專利名稱：降溫器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及熱交換設(shè)備，具體說，涉及降溫器。
背景技術(shù)：
在各種各樣的系統(tǒng)及各種各樣的環(huán)境中，過熱總是一個問題。所謂過熱是一個介質(zhì)被加熱而且超過了可允許的溫度限制。
熱水器就是上述的一個例子。與傳統(tǒng)的電熱或者燃氣的熱水器相比較，近年來太陽能熱水器變得很流行。因為消費者的環(huán)境保護意識越來越強烈。
普遍的說，太陽能熱水器是一個動態(tài)的系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，水被水泵驅(qū)動，流動在太陽能集熱器及水箱之間的閉合回路中。
用這種方法，水箱的冷水被循環(huán)到集熱器并加熱，然后回到水箱。
在熱天里，水溫會被太陽加熱到高于沸點的溫度，如果不加以控制，這種情況下是極有可能損害熱水器的部件，如集熱器本身，等等。
為了解決這一問題，過熱溫度保護器被引入了太陽能熱水器，這樣水溫就不會超過最高溫度。
過熱溫度保護器典型的構(gòu)成是1、一個感溫器，用于監(jiān)視水溫；2、一個控制系統(tǒng)。一旦水溫超過閾值，則使其調(diào)整回理想的值。
有一些熱水器的過溫保護裝置則用加大水流量的方式來遏制水溫的增加。這種方式在無電源或者泵故障的情況則無效。
其他一些的控制系統(tǒng)則用傾倒(排掉)熱水，加入冷水的方法去降低水溫。這種方法對于水資源是一個極大的浪費。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種解決介質(zhì)過熱的降溫器。
本實用新型所述的降溫器，包括封閉式的主體，該主體具有內(nèi)腔，腔內(nèi)含有用于熱傳遞的液體，其腔內(nèi)設(shè)定有一個預(yù)壓力，該預(yù)壓力為使用的液體的溫度在達到設(shè)定的降溫閾值并沸騰的壓力。
所述主體為環(huán)形體，具有低部分、高部分、連接低部分和高部分的兩個中間部分。
所述主體的低部分及高部分由熱導(dǎo)率高的材料構(gòu)成，中間部分用熱導(dǎo)率低的材料構(gòu)成。
所述低部分置于聯(lián)集器的上半部，兩個相對側(cè)壁基本垂直于低部分，其中一個側(cè)壁的高度比另一個側(cè)壁的高度大。
所述降溫器的上部分上具有若干散熱翅片。
所述主體包括低部及頂部，上述兩者由兩側(cè)壁連接形成內(nèi)腔，所述高部形成了內(nèi)腔的頂部并具有折點。
所述主體內(nèi)腔中的液體為水。
本實用新型所述的降溫器用于解決太陽能熱水器過熱問題，因此不需供應(yīng)電源。降溫器將熱水器系統(tǒng)的熱水即第一介質(zhì)的熱能傳到空氣或液體，即第二介質(zhì)，無需使用能源。該散熱及熱交換器當(dāng)然也可以用于其它的控制過熱的場合，比如用于防止房間的空氣過熱，第一介質(zhì)是房間的空氣，第二介質(zhì)是外面的新鮮空氣。用此類降溫器能防止使室內(nèi)人們感覺過熱，或溫室的植物過熱等等。結(jié)構(gòu)簡單，不需要閥門，探溫器，電線圈閥門，恒溫繼電器。熱交換器的運行不受斷電或者泵故障的影響。


圖1是本實用新型所述的太陽能熱水器安裝在住所的示意圖；圖2是圖1所示太陽能熱水器的太陽能采集器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型所述降溫器的第一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是一個曲線圖，它表現(xiàn)了水溫及時間的關(guān)系，它是根據(jù)降溫器的第一實例得來的；圖5是一個曲線圖，它表現(xiàn)了水溫及時間的關(guān)系，它是根據(jù)的第一結(jié)構(gòu)降溫器的第一例子及另一個例子得來的；圖6是本實用新型的第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
