專(zhuān)利名稱(chēng)：具有真空管的換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換熱器，該換熱器具有帶外壁的真空管，并且具有容納流體的內(nèi)管，并且內(nèi)管的外壁與真空管的外壁同心設(shè)置。
背景技術(shù)：
目前，在太陽(yáng)能加熱領(lǐng)域，具有真空管的換熱器是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能的最重要的部件。
這種換熱器例如可從US 4,186,724獲知。用于容納流體的內(nèi)管由兩個(gè)同心管構(gòu)成，其中流體能夠以逆流方式流動(dòng)。該內(nèi)管由隔離空間環(huán)繞，該隔離空間通過(guò)真空管的內(nèi)壁與流體隔開(kāi)一定距離。真空管的內(nèi)壁和外壁同心設(shè)置并且在橫截面上繞內(nèi)管形成了一個(gè)環(huán)，該環(huán)處于部分真空狀態(tài)。
US 4,307,712公開(kāi)了另一種此類(lèi)換熱器，其中內(nèi)管盡可能以整體方式連接到橫向肋片以更好地導(dǎo)熱。
在已知的換熱器中，插入了各種反射面，或者涂黑了各種元件。導(dǎo)流系統(tǒng)的管道通常由導(dǎo)熱良好的材料構(gòu)成。然而，目前已知還沒(méi)有從這種反射面向?qū)Я鞴艿老到y(tǒng)很好地導(dǎo)熱的元件。由US 4,307,712已知的肋片以復(fù)雜方式連接到導(dǎo)流管道系統(tǒng)而沒(méi)有連接到部分真空管。

發(fā)明內(nèi)容
以該現(xiàn)有技術(shù)作為起點(diǎn)，本發(fā)明的目的是以增加向?qū)Я飨到y(tǒng)的熱傳遞的方式構(gòu)造一種在開(kāi)頭提及類(lèi)型的換熱器。
本發(fā)明的另一目的是避免不利的老化現(xiàn)象或者冷凝現(xiàn)象，上述老化現(xiàn)象由于氧化效應(yīng)產(chǎn)生，例如由于在各管道系統(tǒng)內(nèi)使用不同的(例如金屬)材料導(dǎo)致。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過(guò)權(quán)利要求1的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的換熱器具有帶外壁的真空管。導(dǎo)熱流體可填充到換熱器的內(nèi)管。內(nèi)管的外壁與真空管壁同心設(shè)置。在此情形下，提供了至少一個(gè)導(dǎo)熱膜，該導(dǎo)熱膜將上述真空管壁連接到導(dǎo)流管道系統(tǒng)。該至少一個(gè)導(dǎo)熱元件在所有情況下帶有預(yù)應(yīng)力地壓靠在上述真空管壁和導(dǎo)流管道系統(tǒng)上。
術(shù)語(yǔ)“真空管”被理解為指一種細(xì)長(zhǎng)的容積系統(tǒng)，該容積系統(tǒng)在工作狀態(tài)下可處于部分真空。具體地，該管還可以是有拐角的或多邊形的。
由于作為熱的良導(dǎo)體并在橫截面上螺旋形延伸的膜將外部真空空間——在此空間處特別提供了收集和匯聚太陽(yáng)能的裝置——連接到導(dǎo)流管道系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了一種令人驚訝的簡(jiǎn)單的實(shí)施方式。
其他的有利的改進(jìn)具體描述在從屬權(quán)利要求中。


