專利名稱：熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能集熱器元件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全角度無(wú)芯熱管。
背景技術(shù)：
熱管是指封閉的管殼中充有工作介質(zhì)(工質(zhì))并利用介質(zhì)的相變吸熱和放熱進(jìn)行熱交換的高效換熱元件。典型的熱管，特別是水平熱管由管殼、管芯和工作介質(zhì)構(gòu)成，管的一端為蒸發(fā)段(加熱段)，另一端為冷凝段(冷卻段)，根據(jù)應(yīng)用需要在蒸發(fā)段和冷凝段中間可布置隔熱段(絕熱段)，管芯是為使冷凝液順利回流到蒸發(fā)段而設(shè)置。重力熱管是熱管的一種。目前國(guó)內(nèi)外熱管式太陽(yáng)能集熱器中的熱管，大都采用重力熱管，重力熱管的特點(diǎn)是熱管傾斜或垂直放置，其工質(zhì)的循環(huán)流動(dòng)將受重力的影響，因蒸發(fā)段置于下方，在上方冷凝的液體工質(zhì)借助重力而回流到蒸發(fā)段，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)循環(huán)往復(fù)的熱的傳導(dǎo)傳遞過(guò)程。工質(zhì)靠重力在熱管內(nèi)回流，無(wú)需設(shè)置管芯，這就減小了熱管的加工難度，降低了制造成本，因而重力熱管被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，包括太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域。重力熱管要求冷凝段要高于蒸發(fā)段，以冷凝段與蒸發(fā)段的高度差來(lái)實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的回流后再蒸發(fā)。這就出現(xiàn)了重力熱管式太陽(yáng)能集熱器在應(yīng)用中具有限制條件多、使用范圍窄等不可避免的缺陷。例如必須要使重力熱管與地平面形成較大的角度來(lái)安裝使用，一般優(yōu)選為40到60°角。含有2米左右長(zhǎng)的重力熱管的太陽(yáng)能集熱器，需保持50°角左右傾斜安裝放置，其需要的空間較大、且安裝支撐架復(fù)雜。當(dāng)要求或希望熱管式太陽(yáng)能集熱器0 角度、小角度安裝或在陽(yáng)臺(tái)欄桿外側(cè)安裝時(shí)，重力熱管式太陽(yáng)能集熱器則顯然無(wú)能為力。再有，重力熱管傾斜使用，特別是目前的太陽(yáng)能重力熱管，位于下部的蒸發(fā)段長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熱管上頂部冷凝段的長(zhǎng)度，熱管內(nèi)相變液體因重力作用，總是趨于向熱管最低端積聚，不利于蒸發(fā)段及其內(nèi)部的相變液體均勻受熱蒸發(fā)并傳導(dǎo)熱量至冷凝段。在單只太陽(yáng)能熱管每日所能接受到太陽(yáng)輻照能量有限的條件下，熱管蒸發(fā)段底部總會(huì)有一部分相變液體始終不參與蒸發(fā)傳熱過(guò)程。而參與傳熱的介質(zhì)主要是由兩部分組成一是聚集在蒸發(fā)段底部且靠上的部分液態(tài)介質(zhì)受熱蒸發(fā)上行；二是介質(zhì)熱蒸汽從冷凝段遇冷凝結(jié)受重力作用向下回流，在回流過(guò)程中再次受熱蒸發(fā)，中途返回到冷凝段的那部分介質(zhì)。這樣的工作狀況顯然會(huì)降低熱管本來(lái)可以實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)熱或傳熱能力和效率。還有，相變液體積聚于蒸發(fā)段底部，在嚴(yán)寒地區(qū)無(wú)太陽(yáng)或夜晚時(shí)，相變液體凍結(jié)在底部且具有一定的高度，太陽(yáng)好時(shí)，凍結(jié)的介質(zhì)融化膨脹，致使重力熱管式太陽(yáng)能集熱器被凍裂凍壞的現(xiàn)象在所難免，其根結(jié)都在于對(duì)重力熱管安裝使用的條件要求與限制。另外，隨著熱管灌注量的增多，在強(qiáng)度允許的條件下，熱管可以傳導(dǎo)的熱能潛力也會(huì)增多。但是，對(duì)于太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)熱管的灌注量若占熱管總?cè)莘e過(guò)多，將會(huì)影響熱管啟動(dòng)速度等傳熱性能，且在夏日如不能及時(shí)使用已加熱后的熱水或不能保證將已傳導(dǎo)的熱能及時(shí)釋放時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高壓過(guò)熱問(wèn)題，這樣不僅會(huì)加速和造成熱水系統(tǒng)零部件的損害，還會(huì)增加安全隱患。此類問(wèn)題在封閉可承壓的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中會(huì)尤為突出。
