專利名稱：熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能集熱器元件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及ー種全角度無芯熱管。
背景技術(shù)：
熱管是指封閉的管殼中充有工作介質(zhì)(エ質(zhì))并利用介質(zhì)的相變吸熱和放熱進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。重力熱管是熱管的ー種。目前國內(nèi)外熱管式太陽能集熱器中的熱管，大都采用重力熱管，重力熱管的特點是熱管傾斜或垂直放置，其エ質(zhì)的循環(huán)流動將受重力的影響，因蒸發(fā)段置于下方，在上方冷凝的液體エ質(zhì)借助重力而回流到蒸發(fā)段，進而實現(xiàn)循環(huán)往復的熱的傳導傳遞過程。エ質(zhì)靠重 カ在熱管內(nèi)回流，無需設(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)用于多個領(lǐng)域，包括太陽能熱利用領(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)段的高度差來實現(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安裝使用，一般優(yōu)選為40到60°角。含有2米左右長的重力熱管的太陽能集熱器，需保持50°角左右傾斜安裝放置，其需要的空間較大、且安裝支撐架復雜。當要求或希望熱管式太陽能集熱器0角度、小角度安裝或在陽臺欄桿外側(cè)安裝時，重力熱管式太陽能集熱器則顯然無能為力。再有，重力熱管傾斜使用，特別是目前的太陽能重力熱管，位于下部的蒸發(fā)段長度遠遠大于熱管上頂部冷凝段的長度，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)并傳導熱量至冷凝段。在單只太陽能熱管毎日所能接受到太陽輻照能量有限的條件下，熱管蒸發(fā)段底部總會有一部分相變液體始終不參與蒸發(fā)傳熱過程。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；ニ是介質(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降低熱管本來可以實現(xiàn)的導熱或傳熱能力和效率。還有，相變液體積聚于蒸發(fā)段底部，在嚴寒地區(qū)無太陽或夜晚時，相變液體凍結(jié)在底部且具有一定的高度，太陽好吋，凍結(jié)的介質(zhì)融化膨脹，致使重力熱管式太陽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，在強度允許的條件下，熱管可以傳導的熱能潛力也會增多。但是，對于太陽能熱水系統(tǒng)熱管的灌注量若占熱管總?cè)莘e過多，將會影響熱管啟動速度等傳熱性能，且在夏日如不能及時使用已加熱后的熱水或不能保證將已傳導的熱能及時釋放時，會產(chǎn)生高壓過熱問題，這樣不僅會加速和造成熱水系統(tǒng)零部件的損害，還會增加安全隱患。此類問題在封閉可承壓的太陽能熱水系統(tǒng)中會尤為突出。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種安裝使用傾角范圍寬、即具有重力熱管無管芯加工簡單、用料少、成本低、熱性能好等優(yōu)點又可以水平(傾角為0)工作、安全、可靠的全角度無芯熱管。( ニ )技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了熱管，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液槽，所述儲液槽用于儲存液態(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液槽。其中，所述冷凝段與所述蒸發(fā)段的長度比在I : 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，當熱管軸線與地平面呈0°或小于5°傾角工作時，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% ;當在40° -90°傾角工作時，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)有益效果本發(fā)明的熱管，適用范圍廣，可以在與地平面呈0-90°傾角范圍內(nèi)工作；無管芯，管徑小，結(jié)構(gòu)簡單、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)段長度比在I : 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。啟動溫度低于30° C，在0或小角度使用吋，無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“單向ニ極管”的功效。此外，在冷凝段的儲液槽內(nèi)適當保留一定量的液態(tài)介質(zhì)，有利于熱管冷凝液持續(xù)不斷的“回流”;促進了熱管內(nèi)壁有濕潤液膜的形成和存在；增強了避免干涸和避免達到傳熱惡化點或傳熱極限狀態(tài)的功效；提高和保持了熱管在寬泛角度エ況下的良好傳熱性能
坐寸o


