專利名稱：熱管的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能集熱器元件技術領域，尤其涉及一種全角度無芯熱管。
背景技術：
熱管是指封閉的管殼中充有工作介質(工質)并利用介質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、管芯和工作介質構成，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)段而設置。重力熱管是熱管的一種。目前國內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，其工質的循環(huán)流動將受重力的影響，因蒸發(fā)段置于下方，在上方冷凝的液體工質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。工質靠重力在熱管內回流，無需設置管芯，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用于多個領域，包括太陽能熱利用領域。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。在單只太陽能熱管每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)介質受熱蒸發(fā)上行；二是介質熱蒸汽從冷凝段遇冷凝結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。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，相變液體凍結在底部且具有一定的高度，太陽好時，凍結的介質融化膨脹，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容積過多，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。
實用新型內容(一)要解決的技術問題本實用新型要解決的技術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。( 二 )技術方案為解決上述問題，本實用新型提供了熱管，該熱管由蒸發(fā)段、隔熱段、冷凝段以及管內灌注的可相變的工作介質構成，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。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。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占所述熱管總容積的比例在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占所述熱管總容積的比例在4% -8%且最佳比例為6%。(三)有益效果本實用新型的熱管，適用范圍廣，可以在與地平面呈0-90°傾角范圍內工作；無管芯，管徑小，結構簡單、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1 30-1 10之間；視應用情況可以不設有隔熱段，熱管中介質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或小角度使用時，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“單向二極管”的功效。此外，在冷凝段的儲液槽內適當保留一定量的液態(tài)介質，有利于熱管冷凝液持續(xù)不斷的“回流”；促進了熱管內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工況下的良好傳熱性能寸。

圖1為實施例1的熱管結構示意圖；圖2為實施例2的熱管結構示意圖；圖3為實施例3的熱管結構示意圖；圖4為依照本實用新型一種實施方式的熱管在小角度工況下的狀態(tài)示意圖；[0023]圖5為依照本實用新型一種實施方式的熱管在大角度工況下的狀態(tài)示意圖。
具體實施方式
本實用新型提出的熱管，結合附圖及實施例詳細說明如下。實施例1如圖1所示，本實施例的熱管由蒸發(fā)段1、隔熱段2、冷凝段3以及管內灌注的可相變的工作介質構成，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的管壁突出的儲液槽4，儲液槽4用于儲存液態(tài)介質。在本實施例中，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1內，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，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液槽4。該“局部”可為一處(如圖2所示)或多處，以形成一個或多個儲液槽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，該突出部分形成儲液槽4。如上實施例1-3的描述可知，本實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1和隔熱段2，且此時，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)介質的儲液槽4，在儲液槽4中的液態(tài)介質與蒸發(fā)段1和隔熱段 2中處于液態(tài)的介質一同形成熱管內連續(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)介質與蒸發(fā)段1或隔熱段2處的液態(tài)介質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成，或為在冷凝段3上特意加工的一個或多個可以存留液體介質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長度比在1 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，熱管內可相變介質的灌注量占熱管總容積的12%-25%，介質最佳灌注量為熱管總容積的15%。在約40° -90°傾角工作時，介質灌充量為4% _8%，最佳灌充量為占熱管總容積的6%。且該熱管的介質最佳灌充量隨不同的使用傾角變化而有所不同。綜上，由于本實用新型的熱管具有無管芯、直徑小、結構簡單、制造方便，傳熱性能好、可以0-90°使用，且成本低等特點，可以應用于適合熱管傳熱的熱管制作技術中，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工藝復雜、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計安裝上與建筑物形成一體化設計與安裝，即實用又美觀。 以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本實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方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求1.一種熱管，該熱管由蒸發(fā)段、隔熱段、冷凝段以及管內灌注的可相變的工作介質構成，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。
2.如權利要求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液槽。
3.如權利要求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。
4.如權利要求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液槽。
5.如權利要求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液槽。
6.如權利要求1-5任一項所述的熱管，其特征在于，所述冷凝段與所述蒸發(fā)段的長度比在1 30-1 10之間。
7.如權利要求1-5任一項所述的熱管，其特征在于，所述蒸發(fā)段及隔熱段的外徑小于9毫米。
8.如權利要求1-5任一項所述的熱管，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占所述熱管總容積的比例在12% -25%之間；當在 40° -90°傾角工作時，所述可相變的工作介質占所述熱管總容積的比例在4%-8%。
9.如權利要求8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占所述熱管總容積的比例為15%。
10.如權利要求8所述的熱管，其特征在于，當熱管軸線與地平面呈40°-90°傾角工作時，所述可相變的工作介質占所述熱管總容積的比例為6%。
專利摘要本實用新型公開了一種熱管，涉及太陽能集熱器元件技術領域。該熱管由蒸發(fā)段、隔熱段、冷凝段以及管內灌注的可相變的工作介質構成，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。本實用新型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F24J2/32GK202216596SQ20112021353
公開日2012年5月9日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權日2011年6月22日
發(fā)明者李金彪, 石中坤, 胡金良, 薛英霞 申請人:北京市太陽能研究所有限公司