圖1是使用本實用新型所述的降溫器的太陽能熱水器的一個典型結(jié)構(gòu)的描述。圖1中A顯示了一個太陽能熱水系統(tǒng)10，它被安裝在房屋20上。所述熱水系統(tǒng)10，包括用于加熱水的平板太陽能采集器12a，用于儲存熱水的水箱14，用于熱水系統(tǒng)10中熱水循環(huán)的管道18，熱水按順時針方向循環(huán)，用于驅(qū)動水從水箱14到太陽能采集器12a的水泵16。熱水也可以按反時針方向循環(huán)。在實際應(yīng)用中，冷水從水箱14的下半部被泵16抽出經(jīng)過管道18的上半部分，到達太陽能采集器12a，然后水在太陽能采集器里受熱，經(jīng)過管道18的下部，回到水箱14的上半部。
所述平板太陽能采集器12a，包含有彎曲的管道，管道位于表面被玻璃覆蓋的盒子里。
參見圖2，太陽能熱水器系統(tǒng)10的另一種太陽能采集器12b可以是包括加熱箱22，在這里，水被加熱。一排光電管24，及加熱棒26。在使用中，光電管24作為熱源以加熱加熱箱22內(nèi)的水。
圖3顯示了一個熱交換器32，它是用于遏制熱水器系統(tǒng)10中熱水，即第一介質(zhì)的過熱，熱交換器32包括聯(lián)集管(manifold)34，它的作用是連接及保持熱水器系統(tǒng)10中水40的通道，降溫器30是用作傳遞熱量從熱水40到空氣，即第二介質(zhì)。聯(lián)集器34可以連接在管道18上，也可位于太陽能采集器12不同的地方，如圖1的A點，在太陽能采集器12的出水口及水箱14的進水口之間較好。在這里水溫通常較高。
所述聯(lián)集管34包括一個管狀物46的結(jié)構(gòu)，在管狀物46的兩側(cè)具有兩個相對的壁48。在使用中，熱水40從太陽能采集器12經(jīng)過壁48上的進水口42，然后進入管46。管46里面充有熱水40，然后流出出水口44，然后進入儲水箱14。應(yīng)加上一層保溫材料35到聯(lián)集管34。這樣可使熱損耗降到最小。
所述降溫器30包括封閉式的主體31，該主體具有內(nèi)腔33，腔內(nèi)含有用于熱傳遞的某種液體50a，設(shè)定該液體的沸點等于設(shè)定的降溫閾值。由于液體的沸點取決于壓力及液體本身的類型，即當(dāng)同一液體在不同壓力下其沸點不同，因此，主體內(nèi)腔33中設(shè)定了一個預(yù)壓力，即非工作壓力，在此壓力下，該液體的沸點也就是降溫器開始工作的閾值溫度。
本實用新型的第一個實施例的主體31是一個環(huán)形體，在使用中，降溫器是置于如圖3所示的方位，即主體31的一邊穿過聯(lián)集管34的兩側(cè)壁安裝在其上。它具有低部分36及高部分38，液體50a僅位于低部分36內(nèi)，還包含有兩個位于低部及高部36，38之間的中間部分52。低部及高部36，38由具有較好的熱傳導(dǎo)率的金屬管組成，如銅或紫銅。而中間部分52的材料是有相對較低的熱導(dǎo)率，如朔料或聚烯。
所述中間部分52將低部及高部36，38連接在一起。內(nèi)腔33通過低部分36，高部分38及中間部分52得以聯(lián)通，這樣由液體50a變?yōu)闅怏w50b能從低部36運動到高部38，兩個中間部分52位于主體30的相對的兩側(cè)60a、60b。
所述降溫器30是附加在聯(lián)集器34上，降溫器30的低部36貫通聯(lián)集器34的管狀部分46延伸出來，低部36位于聯(lián)集器的管狀兩壁之間。低部36是浸泡在管46的熱水40里。最好是將低部36置于聯(lián)集器34的上半部，因為在這里溫度通常要比聯(lián)集器的下半部要高一些。
