專利名稱:一種改進型太陽能聚集器的制作方法
本發(fā)明涉及一種改進型太陽能聚集器，它是專門(當(dāng)然不是唯一地)為加熱水(例如用于家庭熱水供給)而制造設(shè)計的。
以往，提出了種種加熱水用的太陽能，聚集器的設(shè)計，其典型的有所謂“平板”式太陽能聚集器。這種聚集器造價低廉，適宜于陽光充足的地方使用，但在要求較高效率的地方使用就受到限制。因此，有些建議提出使用熱管來制作太陽能聚集器，把太陽能由聚集表面?zhèn)魉偷劫A存熱水的水箱。這種熱管通常包括一根傾斜的管子，管內(nèi)充工作液，工作液聚集在該管的下端。當(dāng)熱管受陽光加熱時，管內(nèi)工作液會蒸發(fā)，蒸汽沿管向上流動到該管的上端，并在該處凝聚，然后返流到該管的下端。在凝聚過程中，大量的熱量被釋放出，由該管的上端傳送到小型貯水箱或者立即使用。這種用熱管的太陽能聚集器已由美國書NO4291676敘述。
采用熱管的太陽能聚集器的缺點是造價昂貴，因此要求在高檔場合下作長期使用，才能逐漸回收該裝置的投資費用，而且往往難以提供一種在每根熱管的上端收集釋放出來的熱量的簡單而廉價的方法。
本發(fā)明的目的旨在提供一種改進型的太陽能聚集器和一種改進的制作熱管的方法，以一種簡單而有效的方式來克服上述的缺點，或使上述缺點減至最低程度，或者至少可為公眾提供一項有益的選擇。
因此，本發(fā)明在一個方面可以概括地說是太陽能聚集器中所用的熱管的制作方法。該方法包括以下幾個步驟
使二層金屬薄板接合在一起，但二層之間至少在一個預(yù)定的延伸區(qū)內(nèi)可以采用掩蔽方法阻止二層薄板之間的接合
在壓力下，把第一種流體通入上述預(yù)定延伸區(qū)內(nèi)，使該區(qū)二層薄板脹開，在二層金屬板之間至少形成一根管道。
從上述管道中排除第一種流體。
把預(yù)定數(shù)量的用作熱管工作液的第二種流體通入上述管道中，密閉上述管道。
在上述二層薄板之間，最好能采用所述的掩蔽手段形成多個平行的延伸區(qū)，從而在上述二層薄板之間形成一排平行的管道。
采用上述掩蔽方法，最好使上述多根平行管道之間形成一根總的集流管，能使第二種流體通過上述集流管同時充滿多根管道。
作為本發(fā)明的形式之一，所說的多根管道在制作之后，沿著兩根管道之間的金屬割開以形成單根的熱管。
作為本發(fā)明的另一個形式，把一對對平行管道之間的金屬薄板，沿著平行于管道方向切開，能讓一種抽真空管(例如，在我們一起待批的書24444/84中所揭示的類型)裝在每根管道上面，而所說的多根管道仍保持彼此與它們相鄰的相應(yīng)的上端連在一起。
所說的掩蔽方式最好被安排成沿著所說的每根管道的長度方向上形成的一些脊或者小凹坑，當(dāng)上述管道作太陽能聚集器的熱管且被斜置時，上述脊或小凹坑能把熱管中的工作液截留住。
在所說的管道中，最好以所說的掩蔽方式在所說的預(yù)定延伸區(qū)內(nèi)形成鋸齒狀的延伸邊緣而構(gòu)成這種脊或者小凹坑。
本發(fā)明的另一方面可以概括地說是一種裝有一根或多根帶有連成整體的傳熱片的熱管的太陽能聚集器、每根熱管均由二層延伸的金屬薄板組成，這二層金屬薄板至少沿著相鄰延伸邊緣接合在一起。其中所說的二層金屬薄板在接合區(qū)之間脹開，形成延伸的管道，管道中通入工作液，該工作液受太陽照射而蒸發(fā)，凝聚之后把熱量傳遞給一種合適的受熱器。
所說的每根管道最好包含波紋結(jié)構(gòu)或者形成一種彎彎曲曲的通道，以延遲已凝聚的工作液自使用中的熱管的頂端向低端回流。
所說的波紋結(jié)構(gòu)最好在管道的下表面形成一些脊，組成小的攔壩，沿著熱管長度方向上截留凝聚的工作液體形成小池。
作為本發(fā)明的一種形式，管道的上端具有扁平的上下表面，此扁平表面適合于與所述受熱器的相應(yīng)表面配合。
