CN101109580B - 一种太阳能用双效传热管及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低成本、高效能、全区域的太阳能用传热管，在普通的热管上，加工上一个套管，从而构成双效传热的太阳能热管，将普遍应用的铜材质热管转换为采用低成本的碳钢，这样大大的降低了总体的成本，并提高了热管的整体性能，从而为太阳能的供暖、制冷、热水的应用提供了一种真正可以批量制造的实用技术产品。同时，本发明还公布了这种传热管的制造方法以及利用此种传热管实现水箱、真空玻璃管、热管之间的连接方法。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能的利用，特别是太阳能的采集以及热利用，具体涉及传热管技术在太阳能领域的利用。
背景技术
太阳能的低温热利用已经非常成熟，特别是直接采用真空玻璃管技术进行太阳能的采集并加以利用，这种技术方法是将水直接的通过玻璃管的内部进行加热，但是这种技术存在的问题是不能在寒冷的区域使用，而且是非承压型，为了解决寒冷区域使用问题，采用了“U”型管以及热管形式，但是“U”型管增加了泵的耗电以及结垢问题，也增加了成本；采用热管技术的主要问题是采用铜材的热管外加翅片，这样增加了很大的成本，而且普通的热管技术生产制造成本高，可靠性差，这都障碍了热管技术在太阳能的应用，同时即使采用了热管技术仍无法实现高效能的传热；也有在冬季通过电加热的方式来解决冬季冻裂的问题，这样增加了耗电，使热水的成本增加；
在热管与真空管结合的应用上，需要解决的问题主要有三点：
1、一种低成本、低启动温度、高可靠性的热管，并且易于批量制造；
2、热管与真空管之间的简单连接，目前基本采用将热管与真空管之间抽真空的方式，对于热管与玻璃之间的连接，将增加很大的成本和制造难度；
3、如何螬加热管冷凝端的换热面积问题，现有的热管的蒸发端基本为1.5-1.8米，而冷凝端仅有0.1米或更小，冷凝端的换热面积不足，造成热能不能充分的传送和利用，限制了热管技术在太阳能领域的应用；
因而，需要一种低成本、高效能的热管技术，来实现对太阳能应用，特别是在寒冷区域的利用，而且，这种热管需要便于安装和应用。
发明内容
本发明的目的就是提供一种低成本、高效能、全区域的太阳能应用的传热管技术，特别是将现有的热管技术进行改进，使得适合于在太阳能领域进行应用，解决低成本、高性能的热管生产问题，以及热管与真空玻璃管之间采用高效简单连接形式；本发明通过在热管与真空玻璃管之间增加一个套管，来实现增加冷凝端的换热面积，同时实现了通过热管与通过套管的二次加热，增加了系统的可靠性：将普遍应用的铜材质热管转换为采用低成本的碳钢或铝材，这样大大的降低了总体的成本。
具体发明内容如下：
一种太阳能用双效传热管，热管1内部充装有热管工作介质4，在热管的至少一部分上还设置有一个套管2、3，套管的一端与热管壳体相连。
通过在一个热管上增加一个套管，实现将热管的冷凝端的增加，达到增加冷凝端的换热面积的目的；同时，在增加了一个套管之后，实现了热能的二次换热，通过套管将热能进行传递，这样不仅通过热管传热，而且同时套管也进行传热，实现了双效的传热与换热；
套管2上还设置有至少一段不同直径的套管，在用于太阳能真空集热管时，其至少一段外径与真空玻璃管的外径相同；
在套管上至少设置一段不同直径的套管，在用于太阳能真空集热管时，其至少一段外径与真空玻璃管的外径相同，这样可以保证将热管与真空管实现“无缝连接”，在传统的热水器中，通过直接将真空玻璃管插入到水箱中，实现真空管与水箱的连接，本发明通过在热管上设置一段与真空管的外径相同的套管，实现了热管与真空管以及水箱的连接，这样对任何的真空管都可以采用直接将热管加入到真空玻璃管之中，通过套管与水箱进行接触密闭.实现了热管、真空管、水箱的简单连接，从而实现了采用热管技术对现有的太阳能热水器的更新换代，使得在冬季的应用；
热管1的材质为铜、铝、不锈钢、碳钢，优选为碳钢。
热管的材质如果采用铜，铜在金属材料中的性能是相对是高的，但是，铜的材料的价格是逐年增长，如果采用碳钢，其价格将由10倍的降低，通过产品测试表明，碳钢的热管与铜热管具有基本相同的性能，因而，从制造成本上，优先选用碳钢制作热管，这样可以降低成本。
热管1内部充装的工作介质(4)为至少下列一种或其混合物：
氨，氟利昂(卤代烃)，碳氢化合物(烃类)，乙醇，甲醇，丙酮，二氧化碳，水，丁烷；
热管的工作介质需要在冬季能够运行，其启动的工作温度应该选用比较低温工作的工作介质，因而优选低温启动的氟利昂(卤代烃)，碳氢化合物(烃类)为工作介质，这样可以保证热管在冬季可以在低温区快速的启动，同时，这类工作介质，在低温下不会相变为冰，使得产品在冬季不会冻裂，保证了热管可以在冬季正常的应用；
在热管1的至少一端设置有灌装部位，通过灌装部位实现对热管内部工作介质4的充装和/或真空度的实现。
在灌装口部位设置有单向阀，通过单向阀门实现对热管工作介质的充装；采用单向阀的技术，实现对热管的灌装，特别是针对低温工作介质，在常温下其处于气化状态，可以采用简单的直接灌装方法，直接将热管工作介质充入到热管腔体内部，实现了热管的制作。
热管的断面形状为下列之一：
圆形、矩形、多边形、椭圆形、菱形、方形；
热管的轴线形状是至少下列形状之一：
弯曲的、蛇形、波浪形、包含有至少一个闭环回路。
热管的截面和轴线可以没有限制，但在制造上，优选低成本的通常轴线和截面的产品，如圆形，方形；其轴线为含有至少一个闭环的回路，构成回路传热管结构，其闭环回路还可以构成循环自振荡热管，这都是目前主要的热管结构技术，热管领域的普通技术人员都可设计和制造；
多个套管之间的冷凝端连接一个共同的集管。
多个热管的蒸发端连接一个共同的冷凝端，在热管结构上，构成为一个整体热管结构，1从而增加了热管的整体性能，在热管的冷凝端，可以连接翅片实现对气体(空气)的换热。
在热管蒸发端和/成冷凝端和/或集管上的外表设计有翅片。
在冷凝端、集热管上设置翅片，可以不仅用于液体的换热，还可以用于气体的换热，可以利用太阳能实现对气体的加热，如太阳能的供暖以及太阳能的干燥；
一种太阳能用双效传热管的制作方法，通过单向阀，将在常温下为气态的低温工作介质灌装到热管腔体内部，通过单向阀实现热管的密闭。
在一个封闭的腔体上加工有单向阀，通过单向阀将在常温下为气态的工作介质灌装到腔体中，灌装结束后，单向阀实现自然的密闭；在必要时，完成充装后，再释放一定量的气体，以便将热管内部的气体纯化，将多余的空气成份排除；这种技术方法，省去了抽真空灌装的过程，其性能完全可以达到热管的技术要求，因而被称为“冷排法”；
一种热管、真空管、水箱的连接方法，在热管外部设置一个套管，套管的至少一段外径与真空玻璃管的外径相同；
通过在热管上加工上一段套管，实现真空管、水箱、以及热管的连接，其中套管外径和真空管的外径相同，套管从而可以取代真空管连接到水箱上，实现真空管、水箱、以及热管的连接。
下面结合附图详细进行说明：
图中的数字含义如下：
1：热管，2：套管，3：与真空玻璃管相同外径的套管，4：热管工作介质，5：单向阀，6：波浪形轴线热管蒸发端，7：集管；
附图内容：
图1：双套管传热管；
图2：波浪形蒸发端单直径套管传热管；
图3：三种直径套管的传热管；
图4：带有一个集管的传热管；
具体实施如下：
图1：双套管传热管
一个热管1，在其上加工有一个套管2、3，其中套管3的外径与真空玻璃管的外径相同，在热管的顶部设置有一个单向阀，通过单向阀5将热管的工作介质4低温的工作介质R134充入到腔体内部，单向阀实现了对腔体的密闭。该传热管可以通过热管以及通过套管传热，因而被称为双效传热管。
图2：波浪形蒸发端单直径套管传热管
一个热管1，在其上加工有一个套管3，其中套管3的外径与真空玻璃管的外径相同，热管的蒸发端采用波浪形轴线的壳体，在热管的顶部设置有一个单向阀5，通过单向阀5将热管的工作介质4低温的工作介质氨气充入到腔俸内部，单向阀实现了对腔体的密闭。该传热管可以通过热管以及通过套管传热，因而被称为双效传热管。
图3：三种直径套管的传热管
一个热管1，在其上加工有一个套管2、3，其中套管3的外径与真空玻璃管的外径相同，在套管3的上下部位各设置一个套管2，在热管的底部设置有一个单向阀，通过单向阀5将热管的工作介质4低温的工作介质水以及R11充入到腔体内部，单向阀实现了对腔体的密闭。该传热管可以通过热管以及通过套管传热，因而被称为双效传热管。
图4：带有一个集管的传热管
三个热管1，在每个上加工有一个套管(2)，其中套管2的外径与真空玻璃管的外径相同，在其上设置有一个共同的集管(’7)，将工作介质充入到腔体内部，单向阀实现了对腔体的密闭。
真空玻璃管、热管与集热箱体的连接方法：
将套管的一端设置成为与真空玻璃管的外径相同的尺寸，这样可以直接将套管插入到集箱内部，可以不改变现有真空玻璃管与集箱的尺寸，直接加装热管，而将现有的非热管的太阳能热水器改造为热管型太阳能热水器。
双效传热管的制造方法：
结合图1说明如下：
一个热管1，在其上加工有一个套管(2、3)，其中套管3的外径与真空玻璃管的外径相同，在热管的顶部设置有一个单向阀，通过单向阀5将热管的工作介质4低温的工作介质R134充入到腔体内部，必要时再通过单向阀释放一定量的气体，单向阀实现了对腔体的密闭，这样既可制造完毕热管。
此种结构的太阳能应用的优点为：
1、通过实验证明，采用碳钢热管以及铜热管的传热性能相同，同时采用热管传热与采用真空玻璃管直接传热的效果相同，对于特殊的工作介质，采用热管的性能要高于不采用热管的结构，可见此种技术方法完全实现了高效、低成本的对太阳能的利用；
2、采用碳钢管的材质使热管昀价格可以比铜降低8倍，这样可以实现了低成本的热管技术，使得热管技术可以在太阳能低温供暖领域得以普遍应用，进而使太阳能热水技术可以在寒冷的区域使用，从而实现太阳能的供暖以及热水、制冷的地产全面建筑能源应用；
3、采用套管的方式，增加冷凝端的面积以及实现了二次换热，使得被加热的液体通过热管和套管进行二次加热，增加了整体的性能，即使热管失效，仍可以通过套管换热，增加了系统的可靠性。
4、在冬季供暖应用中，采用先将热量通过泵进行循环，在蓄热器的热能进行供暖，对于低于室温的热能，通过采用热泵技术，将热能再次利用，这样使得太阳能得到彻底的应用；
5、采用低成本的“冷排法”制造热管，可以降低成本，利于量产；
6、对于热管与真空管之间的连接，采用简单连接方式，不必进行抽真空密闭，便于安装，减少了成本。
Claims (9)
1.一种太阳能用双效传热管，其特征是：热管（1）内部充装有热管工作介质（4），在热管冷凝端的至少一部分上还设置有一个套管（2、3），套管的一端与热管壳体相连，所述套管的至少一段外径按照与其接触或连接的真空玻璃管的外径相同的尺寸进行设计和制造。
2.根据权利要求1所述的太阳能用双效传热管，其特征是：热管（1）的材质为铜、铝、不锈钢或碳钢。