所述主體31的內(nèi)腔33含有用于熱傳導(dǎo)的流體，即液體50a和氣體50b，一般來說液體在制造過程和銷售熱交換器之前就已經(jīng)密封在內(nèi)腔33里面了。在此結(jié)構(gòu)中，液體是水，內(nèi)腔33的非工作壓力小于大氣壓(部分真空)。內(nèi)腔33的內(nèi)壓力是在38Kpa左右(絕對壓力)。這樣在內(nèi)腔的水將會在75度左右時沸騰。在這種情況下，流體在低于閾值溫度時是處于液體狀態(tài)。
低部36，高部38及中間部分形成了一個閉合的管狀回路。里面含有液體50a。在工作之前，液體50a聚集停留在低部36的底部，液體的充入量的多少是由工作時，液體變成氣體而且氣體將充滿全部閉合管道所決定的。這樣，液體50a覆蓋了低部36的底部，但并不接觸低部36的頂部，低部的底部分是接近水平方向置放的。
所述降溫器30主體31的兩個相對側(cè)邊60a、60b，在實際應(yīng)用中，它們基本上是垂直的。它們有自己的長度，第二邊的長度比第一邊要長一些。
所述主體31的高部38包含有一個長型體延伸在兩相對側(cè)邊60a、60b之間；它的底部58相對于低部36的水平部分來說有傾斜度。借此，由氣體50b變成的液體50a，可以返回。降溫器30還包含了很多翅片56，這些翅片從主體31的上部38延伸出并接觸空氣。這些翅片的作用是增加上部38與空氣接觸的表面積，從而增加熱傳遞功能。
熱交換器32用于熱水器10的工作原理現(xiàn)在敘述如下當(dāng)在聯(lián)集器34的熱水40被太陽能采集器12加熱時，降溫器30的低部36及低部的液體50a也被同時加熱。中間部分52表現(xiàn)為一個熱阻斷器阻斷了熱量從低部36經(jīng)過中間部分52傳遞到高部38。一開始，降溫器30并不降低熱水的溫度，直到液體50a被加熱到高于閾值的溫度。在此結(jié)構(gòu)里，液體50a的閾值溫度是液體50a的沸點溫度，當(dāng)液體50a變成氣體50b，蒸發(fā)開始。
為了達到需要的閾值溫度，必須選擇液體及內(nèi)腔33的壓力。在這個結(jié)構(gòu)里內(nèi)腔的壓力是絕對壓力38Kpa，這樣內(nèi)腔的水，即液體50a在75度沸騰。內(nèi)腔壓力P可用理想氣體的定律來計算。
P＝nRT/V在這里，n是內(nèi)腔33的液體50a的質(zhì)量及液體50a的分子量的比值。
R是液體50a的氣態(tài)常數(shù)。
T是液體的閾值溫度。
V是內(nèi)腔的容積。
在這個結(jié)構(gòu)里，液體50a是水，這樣內(nèi)腔33及液體50a的閾值溫度(沸點溫度)的關(guān)系很清楚地被行業(yè)里人們知道，當(dāng)壓力為38Kpa，水在75度左右就會沸騰。
當(dāng)熱水40的溫度增至并高過閾值溫度時，熱量從熱水40傳到低部36的液體50a。這個熱傳遞使得液體50a加熱到它的沸騰溫度，其結(jié)果是一部分液體50a變成了氣體狀態(tài)50b而且蒸發(fā)。氣體50b然后上行到高部38，在這里的溫度低于低部36，因此，部分氣體50b在高部38的內(nèi)壁上冷凝。變回液體狀態(tài)。由此，在高部38，熱能從液體50傳遞到了空氣。
因此，降溫器30將降低熱水的溫度，僅當(dāng)熱水的溫度超過了閾值溫度75度，而當(dāng)熱水溫度小于閾值溫度時，降溫器將不降低水溫或很少。如果引入風(fēng)扇(強制對流)去循環(huán)翅片56周圍的空氣，這樣增加液體50a及空氣間的熱傳遞的效率也是可以的。隨著翅片的數(shù)量或尺寸的增加，高部38與空氣的接觸表面積也將增加，其結(jié)果是熱傳遞的效率也增加。
主體的兩側(cè)60是大致垂直的，其中一邊60b比另一邊60a要長一些，這樣就形成在高部38的冷凝液體50a的回路。液體50a在低部36蒸發(fā)為氣體50b然后通過側(cè)邊60進入比較冷的高部38并冷凝。由于氣體50b冷凝回液體50a，冷凝的液體50a沿著高部38的內(nèi)壁58，此壁有一定的傾斜度、然后流到第一側(cè)邊60a，然后滴到底壁。在重力的作用下回到低部36。
