專利名稱：一種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能熱水器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于太陽能熱水器高溫控制 的分離式熱管裝置。
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(dá)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(dá)到很高，當(dāng) 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(dá)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(fù)擔(dān)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，否則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(dá)到很高的情況，為了保護(hù)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，本發(fā)明提出了一種采用熱管對太陽能熱水器進(jìn)行熱保護(hù)的方 法，即當(dāng)熱水器達(dá)到一定溫度，熱管及時將熱量帶出去。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管 裝置，不需用戶額外增加操作的前提下，當(dāng)水箱頂部溫度達(dá)到一定溫度就開始工作，將熱量 帶到周圍環(huán)境中，從而達(dá)到對熱水器相關(guān)設(shè)備進(jìn)行熱保護(hù)和壓力保護(hù)的目的。為達(dá)到上述 目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
本發(fā)明的這種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管裝置包括蒸發(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。進(jìn)一步，蒸發(fā)管的內(nèi)徑大于回流管的內(nèi)徑；熱交換介質(zhì)采用蒸餾水。進(jìn)一步，與冷凝管相連的部分蒸發(fā)管與水平面存在一定傾斜角度；與蒸發(fā)管相連的部分回流管為平滑的彎管。進(jìn)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(jìn)一步，與冷凝管相連的部分蒸發(fā)管為一段直管。進(jìn)一步，冷凝管的兩端分別為充氣端和回流端，其中充氣端設(shè)置充氣孔，回流端與 所述回流管連接，冷凝管與蒸發(fā)管連通的位置靠近冷凝管的回流端一側(cè)；充氣端可以通過 所述充氣孔充入惰性氣體。進(jìn)一步，所述冷凝管的充氣端充入的惰性氣體為氮氣。進(jìn)一步，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。進(jìn)一步，與冷凝管相連的部分蒸發(fā)管與水平面存在10-15度的傾斜角度。進(jìn)一步，冷凝管外壁具有厚0. 2mm，長60-80mm的銅或鋁散熱片；與蒸發(fā)管相連的 部分回流管為平滑彎曲為U型；蒸發(fā)管、冷凝管和回流管采用銅管。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明的技術(shù)方案是根據(jù)熱管原理，本發(fā)明中整個裝置也可成為熱管，通過適當(dāng)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，本發(fā)明的熱管裝置不工作，太陽能熱水器正常工作。當(dāng)太陽能熱水器水箱溫度 進(jìn)一步升高，當(dāng)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(dāng)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(qiáng)化傳熱傳遞到外 部空間。本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)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 以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)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是本發(fā)明的俯視示意圖(帶太陽能熱水器水箱)； 圖2是本發(fā)明的側(cè)面視圖(帶太陽能熱水器)；
圖3是本發(fā)明在太陽能熱水器水箱上對稱式布置方式示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例子對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述
如圖1所示，本實施例的裝置主要是通過分離式可控?zé)釋?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(dāng)太陽能熱水器內(nèi)水溫沒有達(dá)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(dāng)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(dāng)水箱內(nèi)溫度進(jìn)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(dāng)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(dá)到一定溫度，本實施例的裝置工作使水箱9里的水降溫。對于容水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?zé)釋?dǎo)熱 管)的相關(guān)數(shù)據(jù)如下可控?zé)釋?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，管徑管徑X管厚<32mmX3mm ；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60mmX60mm，厚1mm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o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(jìn)的分離式可控?zé)釋?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，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，本發(fā)明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(jìn)行冷凝。冷凝管外壁是具有折流板的冷卻腔，為了加強(qiáng)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(jìn)口是自來水，冷卻后的水從出口直接進(jìn)入水箱，這樣既有效對冷凝管工 作介質(zhì)進(jìn)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發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案 的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管裝置，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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管裝置，其特征 在于蒸發(fā)管的內(nèi)徑大于回流管的內(nèi)徑；熱交換介質(zhì)采用蒸餾水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管裝置，其特征 在于與冷凝管相連的部分蒸發(fā)管與水平面存在一定傾斜角度；與蒸發(fā)管相連的部分回流 管為平滑的彎管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管裝置，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。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管裝置，其特征 在于與冷凝管相連的部分蒸發(fā)管為一段直管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管裝置，其特征 在于冷凝管的兩端分別為充氣端和回流端，其中充氣端設(shè)置充氣孔，回流端與所述回流管 連接，冷凝管與蒸發(fā)管連通的位置靠近冷凝管的回流端一側(cè)；充氣端可以通過所述充氣孔 充入惰性氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管裝置，其特征 在于所述冷凝管的充氣端充入的惰性氣體為氮氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管裝置，其特征 在于冷凝管與蒸發(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。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的一種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管裝 置，其特征在于與冷凝管相連的部分蒸發(fā)管與水平面存在10-15度的傾斜角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管裝置，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；與蒸發(fā)管相連的部分回流 管為平滑彎曲為U型；蒸發(fā)管、冷凝管和回流管采用銅管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管裝置，本發(fā)明的這種用于太陽能熱水器高溫控制的分離式熱管裝置包括蒸發(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。本發(fā)明在不需用戶額外增加操作的前提下，當(dāng)水箱頂部溫度達(dá)到一定溫度就開始工作，將熱量帶到周圍環(huán)境中，從而達(dá)到對熱水器相關(guān)設(shè)備進(jìn)行熱保護(hù)和壓力保護(hù)的目的。
文檔編號F24J2/32GK101975525SQ20101056142
公開日2011年2月16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, 韓曉明 申請人:招玉春;王華