降温器的制作方法

专利名称：降温器的制作方法
技术领域：
本发明涉及热交换设备，具体说，涉及降温器。
背景技术：
在各种各样的系统及各种各样的环境中，过热总是一个问题。所谓过热是一个介质被加热而且超过了可允许的温度限制。
热水器就是上述的一个例子。与传统的电热或者燃气的热水器相比较，近年来太阳能热水器变得很流行。因为消费者的环境保护意识越来越强烈。
普遍的说，太阳能热水器是一个动态的系统。在此系统中，水被水泵驱动，流动在太阳能集热器及水箱之间的闭合回路中。
用这种方法，水箱的冷水被循环到集热器并加热，然后回到水箱。
在热天里，水温会被太阳加热到高于沸点的温度，如果不加以控制，这种情况下是极有可能损害热水器的部件，如集热器本身，等等。
为了解决这一问题，过热温度保护器被引入了太阳能热水器，这样水温就不会超过最高温度。
过热温度保护器典型的构成是1、一个感温器，用于监视水温；2、一个控制系统。一旦水温超过阈值，则使其调整回理想的值。
有一些热水器的过温保护装置则用加大水流量的方式来遏制水温的增加。这种方式在无电源或者泵故障的情况则无效。
其他一些的控制系统则用倾倒(排掉)热水，加入冷水的方法去降低水温。这种方法对于水资源是一个极大的浪费。

发明内容
本发明的目的是提供一种解决介质过热的降温器。
本发明所述的降温器，包括封闭式的主体，该主体具有内腔，腔内含有用于热传递的液体，其腔内设定有一个预压力，该预压力为使用的液体的温度在达到设定的降温阈值并沸腾的压力。
所述主体为环形体，具有低部分、高部分、连接低部分和高部分的两个中间部分。
所述主体的低部分及高部分由热导率高的材料构成，中间部分用热导率低的材料构成。
所述低部分置于联集器的上半部，两个相对侧壁基本垂直于低部分，其中一个侧壁的高度比另一个侧壁的高度大。
所述降温器的上部分上具有若干散热翅片。
所述主体包括低部及顶部，上述两者由两侧壁连接形成内腔，所述高部形成了内腔的顶部并具有折点。
所述主体内腔中的液体为水。
本发明所述的降温器用于解决太阳能热水器过热问题，因此不需供应电源。降温器将热水器系统的热水即第一介质的热能传到空气或液体，即第二介质，无需使用能源。该散热及热交换器当然也可以用于其它的控制过热的场合，比如用于防止房间的空气过热，第一介质是房间的空气，第二介质是外面的新鲜空气。用此类降温器能防止使室内人们感觉过热，或温室的植物过热等等。结构简单，不需要阀门，探温器，电线圈阀门，恒温继电器。热交换器的运行不受断电或者泵故障的影响。


图1是本发明所述的太阳能热水器安装在住所的示意图；图2是图1所示太阳能热水器的太阳能采集器结构示意图；图3是本发明所述降温器的第一个实施例的结构示意图；图4是一个曲线图，它表现了水温及时间的关系，它是根据降温器的第一实例得来的；图5是一个曲线图，它表现了水温及时间的关系，它是根据的第一结构降温器的第一例子及另一个例子得来的；图6是本发明的第二实施例的结构示意图。
具体实施例方式
图1是使用本发明所述的降温器的太阳能热水器的一个典型结构的描述。图1中A显示了一个太阳能热水系统10，它被安装在房屋20上。所述热水系统10，包括用于加热水的平板太阳能采集器12a，用于储存热水的水箱14，用于热水系统10中热水循环的管道18，热水按顺时针方向循环，用于驱动水从水箱14到太阳能采集器12a的水泵16。热水也可以按反时针方向循环。在实际应用中，冷水从水箱14的下半部被泵16抽出经过管道18的上半部分，到达太阳能采集器12a，然后水在太阳能采集器里受热，经过管道18的下部，回到水箱14的上半部。
所述平板太阳能采集器12a，包含有弯曲的管道，管道位于表面被玻璃覆盖的盒子里。
参见图2，太阳能热水器系统10的另一种太阳能采集器12b可以是包括加热箱22，在这里，水被加热。一排光电管24，及加热棒26。在使用中，光电管24作为热源以加热加热箱22内的水。
图3显示了一个热交换器32，它是用于遏制热水器系统10中热水，即第一介质的过热，热交换器32包括联集管(manifold)34，它的作用是连接及保持热水器系统10中水40的通道，降温器30是用作传递热量从热水40到空气，即第二介质。联集器34可以连接在管道18上，也可位于太阳能采集器12不同的地方，如图1的A点，在太阳能采集器12的出水口及水箱14的进水口之间较好。在这里水温通常较高。
