專利名稱：一種熱管式太陽能熱水器高溫控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽能熱水器技術(shù)領(lǐng)域， 尤其是涉及一種熱管式太陽能熱水器高 溫控制裝置。
背景技術(shù)：
太陽能熱水器本是為了加熱水的，一般希望溫度越高越好，在日照充分時，太陽熱 水器熱水溫度有時會達到沸騰狀態(tài)，承壓式太陽熱水器熱水溫度將會更高。而五金水暖行 業(yè)是很少有廠家生產(chǎn)耐90°C以上高溫混水器的；太陽熱水器在使用時，因水壓變化經(jīng)常會 造成洗浴水溫忽冷忽熱，冷水如果失供，還會有燙傷的危險；落差式太陽熱水器受安裝高 度的限制，熱水輸出壓力比冷水供水壓力低數(shù)倍甚至十幾倍。冷熱供水在壓差大的特殊工 作環(huán)境中，調(diào)節(jié)混合比會變的十分困難，稍有不慎，極易造成管路倒流，從而浪費了寶貴的 熱水資源。隨著集熱技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的玻璃真空管太陽能熱水器水溫可以達到很高，當 然冬季溫度又太低，而我們目前的太陽能熱水器主要都是作為生活用水的。所以夏季溫度 太高，冬季溫度太低，溫度不夠穩(wěn)定是目前太陽能熱水器的主要缺點。冬季太冷，主要靠電 加熱的方式解決，而夏季太熱，其實目前并沒有太好的解決方法，主要是靠加涼水調(diào)節(jié)的方 法，這種方法的弊端1)隨著目前家庭人口逐漸減少，往往太陽能熱水器在夏季的熱水不能 夠用完；2)這種方法也增加了用戶的操作上的繁瑣；3)很容易達到測溫設(shè)備的上限，使其 長時間在高溫下工作，加速其老化或損壞；4)造成水箱等相關(guān)設(shè)備長時間在高溫、甚至高壓 下工作，也加速這些設(shè)備的負擔和老化程度。實際上，熱水器的溫度并不是越高越好，電熱 水器的加熱溫度就限制在75°C。太陽能熱水器也是一樣，太陽能熱水器一般溫度不宜超過 70°C，負責會對熱水器有損害及發(fā)生燙傷事故，針對上述這種熱水器使用人數(shù)較少，夏季熱 水器溫度又達到很高的情況，為了保護熱水器相關(guān)設(shè)備，并且使用戶在使用熱水時，不會感 到忽冷忽熱的不穩(wěn)定現(xiàn)象，本實用新型提出了一種采用熱管對太陽能熱水器進行熱保護的 方法，即當熱水器達到一定溫度，熱管及時將熱量帶出去。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種熱管式太陽能熱水器高溫控制裝置， 不需用戶額外增加操作的前提下，當水箱頂部達到一定溫度就開始工作，將熱量帶到周圍 環(huán)境中，從而達到對熱水器相關(guān)設(shè)備進行熱保護和壓力保護的目的。為達到上述目的，本實 用新型采用以下技術(shù)方案一種熱管式太陽能熱水器高溫控制裝置包括蒸發(fā)管、冷凝管和回流管，其中，冷凝 管位于太陽能熱水器水箱的外部，蒸發(fā)管的其中一段位于太陽能熱水器水箱內(nèi)，冷凝管的 位置高于蒸發(fā)管，回流管將蒸發(fā)管和冷凝管連通，蒸發(fā)管、冷凝管和回流管內(nèi)灌裝熱交換介 質(zhì)，冷凝管的外壁設(shè)置若干散熱片；蒸發(fā)管的直徑大于回流管的直徑，與蒸發(fā)管相連的部分 回流管彎曲成U型；與所述冷凝管相連的部分蒸發(fā)管與水平面存在10-15°傾斜角度；所述 冷凝管與蒸發(fā)管連通的位置距冷凝管的回流端的距離為冷凝管管長的1/3。[0005]進一步，回流管與蒸發(fā)管之間還設(shè)置一個熱交換介質(zhì)容納腔。進一步，冷凝管外壁具有厚0. 2mm，長60-80mm的銅或鋁散熱片。本實用新型的有益效果是 本實用新型的技術(shù)方案是根據(jù)熱管原理，本實用新型中整個裝置也可成為熱管， 通過適當選擇的熱管內(nèi)的工作介質(zhì)，使之在一定溫度范圍內(nèi)工作。太陽能熱水器溫度低于 熱交換介質(zhì)的汽化溫度時，本實用新型的熱管裝置不工作，太陽能熱水器正常工作。當太陽 能熱水器水箱溫度進一步升高，當超過熱管內(nèi)導(dǎo)熱工作介質(zhì)汽化溫度時，處于一定真空狀 態(tài)下的工作介質(zhì)開始汽化，在蒸發(fā)管的工質(zhì)吸收汽化潛熱后，汽化為蒸汽，并迅速向冷凝管 流動，在外部的冷凝管受冷液化，在重力的作用下，流回位于水箱內(nèi)的蒸發(fā)管。