作為本發(fā)明的一種形式，受熱器包括一個圓筒形箱，該箱沿軸線水平地安置，其中熱管上端的上表面成扁平狀，繞在水箱的部分周圍。
盡管在本發(fā)明的范圍內(nèi)有多種多樣的形式，但本發(fā)明的一種優(yōu)先選用的形式及其一些改變形式仍將用附圖作為例子就其中一部分加以敘述。
附圖如下
圖1為二層薄板的平面圖，本圖表明按照本發(fā)明制作一排熱管時二層薄板之間的掩蔽方式。
圖2為圖1上沿Ⅱ-Ⅱ線的橫截面放大視圖，本圖表明由圖1中的二層薄板制成的一根典型的管道。
圖3為適合于形成內(nèi)有波紋結(jié)構(gòu)的一根管道的二層金屬薄板之間的接合圖形(或掩蔽圖形)的平面圖。
圖4為另一接合結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖5為又一種接合結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖6為本發(fā)明的改進型太陽能聚集器中通過水箱和一根熱管的橫截面圖。
圖7為與圖6類似的另一種結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖8為按本發(fā)明的一種改進型太陽能聚集器透視圖，其內(nèi)裝二次熱交換回路。
圖9為通過一組熱管上端的橫截面圖，本圖表明其上端與二次熱交換集流管的連接方式。
圖10為通過圖3～圖5所示的任何一根熱管的橫截面圖，本圖表明另一種集流管結(jié)構(gòu)。
圖11為與圖10類似的橫截面圖，本圖為又一種集流管結(jié)構(gòu)。
圖12又是另一種集流管結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖13為通過另外一種集流管結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
對作為本發(fā)明的擇優(yōu)形式的一種太陽能聚集器中所用的一排平行有傳熱片的熱管的制作作如下說明，不言而喻，一根根單根熱管的制作方法也是類似的。
兩塊諸如鋁、銅或者鋼的相同的薄板，一塊放在另一塊上面，掩蔽方式安排在兩薄板之間，阻止兩塊薄板之間某些預(yù)定要形成平行管道處的薄板接合。然后把二塊薄板中除置有掩蔽方式的那些地方以外的部分全部接合在一起。為此通常采用輥壓接合方式。這種方法是眾所熟知的并且在其他申請案中也常采用，一般稱之輥壓接合，被印刷在至少一塊薄板上的掩蔽圖形，用以形成延伸區(qū)(2)，該區(qū)由一根集流管(3)和液體輸入口(4)連接。一旦二層薄板被接合在一起，就在二層薄板之間加壓經(jīng)液體輸入口(4)把第一種液體送入，使一層或者二層薄板按掩蔽方式所確的區(qū)域脹開。這樣就可在二層薄板之間形成多根延伸管道(2)，通過集流管(3)把多根管道的上端連接在一起，圖2典型地示出了由二層薄板凸出所形成的管道的橫截面。
然后，經(jīng)管口(4)把管道中第一種液體排除，再把一種預(yù)定數(shù)量的適宜作熱管工作液體用的第二種液體經(jīng)管口(4)和集流管(3)通入管道(2)中，該工作液是一種諸如R12的冷卻液，它以氣態(tài)通入，以便在各根管道(2)之間均勻地分布，一旦工作液處于管道(2)中的位置，就可采用夾緊或者緊壓在一起把管道都封閉，或者封住頸口(6)使每根管道(2)與集流管(3)隔離。如果需要，還可以把二層薄板的上端切掉，例如沿虛線(7)切除集流管和液體通入口。
作為本發(fā)明的一種形式，如此形成的熱管可以通過切割每根管道之間的金屬(例如折線8)使一根管道分開，形成橫截面如圖2所示的一根根熱管。這種熱管由于其自然地形成了具有連成整體的吸熱片(9)，因此就可以把這種熱管用于我們同時申請待批的書PF7979中所述的太陽能聚集器中所用的抽真空的管子之中。