圖4顯示了上述結(jié)構(gòu)的結(jié)果。一開始，一個開放的容器盛有水，并有加熱棒，加熱棒浸泡在水里。水的溫度及大氣的溫度是16度。給加熱棒供以電源400W，用于加熱，我們測量水溫隨著時間的變化參照曲線80，如圖4所示為線性關(guān)系。
隨后，水的溫度是一般環(huán)境溫度16度，置放降溫器30于水中，并保證它的水平部分36全部的被水包圍。如前所述，我們選擇液體50a和空腔33的內(nèi)壓力，使得液體50a的沸點為75度，給加熱棒加電400W，這樣，我們再測量隨著時間水溫的變化，測量結(jié)果顯示圖4的特性曲線90，可以看出它是非線性曲線。
圖4顯示的參照曲線80及試驗曲線90(即水溫)，可以看出，在水溫低于閾值75度時的前22分鐘是一樣的，在此段時間里，在水溫小于75度時，降溫器并不降低水溫。在22分鐘之后，液體50a的溫度高于了閾值溫度，這時降溫器30開始起降溫作用，從圖可以看到在30分鐘左右水溫趨于平穩(wěn)。
此后在整個試驗中，水溫保持在80度左右，直至試驗結(jié)束。在試驗中，液體50a的蒸發(fā)率及冷凝率達到了一種等量平衡。這樣使熱水的溫度達到穩(wěn)定。從而遏制了熱水過熱的現(xiàn)象。在平衡點上，由加熱棒釋放到水的能量幾乎等于降溫器降去的能量。
圖4顯示了上述實例400W的特性曲線，其中曲線80表示沒有降溫器，曲線90表示使用了降溫器，虛線表示閾值，環(huán)境溫度16℃。圖5還顯示了用800W(曲線92)及1000W(曲線94)能量的進一步測試，而其余條件都一樣的試驗結(jié)果。對每一個試驗90，92，94，我們可以看到同樣的結(jié)果，降溫器30降低溫度僅當(dāng)水溫高于75度的時候。而當(dāng)水溫低于75度時，降溫器幾乎不降溫。根據(jù)測試結(jié)果，每個情況都是在30分鐘時，溫度變得平穩(wěn)，當(dāng)輸入的功率是400W時，水溫的穩(wěn)定溫度是80度，當(dāng)輸入的功率是800W時，水溫的穩(wěn)定溫度是100度，當(dāng)輸入的功率是1000W時，水溫的穩(wěn)定溫度是110度選擇容腔30的內(nèi)壓和液體的類型，使得液體50a在75度時沸騰(即閾值)。或一般來說沸點選擇在60-90度之間。在實際應(yīng)用中，選擇閾值使得1.應(yīng)當(dāng)足夠的高，這樣在熱水溫度小于閾值時，熱量不會被散走；2.應(yīng)當(dāng)足夠的低，所以熱水的溫度將在過熱情況發(fā)生以前就穩(wěn)定下來了。
在具體的選擇時，應(yīng)采用折衷的方式來選擇閾值。
圖6是降溫器30的另一個實施例，該降溫器30的主體31是用金屬做成的。主體31有一個內(nèi)腔33，它含有熱傳導(dǎo)的液體50a。主體31有低部36及高部38，通過它們，主體31得以延伸這樣液體50a能從低部36運動到高部38。選擇液體及容器的內(nèi)在壓力，這樣，當(dāng)將主體31置放在這樣一個位置，使一部分，稱為第一部分，與第一介質(zhì)有熱接觸，而且另一部分，稱為第二部分，與第二介質(zhì)有熱接觸。第二介質(zhì)比第一介質(zhì)的溫度要低。第二部分的置放的位置在第一部分的上方。
而且第一部分的溫度被加熱高過了閾值。
在實際使用中，熱能從第一介質(zhì)到低部36的液體50a，隨后至少一部分液體能從第一部分流到第二部分，當(dāng)?shù)谝徊糠值臏囟缺患訜岬礁哂陂撝禃r熱量將由第二部分的液體50a傳遞到第二介質(zhì)。這樣遏制了第一介質(zhì)的溫度過熱。
