專利名稱：非金屬熱管太陽(yáng)能收集利用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能收集利用和傳熱技術(shù)。
熱管是一種在管狀物內(nèi)抽空灌入工質(zhì)的兩相流傳熱元件，它具有優(yōu)異的傳熱能力、等溫性和熱流密度變換能力。用熱管制造的太陽(yáng)集熱裝置具有傳熱迅速等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)較高，有時(shí)還存在工質(zhì)與金屬管壁的相容性問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是要提供一種非金屬熱管太陽(yáng)能收集利用裝置。
本發(fā)明的目的這樣實(shí)現(xiàn)用集熱元件、非金屬熱管和加熱負(fù)載器件低熱阻連接組成一臺(tái)帶非金屬熱管太陽(yáng)能收集利用裝置。譬如，在管狀集熱元件或管狀透過(guò)體包括透明玻璃夾套內(nèi)置入非金屬熱管包括帶有吸收體或翅板吸收體的非金屬熱管，再將非金屬熱管的冷端插入保溫水箱。非金屬熱管包括全非金屬管壁熱管譬如獨(dú)立的玻璃熱管，但不包括與全玻璃真空集熱管一體燒接制成的玻璃熱管；非金屬熱管還包括部分非金屬管壁熱管和柔性管壁非金屬熱管；部分非金屬管壁熱管包括帶金屬冷端和/或熱端、特別是具有帶管狀翅板橫向段的T型金屬冷端和/或熱端的非金屬熱管；柔性管壁非金屬熱管包括用硅膠管與其它管道結(jié)合構(gòu)成的熱管；也包括用硅膠管與另一熱管結(jié)合構(gòu)成的串聯(lián)式熱管。加熱負(fù)載器件包括熱水箱、聯(lián)集器、換熱器、散熱器和被加熱物體；聯(lián)集器包括聯(lián)集盒和匯集管。非金屬熱管與加熱負(fù)載器件的連接可膠圈密封直插，還可采用將非金屬熱管直接或通過(guò)一段包裹在非金屬熱管管壁上的金屬管狀物與一個(gè)環(huán)狀物或與一個(gè)連接管包括螺紋連接管相連接，再通過(guò)此環(huán)狀物或連接管與加熱負(fù)載器件密封連接。
本發(fā)明非金屬熱管太陽(yáng)集熱裝置的有益效果包括造價(jià)較低、無(wú)相容性問(wèn)題、不存在全玻璃真空熱管集熱元件的腰接燒接縫及帶來(lái)的應(yīng)力問(wèn)題、可選用效細(xì)的玻璃熱管來(lái)提高耐壓和增加集熱元件的管徑。譬如對(duì)φ47真空集熱管，用φ12玻璃管制作可插入真空集熱管的玻璃熱管(又稱獨(dú)立玻璃熱管)比原φ37玻璃真空夾套內(nèi)管一體制作的熱管，耐壓可提高3.6倍——相當(dāng)于用水作工質(zhì)時(shí)從150℃時(shí)的4.4巴(絕對(duì))提高到195℃時(shí)的13.3巴(絕對(duì))。2米長(zhǎng)φ12的獨(dú)立玻璃熱管傳熱功率可達(dá)90W，可用于制造2米長(zhǎng)、管徑100的真空熱管集熱元件。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明。


圖1給出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。這是一臺(tái)用于直流U型管真空太陽(yáng)集熱裝置的一體式太陽(yáng)能解凍裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，一體式太陽(yáng)能解凍裝置的進(jìn)水管1和出水管2與一根硅膠管柔性管壁熱管3的冷端緊靠布置；其外面包有絕熱材料4。熱管X的熱端伸入集熱元件5內(nèi)。在集熱元件5內(nèi)還裝有U型管換熱元件6，U型管換熱元件6與進(jìn)水管1和出水管2串接構(gòu)成集熱裝置的水路。
圖1實(shí)施例的工作原理太陽(yáng)能裝置的進(jìn)水管1和/或出水管2凍結(jié)且太陽(yáng)剛出，集熱元件5吸收的熱能多于輸出的熱能，其內(nèi)部溫度升高并超出正常工作溫度直致柔性管壁熱管3啟動(dòng)。熱管3冷端管壁在內(nèi)部蒸汽壓作用下脹起緊貼進(jìn)水管1和出水管2，使從集熱元件5內(nèi)部到進(jìn)水管1和出水管2之間的傳導(dǎo)熱阻大大減小。進(jìn)水管1和出水管2開(kāi)始解凍直到貫通使集熱元件5內(nèi)的熱能經(jīng)U型管換熱元件6中的水帶走，集熱元件5內(nèi)溫度恢復(fù)到正常水平的較低值。熱管3停止工作，其管壁再度被大氣壓癟不再傳熱，太陽(yáng)集熱裝置進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。