現(xiàn)在將通過(guò)實(shí)施例并參考附圖以示例的方式更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中圖1示出了通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的換熱器的橫截面；圖2示出了沿著圖1中線(xiàn)II-II的縱向截面；圖3示出了多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的換熱器的示意圖；圖4示出了通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的換熱器的橫截面；圖5示出了通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的換熱器的橫截面；以及圖6示出了根據(jù)圖5的換熱器的局部縱向截面和側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的換熱器的橫截面。該換熱器包括一個(gè)真空管，該真空管由兩個(gè)玻璃管3和6構(gòu)成，其中一個(gè)玻璃管被推入另一個(gè)玻璃管內(nèi)，并且它們的端部可如同保溫瓶那樣彼此熔合。玻璃管3和6每個(gè)均由雙線(xiàn)構(gòu)成的圓環(huán)表示。在彼此同心延伸的玻璃管3和6之間的空隙4內(nèi)永久地存在部分真空，具體來(lái)說(shuō)，壓力有利地小于0.1Pa，或者0.1微巴。在空隙4內(nèi)的部分真空特別地阻止從陽(yáng)光吸收的熱通過(guò)對(duì)流再次散發(fā)到外部。
太陽(yáng)能收集器通常由平行設(shè)置和/或串聯(lián)設(shè)置的多個(gè)換熱器、圖3中示出的分配器/收集器11和帶有外部反射器(圖中未示出)的支架15構(gòu)成。在這里示出的實(shí)施例中，換熱器包括進(jìn)流管7、回流管8和螺旋形的導(dǎo)熱折流板9。如圖3所示，導(dǎo)熱折流板9在區(qū)域10永久地連接到回流管8。在圖3中第N個(gè)太陽(yáng)能收集器中，可看到導(dǎo)熱折流板9在回流管8上的附連區(qū)域10內(nèi)。
具有中心容積17的進(jìn)流管7輸送較冷的載熱流體。連續(xù)地連接到收集器/分配器11的回流管8在橫截面為環(huán)形的容積18內(nèi)輸送加熱的載熱流體。分配器/收集器11將進(jìn)流管7和回流管8的多個(gè)部分以根據(jù)“提謝爾曼(Tichelmann)”原理的液壓方式分配并且連接到相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)熱折流板9和真空管3和6。在流體容積17內(nèi)的原理溫度分布剖面——即外側(cè)較熱而內(nèi)側(cè)較冷——和/或逆流模式還可以相反的方式設(shè)置，即外側(cè)較熱和/或處于順流模式。從N個(gè)收集器收集的流體體積在已經(jīng)與反射器單獨(dú)地接合之后從支架15出來(lái)，然后離開(kāi)在收集器出口13處帶有隔熱裝置的收集器殼體14。
吸收器5施加在內(nèi)真空管6的整個(gè)表面上，例如作為金屬?lài)娡繉印．?dāng)有非常好的真空時(shí)，如具有上述微巴量級(jí)的壓力時(shí)，產(chǎn)生了大于340攝氏度的滯止溫度。然后，具體地，吸收器可以是金屬氧化層，該氧化層以等離子技術(shù)施加。當(dāng)真空較小時(shí)，在此情況下在吸收器5上僅產(chǎn)生相對(duì)較低的溫度，吸收器可以是覆鋁紙、鍍鋁聚合物材料，例如可以從杜邦公司得到的商業(yè)名稱(chēng)為“Mylar”的材料或者其它設(shè)置在空隙4的該部分真空區(qū)(真空)內(nèi)的吸收器材料5。例如，那里所吸收的太陽(yáng)熱能通過(guò)內(nèi)管6的玻璃傳輸?shù)铰菪蔚膶?dǎo)熱折流板9。該吸收器層5還可施加到管6內(nèi)部和/或與螺旋形的導(dǎo)熱折流板9成為一體。
