，產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)蒸汽聯(lián)管2進(jìn)入冷凝段-儲(chǔ)熱器3，蒸汽在冷凝段釋放熱量而凝結(jié)為液體，凝結(jié)液流過(guò)過(guò)冷器4進(jìn)入液體回流管5，最后由其中的毛細(xì)結(jié)構(gòu)提供毛細(xì)力，泵送回流到集熱器1，形成了蒸發(fā)-凝結(jié)往復(fù)循環(huán)，工質(zhì)將熱源(集熱器1)的熱量不斷傳給熱匯(儲(chǔ)熱器3)。
可見，毛細(xì)泵循環(huán)的核心是毛細(xì)力，原理推導(dǎo)出(Δpcap)max≥Δpv+Δpl+Δpw+Δpg其中Δpcap-毛細(xì)壓頭；Δpv-蒸汽通道的壓力降；Δpl-液體通道的壓力降；Δpw-吸液芯的壓力降；Δpg-重力壓降。
毛細(xì)泵傳熱的主要極限毛細(xì)極限取決于熱載體流量-物流量的極限。即Q＝Cl·m·ΔT其中Q-熱流量；Cl-液體的比熱容；m-液體的流量；ΔT-液體出、回口之溫差。
毛細(xì)泵自然循環(huán)的實(shí)現(xiàn)，集熱器1可以高位安裝，它將解決平房和樓一層房間的室外體防護(hù)問(wèn)題。也因自重最大的貯熱器3可以分體置于室內(nèi)，不僅利于其保溫；還起到了減輕室外壁掛體的自重或樓頂板的設(shè)備靜負(fù)荷的作用。進(jìn)而熱源、匯之間得以最簡(jiǎn)捷地連接，在降低成本的同時(shí)，可獲得最佳輸運(yùn)熱損耗。
現(xiàn)配合實(shí)例附圖進(jìn)一步具體說(shuō)明。
原則講，集熱器1內(nèi)可以充有一定量的液態(tài)工質(zhì)，因而回流液體無(wú)須毛細(xì)芯。但是，卻招致兩大嚴(yán)重惡果首先，蒸發(fā)段高于冷凝段，充液量必然使得部分蒸汽聯(lián)管2和儲(chǔ)熱器3的整個(gè)緊湊式換熱器薄壁管3-2都被液態(tài)工質(zhì)淹沒(méi)，熱交換只能在儲(chǔ)熱器3之外的蒸汽聯(lián)管2內(nèi)汽-液極小交界面處進(jìn)行，然后，再通過(guò)液態(tài)內(nèi)部以對(duì)流、傳導(dǎo)擴(kuò)散，向冷凝段傳熱，效率極低。再者，充液量增多，顯然成本加大，設(shè)備總自重也無(wú)形中加大；特別是在集熱器1內(nèi)，大量工質(zhì)的液態(tài)顯熱加汽化潛熱，升溫所需熱量增大，蒸發(fā)則減緩，循環(huán)速率降低，其結(jié)果弊大于利。所以，充液液面最高不得超過(guò)貯熱器工質(zhì)出口3-3。當(dāng)然，在集熱器1爬升高度很大時(shí)，必須慮及工質(zhì)總量，既不淹沒(méi)緊湊式換熱器薄壁管3-2，也不得出現(xiàn)液體回流管5內(nèi)干涸。最簡(jiǎn)單的辦法是適當(dāng)加粗液體回流管5底部的管徑?；蛘咴谝后w回流管5豎管底部加一個(gè)貯液罐。
可見，液態(tài)工質(zhì)遠(yuǎn)在集熱器1的下部，除了液體回流管5需填加吸液芯以外，集熱器1內(nèi)也要覆蓋一定面積的吸液芯(見圖2)，用以增大液態(tài)工質(zhì)與集熱器1內(nèi)壁的接觸面積，提高系統(tǒng)的第一次熱交換率。吸液芯的層數(shù)越多，吸液芯的截面積越大，毛細(xì)力泵上來(lái)的液態(tài)工質(zhì)越多，可不出現(xiàn)吸液芯內(nèi)液體工質(zhì)干涸。然而，吸液芯的加厚會(huì)使徑向熱阻加大，徑向溫度梯度加大，蒸發(fā)率受限。為統(tǒng)一此矛盾，在同樣厚度時(shí)，選細(xì)目絲網(wǎng)有利。