圖I為實施例I的熱管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施例2的熱管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實施例3的熱管結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為依照本發(fā)明ー種實施方式的熱管在小角度エ況下的狀態(tài)示意圖5為依照本發(fā)明ー種實施方式的熱管在大角度エ況下的狀態(tài)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的熱管，結(jié)合附圖及實施例詳細說明如下。實施例I如圖I所示，本實施例的熱管由蒸發(fā)段I、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I及隔熱段2的直徑相同，冷凝段3上形成有較蒸發(fā)段I與隔熱段2的管壁突出的儲液槽4，儲液槽4用于儲存液態(tài)介質(zhì)。在本實施例中，冷凝段3的直徑大于蒸發(fā)段I及隔熱段2的直徑，這樣，冷凝段3較蒸發(fā)段I及隔熱段2的管壁突出的部分便形成儲液槽4，儲液槽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I內(nèi)，以在熱管大角度傾斜時仍能在儲液槽4中留存液態(tài)介質(zhì)，如圖5所示。實施例2在本實施例的熱管中，冷凝段3局部的徑向尺寸大于蒸發(fā)段I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I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I及隔熱段2的直徑，且冷凝段3上較蒸發(fā)段I及隔熱段2的管壁突出的局部部分形成儲液槽4。該“局部”可為ー處(如圖2所示)或多處，以形成ー個或多個儲液槽4。實施例3如圖3所示，在本實施例中，冷凝段3的軸線與蒸發(fā)段I及隔熱段2的軸線不在一條直線上(冷凝段3與蒸發(fā)段I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I及隔熱段2管壁突出的一部分，該突出部分形成儲液槽4。如上實施例1-3的描述可知，本發(fā)明的熱管的蒸發(fā)段I、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，當在0°或小角度(如0-5° )工作時，冷凝段3的局部可以低于蒸發(fā)段I和隔熱段2，且此時，在冷凝段3處有低于蒸發(fā)段I及隔熱段2的可以存有液態(tài)介質(zhì)的儲液槽4，在儲液槽4中的液態(tài)介質(zhì)與蒸發(fā)段I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，當熱管在與地平面呈較大傾角工作時，該儲液槽4中的液態(tài)介質(zhì)與蒸發(fā)段I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，無論何種情況，在液面的上方留有可供介質(zhì)相變蒸汽流動的空間或通道。該儲液槽4可以由冷凝段3整體形狀的一部分構(gòu)成，或為在冷凝段3上特意加工的ー個或多個可以存留液體介質(zhì)的局部凹狀面或凹槽，或由冷凝段3直徑大于蒸發(fā)段I和隔熱段2的直徑形成，或由冷凝段3與蒸發(fā)段I和隔熱段2軸向偏心形成。熱管蒸發(fā)段I及隔熱段2的外徑小于9毫米，冷凝段3與蒸發(fā)段I長度比在I : 30-1 10之間。當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，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°傾角工作吋，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，由于本發(fā)明的熱管具有無管芯、直徑小、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，傳熱性能好、可以0-90°使用，且成本低等特點，可以應(yīng)用于適合熱管傳熱的熱管制作技術(shù)中，更可以作為太陽能集熱器中的熱管元件，如用做目前市場中常見的太陽能熱管式真空管的熱管或太陽能全玻璃真空管中的熱管等；也可以用于替代制作エ藝復雜、用料多、成本高的U型管或直通管等現(xiàn)有太陽能集熱器傳熱產(chǎn)品的零部件，特別是它可以使熱管式太陽能集熱器在設(shè)計安裝上與建筑物形成一體化設(shè)計與安裝，即實用又美觀。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明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)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.ー種熱管，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液槽，所述儲液槽用于儲存液態(tài)介質(zhì)。
2.如權(quán)利要求I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I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液槽。
5.如權(quán)利要求I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液槽。
6.如權(quán)利要求1-5任ー項所述的熱管，其特征在于，所述冷凝段與所述蒸發(fā)段的長度比在I 30-1 10之間。
7.如權(quán)利要求1-5任ー項所述的熱管，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任ー項所述的熱管，其特征在于，當熱管軸線與地平面呈0°或小于5°傾角工作時，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% ;當在40° -90°傾角工作時，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%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱管，涉及太陽能集熱器元件技術(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液槽，所述儲液槽用于儲存液態(tài)介質(zhì)。本發(fā)明的熱管具有安裝使用傾角范圍寬、無管芯、制作簡單、傳熱性能好、以及成本低的特點。
文檔編號F28D15/02GK102840781SQ201110169809
公開日2012年12月26日 申請日期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, 薛英霞, 胡金良, 石中坤 申請人:北京市太陽能研究所有限公司