圖1中進(jìn)水管和出水管也可各與一根或多根柔性管壁熱管的冷端緊靠布置。用柔性管壁熱管制造太陽(yáng)能解凍裝置體積緊湊、現(xiàn)場(chǎng)安裝和抽空方便。
圖1中柔性管壁熱管的冷端若與一散熱器包括金屬構(gòu)件如水箱和聯(lián)集盒的外殼低熱阻連接可構(gòu)成太陽(yáng)能集熱裝置的空曬保護(hù)裝置。其工作原理為斷水使真空集熱元件內(nèi)部溫度升高導(dǎo)致熱管啟動(dòng)并使從集熱元件內(nèi)部到散熱器之間的傳導(dǎo)熱阻大大減??；部分熱能通過(guò)散熱器引出從而阻止集熱裝置工況進(jìn)一步劣化?；謴?fù)通水后，集熱元件內(nèi)溫度很快下降使熱管停止工作，集熱裝置恢復(fù)正常運(yùn)行。
圖1實(shí)施例中柔性管壁熱管太陽(yáng)能解凍裝置的熱源除集熱器件外，還可用其它熱源包括熱水及溫暖空氣。它們也可用于經(jīng)常性對(duì)各種管道和其它物體保溫加熱。
圖2給出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，這是一臺(tái)獨(dú)立玻璃熱管真空太陽(yáng)熱水器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，獨(dú)立玻璃熱管7的熱端插入真空集熱元件5并由一個(gè)內(nèi)凹的鐘狀物8粘接固定于集熱元件5上。集熱元件5的開(kāi)口端插入保溫水箱9。
圖2實(shí)施例的工作原理陽(yáng)光照到真空集熱元件5并使其內(nèi)部的溫度升高令獨(dú)立玻璃熱管3啟動(dòng)；熱能經(jīng)熱管7傳給水箱9內(nèi)的水。
圖2中，鐘狀物8使獨(dú)立玻璃熱管7的冷端縮入集熱元件5，既可防止集熱元件5內(nèi)腔進(jìn)水；還可在熱管7冷端處保留少許水，在斷水時(shí)通過(guò)這些水的蒸發(fā)能阻止熱管7冷端溫度迅速升高。熱管7的冷端縮入集熱元件5的設(shè)計(jì)還方便運(yùn)輸安裝，并可在水箱水位較低時(shí)有效集熱。
熱管太陽(yáng)熱水器的熱端熱流密度低，用真空管插入獨(dú)立玻璃熱管時(shí)和插入金屬熱管相比，其熱阻增加可以忽略；其冷端因浸入水中且水的傳導(dǎo)熱阻較大，所以其冷端的熱阻增加也可以忽略。獨(dú)立玻璃熱管用于聚焦式太陽(yáng)灶等中高溫集熱時(shí)理化性能非常穩(wěn)定，其易碎的問(wèn)題也可設(shè)法解決。另外，由于耐壓足夠，獨(dú)立玻璃熱管可灌裝充足的工質(zhì)使傳熱效率達(dá)到最高。相比之下，用全玻璃真空集熱管的內(nèi)管作熱管因耐壓低有時(shí)只充裝1毫升工質(zhì)，僅為合理充裝量的3-5％，因而其最大傳熱能力和傳熱效率較低。
圖3給出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。這是一臺(tái)熱管太陽(yáng)集熱裝置的玻璃熱管冷端與聯(lián)集盒螺紋連接部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，置于真空集熱元件5內(nèi)的獨(dú)立玻璃熱管7冷端帶有外絲駁接件10；外絲駁接件10與聯(lián)集盒11內(nèi)膽上的內(nèi)絲駁接件12螺紋連接；聯(lián)集盒11內(nèi)膽上還帶有內(nèi)凹的盲管13，盲管13上連有通到外面水源的管道14；聯(lián)集盒11和盲管13內(nèi)充水。
圖3實(shí)施例的工作原理陽(yáng)光照到集熱元件5并使獨(dú)立玻璃熱管7啟動(dòng)；熱能經(jīng)熱管7、盲管13內(nèi)的水和盲管13管壁傳給聯(lián)集盒11內(nèi)的水。
圖3實(shí)施例中，當(dāng)加熱負(fù)載器件為開(kāi)式水箱且處于集熱元件上方時(shí)，也可采用敞開(kāi)的通管代替盲管并省略連接盒外水源的細(xì)管及水源。