液體回流管5內(nèi)的吸液芯截面積越大，越利于液體回流揚(yáng)升，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)工藝，管徑比較細(xì)，選200目細(xì)絲網(wǎng)1-5筒卷厚些，由80目粗絲網(wǎng)1-4支撐，既保證了盡可能大的吸液芯截面積，又可以省卻頂壓吸液芯的蛇形彈簧。在此，還應(yīng)考慮液體回流管5的保溫問(wèn)題，由于經(jīng)過(guò)過(guò)冷器4消除了氣泡，若在液體回流管5繼續(xù)降溫，回升熱耗必然加大，實(shí)屬無(wú)義消耗。故，液體回流管5如同蒸汽聯(lián)管2一樣，也應(yīng)纏裹絕熱泡沫塑料1-1加以保溫。
由此可見，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，過(guò)冷器4可以是液體回流管5的不加保溫層的始端，其長(zhǎng)度以消凈氣泡為準(zhǔn)，越短溫降越小，越有益。
在液體回流管5內(nèi)充滿的液體，也起到了汽、液隔離的作用，蒸汽只沿蒸汽聯(lián)管2至冷凝段3，而冷凝段3冷凝的液體只流經(jīng)過(guò)冷器4進(jìn)入液體回流管5。
貯熱器3是本熱工系統(tǒng)的負(fù)載，其二次熱交換的效率決定了整機(jī)的效率。在此采用緊湊式熱交換器的圓管束結(jié)構(gòu)，見圖3、4。由于突變徑使得蒸汽流速驟降，管束表面積又倍增，熱交換更加充分。假如室外體(集熱器1或蒸汽聯(lián)管2)出現(xiàn)工質(zhì)泄露或某種原因溫度低于貯熱器3溫度之類故障，貯熱器3內(nèi)的熱量也不會(huì)發(fā)生逆運(yùn)行而釋放。因?yàn)槔淠螞](méi)有吸液芯，蒸汽泄露后，也就沒(méi)有液態(tài)工質(zhì)補(bǔ)充(干涸)，蒸發(fā)停止。這就是毛細(xì)泵熱管的熱二極管特性。
一旦因負(fù)荷超載，蒸發(fā)器1出現(xiàn)干涸，啟動(dòng)溫控器6(見圖1)便發(fā)揮作用溫度傳感器6-1采集的溫度變量通過(guò)控制電路板6-3控制電熱陶瓷6-4加熱啟動(dòng)溫控器6的腔體，因?yàn)樵撉惑w與液體回流管5連通，其內(nèi)蒸汽體積膨脹，進(jìn)行液態(tài)工質(zhì)向豎直液體回流管5壓力灌注，使蒸發(fā)段1恢復(fù)蒸發(fā)。這是其它熱管所不具備的獨(dú)特功能。
本系統(tǒng)的工作溫度在70-100℃，循環(huán)工質(zhì)通道與在貯熱器水箱3內(nèi)，緊湊式換熱器薄壁管3-2外的使用水嚴(yán)密隔離，為了降低成本、保障安全、延長(zhǎng)壽命，選循環(huán)工質(zhì)為水，為了避免結(jié)垢，結(jié)垢的危害是第一次熱交換的集熱器球殼1-2及第二次熱交換的緊湊式換熱器薄壁管3-2的徑向熱阻均加大，工質(zhì)水還應(yīng)是經(jīng)過(guò)處理的軟化水。各部件的選材應(yīng)兼顧與工質(zhì)的相容性、導(dǎo)熱率、成型及焊接工藝等，本系統(tǒng)的金屬部件分別采用鋁合金(集熱器球殼1-2)、不銹鋼(彈簧1-3、吸液芯絲網(wǎng)1-4、1-5、貯熱器的緊湊式換熱器薄壁管3-2)、低碳鋼(分流和匯流箱3-1、過(guò)冷器4)。