所述联集管34包括一个管状物46的结构，在管状物46的两侧具有两个相对的壁48。在使用中，热水40从太阳能采集器12经过壁48上的进水口42，然后进入管46。管46里面充有热水40，然后流出出水口44，然后进入储水箱14。应加上一层保温材料35到联集管34。这样可使热损耗降到最小。
所述降温器30包括封闭式的主体31，该主体具有内腔33，腔内含有用于热传递的某种液体50a，设定该液体的沸点等于设定的降温阈值。由于液体的沸点取决于压力及液体本身的类型，即当同一液体在不同压力下其沸点不同，因此，主体内腔33中设定了一个预压力，即非工作压力，在此压力下，该液体的沸点也就是降温器开始工作的阈值温度。
本发明的第一个实施例的主体31是一个环形体，在使用中，降温器是置于如图3所示的方位，即主体31的一边穿过联集管34的两侧壁安装在其上。它具有低部分36及高部分38，液体50a仅位于低部分36内，还包含有两个位于低部及高部36，38之间的中间部分52。低部及高部36，38由具有较好的热传导率的金属管组成，如铜或紫铜。而中间部分52的材料是有相对较低的热导率，如朔料或聚烯。
所述中间部分52将低部及高部36，38连接在一起。内腔33通过低部分36，高部分38及中间部分52得以联通，这样由液体50a变为气体50b能从低部36运动到高部38，两个中间部分52位于主体30的相对的两侧60a、60b。
所述降温器30是附加在联集器34上，降温器30的低部36贯通联集器34的管状部分46延伸出来，低部36位于联集器的管状两壁之间。低部36是浸泡在管46的热水40里。最好是将低部36置于联集器34的上半部，因为在这里温度通常要比联集器的下半部要高一些。
所述主体31的内腔33含有用于热传导的流体，即液体50a和气体50b，一般来说液体在制造过程和销售热交换器之前就已经密封在内腔33里面了。在此结构中，液体是水，内腔33的非工作压力小于大气压(部分真空)。内腔33的内压力是在38Kpa左右(绝对压力)。这样在内腔的水将会在75度左右时沸腾。在这种情况下，流体在低于阈值温度时是处于液体状态。
低部36，高部38及中间部分形成了一个闭合的管状回路。里面含有液体50a。在工作之前，液体50a聚集停留在低部36的底部，液体的充入量的多少是由工作时，液体变成气体而且气体将充满全部闭合管道所决定的。这样，液体50a覆盖了低部36的底部，但并不接触低部36的顶部，低部的底部分是接近水平方向置放的。
所述降温器30主体31的两个相对侧边60a、60b，在实际应用中，它们基本上是垂直的。它们有自己的长度，第二边的长度比第一边要长一些。
所述主体31的高部38包含有一个长型体延伸在两相对侧边60a、60b之间；它的底部58相对于低部36的水平部分来说有倾斜度。借此，由气体50b变成的液体50a，可以返回。降温器30还包含了很多翅片56，这些翅片从主体31的上部38延伸出并接触空气。这些翅片的作用是增加上部38与空气接触的表面积，从而增加热传递功能。
热交换器32用于热水器10的工作原理现在叙述如下当在联集器34的热水40被太阳能采集器12加热时，降温器30的低部36及低部的液体50a也被同时加热。中间部分52表现为一个热阻断器阻断了热量从低部36经过中间部分52传递到高部38。一开始，降温器30并不降低热水的温度，直到液体50a被加热到高于阈值的温度。在此结构里，液体50a的阈值温度是液体50a的沸点温度，当液体50a变成气体50b，蒸发开始。
为了达到需要的阈值温度，必须选择液体及内腔33的压力。在这个结构里内腔的压力是绝对压力38Kpa，这样内腔的水，即液体50a在75度沸腾。内腔压力P可用理想气体的定律来计算。
P＝nRT/V在这里，n是内腔33的液体50a的质量及液体50a的分子量的比值。
R是液体50a的气态常数。
T是液体的阈值温度。
V是内腔的容积。
在这个结构里，液体50a是水，这样内腔33及液体50a的阈值温度(沸点温度)的关系很清楚地被行业里人们知道，当压力为38Kpa，水在75度左右就会沸腾。
当热水40的温度增至并高过阈值温度时，热量从热水40传到低部36的液体50a。这个热传递使得液体50a加热到它的沸腾温度，其结果是一部分液体50a变成了气体状态50b而且蒸发。气体50b然后上行到高部38，在这里的温度低于低部36，因此，部分气体50b在高部38的内壁上冷凝。变回液体状态。由此，在高部38，热能从液体50传递到了空气。