在加熱負(fù)載器件與非金屬熱管冷端之間采用一個(gè)隔離管包括在加熱負(fù)載器件上連接內(nèi)凹的盲管、特別是帶有一根與水源連通的管道的盲管可使系統(tǒng)在單個(gè)集熱元件破損時(shí)仍能集熱。在聯(lián)集盒失水時(shí)通過(guò)隔離管內(nèi)水的蒸發(fā)能阻止熱管冷端溫度迅速升高。另外，隔離管也可套接在非金屬熱管冷端上。
圖4給出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。這是一臺(tái)熱管太陽(yáng)集熱裝置的玻璃熱管冷端與帽式換熱器連接部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，置于真空集熱元件5內(nèi)的獨(dú)立玻璃熱管7冷端與一個(gè)帽式換熱器15采用密封膠圈16密封連接，并通過(guò)帽式換熱器15和固定膠圈17固定于集熱元件5內(nèi)。帽式換熱器15帶進(jìn)水管18和伸入換熱器15的出水管19，內(nèi)部充水。
圖4實(shí)施例的工作原理陽(yáng)光照到真空集熱元件5并使獨(dú)立玻璃熱管7啟動(dòng)；熱能經(jīng)熱管7傳給帽式換熱器15內(nèi)的流動(dòng)的水。
圖4實(shí)施例可用于快速提供蒸汽或水汽混合物。
圖5給出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。這是一臺(tái)串聯(lián)式熱管太陽(yáng)集熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，硅膠管串聯(lián)式柔性管壁熱管20的熱端21套接插入集熱元件5的獨(dú)立玻璃熱管7，其銅管冷端22伸入保溫水箱9內(nèi)。冷端22外有一個(gè)對(duì)流加速管23。硅膠管串聯(lián)式熱管20與一段柔性管壁冗余段24連通。
圖5實(shí)施例的工作原理當(dāng)集熱元件5上的光強(qiáng)小于臨界值時(shí)，熱管20不啟動(dòng)，柔性管壁冗余段24及熱管20的中段被大氣壓癟而冷端和熱端內(nèi)正好充滿工質(zhì)未出現(xiàn)真空空間。當(dāng)光強(qiáng)大于臨界值時(shí)熱管20啟動(dòng)，柔性管壁冗余段23及熱管20的中段被內(nèi)部蒸汽壓吹脹。從熱端21來(lái)的蒸汽在冷端22凝結(jié)成液體后部分灌充于冗余段24內(nèi)，其余參與兩相流傳熱循環(huán)；裝置進(jìn)入正常集熱狀態(tài)。
圖5實(shí)施例中，柔性管壁冗余段24用于儲(chǔ)存熱管20不工作時(shí)充填未被壓癟空間所需的工質(zhì)，使熱管20不出現(xiàn)真空空間，這樣外界空氣就不易進(jìn)入熱管內(nèi)部。圖5實(shí)施例的硅膠管串聯(lián)式熱管20也可僅用一根硅膠管熱管代替且省略獨(dú)立玻璃熱管7。
圖6給出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。這是一個(gè)兩級(jí)塑料熱管太陽(yáng)能集熱裝置的T型金屬冷端的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，具有管狀翅板25的橫向段26中間連接一根垂直通管組成一個(gè)T型金屬冷端27。T型金屬冷端27的垂直通管內(nèi)側(cè)及管狀翅板25內(nèi)側(cè)分別熱熔接下級(jí)塑料熱管28和上級(jí)塑料熱管29。
圖6實(shí)施例的工作原理太陽(yáng)熱能先使下級(jí)熱管28內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，這些蒸汽在T型金屬冷端27帶有管狀翅板25的橫向段26內(nèi)壁冷凝放出熱能。這些熱能通過(guò)管狀翅板25傳給上級(jí)熱管29。各下級(jí)熱管匯集的熱能由上級(jí)熱管29傳到水箱或其它加熱負(fù)載器件。
圖6實(shí)施例的T型金屬冷端也可轉(zhuǎn)用作T型金屬熱端。
圖6實(shí)施例用于可制造下級(jí)熱管插入管狀集熱元件的真空兩級(jí)熱管集熱裝置，也可用于制造下級(jí)熱管熱熔接翅板吸收體的平板兩級(jí)熱管集熱器。平板兩級(jí)熱管集熱器的具體制造方法包括將蓋玻璃板、成組的非金屬下級(jí)熱管吸收體和絕熱材料層迭布置于一個(gè)盒狀物中。