在這個過程 中，熱管內(nèi)的工作介質(zhì)經(jīng)過兩次相變，將熱水箱內(nèi)的熱量帶到外部環(huán)境中，如此周而復(fù)始， 直到當水箱內(nèi)溫度低于熱管內(nèi)導(dǎo)熱工質(zhì)的汽化溫度，熱管不再工作，熱量不再通過熱管的 強化傳熱傳遞到外部空間。本實用新型的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡 述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或 者可以從本實用新型的實踐中得到教導(dǎo)。本實用新型的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說 明書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

圖1是本實用新型的俯視示意圖(帶太陽能熱水器水箱)；圖2是本實用新型的側(cè)面視圖(帶太陽能熱水器)；圖3是本實用新型在太陽能熱水器水箱上對稱式布置方式示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例子對本實用新型作進一步詳細描述如圖1所示，本實施例的裝置主要是通過分離式可控熱導(dǎo)熱管實現(xiàn)對太陽能熱水 器高溫的控制。具體包括位于水箱9外的冷凝管4和回流管5，冷凝管4的散熱采用散熱 片3散熱，頂端帶有充氣孔1，用于填充不凝性氣體氮氣?；亓饕后w管5的兩端分別與冷凝 管4和位于水箱內(nèi)部的工作液體腔7連接，工作液體腔7另一端與同樣處于水箱9內(nèi)的蒸 汽上升管6連接，蒸汽上升管6比液體回流管5略粗，蒸汽上升管6另一端與冷凝管4在其 1/3處連接。本實施例裝置的太陽能熱水器水箱高溫控制的原理如下如圖1所示，熱管內(nèi)工 作液體為蒸餾水，不凝性氣體為氮氣，不凝性氣體氮氣的充入量可以通過充氣孔1充入，控 制充氣壓力就可以控制氮氣充入量。當太陽能熱水器內(nèi)水溫沒有達到預(yù)定溫度時，熱管處 于非工作狀態(tài)，氮氣與水蒸氣混合；當外界水箱內(nèi)溫度升高到預(yù)定溫度后，水蒸氣與氮氣通 過蒸汽上升段6 —起流向冷凝管4，在冷凝管中，不可凝氣體氮氣被擠到冷凝管4的前端，高 溫的蒸汽通過散熱片3將熱量傳遞到外部空間，蒸汽凝結(jié)為液體后通過液體回流管5回流 到蒸發(fā)管的工作液體腔7中，氮氣則留在冷凝管形成一氣塞2。氮氣與水蒸氣的分界面處于 冷凝管4某一位置。當水箱內(nèi)溫度進一步增加，熱輸入增加時，蒸發(fā)管6內(nèi)水蒸汽的溫度上 升，工質(zhì)的飽和蒸氣壓力迅速增大，壓縮冷凝管前端的氣塞2 (不凝氣-氮氣)，使有效冷凝管的面積增大，即熱管從水箱9內(nèi)導(dǎo)出更多的熱量。當熱輸入量減少時，情況相反。結(jié)合 圖2，蒸發(fā)管的一端位于水箱內(nèi)，另一端冷凝管位于水箱外面，即水箱背部； 蒸發(fā)管直管由內(nèi)向外呈一定傾斜角度，以10-15°為宜。蒸發(fā)管總體略低于外部的冷凝管。 并且外部的冷凝管具有厚0. 2mm，邊長60-80mm的銅或鋁散熱片。整個U型熱管換熱器總長 度約500mm，可采用4分銅管。在管與水箱側(cè)壁連接處，采用絕熱措施，以免在熱水器正常工 作情況下造成不必要的熱量損失。使用太陽能熱水器時，太陽能熱水器集熱管12加熱水箱 9里的水，達到一定溫度，本實施例的裝置工作使水箱9里的水降溫。對于容積為170L的太陽能熱水器為例，本實施例裝置(可以簡稱熱管或可控熱導(dǎo) 熱管)的相關(guān)數(shù)據(jù)如下可控熱導(dǎo)熱管內(nèi)以蒸餾水為工作介質(zhì)，氮氣為不凝氣體，蒸發(fā)管采 用長度0.5m，冷凝管長度0.7m，蒸汽上升段采用銅管，管徑X管厚<32mmX 3mm ；凝結(jié)段下 降管工作液體腔采用銅管，尺寸為長150mm，管徑X管厚40mmX3mm ；工作液體腔的末端連 接液體回流管，液體回流管采用銅管，管徑X管厚<24mmX3mm，從工作液體腔到水箱壁之 間有50mm的距離，液體回流管穿過水箱側(cè)壁；其余大部分液體回流管位于水箱外面，位于 水箱背后的冷凝管是450mm長，管徑X管厚45mmX 3mm的銅管，該冷凝管銅管外壁具有散 熱片，散熱片是60mmX 60mm，厚Imm的方形散熱銅片或鋁片，或者采用55mm直徑的圓形散熱 片，散熱片間距在5mm左右。以溫度上限控制在80度為例，氮氣的充氣壓力應(yīng)在0. 