因此，降温器30将降低热水的温度，仅当热水的温度超过了阈值温度75度，而当热水温度小于阈值温度时，降温器将不降低水温或很少。如果引入风扇(强制对流)去循环翅片56周围的空气，这样增加液体50a及空气间的热传递的效率也是可以的。随着翅片的数量或尺寸的增加，高部38与空气的接触表面积也将增加，其结果是热传递的效率也增加。
主体的两侧60是大致垂直的，其中一边60b比另一边60a要长一些，这样就形成在高部38的冷凝液体50a的回路。液体50a在低部36蒸发为气体50b然后通过侧边60进入比较冷的高部38并冷凝。由于气体50b冷凝回液体50a，冷凝的液体50a沿着高部38的内壁58，此壁有一定的倾斜度、然后流到第一侧边60a，然后滴到底壁。在重力的作用下回到低部36。
图4显示了上述结构的结果。一开始，一个开放的容器盛有水，并有加热棒，加热棒浸泡在水里。水的温度及大气的温度是16度。给加热棒供以电源400W，用于加热，我们测量水温随着时间的变化参照曲线80，如图4所示为线性关系。
随后，水的温度是一般环境温度16度，置放降温器30于水中，并保证它的水平部分36全部的被水包围。如前所述，我们选择液体50a和空腔33的内压力，使得液体50a的沸点为75度，给加热棒加电400W，这样，我们再测量随着时间水温的变化，测量结果显示图4的特性曲线90，可以看出它是非线性曲线。
图4显示的参照曲线80及试验曲线90(即水温)，可以看出，在水温低于阈值75度时的前22分钟是一样的，在此段时间里，在水温小于75度时，降温器并不降低水温。在22分钟之后，液体50a的温度高于了阈值温度，这时降温器30开始起降温作用，从图可以看到在30分钟左右水温趋于平稳。
此后在整个试验中，水温保持在80度左右，直至试验结束。在试验中，液体50a的蒸发率及冷凝率达到了一种等量平衡。这样使热水的温度达到稳定。从而遏制了热水过热的现象。在平衡点上，由加热棒释放到水的能量几乎等于降温器降去的能量。
图4显示了上述实例400W的特性曲线，其中曲线80表示没有降温器，曲线90表示使用了降温器，虚线表示阈值，环境温度16℃。图5还显示了用800W(曲线92)及1000W(曲线94)能量的进一步测试，而其余条件都一样的试验结果。对每一个试验90，92，94，我们可以看到同样的结果，降温器30降低温度仅当水温高于75度的时候。而当水温低于75度时，降温器几乎不降温。根据测试结果，每个情况都是在30分钟时，温度变得平稳，当输入的功率是400W时，水温的稳定温度是80度，当输入的功率是800W时，水温的稳定温度是100度，当输入的功率是1000W时，水温的稳定温度是110度选择容腔30的内压和液体的类型，使得液体50a在75度时沸腾(即阈值)。或一般来说沸点选择在60-90度之间。在实际应用中，选择阈值使得1.应当足够的高，这样在热水温度小于阈值时，热量不会被散走；2.应当足够的低，所以热水的温度将在过热情况发生以前就稳定下来了。
在具体的选择时，应采用折衷的方式来选择阈值。
图6是降温器30的另一个实施例，该降温器30的主体31是用金属做成的。主体31有一个内腔33，它含有热传导的液体50a。主体31有低部36及高部38，通过它们，主体31得以延伸这样液体50a能从低部36运动到高部38。选择液体及容器的内在压力，这样，当将主体31置放在这样一个位置，使一部分，称为第一部分，与第一介质有热接触，而且另一部分，称为第二部分，与第二介质有热接触。第二介质比第一介质的温度要低。第二部分的置放的位置在第一部分的上方。
而且第一部分的温度被加热高过了阈值。
在实际使用中，热能从第一介质到低部36的液体50a，随后至少一部分液体能从第一部分流到第二部分，当第一部分的温度被加热到高于阈值时热量将由第二部分的液体50a传递到第二介质。这样遏制了第一介质的温度过热。
在这个结构里，降温器30与在前面所述的第一结构实例很相似，但没有中间部分52在这里。与第一实例相比，大量的热可能从第一介质到低部36，然后借以主体31的侧壁，从低部36到高部38，而且是发生在温度小于阈值的时候。
我们希望当热水温度不大于阈值时，则降温应为最小值。
高部38形成了内腔33的顶部并有折点62。在上部的冷凝的液体50a聚集在顶部，然后下流到点62，然后滴回到低部36。因此高部38的位置相对低部36高一些。而且决定了回路。这样，在实际使用中，高部的冷凝了的液体能回到低部36。
降温器可以用于其它的控制过热的场合，比如用于防止房间的空气过热，第一介质是房间的空气，第二介质是外面的新鲜空气。
