專利名稱：嵌入式杠桿真空熱管集熱元件減壓空曬保護器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嵌入式杠桿真空熱管集熱元件減壓空曬保護器。
背景技術(shù)：
真空集熱管在其罩玻璃管與內(nèi)玻璃管之間設(shè)置真空隔熱層，可制造冬季也能提供生活熱水的真空太陽能熱水器。用熱管真空集熱管制造的太陽能熱水器更具有管內(nèi)無水能效比高、符合衛(wèi)生飲用水標準、單管損壞照樣工作等優(yōu)點。因此。管內(nèi)無水的太陽能真空熱管熱水器將有可能占領(lǐng)越來越多的市場份額。米用一體式玻璃熱 管具有可以與罩玻璃管融封、玻璃熱管表面可以直接制作吸收膜傳熱環(huán)節(jié)少、可采用熱物理性能極佳的水作工質(zhì)等優(yōu)點。但空曬時，集熱元件熱管內(nèi)部溫度可達230°C，這個溫度對應(yīng)的飽和水蒸汽壓為28.53個大氣壓，對應(yīng)的工質(zhì)充裝量與熱管容積之比即工質(zhì)容積比為1.1%，即每I升容積有11暈升水。通過減少工質(zhì)充裝量可以降低空曬時熱管內(nèi)部的壓力，以水工質(zhì)為例:當(dāng)工質(zhì)充裝量/熱管容積率從5暈升/1000暈升時的0.5%降低至2暈升/1000暈升時的0.2%,相應(yīng)地其最高飽和蒸汽壓從180°C的約10個大氣壓降低至140°C的約3.7個大氣壓，并且熱管內(nèi)部從140°C約3.7個大氣壓的最高蒸汽壓繼續(xù)升溫至180°C時內(nèi)部壓力僅有4個大氣壓左右。但有時工質(zhì)充裝量不能僅僅以空曬時的內(nèi)部壓力來決定。對于一支工質(zhì)充裝量/熱管容積率為0.2%、內(nèi)部容積1000毫升、長度2000毫米的熱管，如果為了使空曬230°C時內(nèi)部壓力不超過4個大氣壓，則工質(zhì)充裝量約1.8毫升。問題是所述熱管即使為光管結(jié)構(gòu)，在傾斜約45度工作時，冷端的冷凝水、熱端的流動水加上85°C水蒸汽的水量0.353毫升之和會遠超過1.8毫升。為了滿足熱管正常工作而使工質(zhì)充裝量/熱管容積率大于0.2%甚至0.3%，并確保玻璃熱管不因為空曬而炸管，必須采取空曬保護措施。中國發(fā)明專利2009101951003抗空曬全玻璃真空熱管集熱元件，披露了一種空曬保護全玻璃真空熱管集熱元件，由在真空集熱元件吸收體和罩玻管之間設(shè)置可控傳熱通道構(gòu)成，可控傳熱通道由活動傳熱件和驅(qū)動件組成，其特征在于含有與真空集熱元件吸收體低熱阻連接的熱力換能驅(qū)動件。由于這項專利不是專門針對重力熱管集熱元件的，因而針對性不強；其采用的雙金屬片熱力換能驅(qū)動件本來產(chǎn)品的一致性就不好，在多次受熱變形后恢復(fù)原狀的能力又會降低，其所承擔(dān)的控制系統(tǒng)相關(guān)的工作點設(shè)定、控制變量輸入、t匕較、換能和能量供給以及執(zhí)行功能因為精度受到影響而遠不能正常有效工作到集熱元件可能的20年設(shè)計壽命。圖2給出一支傾斜安置的光管結(jié)構(gòu)重力熱管結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中，熱管I由管殼和內(nèi)部工質(zhì)制成。