另一種形式是由管道(2)所組成的熱管可以仍在其上端(5)附近的金屬薄板連在一起而在管道之間沿9A切割一條條槽縫來把熱管分開。采用這種方式切割形成的熱管，其橫截面結(jié)構(gòu)如圖2所示。熱管可由抽成真空的雙壁管子圍繞，以改善每根管子上的太陽光輻射，而仍保持太陽能聚集的面積的固有性質(zhì)。
由上述方法制成的熱管的一個特別的特征是二層薄板之間形成的管道(10)有成整體的傳熱片(9)，它可在較大面積上吸收太陽光輻射，把熱量由傳熱片傳遞給管道(10)中的工作液。
美國專利4291，676曾論及沿?zé)峁荛L度方向上的不同部位上保留已凝聚的工作液而不使凝聚液在熱管的底部凝聚。凝聚液的這種分散在各處的安排可以使熱管在陰天或遮陰時期過去之后迅速起作用。美國專利4291676解決這個問題的辦法是在熱管中沿該管長度方向每隔一定間距放置多孔塊狀材料。這種結(jié)構(gòu)制造費時，造價昂貴，不合實用要求。本發(fā)明采用以下方式來克服上述的缺點，即在熱管長度方向做出波紋結(jié)構(gòu)或攔“壩”，使熱管中的凝聚液保留在小坑中。這樣由熱管吸收熱量后使凝聚液迅速蒸發(fā)而開始工作。這種結(jié)構(gòu)可以在二層薄板之間提供不同圖形的掩蔽材料來達到。圖3所示為一種典型的結(jié)構(gòu)，其中掩蔽材料是被印制或沉積在薄板上，圖形呈鋸齒形結(jié)構(gòu)(13)。在實際中，當(dāng)加壓把液體通入管道[例如通過入口(14)]形成這類性質(zhì)的管道時，所形成的管道具有若干橫向波紋結(jié)構(gòu)，橫向波紋在熱管內(nèi)提供了若干攔壩，沿?zé)峁艿牟煌缴习涯垡菏樟粼谛】踊蛐〕刂小?br> 圖5中所示的結(jié)構(gòu)在較小的程度上也可獲得同樣的效果，圖5中方塊(15)處是接合的，這樣，沿?zé)峁荛L度方向形成一條曲折的通道，使已凝聚的工作液延遲自熱管的頂端向底端的回流。
在另一種結(jié)構(gòu)中，管道可有二個流道(17)和(18)，如圖4所示，這二條流道分別在其頂端(19)和底端(20)匯合。在這種結(jié)構(gòu)中，熱管中的氣態(tài)工作液沿該管道的一根支管(例如17)上升，而在該管道頂端(19)凝聚。爾后經(jīng)另一根支管(18)返回到底端(20)。這種結(jié)構(gòu)改進了工作液在熱管中的流動，從而提高了效率。
如上所述，按照本發(fā)明制成的熱管可以用于任何一般的太陽能聚集器的結(jié)構(gòu)中，但是作為本發(fā)明的一種形式，這些熱管可直接與水箱連接，水箱為圓筒形結(jié)構(gòu)，其橫截面(21)如圖6所示。這種結(jié)構(gòu)中，水箱沿軸線以水平方向安置，圓筒外面用一層絕熱材料(22)包裹。熱管(23)自水箱(21)向外和向下伸展，使每根熱管的底端(24)低于頂端(25)，以便使凝聚液從頂端(25)回流到低端(24)。熱管并列排列，以直接或間接方式暴露于太陽輻射(26)之中。在本發(fā)明的這種形式中，熱管的上端截面可以方便地形成扁平面并略加彎曲以便在部位(27)處于水箱(21)的圓筒形表面配合，在這種方式中，凝聚的工作液熱量的傳遞是通過熱管壁和水箱上部位(27)之間的緊密接觸來實現(xiàn)的。這就提供了一列極其簡單，實用以及造價低廉的太陽能聚集器。
在圖6中所示的另一種可供選擇的結(jié)構(gòu)形式中，熱管的上端的凝聚部分可被放大成(28)如圖7所示。這種結(jié)構(gòu)為熱量自熱管的凝聚部分傳遞到水箱提供了更大的接觸面積。