在這個結(jié)構(gòu)里，降溫器30與在前面所述的第一結(jié)構(gòu)實例很相似，但沒有中間部分52在這里。與第一實例相比，大量的熱可能從第一介質(zhì)到低部36，然后借以主體31的側(cè)壁，從低部36到高部38，而且是發(fā)生在溫度小于閾值的時候。
我們希望當(dāng)熱水溫度不大于閾值時，則降溫應(yīng)為最小值。
高部38形成了內(nèi)腔33的頂部并有折點62。在上部的冷凝的液體50a聚集在頂部，然后下流到點62，然后滴回到低部36。因此高部38的位置相對低部36高一些。而且決定了回路。這樣，在實際使用中，高部的冷凝了的液體能回到低部36。
降溫器可以用于其它的控制過熱的場合，比如用于防止房間的空氣過熱，第一介質(zhì)是房間的空氣，第二介質(zhì)是外面的新鮮空氣。
此實用新型的其它變化及結(jié)構(gòu)實現(xiàn)則取決于個人的技巧及想象。
在第一個實際結(jié)構(gòu)中內(nèi)腔裝的是水，內(nèi)壓是絕對氣壓38Kpa.在另一個實例中，內(nèi)腔的內(nèi)壓可以變化以產(chǎn)生不同的閾值溫度。
根據(jù)第一個實際結(jié)構(gòu)，聯(lián)集管與太陽能采集器是在分開的位置上，聯(lián)集管與熱水器通過液體的流動相連。在另一個實例中，水是在與太陽能采集器一體化的水箱里加熱的，降溫器30也可連結(jié)在水箱上。
另一個實例是降溫器可以與水箱連在一起，而水箱位于太陽能采集器的末端。
根據(jù)第一個實例，聯(lián)集管與熱水器相連，熱水器的熱水，即第一介質(zhì)是循環(huán)在太陽能采集器及水箱之間。另一個可替代的實例是第一介質(zhì)可以是具有防凍的性能的液體。此液體以閉合回路的通道循環(huán)在水箱及太陽能采集器的之間。在這種方式下此液體被采集器加熱，經(jīng)過水箱的熱交換器，在這里熱從循環(huán)的液體傳遞到熱水器的熱水里。
在第一個實例里降溫器30被用于將熱水器系統(tǒng)的熱水(第一介質(zhì))的熱能傳到空氣(第二介質(zhì))。降溫器30當(dāng)然也可以用于其它的控制過熱的場合里。比如說此類降溫器用于防止房間的空氣過熱，第一介質(zhì)是房間的空氣，第二介質(zhì)是外面的新鮮空氣。用此類降溫器能防止使室內(nèi)人們感覺過熱，或溫室的植物過熱等等。
還有就是另一個實例，第二介質(zhì)可以是液體并與高部38有接觸。
第一實例中，未加熱之前，低部36的液體的液平面是覆蓋了底部，但并不接觸頂部，液體的液平面是可以變化的，其結(jié)果是產(chǎn)生不同的降溫效果。比如說，如果在最初容腔里的充液量不合適的話，降溫器30的作用會下降。具體的說，如果充入液體幾乎不能覆蓋住低部36的底部，那么由于沒有足夠的液體50a蒸發(fā)成氣體，則降溫的效果下降。如果充滿液體到主體31，則沒有氣體的通道在閉合回路里，可能會使液體50a的從低部36到高部38的蒸發(fā)速度受阻。如果充入液體使之充滿低部36及中部，并接觸到高部38，則熱量會從低部36經(jīng)過中部到高部，這樣會導(dǎo)致不希望的情況發(fā)生，這就是當(dāng)溫度小于閾值溫度時，降溫器降掉了相當(dāng)一部分熱量使得熱水的溫度冷卻?？傊?，使用者應(yīng)當(dāng)考慮到最初充液量的適當(dāng)選擇。
如果加熱水的功率太大(即超過1000W)，所有的液體50a將會變成(而且保持為)氣體，這樣降溫器的降溫效果會減低。這種不希望的情況可以用下列方法去克服1、增大降溫器的物理尺寸；2、或增加翅片的數(shù)量；3、或增加翅片的尺寸，4、或用強制對流第二介質(zhì)的方法；5、用不止一個降溫器。
在第一實例里，熱交換器32包含了降溫器30，降溫器30固定在聯(lián)集管上，根據(jù)此實用新型的進一步的結(jié)構(gòu)實例，熱交換器有聯(lián)集管及降溫器，而且它們整體化地在一起。降溫器的低部和聯(lián)集管將共有共同的壁。