實(shí)用新型內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種安裝使用傾角范圍寬、即具有重力熱管無(wú)管芯加工簡(jiǎn)單、用料少、成本低、熱性能好等優(yōu)點(diǎn)又可以水平(傾角為0)工作、安全、可靠的全角度無(wú)芯熱管。( 二 )技術(shù)方案為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了熱管，該熱管由蒸發(fā)段、隔熱段、冷凝段以及管內(nèi)灌注的可相變的工作介質(zhì)構(gòu)成，其特征在于，所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的直徑相同，所述冷凝段上形成有較所述蒸發(fā)段與所述隔熱段的管壁突出的儲(chǔ)液槽，所述儲(chǔ)液槽用于儲(chǔ)存液態(tài)介質(zhì)。其中，所述冷凝段的直徑大于所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的直徑，所述冷凝段較所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的管壁突出的部分形成所述儲(chǔ)液槽。其中，所述隔熱段的管壁延伸至所述冷凝段內(nèi)。其中，所述冷凝段局部徑向尺寸大于所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的直徑，所述冷凝段上較所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的管壁突出的部分形成所述儲(chǔ)液槽。其中，所述冷凝段的軸線與所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的軸線不在一條直線上，所述冷凝段上較所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的管壁突出的部分形成所述儲(chǔ)液槽。其中，所述冷凝段與所述蒸發(fā)段的長(zhǎng)度比在1 30-1 10之間。其中，所述蒸發(fā)段及隔熱段的外徑小于9毫米。其中，當(dāng)熱管軸線與地平面呈0°或小于5°傾角工作時(shí)，所述可相變的工作介質(zhì)占所述熱管總?cè)莘e的比例在12% -25%之間且最佳比例為15% ；當(dāng)在40° -90°傾角工作時(shí)，所述可相變的工作介質(zhì)占所述熱管總?cè)莘e的比例在4% -8%且最佳比例為6%。(三)有益效果本實(shí)用新型的熱管，適用范圍廣，可以在與地平面呈0-90°傾角范圍內(nèi)工作；無(wú)管芯，管徑小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低，蒸發(fā)段和隔熱段的外徑可以小于9毫米，且冷凝段可以局部低于蒸發(fā)段或隔熱段工作，冷凝段與蒸發(fā)段長(zhǎng)度比在1 30-1 10之間；視應(yīng)用情況可以不設(shè)有隔熱段，熱管中介質(zhì)最佳灌充量可隨不同的使用傾角變化而有所不同。啟動(dòng)溫度低于30°C，在0或小角度使用時(shí)，無(wú)需采取特殊防凍措施即具有良好的抗凍能力，且具有和保留了重力熱管熱能不回流的“單向二極管”的功效。此外，在冷凝段的儲(chǔ)液槽內(nèi)適當(dāng)保留一定量的液態(tài)介質(zhì)，有利于熱管冷凝液持續(xù)不斷的“回流”；促進(jìn)了熱管內(nèi)壁有濕潤(rùn)液膜的形成和存在；增強(qiáng)了避免干涸和避免達(dá)到傳熱惡化點(diǎn)或傳熱極限狀態(tài)的功效；提高和保持了熱管在寬泛角度工況下的良好傳熱性能寸。
圖1為實(shí)施例1的熱管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例2的熱管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)施例3的熱管結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為依照本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的熱管在小角度工況下的狀態(tài)示意圖；[0023]圖5為依照本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的熱管在大角度工況下的狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提出的熱管，結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下。