其工作原理為:熱能從下方的熱端即并排向里的箭頭標示處輸入，使熱管I內(nèi)部底端處的工質(zhì)受熱汽化，蒸汽在壓差的作用下，向上行進到熱管冷端即箭頭并排向外標示處放出熱能供應(yīng)給負荷并冷凝成液體在重力作用下回流至下面的冷端，在熱端工質(zhì)再次受熱汽化……，由此不斷循環(huán)實現(xiàn)兩相流換熱循環(huán)。熱管具有優(yōu)異的傳熱能力、熱流密度變換能力和等溫特性。如果熱管I熱端輸入100瓦，則其冷端輸出最高可以達到97瓦甚至更高。如果試圖對圖2的熱管I僅僅從下面輸入熱能，而不取走熱能，則熱管I內(nèi)部蒸汽壓會急劇上升。如果熱管I采用水作為工質(zhì)并且足夠多，則在熱管I溫度達到230°C時，內(nèi)部最高壓力可達28.53個大氣壓。如果試圖對圖2的熱管I從上到下全面加熱并從下面略高于熱管I底端的地方譬如從底端開始的占整個熱管I長度3%的一段取出熱能，即僅僅令底端往前占熱管I總長度3%的部位同時作為重疊冷端，則熱管I內(nèi)部的蒸汽壓會降到與下面冷端的溫度相對應(yīng)的飽和蒸汽壓。譬如用水作為工質(zhì)時，保持熱管I下面重疊冷端的溫度100°C，則即使上面其他部分加熱到230°C，因為熱管I內(nèi)部的液態(tài)工質(zhì)都集聚于所述重疊冷端，除所述重疊冷端之外上面的熱管I熱端由于沒有工質(zhì)補充整個干涸，兩相流傳熱機制不復(fù)存在。熱管I內(nèi)部的蒸汽壓力也只有約I個大氣壓。重疊冷端的一個例子是熱管管壁帶有吸收膜，吸收太陽光作為熱能輸入，同時用傳熱器件低熱阻連接所述熱管管壁并將熱能轉(zhuǎn)移。這種令熱管I傾斜布置、熱能從熱管I上面輸入而只用下面一小段作為重疊冷端的設(shè)計在其他場合或許沒有什么意義，但用于太陽能集熱元件的空曬保護，因為只需要極小一部分散熱功率——這部分散熱功率用于確?？諘癜l(fā)生時，空曬保護裝置開始起作用的初期熱管內(nèi)部蒸汽壓的最高值不超過設(shè)定值；這部分散熱功率還要大于所述重疊冷端作為熱端的熱能輸入功率——因而具有散熱器件體積緊湊、性能可靠、散熱功率小、對真空隔熱層的放氣少、對吸收體的遮擋影響小以及可利用集熱元件尾端作為散熱界面的優(yōu)點。可以看到，重疊冷端的面積越小、所述空曬保護器件所需要的散熱功率也越小、越有利。實際的集熱元件需要尾盒之類的器件進行安置。尾盒會遮蓋集熱元件的尾端。被尾盒遮蓋的部分都不屬于重疊冷端 。之所以還會用到重疊冷端，是因為有些集熱元件空曬保護裝置比較適合安裝于真空隔熱層的筒形段或者，集熱元件罩玻璃管帶有縮頸段并且是采用在縮頸段形成后裝配內(nèi)玻璃管，然后再對罩玻璃管圓封拉尾管簡稱后拉尾管的工藝。后拉尾管工藝形成的圓封端如果不適合用于散熱，就需要利用從所述圓封端往上的罩玻璃管筒形段進行散熱。與所述筒形段相對應(yīng)的熱管或者內(nèi)玻璃管尾端部分屬于重疊冷端。重疊冷端是基于阻斷熱管兩相流換熱循環(huán)的減壓空曬保護設(shè)計，這是與上述中國發(fā)明專利2009101951003抗空曬全玻璃真空熱管集熱元件的非減壓空曬保護設(shè)計可控散熱通道本質(zhì)區(qū)別。中國912050845實用新型電飯煲用自動磁性溫控開關(guān)，介紹了一種利用熱磁力換能元件工作原理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供嵌入式熱翅真空熱管集熱元件減壓空曬保護器。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案:用設(shè)置于真空熱管集熱元件尾端的真空隔熱層內(nèi)的若干個可控傳熱通道，組成一個嵌入式杠桿真空熱管集熱元件減壓空曬保護器。