另外，還可將圖6實(shí)施例中T型金屬冷端27的管狀翅板25內(nèi)側(cè)熱熔接塑料匯集管來(lái)制造匯集式熱管集熱裝置。還可將圖6實(shí)施例中的T型金屬冷端27的垂直通管和管狀翅板25內(nèi)側(cè)用其它方法低熱阻連接包括粘接非金屬管來(lái)制造各種兩級(jí)熱管集熱裝置或匯集式熱管集熱裝置。
本發(fā)明的各種非金屬熱管也可應(yīng)用于太陽(yáng)能裝置以外的各種場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.熱管式太陽(yáng)能收集利用裝置，由集熱元件、非金屬熱管和加熱負(fù)載器件低熱阻連接制成，非金屬熱管包括獨(dú)立的玻璃熱管但不包括與全玻璃真空集熱管一體燒接制成的玻璃熱管；其特征在于含有與加熱負(fù)載器件低熱阻連接的非金屬熱管。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于管狀集熱元件或管狀透過(guò)體包括透明玻璃夾套內(nèi)含有非金屬熱管包括帶有吸收體或翅板吸收體的非金屬熱管。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于非金屬熱管直接或通過(guò)一段包裹在非金屬熱管管壁上的金屬管狀物與一個(gè)環(huán)狀物或與一個(gè)連接管包括螺紋連接管相連接，再通過(guò)此環(huán)狀物或管狀物與加熱負(fù)載器件密封連接。
4.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于加熱負(fù)載器件與非金屬熱管冷端之間含有一個(gè)隔離管包括在加熱負(fù)載器件上連接有內(nèi)凹的盲管、特別是帶有一根與水源連通的管道的盲管。
5.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于蓋玻璃板、成組的非金屬熱管吸收體包括與金屬翅板低熱阻連接構(gòu)成的非金屬熱管吸收體和絕熱材料層迭布置于一個(gè)盒狀物中。
6.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于含有帶金屬冷端和/或熱端、特別是具有帶管狀翅板橫向段的T型金屬冷端和/或熱端的非金屬熱管。
7.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于含有柔性管壁非金屬熱管包括用硅膠管與其它管道結(jié)合構(gòu)成的熱管，也包括用硅膠管與另一熱管結(jié)合構(gòu)成的串聯(lián)式熱管。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于含有與一段柔性管壁冗余段連通的柔性管壁非金屬熱管。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于含有冷端與太陽(yáng)能裝置的進(jìn)出水管緊靠布置或與散熱器包括金屬構(gòu)件如水箱和聯(lián)集盒的外殼低熱阻連接的柔性管壁非金屬熱管。
全文摘要
非金屬熱管太陽(yáng)能收集利用裝置由集熱元件、非金屬熱管和加熱負(fù)載器件低熱阻連接制成；其特征在于含有與加熱負(fù)載器件低熱阻連接的非金屬熱管。非金屬熱管包括獨(dú)立的玻璃熱管、部分非金屬管壁熱管和柔性管壁非金屬熱管，但不包括與全玻璃真空集熱管一體燒接制成的玻璃熱管。本發(fā)明提供了5個(gè)太陽(yáng)能收集利用裝置的非金屬熱管與加熱負(fù)載器件連接的實(shí)施例。本發(fā)明的有益效果包括造價(jià)較低、無(wú)相容性問(wèn)題、不存在全玻璃真空熱管集熱元件的腰接燒接縫及帶來(lái)的應(yīng)力問(wèn)題、可選用效細(xì)的玻璃熱管來(lái)提高耐壓和增加集熱元件的管徑。本發(fā)明還提供一種柔性管壁熱管太陽(yáng)能解凍裝置和一種柔性管壁熱管太陽(yáng)能空曬保護(hù)裝置。
文檔編號(hào)F24J2/04GK1900623SQ20051002798
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者施國(guó)梁 申請(qǐng)人:施國(guó)梁