006MPa 左右ο本實施例專利在具體實施中，首先應(yīng)該根據(jù)預(yù)定的太陽能熱水器水溫允許上限以 及水箱水容積和導(dǎo)熱液的工作溫度確定導(dǎo)熱工作介質(zhì)，不凝性惰性氣體一般可采用氮氣。本實施例的裝置有益效果1)本實施例的裝置采用先進的分離式可控熱導(dǎo)熱管， 在不需要額外耗費能源的同時，實現(xiàn)對太陽能熱水器水箱高溫的有效控制。2)本實施例的 裝置可以有效將太陽能熱水器的溫度控制在某個溫度(70°C)以下，避免了水箱內(nèi)水的高溫 甚至沸騰對熱水器可能造成的損害及發(fā)生燙傷事故。另外，如圖3所示，可以具體實施時可以采用兩個對稱的分離熱管，安裝位置處于 水箱頂部水平的中間位置，安裝角度及具體實施方法同上，只是將總的導(dǎo)熱量平均分配給 兩個分離熱管。該方式雖然使結(jié)構(gòu)復(fù)雜些，但由于位于分離式熱管的蒸發(fā)管位于水箱頂部 中心，所以增加了對水箱中熱水導(dǎo)熱的平均程度。最后，本實用新型專利所涉及的分離式熱管的冷凝管除了上述采用散熱片的方 法，也可以采用冷卻水套的方法對工作介質(zhì)蒸汽進行冷凝。冷凝管外壁是具有折流板的冷 卻腔，為了加強換熱效果，冷卻水從水套的上端流入，冷卻后從水套下端流出。具體實施的 時候，可以根據(jù)工作介質(zhì)蒸汽的流量確定工作介質(zhì)蒸汽在冷凝管的放熱功率，從而確定冷 凝管冷卻水的流量。此方案由于采用了冷水作為冷凝管的冷卻劑，所以有效增加了整個分 離熱管的導(dǎo)熱效率，缺點是需要額外增加冷卻水管道，但該方案可以采用冷卻水與水箱中 水連同的方式，即冷卻水進口是自來水，冷卻后的水從出口直接進入水箱，這樣既有效對冷 凝管工作介質(zhì)進行冷卻，又不會導(dǎo)致冷卻水的浪費。這種分離熱管同樣要求冷凝管與蒸發(fā) 管呈一定的傾斜角度。還需說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本實用 新型技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求1.一種熱管式太陽能熱水器高溫控制裝置，其特征在于包括蒸發(fā)管、冷凝管和回流 管，其中，冷凝管位于太陽能熱水器水箱的外部，蒸發(fā)管的其中一段位于太陽能熱水器水箱 內(nèi)，冷凝管的位置高于蒸發(fā)管，回流管將蒸發(fā)管和冷凝管連通，蒸發(fā)管、冷凝管和回流管內(nèi) 灌裝熱交換介質(zhì)，冷凝管的外壁設(shè)置若干散熱片；蒸發(fā)管的直徑大于回流管的直徑，與蒸發(fā) 管相連的部分回流管彎曲成U型；與所述冷凝管相連的部分蒸發(fā)管與水平面存在10-15° 傾斜角度；所述冷凝管與蒸發(fā)管連通的位置距冷凝管的回流端的距離為冷凝管管長的 1/3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱管式太陽能熱水器高溫控制裝置，其特征在于回流 管與蒸發(fā)管之間還設(shè)置一個熱交換介質(zhì)容納腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種熱管式太陽能熱水器高溫控制裝置，其特征在于冷凝 管外壁具有厚0. 2mm,長60-80mm的銅或鋁散熱片。
專利摘要本實用新型公開了一種熱管式太陽能熱水器高溫控制裝置，包括蒸發(fā)管、冷凝管和回流管，冷凝管位于太陽能熱水器水箱的外部，蒸發(fā)管的其中一段位于太陽能熱水器水箱內(nèi)，冷凝管的位置高于蒸發(fā)管，回流管將蒸發(fā)管和冷凝管連通，蒸發(fā)管、冷凝管和回流管內(nèi)灌裝熱交換介質(zhì)，冷凝管的外壁設(shè)置若干散熱片；蒸發(fā)管的直徑大于回流管的直徑，與蒸發(fā)管相連的部分回流管彎曲成U型；與所述冷凝管相連的部分蒸發(fā)管與水平面存在10-15°傾斜角度；所述冷凝管與蒸發(fā)管連通的位置距冷凝管的回流端的距離為冷凝管管長的1/3；本實用新型當水箱頂部達到一定溫度就開始工作，將熱量帶到周圍環(huán)境中，從而達到對熱水器相關(guān)設(shè)備進行熱保護和壓力保護的目的。
文檔編號F24J2/46GK201885462SQ201020627660
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月27日
發(fā)明者招玉春, 王 華 申請人:河南理工大學