所述可控傳熱通道由熱敏永磁鋼、軟鐵熱翅、傳動杠桿和連接卡簧組成。所述可控傳熱通道具有兩種穩(wěn)定狀態(tài):傳動杠桿上升推動軟鐵熱翅活動邊上揚傳熱連接罩玻璃管時的開啟導(dǎo)熱狀態(tài)；傳動杠桿下降使得軟鐵熱翅活動邊下彎不傳熱連接罩玻璃管時的關(guān)閉絕熱狀態(tài)。軟鐵熱翅的固定邊低熱阻連接內(nèi)玻璃管尾端或者熱管熱端底端處。傳動杠桿的中段處于熱敏永磁鋼上方其自由端伸進軟鐵熱翅的活動邊下方。當(dāng)熱敏永磁鋼有磁時，傳動杠桿被熱敏永磁鋼吸引下降使得軟鐵熱翅活動邊下彎不傳熱連接罩玻璃管；當(dāng)熱敏永磁鋼失磁時，傳動杠桿靠自身彈性力作用上升推動軟鐵熱翅活動邊上揚傳熱連接罩玻璃管。還可以令與所述軟鐵熱翅活動邊接觸的罩玻璃管尾端內(nèi)側(cè)表面貼有一層散熱貼片，所述散熱貼片與罩玻璃管尾端貼合并低熱阻連接。散熱貼片與所述軟鐵熱翅活動邊的傳熱狀態(tài)根據(jù)熱敏永磁鋼的狀態(tài)改變而改變。還可以令所述軟鐵熱翅通過一片熱匯與內(nèi)玻璃管或者熱管熱端換熱或者，所述軟鐵熱翅與熱匯一體制作；所述熱匯與內(nèi)玻璃管或者熱管熱端低熱阻連接。還可以令熱敏永磁鋼通過一片熱導(dǎo)與內(nèi)玻璃管低熱阻連接；軟鐵熱翅通過在熱匯上沖制翻邊一體制作而成；所述熱匯和熱導(dǎo)上均制作有直角形連接卡簧裝配槽。還可以令用一根連接卡簧連接熱導(dǎo)、熱匯、傳動杠桿和散熱貼片；所述熱導(dǎo)低熱阻連接熱敏永磁鋼；所述熱匯與軟鐵熱翅一體制作。熱匯和熱導(dǎo)用于改善玻璃熱管表面的導(dǎo)熱性能。散熱貼片用于改善罩玻璃管的傳熱性能。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明嵌入式杠桿真空熱管集熱元件減壓空曬保護器采用軟鐵熱翅的固定邊低熱阻連接內(nèi)玻璃管尾端或者熱管熱端底端處，當(dāng)集熱元件處于空曬狀態(tài)時通過開啟可控傳熱通道散熱來收集液態(tài)工質(zhì)于熱管熱端底端處、阻斷熱管內(nèi)部兩相流換熱的空曬保護設(shè)計，散熱功率可以大大減小。舉例:一支輸出70瓦的集熱元件，工質(zhì)充裝量3毫升。采用在熱管熱端表面均布可控傳熱通道散熱來防止熱管炸管的技術(shù)方案，可控傳熱通道的散熱功率為40瓦，熱管內(nèi)部溫度最高還有150°C以上，相應(yīng)的水蒸汽壓力仍可達4.8個大氣壓超出外徑58毫米、壁厚1.8毫米內(nèi)玻璃管的耐壓能力。本發(fā)明對于同樣輸出70瓦的集熱元件，減壓空曬保護傳熱通道只需10瓦散熱功率，就可以在空曬發(fā)生時以0.25毫升/分鐘的速率來吸收玻璃熱管內(nèi)部的水?？諘耖_始約6分鐘后，其時雖然熱管向陽表面的溫度升高約30°C，但熱管熱端內(nèi)部除底端處都已經(jīng)干涸、蒸汽壓已經(jīng)小于1.5個大氣壓。節(jié)省30瓦的散熱功率令成本有較大削減，減少傳熱通道對真空隔熱層的放氣75%、并且可靠性大幅度提高。關(guān)鍵是能有效解決大直徑熱管的炸管問題。本發(fā)明采用一個小功率空曬保護器就可保證熱管內(nèi)部水蒸汽壓力始終不超過2個大氣壓，并且完全不影響集熱元件的正常工作。熱敏永磁鋼驅(qū)動器件一致性好、重復(fù)性好、控制精度高、使用壽命長、性能令人滿
O采用傳動杠桿的中段處于熱敏永磁鋼上方其自由端伸進軟鐵熱翅的活動邊下方。使得熱敏永磁鋼與軟鐵熱翅之間的距離可以拉長，從而使軟鐵熱翅處溫度下降對熱敏永磁鋼的干擾降低到足夠小。