作為本發(fā)明的又一種形式，水箱(29)有一根二次回路管或者集流管(30)，如圖8中所示。該集流管(30)連接在靠近水箱(29)的上部的第一點(31)而在靠近水箱下部的下面一點(32)返回到水箱的相對一端。在這種方式中，由于水箱(29)中水的成層作用(stratification)而形成的熱對流循環(huán)實現(xiàn)了經(jīng)由二次集流管(30)的自然循環(huán)。二次集流管(30)也可以用另一種方法連接到遠離太陽能聚集器某處的一只貯水箱上(圖中未畫出)，水可用泵從水箱經(jīng)由二次集流管(30)進行循環(huán)。在這種結(jié)構(gòu)中，每根熱管(33)的上端(34)均可以多種不同方式和二次集流管(30)銜接，使熱量從熱管的凝聚區(qū)向二次集流管(30)傳遞。
一個典型的實施例是，二次集流管(30)可分叉成上管(35)和下管(36)(圖9)，每個橫截面包括一個平面(37)，該平面面對著靠近分叉集流管的支管上的對應(yīng)的平面。熱管(38)的上表面(39)和下表面(40)分別成扁平狀，以便使熱管和二次集流管之間的接觸面積增大。在這種方式中，熱量容易從熱管的上端傳遞給二次集流管的二根支管(35)和(36)。在實際中，整根二次集流管和熱管的上端均為絕熱材料所包住(圖中未畫出)。
使熱量從熱管的上端向二次集流管傳遞的方式還有許多。如圖12中所示，二次集流管(50)可由輥壓成形或者將銅板等薄板彎曲成為圓形結(jié)構(gòu)，從該結(jié)構(gòu)上伸出二個平行的凸緣(51)和(52)。每根熱管(54)的上端(53)均插入在二塊凸緣之間而進入集流管的內(nèi)部，使熱量從熱管傳遞給經(jīng)由集流管循環(huán)的液體。
在另一種集流管結(jié)構(gòu)中，集流管(55)(圖13)可以為大口徑(例如50毫米或50毫米以上)，并將熱管(57)的上端(56)繞在二次集流管的上面。當(dāng)需要增大通過集流管的液體的流速時，集流管中可以有一個芯子(58)或者用一些其他方法減小集流管的橫截面積，例如提供一種D型的集流管。
在本發(fā)明的另一種形式中，用于形成如圖1所示的管道的上、下兩層薄板可由一單張薄板組成。該單張薄板如圖10和圖11所示的方式在雙層的一邊上輥壓而成。在這種方式中，熱管(41)上端(42)被薄板(1)所連接，該薄板(1)在部位(43)的邊上經(jīng)輥壓，形成一個連成整體的集流管(44)。橫向集流管(44)可直接使用流過它的二次水循環(huán)(加熱)的管子可以接在它的任何一端。或者，在規(guī)范有要求時，換個方式。二次熱管(45)也可以插入圓筒形第二集流管(44)中。
在本發(fā)明的另一種形式中，如圖11所示，熱管(41)的上端有一個通路(46)進入集流管空間(47)。已蒸發(fā)的工作液經(jīng)由通路(46)進入集流管空間(47)，在該空間它圍繞一根二次集流管(48)。來自貯水箱的水通過二次集流管(48)，用于冷卻和凝聚集流空間(47)中的工作液，而工作液本身則加熱通過集流管(48)的水。
這樣，就有可能采用適用于大規(guī)模生產(chǎn)中的工藝技術(shù)來制造熱管式太陽能聚集器。也能以快速、簡便且廉價的方式生產(chǎn)單根的熱管。此外，本裝置可以容易地做到使熱量從熱管的上端，或者直接傳遞到貯水箱或者以若干方式傳遞到二次集流管。這些均適宜使用以上述方法制成的熱管，且其制作也是簡單而造價低廉的。
權(quán)利要求
1、一種太陽能聚集器中所用的熱管的制作方法，該方法包括以下步驟
使二層金屬薄板接合在一起，且二層薄板之間至少有一個預(yù)定延伸區(qū)內(nèi)要有掩蔽方式阻止要形成管道的部分的二層薄板之間的接合；
在壓力下，把第一流體通入上述預(yù)定延伸區(qū)內(nèi)，使該區(qū)二層金屬薄板脹開，在二層金屬薄板之間至少形成一根管道；
從上述管道中排除第一種流體；
把預(yù)定數(shù)量的用作熱管工作液的第二種流體通入上述管道中；
封閉該管道。
2、如權(quán)利要求
1所述的一種太陽能聚集器中所用的熱管的制作方法，在這種制作方法中，二層金屬薄板之間提供的掩蔽方式可以形成多個平行延伸區(qū)，從而在二層薄板之間形成一排平行管道。