實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)施例的熱管由蒸發(fā)段1、隔熱段2、冷凝段3以及管內(nèi)灌注的可相變的工作介質(zhì)構(gòu)成，蒸發(fā)段1及隔熱段2的直徑相同，冷凝段3上形成有較蒸發(fā)段1與隔熱段2的管壁突出的儲(chǔ)液槽4，儲(chǔ)液槽4用于儲(chǔ)存液態(tài)介質(zhì)。在本實(shí)施例中，冷凝段3的直徑大于蒸發(fā)段1及隔熱段2的直徑，這樣，冷凝段3 較蒸發(fā)段1及隔熱段2的管壁突出的部分便形成儲(chǔ)液槽4，儲(chǔ)液槽4為冷凝段3整體形狀的一部分。優(yōu)選地，隔熱段2的管壁延伸至冷凝段1內(nèi)，以在熱管大角度傾斜時(shí)仍能在儲(chǔ)液槽 4中留存液態(tài)介質(zhì)，如圖5所示。實(shí)施例2在本實(shí)施例的熱管中，冷凝段3局部的徑向尺寸大于蒸發(fā)段1及隔熱段2的直徑， 即如圖2中所示，冷凝段3具有較蒸發(fā)段1及隔熱段2的管壁突出的部分，該冷凝段3非突出部分的直徑等于蒸發(fā)段1及隔熱段2的直徑，且冷凝段3上較蒸發(fā)段1及隔熱段2的管壁突出的局部部分形成儲(chǔ)液槽4。該“局部”可為一處(如圖2所示)或多處，以形成一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)液槽4。實(shí)施例3如圖3所示，在本實(shí)施例中，冷凝段3的軸線與蒸發(fā)段1及隔熱段2的軸線不在一條直線上(冷凝段3與蒸發(fā)段1及隔熱段2的直徑可以相同也可以不同)，這樣，冷凝段3 便具有較蒸發(fā)段1及隔熱段2管壁突出的一部分，該突出部分形成儲(chǔ)液槽4。如上實(shí)施例1-3的描述可知，本實(shí)用新型的熱管的蒸發(fā)段1、隔熱段2及冷凝段3 可以在與地平面呈0到90°角狀態(tài)下工作。如圖4所示，當(dāng)在0°或小角度(如0-5° )工作時(shí)，冷凝段3的局部可以低于蒸發(fā)段1和隔熱段2，且此時(shí)，在冷凝段3處有低于蒸發(fā)段1 及隔熱段2的可以存有液態(tài)介質(zhì)的儲(chǔ)液槽4，在儲(chǔ)液槽4中的液態(tài)介質(zhì)與蒸發(fā)段1和隔熱段 2中處于液態(tài)的介質(zhì)一同形成熱管內(nèi)連續(xù)的液態(tài)液面。如圖5所示，當(dāng)熱管在與地平面呈較大傾角工作時(shí)，該儲(chǔ)液槽4中的液態(tài)介質(zhì)與蒸發(fā)段1或隔熱段2處的液態(tài)介質(zhì)可以形成間斷不連續(xù)的液態(tài)液面，無(wú)論何種情況，在液面的上方留有可供介質(zhì)相變蒸汽流動(dòng)的空間或通道。該儲(chǔ)液槽4可以由冷凝段3整體形狀的一部分構(gòu)成，或?yàn)樵诶淠?上特意加工的一個(gè)或多個(gè)可以存留液體介質(zhì)的局部凹狀面或凹槽，或由冷凝段3直徑大于蒸發(fā)段1和隔熱段2的直徑形成，或由冷凝段3與蒸發(fā)段1和隔熱段2軸向偏心形成。熱管蒸發(fā)段1及隔熱段2的外徑小于9毫米，冷凝段3與蒸發(fā)段1長(zhǎng)度比在1 30-1 10之間。當(dāng)該熱管在與地平面保持0(水平)或小角度(如0-5° )狀態(tài)工作時(shí)，熱管內(nèi)可相變介質(zhì)的灌注量占熱管總?cè)莘e的12%-25%，介質(zhì)最佳灌注量為熱管總?cè)莘e的15%。在約40° -90°傾角工作時(shí)，介質(zhì)灌充量為4% _8%，最佳灌充量為占熱管總?cè)莘e的6%。且該熱管的介質(zhì)最佳灌充量隨不同的使用傾角變化而有所不同。綜上，由于本實(shí)用新型的熱管具有無(wú)管芯、直徑小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，傳熱性能好、可以0-90°使用，且成本低等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于適合熱管傳熱的熱管制作技術(shù)中，更可以作為太陽(yáng)能集熱器中的熱管元件，如用做目前市場(chǎng)中常見的太陽(yáng)能熱管式真空管的熱管或太陽(yáng)能全玻璃真空管中的熱管等；也可以用于替代制作工藝復(fù)雜、用料多、成本高的U型管或直通管等現(xiàn)有太陽(yáng)能集熱器傳熱產(chǎn)品的零部件，特別是它可以使熱管式太陽(yáng)能集熱器在設(shè)計(jì)安裝上與建筑物形成一體化設(shè)計(jì)與安裝，即實(shí)用又美觀。 