下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是真空隔熱層內(nèi)設(shè)置嵌入式杠桿真空熱管集熱元件減壓空曬保護器的復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是一支傾斜安置的光管結(jié)構(gòu)重力熱管結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.熱管；2.罩玻璃管；3.內(nèi)玻璃管；4.熱敏永磁鋼；5.軟鐵熱翅；6.傳動杠桿;7.熱匯；8.活動邊；9.固定邊；10.自由端；11.熱導(dǎo)；12.散熱貼片。
具體實施例方式圖1給出本發(fā)明一個實施例。圖1中，在真空熱管集熱元件尾端罩玻璃管2與內(nèi)玻璃管3即熱管I之間的真空隔熱層中，設(shè)置兩個由熱敏永磁鋼4、軟鐵熱翅5、傳動杠桿6和連接卡簧組成的可控傳熱通道。軟鐵熱翅5通過在熱匯7上沖制翻邊而成，其活動邊8比固定邊9短一些。熱匯7上還制作有直角形連接卡簧裝配槽以方便裝配。熱匯7用薄鐵板卷成筒形包裹低熱阻連接內(nèi)玻璃管3尾端即熱管I熱端底端處。傳動杠桿6 —端固定，其中段處于熱敏永磁鋼4上方，其另一端自由端10伸進軟鐵熱翅5的活動邊8下方。熱敏永磁鋼4設(shè)置于軟鐵熱翅5的活動邊8下方并被軟鐵熱翅5遮蓋。熱敏永磁鋼4通過一片熱導(dǎo)11與內(nèi)玻璃管3低熱阻連接。熱導(dǎo)11上和熱匯7 —樣也制作有直角形連接卡簧裝配槽以方便裝配。為滿足熱敏永磁鋼4與軟鐵熱翅5之間保持高熱阻的要求，令熱匯7與熱導(dǎo)11兩者不直接接觸。熱匯7與熱導(dǎo)11厚度0.22毫米。罩玻璃管2尾端內(nèi)側(cè)與軟鐵熱翅5活動邊8接觸處設(shè)置一層散熱貼片12。散熱貼片12厚度0.22毫米、寬度40毫米。散熱貼片12與罩玻璃管2尾端貼合并低熱阻連接。熱匯7、熱導(dǎo)11、散熱貼片12的制作材料包括鋼板、鋁板和銅板。連接卡簧是全玻璃真空集熱管的必須配置，有關(guān)內(nèi)容可以參照現(xiàn)有技術(shù)。圖1實施例的工作原理:當(dāng)集熱元件正常傾斜布置且不處于空曬狀態(tài)時，通過熱導(dǎo)11與內(nèi)玻璃管3低熱阻連接 的熱敏永磁鋼4溫度達不到失磁溫度，傳動杠桿6被熱敏永磁鋼4吸引下降使得軟鐵熱翅5活動邊8保持下彎狀態(tài)不傳熱連接罩玻璃管2內(nèi)側(cè)的散熱貼片12，可控傳熱通道處于關(guān)閉絕熱狀態(tài)。集熱元件正常集熱。當(dāng)集熱元件處于空曬狀態(tài)時，熱敏永磁鋼4溫度升高磁力消失，傳動杠桿6靠自身彈性力作用上升推動軟鐵熱翅5活動邊8上揚傳熱連接罩玻璃管2內(nèi)側(cè)的散熱貼片12(如圖中虛線所示位置)，可控傳熱通道處于開啟導(dǎo)熱狀態(tài)。內(nèi)玻璃管3即熱管I熱端的熱能通過可控傳熱通道源源不斷散失到環(huán)境。熱管I內(nèi)部的蒸汽在壓差作用下流向底端處凝結(jié)并集聚于底端處，鉗制熱管I內(nèi)部蒸汽壓力始終處于低位，保證集熱元件不會炸管實現(xiàn)集熱元件的空曬保護。以后集熱元件脫離空曬狀態(tài)，熱敏永磁鋼4溫度降低磁力恢復(fù)并吸引傳動杠桿6下降使得軟鐵熱翅5活動邊8保持下彎狀態(tài)不傳熱連接罩玻璃管2內(nèi)側(cè)的散熱貼片12，可控傳熱通道處于關(guān)閉絕熱狀態(tài)，集熱元件又可正常工作。圖1實施例同樣適用于插入式熱管集熱元件，這時，內(nèi)玻璃管3本身不是熱管，而是與一支插入式熱管配合連接或者低熱阻連接。其空曬保護的工作原理相似，也是通過熱敏永磁鋼4在空曬時/非空曬時的溫度升高/降低、磁力消失/恢復(fù)來改變可控傳熱通道的狀態(tài)，達到使集熱元件獲得空曬保護的目的。