導(dǎo)熱折流板9是一個(gè)矩形折流板，該折流板優(yōu)選地在區(qū)域10內(nèi)附連到管8，例如通過(guò)硬焊接。該折流板然后帶有預(yù)應(yīng)力地繞著管8卷繞，在此之后它們都被一起推到真空管的雙層管3、6內(nèi)并且填充中間空間19。折流板的預(yù)應(yīng)力將其壓到管6的內(nèi)壁上，并且導(dǎo)致其在一定的范圍內(nèi)，例如90度或四分之一圈，置放在此內(nèi)壁上?？梢赃x擇一個(gè)較小的區(qū)域，但是也可以特別地選擇一個(gè)比該區(qū)域大的區(qū)域。
折流板9在最大可能的角度范圍內(nèi)抵靠?jī)?nèi)玻璃面，例如大于355度，優(yōu)選地幾乎為360度，例如359度，這種角度范圍是有利的，避免了不希望的冷凝物的形成。
橫截面為螺旋形的導(dǎo)熱折流板9通過(guò)其自身的彈簧力以一種牢固并且表面覆蓋的方式壓在管6的整個(gè)玻璃表面上，從而獲得最優(yōu)的熱傳輸。
利用此解決方案，本發(fā)明不僅允許熱的理想傳導(dǎo)，并且通過(guò)抵靠真空內(nèi)管6的內(nèi)側(cè)的均勻表面壓力防止了冷橋，特別是顯著地防止了冷凝水的形成，該冷凝水在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中導(dǎo)致厚的氧化層，該氧化層又導(dǎo)致太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換功率的降低。
固定插入的導(dǎo)熱折流板的缺點(diǎn)是各種材料(玻璃、各種金屬等)的膨脹系數(shù)不同，使得在導(dǎo)熱折流板和管等之間形成導(dǎo)致上述不利效應(yīng)的間隙。
這產(chǎn)生了應(yīng)用導(dǎo)熱折流板9的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)閷?dǎo)熱折流板9相對(duì)于相鄰面的熱導(dǎo)致的相對(duì)運(yùn)動(dòng)保證了期望的清潔，例如內(nèi)管6的玻璃表面和折流板表面的清潔。這對(duì)于在區(qū)域10內(nèi)附連的導(dǎo)熱折流板9是恰當(dāng)?shù)?，然而，?dǎo)熱折流板9還可以浮動(dòng)方式插入，從而其借助于彈簧力支撐在內(nèi)管6和管8上。在內(nèi)管6和管8之間的容積19例如可填充環(huán)境空氣或保護(hù)氣體或者處于部分真空下。
圖4示出了通過(guò)根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的換熱器的橫截面。在圖中，相同的特征分別由相同的參考標(biāo)號(hào)標(biāo)出。這里該換熱器也包括一個(gè)真空管，該真空管由兩個(gè)玻璃管3和6構(gòu)成，其中一個(gè)玻璃管被推入另一個(gè)玻璃管之中。吸收器層5施加到外側(cè)，但是也存在如同根據(jù)圖1的實(shí)施例的可能性。
在此實(shí)施例中導(dǎo)熱折流板29由多個(gè)矩形折流板構(gòu)成，這里有8個(gè)折流板29，這些折流板具有兩個(gè)自由端20，由此具有C形，該C形優(yōu)選地在區(qū)域10內(nèi)附連到管8。每個(gè)折流板29帶有預(yù)應(yīng)力地插入管6和8之間以填充中間空間19。每個(gè)折流板29的預(yù)應(yīng)力將折流板壓靠在管6的內(nèi)壁上并且導(dǎo)致折流板在一定范圍內(nèi)置放在此內(nèi)壁上。這里示出了各自的22.5度的范圍。然而也可選擇比該范圍更大或更小的區(qū)域。它們也取決于所使用的折流板的數(shù)量。然而，這里管6的整個(gè)內(nèi)側(cè)有利地也被覆蓋。若設(shè)置N個(gè)導(dǎo)熱膜29，其中N≥8，那么其自由端20具體地可支承在接近360/N度的角度區(qū)域上，其帶有預(yù)應(yīng)力，抵靠著上述壁6、8。