以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，而并非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本實(shí)用新型的范疇，本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.一種熱管，該熱管由蒸發(fā)段、隔熱段、冷凝段以及管內(nèi)灌注的可相變的工作介質(zhì)構(gòu)成，其特征在于，所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的直徑相同，所述冷凝段上形成有較所述蒸發(fā)段與所述隔熱段的管壁突出的儲(chǔ)液槽，所述儲(chǔ)液槽用于儲(chǔ)存液態(tài)介質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于，所述冷凝段的直徑大于所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的直徑，所述冷凝段較所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的管壁突出的部分形成所述儲(chǔ)液槽。
3.如權(quán)利要求2所述的熱管，其特征在于，所述隔熱段的管壁延伸至所述冷凝段內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于，所述冷凝段局部徑向尺寸大于所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的直徑，所述冷凝段上較所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的管壁突出的部分形成所述儲(chǔ)液槽。
5.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于，所述冷凝段的軸線與所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的軸線不在一條直線上，所述冷凝段上較所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的管壁突出的部分形成所述儲(chǔ)液槽。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的熱管，其特征在于，所述冷凝段與所述蒸發(fā)段的長(zhǎng)度比在1 30-1 10之間。
7.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的熱管，其特征在于，所述蒸發(fā)段及隔熱段的外徑小于9毫米。
8.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的熱管，其特征在于，當(dāng)熱管軸線與地平面呈0°或小于 5°傾角工作時(shí)，所述可相變的工作介質(zhì)占所述熱管總?cè)莘e的比例在12% -25%之間；當(dāng)在 40° -90°傾角工作時(shí)，所述可相變的工作介質(zhì)占所述熱管總?cè)莘e的比例在4%-8%。
9.如權(quán)利要求8所述的熱管，其特征在于，當(dāng)熱管軸線與地平面呈0°或小于5°傾角工作時(shí)，所述可相變的工作介質(zhì)占所述熱管總?cè)莘e的比例為15%。
10.如權(quán)利要求8所述的熱管，其特征在于，當(dāng)熱管軸線與地平面呈40°-90°傾角工作時(shí)，所述可相變的工作介質(zhì)占所述熱管總?cè)莘e的比例為6%。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種熱管，涉及太陽(yáng)能集熱器元件技術(shù)領(lǐng)域。該熱管由蒸發(fā)段、隔熱段、冷凝段以及管內(nèi)灌注的可相變的工作介質(zhì)構(gòu)成，所述蒸發(fā)段及所述隔熱段的直徑相同，所述冷凝段上形成有較所述蒸發(fā)段與所述隔熱段的管壁突出的儲(chǔ)液槽，所述儲(chǔ)液槽用于儲(chǔ)存液態(tài)介質(zhì)。本實(shí)用新型的熱管具有安裝使用傾角范圍寬、無(wú)管芯、制作簡(jiǎn)單、傳熱性能好、以及成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F24J2/32GK202216596SQ20112021353
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者李金彪, 石中坤, 胡金良, 薛英霞 申請(qǐng)人:北京市太陽(yáng)能研究所有限公司