本實用新型所述的降溫器和熱交換器應(yīng)用于解決熱水器中水溫過高的情況特別有效。當(dāng)然也可用于其他的應(yīng)用領(lǐng)域。
本實用新型提供了一種無源的技術(shù)去控制過熱問題。此實用新型用傳遞第一介質(zhì)的熱量到溫度較低的第二介質(zhì)，這種降溫器件沒有任何有源元件，因此不需電源供應(yīng)。
容器里的壓力及液體的選擇應(yīng)滿足以下條件無加熱情況下，液體是液態(tài)，當(dāng)液體被加熱到閾值以上，液體會沸騰。也就是說閾值相當(dāng)于液體在特定的壓力下的沸點。在使用中，熱是從第一介質(zhì)傳到第一部分的液體，而且液體被加熱到沸騰。結(jié)果是一些液體變成氣體(因此吸收了相變熱)。而且運動到第二部分，在這里一些氣體接觸到第二部分，由此傳遞熱量到第二介質(zhì)。典型地，因為一些氣體將在第二部分冷卻，這些氣體將冷凝為液體，這樣就會釋放潛熱。
權(quán)利要求1.降溫器，其特征是包括封閉式的主體(31)，該主體具有內(nèi)腔(33)，腔內(nèi)含有用于熱傳遞的液體(50a)，其腔內(nèi)設(shè)定有一個預(yù)壓力，該預(yù)壓力為使用的液體(50a)的溫度在達到設(shè)定的降溫閾值并沸騰的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降溫器，其特征是所述主體(31)為環(huán)形體，具有低部分(36)、高部分(38)、連接低部分(36)和高部分(38)的兩個中間部分(52)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降溫器，其特征是所述主體(31)的低部分(36)及高部分(38)由熱導(dǎo)率高的材料構(gòu)成，中間部分(52)用熱導(dǎo)率低的材料構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的降溫器，其特征是所述低部分(36)置于聯(lián)集器(34)的上半部，兩個相對側(cè)壁(60a、60b)基本垂直于低部分(36)，其中一個側(cè)壁的高度比另一個側(cè)壁的高度大。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的降溫器，其特征是所述降溫器(30)的上部分(38)上具有若干散熱翅片(56)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降溫器，其特征是所述主體(31)包括低部(36)及高部(38)，上述兩者由兩側(cè)壁(53)連接形成內(nèi)腔(33)，所述高部(38)形成了內(nèi)腔(33)的頂部并具有折點(62)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的降溫器，其特征是所述主體(31)內(nèi)腔中的液體(50)為水。
專利摘要本實用新型涉及降溫器，包括封閉式的主體，該主體具有內(nèi)腔，腔內(nèi)設(shè)置有熱傳遞的液體，其腔內(nèi)設(shè)定有一個預(yù)壓力，該預(yù)壓力為使用的液體在設(shè)定的降溫閾值沸騰時的壓力。該降溫器用于解決太陽能熱水器過熱問題，不需使用能源。也可以用于其它的控制過熱的場合，比如用于防止房間的空氣過熱，用此類降溫器能防止使室內(nèi)人們感覺過熱，或溫室的植物過熱等等。結(jié)構(gòu)簡單，不需要閥門，探溫器，電線圈閥門，恒溫繼電器。熱交換器的運行不受斷電或者泵故障的影響。
文檔編號F24J2/46GK2783246SQ20052000268
公開日2006年5月24日 申請日期2005年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月14日
發(fā)明者馬可平特, 鄭菁菁 申請人:馬可平特, 鄭菁菁