權(quán)利要求1.一種毛細(xì)泵全天候集熱器，其特征是整個(gè)熱力系由內(nèi)部有吸液芯的金屬薄球形集熱器經(jīng)外有保溫層的蒸汽聯(lián)管與內(nèi)有緊湊式換熱器的貯熱器聯(lián)結(jié)，再順序通過(guò)管狀過(guò)冷器及液體回流管與集熱器構(gòu)成工質(zhì)循環(huán)的閉環(huán)系統(tǒng)，其內(nèi)抽到適當(dāng)真空度，并灌有一定量的工質(zhì)，另在液體回流管處接有一個(gè)啟動(dòng)溫控器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)泵全天候集熱器，其特征是集熱器是一個(gè)內(nèi)部有由輪廓為球面的金屬?gòu)椈蓮埩D貼在其內(nèi)壁的吸液芯的金屬薄球殼，吸液芯是疊放若干層沖壓成球面的金屬絲網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)泵全天候集熱器，其特征是蒸汽聯(lián)管是套有絕熱材料層的將集熱器與貯熱器連接的鋁塑管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)泵全天候集熱器，其特征是貯熱器是內(nèi)有緊湊式換熱器的箱體，緊湊式換熱器由兩端分別焊接在分流箱和匯流箱的薄壁金屬管束構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)泵全天候集熱器，其特征是啟動(dòng)溫控器是一個(gè)敷有電加熱器與溫度傳感器、底端與液體回流管相連接的圓柱形腔體，其中電加熱器通過(guò)電纜與控制電路板連接，控制電路板又分別與220V交流電源和溫度傳感器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)泵全天候集熱器，其特征是過(guò)冷器是一段由貯熱器工質(zhì)出口到液體回流管的裸露金屬管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)泵全天候集熱器，其特征是液體回流管是由過(guò)冷器到集熱器回液口；內(nèi)部塞有由金屬粗絲網(wǎng)支撐若干層卷成圓管狀的金屬細(xì)絲網(wǎng)構(gòu)成吸液芯的鋁塑管。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種毛細(xì)泵全天候集熱器，由集熱器(蒸發(fā)段)、蒸汽聯(lián)管(絕熱段)、貯熱器(冷凝段)、啟動(dòng)溫控器、過(guò)冷器和液體回流管(毛細(xì)管)等六部分組成。工質(zhì)在蒸發(fā)段內(nèi)，產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)蒸汽通道進(jìn)入冷凝段，蒸汽在冷凝段向熱匯釋放熱量而凝結(jié)為液體，凝結(jié)液由于毛細(xì)結(jié)構(gòu)提供的毛細(xì)力，泵送回流到蒸發(fā)段，形成了蒸發(fā)—凝結(jié)往復(fù)循環(huán)，熱源放置在任何位置，都保證自然循環(huán)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的。它將解決平房和樓一層房間的室外體的防護(hù)問(wèn)題。也因?yàn)樽灾刈畲蟮馁A熱器可以分體置于室內(nèi)，不僅利于保溫；還起到了減輕室外壁掛體的自重或減輕樓頂板的設(shè)備靜負(fù)荷的作用。進(jìn)而熱源、匯之間得以最簡(jiǎn)捷地連接，可獲得最佳輸運(yùn)熱損耗。
文檔編號(hào)F28D15/04GK2643262SQ0320467
公開日2004年9月22日 申請(qǐng)日期2003年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月27日
發(fā)明者徐衛(wèi)河 申請(qǐng)人:徐衛(wèi)河