橫截面為C形的導(dǎo)熱折流板29通過(guò)其彈簧力以牢固和表面覆蓋的方式壓在管6的整個(gè)玻璃表面上，從而獲得了最優(yōu)的熱傳輸。
每個(gè)導(dǎo)熱折流板29可附連在一側(cè)，例如附連在內(nèi)管8上，但是可選地或者另外地，也可以附連在管6的內(nèi)壁上，從而由于管6、8和導(dǎo)熱折流板29彼此之間的熱導(dǎo)致的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)自由端或兩個(gè)自由端20相對(duì)于相鄰面移動(dòng)。
在一個(gè)圖中未示出的實(shí)施例中，設(shè)置有兩個(gè)螺旋形的導(dǎo)熱膜9，它們以180度的角度范圍彼此隔開(kāi)地在角度范圍10——特別地在所有情況下在實(shí)際上180度的角度范圍內(nèi)——附連在導(dǎo)熱管系統(tǒng)8的外壁上。這導(dǎo)致兩個(gè)螺旋，其中一個(gè)螺旋延伸到另一個(gè)螺旋內(nèi)，通過(guò)用于導(dǎo)熱的兩個(gè)支承面和雙線(xiàn)橫截面改善了熱傳輸。以此方式，在所有情況下還能夠在實(shí)際上120度的范圍內(nèi)設(shè)置三個(gè)螺旋形的導(dǎo)熱膜9。當(dāng)存在四個(gè)螺旋形導(dǎo)熱膜9時(shí)，它們以例如90度的角間距附連到內(nèi)管8上。例如每個(gè)導(dǎo)熱膜9的自由端的長(zhǎng)度使得其延伸過(guò)例如540度至720度的角度范圍，其中自由端支承在管6或者相鄰導(dǎo)熱膜9的內(nèi)側(cè)上。
圖5示出了通過(guò)根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的換熱器的橫截面，而圖6示出了沿著圖5中線(xiàn)VI-VI的縱向截面。這里換熱器也包括一個(gè)真空管，該真空管由兩個(gè)玻璃管3和6構(gòu)成，其中一個(gè)玻璃管被推入另一個(gè)玻璃管內(nèi)。吸收器層5施加到玻璃管6的外側(cè)。例如，環(huán)境空氣或者保護(hù)氣體可填充在內(nèi)管6和管8之間的容積19內(nèi)，或者那里可以是部分真空。此實(shí)施例的導(dǎo)熱元件39每個(gè)均由至少一個(gè)例如由銅制成的導(dǎo)熱金屬桿31構(gòu)成，該金屬桿31焊接到回流管8的外側(cè)或者以另外的方式連接。在圖6中，很明顯兩個(gè)金屬桿31與每個(gè)導(dǎo)熱元件39相關(guān)聯(lián)，兩個(gè)金屬桿31在平行于換熱器的主軸線(xiàn)延伸的管殼線(xiàn)上彼此隔開(kāi)一段距離設(shè)置。在所有情況下，中空的套管32配合到這些優(yōu)選地由實(shí)心材料構(gòu)成的金屬桿31上，所述套管32優(yōu)選由同樣的材料構(gòu)成或者具有相同的熱膨脹系數(shù)。套管32在其分別面對(duì)桿31的端部附連到導(dǎo)熱折流板33，例如焊接到其上。在換熱器的裝配狀態(tài)，導(dǎo)熱折流板33支承管6的內(nèi)壁，并且導(dǎo)熱折流板33有利地不是預(yù)先彎曲的，從而其以彈性方式壓在壁6上。彈簧效應(yīng)在此情況下由兩個(gè)套管32因以下事實(shí)而傳遞彈簧元件34，例如壓縮彈簧，設(shè)置在每個(gè)套管32內(nèi)，所述壓縮彈簧一端支撐在導(dǎo)熱折流板33上而另一端壓在桿31的末端。結(jié)果，導(dǎo)熱折流板33以與壁6緊密接觸的方式被牢靠地保持，借助于通過(guò)彈簧桿31和套管32的連接保證了向管8內(nèi)的良好導(dǎo)熱。