3、如權(quán)利要求
2所述的一種太陽能聚集器中所用的熱管的制作方法，其中所說的掩蔽方式能在所說的多根平行管道之間形成一根集流管，使所說的多根平行管道能同時經(jīng)由所說的集流管充滿所說的第二種流體。
4、如權(quán)利要求
2所述的一種太陽能聚集器中所用的熱管的制作方法，其中所說的一排平行管道在其成形之后，通過切割管道之間的金屬而被分割成一根根熱管。
5、如權(quán)利要求
2所述的一種太陽能聚集器中所用的熱管的制作方法，其中在兩對平行管道之間的薄板上，沿著平行于管道的方向切一條槽縫，形成一排平行而隔開的管道，這些管道在其相應(yīng)端或者靠近其相應(yīng)端處彼此連接在一起。
6、如權(quán)利要求
1所述的一種太陽能聚集器中所用的熱管的制作方法，其中所說的掩蔽方式被安排成使沿著每根所說的管道的長度方向上形成一些脊或者小凹坑。在這一結(jié)構(gòu)中，當(dāng)管道用作太陽能聚集器的熱管而傾斜置放時，要使所說的脊或者小凹坑能把工作液截留住。
7、如權(quán)利要求
6所述的一種太陽能聚集器中所用的熱管的制作方法，其中所說的脊或者小凹坑是在管道中通過鋸齒狀結(jié)構(gòu)的掩蔽方式，使在預(yù)定延伸區(qū)中生成一些鋸齒狀延伸邊緣而形成的。
8、一種裝有一根或多根帶有連成一體的傳熱片的熱管的太陽能聚集器，每根熱管是由二層金屬帶至少沿著和靠近其延伸邊緣接合在一起形成的，其中所說的二層金屬帶在所說的接合區(qū)之間脹開，在其間形成一根延伸管道，所說的管道中充入一種工作液，適合于受太陽加熱而蒸發(fā)，凝聚后把熱量傳遞到合適的受熱器。
9、如權(quán)利要求
8所述的一種太陽能聚集器，其中所說的每根管道，在其下表面都呈波紋狀結(jié)構(gòu)，形成欄流小壩，適合于沿著熱管長度方向上形成截留凝聚液體的小池潭。
10、如權(quán)利要求
8所述的一種太陽能聚集器，其中所說的每根管道均有一條彎彎曲曲的通道，適合于延遲已凝聚的工作液從熱管的頂端向底端回流。
11、如權(quán)利要求
8所述的一種太陽能聚集器，其中受熱器包括一個圓筒形箱，該箱沿軸線水平安置，其中熱管上端的上表面形成扁平狀，且圍繞在水箱的部分圓周上。
12、如權(quán)利要求
8所述的一種太陽能聚集器，其中熱管在靠近其頂端的上、下表面均形成扁平狀，這種扁平的表面適合于與所說的受熱器上的相應(yīng)表面相互配合。
13、如權(quán)利要求
12所述的一種太陽能聚集器，其中受熱器有一根二次集流管，該管分叉成上下平行的兩根管子，每個分管的橫截面有一個平面，該平面對著另一支管上的相應(yīng)平面。上、下管道上的二個平面與熱管上的扁平的上、下表面互相配合。
14、如權(quán)利要求
8所述的一種太陽能聚集器，其中所說的二層薄板由熱管上端折合的單張薄板形成，在折合的薄板中形成受熱器。
15、如權(quán)利要求
14所述的一種太陽能聚集器，其中受熱器有一個單獨的套管裝置。
專利摘要
一種太陽能聚集器，該聚集器中用一根或者多根熱管，管中通入工作液(例如冷卻液)。熱管中的冷卻液受太陽輻射蒸發(fā)后在該熱管的頂端凝聚，把熱量傳給接受器。熱管由兩塊金屬薄板按預(yù)先決定的圖形輥壓接合然后在兩層薄板之間施加壓力，使未接合部分擴張成一排帶傳熱片的管道而制成。還敘述了熱量由每根熱管上端向受熱器傳遞的各種方法。
文檔編號F24J2/04GK85102920SQ85102920
公開日1986年10月8日 申請日期1985年4月10日
發(fā)明者杰弗里·默文·懷特福德, 彼得·安德魯·史密斯 申請人:里姆澳大利亞有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan