專利名稱：具有水平冷凝段的熱管式真空管太陽能熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種具有水平冷凝段的熱管式真空管太陽能熱水器，屬于太陽能熱水器的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的熱管式真空管太陽能熱水器主要由重力熱管式真空管、儲(chǔ)水箱、支架等組成。熱管式真空管太陽能熱水器的工作原理是熱管式真空管分為下面的蒸發(fā)段和上面的冷凝段。下面的蒸發(fā)段由內(nèi)外二層同心玻璃圓管組成，外層圓管為透明玻璃管，太陽能以很高的透射率穿過外層玻璃管。內(nèi)層玻璃管外表面涂有吸收太陽能的涂層，內(nèi)管和外管 間的空間抽成真空，以阻止內(nèi)層吸收熱量的散失。內(nèi)層玻璃管內(nèi)裝有易蒸發(fā)的液體工質(zhì)，太陽光穿過外管被內(nèi)管外表面涂層吸收，內(nèi)層管內(nèi)的液體工質(zhì)受熱成為蒸汽。蒸汽上升至冷凝段，冷凝段為蒸發(fā)段內(nèi)管的延伸，只有一層玻璃管，外表面沒有涂層。冷凝段插入熱水器儲(chǔ)水箱中，與水箱內(nèi)的冷水接觸。蒸汽被水箱內(nèi)的冷水冷卻為液體，向冷水放出熱量加熱冷水，凝結(jié)液體在重力作用下流回下面的蒸發(fā)段進(jìn)行循環(huán)工作。通過熱管內(nèi)工質(zhì)周而復(fù)始的在蒸發(fā)段吸收太陽能成為蒸汽、蒸汽在凝結(jié)段向水箱內(nèi)水凝結(jié)放熱的過程，儲(chǔ)水箱內(nèi)水溫不斷上升，從而獲得熱水。熱管式真空管的冷凝段加熱儲(chǔ)水箱內(nèi)的冷水，冷凝段與冷水間的傳熱速度對(duì)熱管式真空管太陽能熱水器的運(yùn)行性能有重要影響。如果傳熱速度較慢，則蒸汽不能在冷凝段迅速凝結(jié)成液體，蒸發(fā)段液體的蒸發(fā)量隨即變小，這意味著太陽能熱水器吸收的太陽能減少，效率下降。同時(shí)，蒸汽不能在冷凝段迅速凝結(jié)，則真空管內(nèi)蒸汽壓力升高，蒸發(fā)段液體的蒸發(fā)溫度隨之升高，這導(dǎo)致真空管表面溫度升高，那么真空管表面向環(huán)境的散熱損失增大，太陽能熱水器的能量利用效率降低。真空管內(nèi)蒸汽壓力的升高，還增加了真空管爆管的危險(xiǎn)，對(duì)太陽能熱水器的安全運(yùn)行也極為不利。因此，從提高熱管式真空管太陽能熱水器對(duì)太陽能利用效率，以及提高熱水器運(yùn)行安全性的角度出發(fā)，應(yīng)提高冷凝段蒸汽與水之間的傳熱速度。在目前使用的熱管式真空管太陽能熱水器中，真空管冷凝段垂直于儲(chǔ)水箱壁插入儲(chǔ)水箱內(nèi)。冷凝段加熱冷水后，在冷水內(nèi)形成溫度差，從而形成了水的自然對(duì)流。水的自然對(duì)流對(duì)水與冷凝段間的傳熱速度有重要影響。自然對(duì)流越強(qiáng)，傳熱速度越快。但冷凝段垂直于儲(chǔ)水箱壁的結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)水與冷凝段的傳熱速度產(chǎn)生嚴(yán)重的削弱。儲(chǔ)水箱內(nèi)冷水受熱一段時(shí)間后，由于冷水總體保持靜止?fàn)顟B(tài)，會(huì)在水箱內(nèi)出現(xiàn)水的逆溫層分布，即儲(chǔ)水箱頂部水溫最高(水的密度最小)，往下溫度降低，最底部溫度最低(水的密度最大)。在處于逆溫層溫度分布狀態(tài)的水內(nèi)不易產(chǎn)生自然對(duì)流運(yùn)動(dòng)。蒸發(fā)段產(chǎn)生的蒸汽在浮力作用下上升，進(jìn)入冷凝段。因此，冷凝段頂部蒸汽最多，溫度最高，向下溫度降低。很明顯，這種上部溫度高，下部溫度低的對(duì)冷水的加熱形式也不利于在水內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)的自然對(duì)流運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，高溫的冷凝段頂端與上部溫度較高的水傳熱，低溫的冷凝段底部與下面溫度較低的水傳熱時(shí)，冷凝段與水之間的傳熱溫差減小，這也降低了冷凝段與水之間的傳熱速度。綜上所述，熱管式真空管冷凝段垂直于儲(chǔ)水箱壁的結(jié)構(gòu)形式抑制了水的自然對(duì)流運(yùn)動(dòng)，降低了冷凝段與水的傳熱溫差，這些都使得冷凝段與水之間的傳熱速度降低，從而造成熱水器太陽能利用效率下降，以及真空管安全性降低。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有的熱管式真空管太陽能熱水器對(duì)太陽能利用效率低、真空管安全性差的缺點(diǎn)，提供一種新型的熱管式真空管太陽能熱水器。本實(shí)用新型的目的可采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)具有水平冷凝段的熱管式真空管太陽能熱水器，包括具有冷凝段和蒸發(fā)段的真空 管、儲(chǔ)水箱、密封圈、托板、支架和水，托板設(shè)在支架上，用來支撐真空管蒸發(fā)段的底部，真空管的冷凝段與蒸發(fā)段的內(nèi)管為連通的整體，其中，冷凝段與蒸發(fā)段形成直角；真空管的冷凝段通過儲(chǔ)水箱壁上的孔插入儲(chǔ)水箱內(nèi)，并平行于儲(chǔ)水箱壁放置；真空管的冷凝段與儲(chǔ)水箱壁的孔之間設(shè)有密封圈。所述的支架為儲(chǔ)水箱和真空管的組裝提供支撐，保持太陽能熱水器的穩(wěn)定，并使真空管保持正確的方向以充分吸收太陽能。托板從下面對(duì)真空管進(jìn)行支撐及固定。密封圈用來防止儲(chǔ)水箱內(nèi)的水通過真空管冷凝段與儲(chǔ)水箱間的縫隙泄漏。真空管的冷凝段在儲(chǔ)水箱內(nèi)呈水平放置，并處于水箱底部。需要加熱的冷水通過管道進(jìn)入儲(chǔ)水箱，被加熱后再通過管道提供給熱水用戶。本實(shí)用新型的熱水器具有啟動(dòng)快、管內(nèi)液體不產(chǎn)生污泥、不凍結(jié)，以及蒸發(fā)段與冷凝段間熱管高效傳熱的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，本實(shí)用新型使冷凝段在儲(chǔ)水箱內(nèi)呈水平放置，并處于水箱底部，這種結(jié)構(gòu)形式不僅使高溫的冷凝段全部浸沒在底部的低溫水中對(duì)水進(jìn)行加熱，從而在水內(nèi)形成強(qiáng)烈的自然對(duì)流運(yùn)動(dòng)，而且也使得冷凝段與水之間的傳熱溫差最大，這些都提高了冷凝段與水之間的傳熱速度，從而提高了太陽能熱水器對(duì)太陽能的利用效率，增強(qiáng)了熱管式真空管的安全性。

圖I為本實(shí)用新型的具有水平冷凝段的熱管式真空管太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I中儲(chǔ)水箱沿A-A方向的剖面圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。結(jié)合圖I和圖2，本實(shí)用新型太陽能熱水器主要由冷凝段6和蒸發(fā)段3的真空管、儲(chǔ)水箱、密封圈2、托板4、支架5和水7等組成。冷凝段6與蒸發(fā)段3垂直。真空管的蒸發(fā)段3由內(nèi)、外二層玻璃管組成，外層玻璃管透明，太陽光可透過。內(nèi)層玻璃管的外側(cè)涂有吸收太陽能的涂層，太陽能被涂層吸收后可加熱真空管內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)，液態(tài)工質(zhì)變?yōu)檎羝?，并上升至冷凝段。?nèi)、外層玻璃管的間隙被抽成真空，以減少內(nèi)管溫度升高后能量向外界的散失。蒸汽在傾斜放置的真空管內(nèi)上升至冷凝段6，冷凝段6伸入太陽能熱水器的儲(chǔ)水箱內(nèi)。冷凝段6為單層玻璃， 外側(cè)沒有吸收太陽能的涂層，冷凝段6內(nèi)的高溫蒸汽向管外的低溫水放出熱量，儲(chǔ)水箱內(nèi)的水溫度上升。由于與儲(chǔ)水箱壁I平行放置的水平冷凝段6結(jié)構(gòu)，以及冷凝段6處于儲(chǔ)水箱底部的位置特點(diǎn)，可以在水中產(chǎn)生強(qiáng)烈的自然對(duì)流運(yùn)動(dòng)，增大冷凝段6與水之間的傳熱溫差。這些都能使冷凝段6與水之間的傳熱速度增大，提高熱水器對(duì)太陽能的利用效率，增強(qiáng)真空管的安全性。蒸汽被冷卻后成為液體，液體向下流回蒸發(fā)段3。從而太陽能熱水器內(nèi)形成如下的循環(huán)工作過程蒸發(fā)段涂層吸收太陽能并轉(zhuǎn)換為熱能一液態(tài)工質(zhì)吸熱成為蒸汽一蒸汽上升至冷凝段一蒸汽放熱凝結(jié)成液體，儲(chǔ)水箱內(nèi)水溫上升一液體下降至蒸發(fā)段。經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的工作后，太陽能熱水器即可產(chǎn)生熱水。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型熱水器結(jié)構(gòu)可以采用的一個(gè)具體方法如下I、制作一個(gè)具有保溫層的圓柱形儲(chǔ)水箱，在儲(chǔ)水箱上均勻地鉆一排孔，孔的直徑與密封環(huán)外徑相匹配。2、制作真空管內(nèi)管，使內(nèi)管的冷凝段與蒸發(fā)段形成直角，內(nèi)管中加入適量的液態(tài)熱管工質(zhì)，然后將內(nèi)管二端封死，在蒸發(fā)段外表面噴涂太陽能吸收涂層。3、制作一端封閉，一端開口的蒸發(fā)段外管，外管直徑大于內(nèi)管，長(zhǎng)度比內(nèi)管蒸發(fā)段略小。5、將內(nèi)管蒸發(fā)段從外管的開口端插入，插入后保證內(nèi)管和外管間不接觸并留有均勻的間隙，使用焊接工藝將外管開口端與內(nèi)管外側(cè)進(jìn)行連接。6、使用抽真空工藝排除內(nèi)管和外管間封閉空間內(nèi)的空氣。具有水平冷凝段的熱管式真空管制作完成。7、使用角鋼和鋼板制作太陽能熱水器的支架和托板，并焊接成支架系統(tǒng)。8、將儲(chǔ)水箱放置在支架上，將密封圈安置在儲(chǔ)水箱的孔內(nèi)，將真空管的冷凝段通過密封圈插入儲(chǔ)水箱內(nèi)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)真空管，使冷凝段與儲(chǔ)水箱壁平行。真空管蒸發(fā)段下端放置于托板的圓孔內(nèi)。9、通過儲(chǔ)水箱上的進(jìn)水管使侍加熱的水充滿儲(chǔ)水箱。通過以上所描述的制作方法，具有水平冷凝段的熱管式真空管太陽能熱水器即加工完成。將熱水器放置于可以充分吸收太陽能的地點(diǎn)和方位，經(jīng)過一段時(shí)間后，儲(chǔ)水箱內(nèi)即可得到熱水。本實(shí)用新型的太陽能熱水器利用了吸收涂料對(duì)太陽能的高吸收效率、真空管的高隔熱性能、熱管的高傳熱性能以及水平冷凝段與水之間的良好傳熱性能，利用太陽能進(jìn)行熱水的制取。
權(quán)利要求1.具有水平冷凝段的熱管式真空管太陽能熱水器，包括具有冷凝段(6)和蒸發(fā)段(3)的真空管、儲(chǔ)水箱、密封圈(2)、托板(4)、支架(5)和水(7)，托板設(shè)在支架上，用來支撐真空管蒸發(fā)段的底部，真空管的冷凝段與蒸發(fā)段的內(nèi)管為連通的整體，其特征在于，冷凝段與蒸發(fā)段形成直角；所述真空管的冷凝段通過儲(chǔ)水箱壁(I)上的孔插入儲(chǔ)水箱內(nèi)，并平行于儲(chǔ)水箱壁放置；所述真空管的冷凝段與儲(chǔ)水箱壁的孔之間設(shè)有密封圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有水平冷凝段的熱管式真空管太陽能熱水器，其特征在于，所述真空管的冷凝段位于儲(chǔ)水箱內(nèi)的底部。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種具有水平冷凝段的熱管式真空管太陽能熱水器，屬于太陽能熱水器的技術(shù)領(lǐng)域。該熱水器包括具有冷凝段和蒸發(fā)段的真空管、儲(chǔ)水箱、密封圈、托板、支架和水，托板設(shè)在支架上，用來支撐真空管蒸發(fā)段的底部，真空管的冷凝段與蒸發(fā)段的內(nèi)管為連通的整體，其中，冷凝段與蒸發(fā)段形成直角；真空管的冷凝段通過儲(chǔ)水箱壁上的孔插入儲(chǔ)水箱內(nèi)，并平行于儲(chǔ)水箱壁放置；在真空管的冷凝段與儲(chǔ)水箱壁的孔之間設(shè)有密封圈。本實(shí)用新型的太陽能熱水器克服了現(xiàn)有熱管式真空管太陽能熱水器對(duì)太陽能利用效率低、真空管安全性差的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)F24J2/32GK202382448SQ201120438050
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者張奕, 張海云, 沈燕婷, 顧鑫, 魏潔 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)