3.根据权利要求1所述的太阳能用双效传热管，其特征是：热管（1）内部充装的工作介质（4）为至少下列一种或其混合物：
氨，氟利昂，碳氢化合物，乙醇，甲醇，丙醇，二氧化碳，水，丁烷。
4.根据权利要求1所述的太阳能用双效传热管，其特征是：在热管（1）的至少一端设置有灌装部位，通过灌装部位实现对热管内部工作介质（4）的充装和/或真空度的实现。
5.根据权利要求4所述的太阳能用双效传热管，其特征是：在灌装部位设置有单向阀（5），通过单向阀实现对热管工作介质的充装。
6.根据权利要求1所述的太阳能用双效传热管，其特征是：
热管的断面形状为下列之一：
圆形、多边形、椭圆形；
热管的轴线形状是至少下列形状之一：
弯曲的、包含有至少一个闭环回路。
7.根据权利要求1所述的太阳能用双效传热管，其特征是：包含多个权利要求1所述的热管，多个套管之间的冷凝端连接一个共同的集管（7）。
8.根据权利要求1所述的太阳能用双效传热管，其特征是：在热管蒸发端和/或冷凝端和/或集管上的外表设计有翅片。
9.一种太阳能用的双效传热管的制作方法，其特征是：通过单向阀（5），将在常温下为气态的低温工作介质灌装到权利要求1所述的太阳能用双效传热管腔体内部，通过单向阀（5）实现热管的密闭。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: BEIJING ZHIHUIJIAN SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPM Free format text: FORMER OWNER: LI JIANMIN Effective date: 20090807 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20090807 Address after: One hundred thousand and ten No. 29, building 6, 17 North Bridge South Road, three tiger Road, Beijing, Haidian District, Postal Code: 100010 Applicant after: Beijing Wisword Science & Technology Development Co., Ltd. Address before: High tech Zone Gaopeng Avenue in Chengdu city in Sichuan province No. 5 Chengdu overenergy Technology Co. Ltd. Applicant before: Li Jianmin |
|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Baoding Solar Energy Technology Co., Ltd. Assignor: Beijing Wisword Science & Technology Development Co., Ltd. Contract record no.: 2010990000304 Denomination of invention: Solar dual-purpose heat transferring pipe and application thereof License type: Exclusive License Open date: 20080123 Record date: 20100520 |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHENGDU AONENGPU TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: BEIJING WISWORD HI-TECH. CO., LTD. Effective date: 20120709 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100010 HAIDIAN, BEIJING TO: 610041 CHENGDU, SICHUAN PROVINCE |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20120709 Address after: 610041 Sichuan city of Chengdu province high tech Zone Shiyang Industrial Park Applicant after: Chengdu Onergy Technology Co., Ltd. Address before: 100010, No. 29, building 6, North Bridge Road, three tiger Road South, Beijing, Haidian District Applicant before: Beijing Wisword Science & Technology Development Co., Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130213 Termination date: 20180719 |