在圖示實(shí)施例中，在所有情況下，四個(gè)桿31圍繞換熱器的主軸線(xiàn)以90度的角間隔在沿著上述縱向軸線(xiàn)的兩個(gè)位置附連到管8。然后設(shè)置四個(gè)導(dǎo)熱折流板33，并且套管32在相應(yīng)的位置附連到其上。導(dǎo)熱折流板33的尺寸如下在插入管6之后，它們抵靠幾乎管6的整個(gè)內(nèi)殼體貼合地配合，換言之，四個(gè)導(dǎo)熱折流板33占據(jù)了稍微小于90度(＝360/4度)的角范圍。為了進(jìn)行裝配，在所有情況下，彈簧34均插入套管內(nèi)，并且插上并壓入由套管32和導(dǎo)熱折流板33構(gòu)成的單元，從而可在導(dǎo)熱折流板33上沿縱向軸線(xiàn)方向推動(dòng)管6。在此情況下，內(nèi)管7和8優(yōu)選地在縱向圓錐形彈簧35上固定，該彈簧35支撐在管6的縱向端部并且處于管8內(nèi)的相應(yīng)端部凹陷部。
在示出的實(shí)施例中，相關(guān)聯(lián)的桿31每個(gè)均沿著管道系統(tǒng)8設(shè)置在相同的縱向位置。在另一實(shí)施例中，這些桿31也可設(shè)置成彼此之間間隔不同的縱向距離。
桿31也可附連到導(dǎo)熱折流板33，并且套管32可附連到管道系統(tǒng)8。
除了兩倍的四個(gè)附連點(diǎn)31、32和34以及相關(guān)聯(lián)的四個(gè)導(dǎo)熱折流板33之外，也可以提供三倍或四倍的四個(gè)附連點(diǎn)。另一方面，還能夠提供兩個(gè)或三個(gè)導(dǎo)熱折流板33，每個(gè)導(dǎo)熱折流板33具有兩個(gè)、三個(gè)或更多附連點(diǎn)。出于導(dǎo)熱或穩(wěn)定換熱器的目的，多于四個(gè)導(dǎo)熱折流板33一般是不必要的。
在圖中未示出的實(shí)施例中，每個(gè)單獨(dú)的插入有彈簧元件34的桿31一套管32連接在所有情況下還可由單個(gè)彈簧元件代替，該彈簧元件在一端附連到管8而在另一端附連到導(dǎo)熱折流板33。然后該彈簧承擔(dān)一個(gè)附連點(diǎn)的所有三個(gè)元件的31、32、34的功能。只是預(yù)安裝要比圖5和6示出的實(shí)施例更復(fù)雜，因?yàn)檫@里當(dāng)進(jìn)行組裝時(shí)，必須首先附連彈簧元件而不失去其彈性。
具體地，管3和6可由玻璃構(gòu)成。內(nèi)管7和8可由金屬構(gòu)成，特別是由銅、黃銅、鋁或不銹鋼(inox)等材料構(gòu)成，這些材料的排列順序指示了技術(shù)上最有利的選擇。優(yōu)選為熱的良導(dǎo)體的金屬被選擇來(lái)用于這些管7、8。導(dǎo)熱折流板9或29由熱的良導(dǎo)體材料構(gòu)成，特別是由例如銅、黃銅、鋁或合適類(lèi)型的不銹鋼或者軟的鈦板構(gòu)成。
參考標(biāo)號(hào)列表3 玻璃管4 空隙
5 吸收器層6 玻璃管7 進(jìn)流管8 回流管9 導(dǎo)熱折流板10 角范圍11 分配器框架13 收集器出口14 收集器殼體15 支架17 流體容積18 流體容積19 中間空間20 自由端29 導(dǎo)熱折流板31 金屬桿32 套管33 導(dǎo)熱折流板34 彈簧元件35 圓錐形彈簧39 導(dǎo)熱元件
權(quán)利要求
1.一種換熱器，具有帶外壁(3)的真空管(4)，并且具有內(nèi)管(7，8)，內(nèi)管容納流體(17，18)并且其外壁(8)與真空管(4)的壁(3，6)同心設(shè)置，至少一個(gè)導(dǎo)熱元件(9，29)將真空管(3，4，6)的所述壁(6)連接到導(dǎo)流管道系統(tǒng)(8)，收集和匯聚太陽(yáng)能的裝置(5)設(shè)置在所述壁(6)上，處于真空管(3，4，6)的遠(yuǎn)離導(dǎo)熱元件(9，29)的一側(cè)，其特征在于，所述至少一個(gè)導(dǎo)熱元件在每種情況下具有預(yù)應(yīng)力壓在真空管(3，4，6)的所述壁(6)和導(dǎo)流管道系統(tǒng)(8)上。