權(quán)利要求
1.嵌入式杠桿真空熱管集熱元件減壓空曬保護器，由設(shè)置于真空熱管集熱元件尾端的真空隔熱層內(nèi)的若干個可控傳熱通道組成，所述可控傳熱通道由熱敏永磁鋼、軟鐵熱翅、傳動杠桿和連接卡簧組成，所述可控傳熱通道具有兩種穩(wěn)定狀態(tài):傳動杠桿上升推動軟鐵熱翅活動邊上揚傳熱連接罩玻璃管時的開啟導(dǎo)熱狀態(tài)；傳動杠桿下降使得軟鐵熱翅活動邊下彎不傳熱連接罩玻璃管時的關(guān)閉絕熱狀態(tài)，其特征是軟鐵熱翅的固定邊低熱阻連接內(nèi)玻璃管尾端或者熱管熱端底端處，傳動杠桿的中段處于熱敏永磁鋼上方其自由端伸進軟鐵熱翅的活動邊下方；當(dāng)熱敏永磁鋼有磁時，傳動杠桿被熱敏永磁鋼吸引下降使得軟鐵熱翅活動邊下彎不傳熱連接罩玻璃管；當(dāng)熱敏永磁鋼失磁時，傳動杠桿靠自身彈性力作用上升推動軟鐵熱翅活動邊上揚傳熱連接罩玻璃管。
2.按照權(quán)利要求1所述的嵌入式杠桿真空熱管集熱元件減壓空曬保護器，其特征是與所述軟鐵熱翅活動邊接觸的罩玻璃管尾端內(nèi)側(cè)表面貼有一層散熱貼片，所述散熱貼片與罩玻璃管尾端貼合并低熱阻連接；散熱貼片與所述軟鐵熱翅活動邊的傳熱狀態(tài)根據(jù)熱敏永磁鋼的狀態(tài)改變而改變。
3.按照權(quán)利要求1所述的嵌入式杠桿真空熱管集熱元件減壓空曬保護器，其特征是所述軟鐵熱翅通過一片熱匯與內(nèi)玻璃管或者熱管熱端換熱或者，所述軟鐵熱翅與熱匯一體制作；所述熱匯與內(nèi)玻璃管或者熱管熱端低熱阻連接。
4.按照權(quán)利要求3所述的嵌入式杠桿真空熱管集熱元件減壓空曬保護器，其特征是熱敏永磁鋼通過一片熱導(dǎo)與內(nèi)玻璃管低熱阻連接；軟鐵熱翅通過在熱匯上沖制翻邊一體制作而成；所述熱匯和熱導(dǎo)上均制作有直角形連接卡簧裝配槽。
5.按照權(quán)利要求1或者2或者3或者4所述的嵌入式杠桿真空熱管集熱元件減壓空曬保護器，其特征是用一根連接卡簧連接熱導(dǎo)、熱匯、傳動杠桿和散熱貼片；所述熱導(dǎo)低熱阻連接熱敏永磁鋼；所述熱 匯與軟鐵熱翅一體制作。
全文摘要
嵌入式杠桿真空熱管集熱元件減壓空曬保護器，由設(shè)置真空集熱元件尾端的真空隔熱層內(nèi)的可控傳熱通道組成，可控傳熱通道由熱敏永磁鋼、軟鐵熱翅、傳動杠桿和連接卡簧組成，其特征是軟鐵熱翅的固定邊低熱阻連接熱管熱端底端處；傳動杠桿處于熱敏永磁鋼上方其自由端伸進軟鐵熱翅的活動邊下方；當(dāng)熱敏永磁鋼有磁時，傳動杠桿被熱敏永磁鋼吸引下降使軟鐵熱翅活動邊下彎不傳熱連接罩玻璃管；當(dāng)熱敏永磁鋼失磁時，傳動杠桿靠自身彈性力作用上升推動軟鐵熱翅活動邊上揚傳熱連接罩玻璃管實現(xiàn)空曬保護。本發(fā)明用一個小功率空曬保護器就可保證熱管內(nèi)部壓力始終不超過2個大氣壓，并且不影響集熱。
文檔編號F24J2/46GK103225904SQ20131014175
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者施國樑 申請人:海寧伊滿閣太陽能科技有限公司