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
技術領域：
本發明涉及太陽能熱水器技術領域，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：
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，承壓式太陽熱水器熱水溫度將會更高。而五金水暖行 業是很少有廠家生產耐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倍甚至十幾倍。冷熱供水在壓差大的特殊工 作環境中，調節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。隨著集熱技術的發展，現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，主要是靠加涼水調節的方 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)造成水箱等相關設備長時間在高溫、甚至高 壓下工作，也加速這些設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，否則會對熱水器有損害及發生燙傷事故，針對上述這種熱水器使用人數較少，夏季 熱水器溫度又達到很高的情況，為了保護熱水器相關設備，并且使用戶在使用熱水時，不會 感到忽冷忽熱的不穩定現象，本發明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。
發明內容
有鑒于此，本發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，當水箱頂部溫度達到一定溫度就開始工作，將熱量 帶到周圍環境中，從而達到對熱水器相關設備進行熱保護和壓力保護的目的。為達到上述 目的，本發明采用以下技術方案
本發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，蒸發管的其中一段位于太陽能熱水器水 箱內，冷凝管的位置高于蒸發管，回流管將蒸發管和冷凝管連通，蒸發管、冷凝管和回流管 內灌裝熱交換介質，冷凝管的外壁設置若干散熱片。進一步，蒸發管的內徑大于回流管的內徑；熱交換介質采用蒸餾水。進一步，與冷凝管相連的部分蒸發管與水平面存在一定傾斜角度；與蒸發管相連的部分回流管為平滑的彎管。進一步，回流管與蒸發管之間還設置一個熱交換介質容納腔。進一步，與冷凝管相連的部分蒸發管為一段直管。進一步，冷凝管的兩端分別為充氣端和回流端，其中充氣端設置充氣孔，回流端與 所述回流管連接，冷凝管與蒸發管連通的位置靠近冷凝管的回流端一側；充氣端可以通過 所述充氣孔充入惰性氣體。進一步，所述冷凝管的充氣端充入的惰性氣體為氮氣。進一步，冷凝管與蒸發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。進一步，與冷凝管相連的部分蒸發管與水平面存在10-15度的傾斜角度。進一步，冷凝管外壁具有厚0. 2mm，長60-80mm的銅或鋁散熱片；與蒸發管相連的 部分回流管為平滑彎曲為U型；蒸發管、冷凝管和回流管采用銅管。本發明的有益效果是
本發明的技術方案是根據熱管原理，本發明中整個裝置也可成為熱管，通過適當選擇 的熱管內的工作介質，使之在一定溫度范圍內工作。太陽能熱水器溫度低于熱交換介質的 汽化溫度時，本發明的熱管裝置不工作，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，當超過熱管內導熱工作介質汽化溫度時，處于一定真空狀態下的工作介質開 始汽化，在蒸發管的工質吸收汽化潛熱后，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，流回位于水箱內的蒸發管。在這個過程中，熱管內的工作 介質經過兩次相變，將熱水箱內的熱量帶到外部環境中，如此周而復始，直到當水箱內溫度 低于熱管內導熱工質的汽化溫度，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。本發明的其他優點、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域技術人員而言將是顯而易見的，或者可 以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書以及附圖 中所特別指出的結構來實現和獲得。
圖1是本發明的俯視示意圖(帶太陽能熱水器水箱)； 圖2是本發明的側面視圖(帶太陽能熱水器)；
圖3是本發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合附圖和具體實施例子對本發明作進一步詳細描述
如圖1所示，本實施例的裝置主要是通過分離式可控熱導熱管實現對太陽能熱水器高 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。回流液體管5的兩端分別與冷凝管4和 位于水箱內部的工作液體腔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。當太陽能熱水器內水溫沒有達到預定溫度時，熱管處 于非工作狀態，氮氣與水蒸氣混合；當外界水箱內溫度升高到預定溫度后，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，蒸汽凝結為液體后通過液體回流管5回流 到蒸發管的工作液體腔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。當水箱內溫度進一步增加，熱輸入增加時，蒸發管6內水蒸汽的溫度上 升，工質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內導出更多的熱量。當熱輸入量減少時，情況相反。結合圖2，蒸發管的一端位于水箱內，另一端冷凝管位于水箱外面，即水箱背部； 蒸發管直管由內向外呈一定傾斜角度，以10-15°為宜。蒸發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熱導熱 管)的相關數據如下可控熱導熱管內以蒸餾水為工作介質，氮氣為不凝氣體，蒸發管采用 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，氮氣的充氣壓力應在0. 006MPa 左右o本實施例專利在具體實施中，首先應該根據預定的太陽能熱水器水溫允許上限以 及水箱水容積和導熱液的工作溫度確定導熱工作介質，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熱管， 在不需要額外耗費能源的同時，實現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，避免了水箱內水的高溫 甚至沸騰對熱水器可能造成的損害及發生燙傷事故。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，只是將總的導熱量平均分配給兩個 分離熱管。該方式雖然使結構復雜些，但由于位于分離式熱管的蒸發管位于水箱頂部中心， 所以增加了對水箱中熱水導熱的平均程度。最后，本發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， 可以根據工作介質蒸汽的流量確定工作介質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 作介質進行冷卻，又不會導致冷卻水的浪費。這種分離熱管同樣要求冷凝管與蒸發管呈一 定的傾斜角度。 還需說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域普通 技術人員對本發明的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發明技術方案 的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
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，蒸發管的其中一段位于太陽能熱水器水箱內，冷凝管的位置高于蒸發管，回流管將蒸發管和冷凝管連通，蒸發管、冷凝管和回流管內灌裝熱交換介質，冷凝管的外壁設置若干散熱片。
2.根據權利要求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 在于蒸發管的內徑大于回流管的內徑；熱交換介質采用蒸餾水。
3.根據權利要求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管與水平面存在一定傾斜角度；與蒸發管相連的部分回流 管為平滑的彎管。
4.根據權利要求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 在于回流管與蒸發管之間還設置一個熱交換介質容納腔。
5.根據權利要求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管為一段直管。
6.根據權利要求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，其中充氣端設置充氣孔，回流端與所述回流管 連接，冷凝管與蒸發管連通的位置靠近冷凝管的回流端一側；充氣端可以通過所述充氣孔 充入惰性氣體。
7.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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管與水平面存在10-15度的傾斜角度。
10.根據權利要求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；與蒸發管相連的部分回流 管為平滑彎曲為U型；蒸發管、冷凝管和回流管采用銅管。
全文摘要
本發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，蒸發管的其中一段位于太陽能熱水器水箱內，冷凝管的位置高于蒸發管，回流管將蒸發管和冷凝管連通，蒸發管、冷凝管和回流管內灌裝熱交換介質，冷凝管的外壁設置若干散熱片。本發明在不需用戶額外增加操作的前提下，當水箱頂部溫度達到一定溫度就開始工作，將熱量帶到周圍環境中，從而達到對熱水器相關設備進行熱保護和壓力保護的目的。
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 優先權日2010年11月27日
發明者招玉春, 王 華, 韓曉明 申請人:招玉春;王華