2.如權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于，設(shè)置有N個(gè)導(dǎo)熱元件(31，32，33，34)，每個(gè)導(dǎo)熱元件具有至少兩個(gè)徑向延伸的彈簧元件(31，32，34)，每個(gè)彈簧元件沿導(dǎo)流管道系統(tǒng)(8)的縱向軸線(xiàn)彼此相距一段距離附連在導(dǎo)流管道系統(tǒng)(8)上、并且附連在相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)熱元件的導(dǎo)熱折流板(33)上，其中N≥2，并且連續(xù)的導(dǎo)熱元件(31，32，33，34)的彈簧元件(31)的附連點(diǎn)在導(dǎo)流管道(8)的截面上彼此之間具有360/N的角間距。
3.如權(quán)利要求2所述的換熱器，其特征在于，每個(gè)導(dǎo)熱元件具有導(dǎo)熱折流板(33)、附連到導(dǎo)熱折流板(33)或?qū)Я鞴艿老到y(tǒng)(8)的桿(31)、附連到導(dǎo)流管道系統(tǒng)(8)或?qū)嵴哿靼?33)的套管、和設(shè)置在套管內(nèi)的彈簧元件(34)。
4.如權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于，在通過(guò)換熱器的橫截面上，每個(gè)導(dǎo)熱元件(29)具有包括帶有兩個(gè)自由端(20)的C形的形狀，兩個(gè)自由端(20)壓在真空管(3，4，6)的所述壁(6)和導(dǎo)流管道系統(tǒng)(8)上。
5.如權(quán)利要求4所述的換熱器，其特征在于，設(shè)置有N個(gè)導(dǎo)熱元件(29)，其中N≥8，其自由端(20)在180/N至360/N度之間、優(yōu)選地在270/N至360/N度之間的角范圍內(nèi)帶有預(yù)應(yīng)力地支承在所述壁(6，8)上。
6.如權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于，每個(gè)導(dǎo)熱元件(9)在橫截面上呈螺旋形延伸并且/或者覆蓋至少45度、有利地大于720度的角度。
7.如權(quán)利要求6所述的換熱器，其特征在于，一個(gè)或兩個(gè)導(dǎo)熱元件(9)彼此間隔地在角度范圍(10)內(nèi)支承在導(dǎo)流管道系統(tǒng)(8)的外壁上，特別地在350至359度之間或90和179度之間的角度范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的換熱器，其特征在于，導(dǎo)流管道系統(tǒng)(8)包括外部容積(18)和內(nèi)部容積(17)，外部容積和內(nèi)部容積特別地能夠在逆流方式下工作。
全文摘要
一種換熱器，包括帶外壁(3)的真空管(4)。內(nèi)管(7，8)可填充有導(dǎo)熱流體(17，18)。內(nèi)管(7，8)的外壁(8)與真空管(4)的壁(3，6)同心設(shè)置。設(shè)置有至少一個(gè)導(dǎo)熱膜(9)，該導(dǎo)熱膜將真空管(3，4，6)的所述壁(6)連接到導(dǎo)流管道系統(tǒng)(8)。收集和匯聚太陽(yáng)能的裝置(5)設(shè)置在所述壁(6)上，處于真空管(3，4，6)的遠(yuǎn)離導(dǎo)熱元件(9，29)的一側(cè)。此外，具有預(yù)應(yīng)力的每個(gè)導(dǎo)熱元件壓在真空管(3，4，6)的所述壁(6)和導(dǎo)流管道系統(tǒng)(8)上。
文檔編號(hào)F24J2/48GK1934396SQ200580008383
公開(kāi)日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月15日
發(fā)明者奧爾漢·于斯廷 申請(qǐng)人:奧爾漢·于斯廷