此发明的其它变化及结构实现则取决于个人的技巧及想象。
在第一个实际结构中内腔装的是水，内压是绝对气压38Kpa.在另一个实例中，内腔的内压可以变化以产生不同的阈值温度。
根据第一个实际结构，联集管与太阳能采集器是在分开的位置上，联集管与热水器通过液体的流动相连。在另一个实例中，水是在与太阳能采集器一体化的水箱里加热的，降温器30也可连结在水箱上。
另一个实例是降温器可以与水箱连在一起，而水箱位于太阳能采集器的末端。
根据第一个实例，联集管与热水器相连，热水器的热水，即第一介质是循环在太阳能采集器及水箱之间。另一个可替代的实例是第一介质可以是具有防冻的性能的液体。此液体以闭合回路的通道循环在水箱及太阳能采集器的之间。在这种方式下此液体被采集器加热，经过水箱的热交换器，在这里热从循环的液体传递到热水器的热水里。
在第一个实例里降温器30被用于将热水器系统的热水(第一介质)的热能传到空气(第二介质)。降温器30当然也可以用于其它的控制过热的场合里。比如说此类降温器用于防止房间的空气过热，第一介质是房间的空气，第二介质是外面的新鲜空气。用此类降温器能防止使室内人们感觉过热，或温室的植物过热等等。
还有就是另一个实例，第二介质可以是液体并与高部38有接触。
第一实例中，未加热之前，低部36的液体的液平面是覆盖了底部，但并不接触顶部，液体的液平面是可以变化的，其结果是产生不同的降温效果。比如说，如果在最初容腔里的充液量不合适的话，降温器30的作用会下降。具体的说，如果充入液体几乎不能覆盖住低部36的底部，那么由于没有足够的液体50a蒸发成气体，则降温的效果下降。如果充满液体到主体31，则没有气体的通道在闭合回路里，可能会使液体50a的从低部36到高部38的蒸发速度受阻。如果充入液体使之充满低部36及中部，并接触到高部38，则热量会从低部36经过中部到高部，这样会导致不希望的情况发生，这就是当温度小于阈值温度时，降温器降掉了相当一部分热量使得热水的温度冷却。总之，使用者应当考虑到最初充液量的适当选择。
如果加热水的功率太大(即超过1000W)，所有的液体50a将会变成(而且保持为)气体，这样降温器的降温效果会减低。这种不希望的情况可以用下列方法去克服1、增大降温器的物理尺寸；2、或增加翅片的数量；3、或增加翅片的尺寸，4、或用强制对流第二介质的方法；5、用不止一个降温器。
在第一实例里，热交换器32包含了降温器30，降温器30固定在联集管上，根据此发明的进一步的结构实例，热交换器有联集管及降温器，而且它们整体化地在一起。降温器的低部和联集管将共有共同的壁。
本发明所述的降温器和热交换器应用于解决热水器中水温过高的情况特别有效。当然也可用于其他的应用领域。
本发明提供了一种无源的技术去控制过热问题。此发明用传递第一介质的热量到温度较低的第二介质，这种降温器件没有任何有源元件，因此不需电源供应。
容器里的压力及液体的选择应满足以下条件无加热情况下，液体是液态，当液体被加热到阈值以上，液体会沸腾。也就是说阈值相当于液体在特定的压力下的沸点。在使用中，热是从第一介质传到第一部分的液体，而且液体被加热到沸腾。结果是一些液体变成气体(因此吸收了相变热)。而且运动到第二部分，在这里一些气体接触到第二部分，由此传递热量到第二介质。典型地，因为一些气体将在第二部分冷却，这些气体将冷凝为液体，这样就会释放潜热。
权利要求
1.降温器，其特征是包括封闭式的主体(31)，该主体具有内腔(33)，腔内含有用于热传递的液体(50a)，其腔内设定有一个预压力，该预压力为使用的液体(50a)的温度在达到设定的降温阈值并沸腾的压力。
2.根据权利要求1所述的降温器，其特征是所述主体(31)为环形体，具有低部分(36)、高部分(38)、连接低部分(36)和高部分(38)的两个中间部分(52)。
3.根据权利要求2所述的降温器，其特征是所述主体(31)的低部分(36)及高部分(38)由热导率高的材料构成，中间部分(52)用热导率低的材料构成。
4.根据权利要求2或3所述的降温器，其特征是所述低部分(36)置于联集器(34)的上半部，两个相对侧壁(60a、60b)基本垂直于低部分(36)，其中一个侧壁的高度比另一个侧壁的高度大。
5.根据权利要求4所述的降温器，其特征是所述降温器(30)的上部分(38)上具有若干散热翅片(56)。
6.根据权利要求1所述的降温器，其特征是所述主体(31)包括低部(36)及高部(38)，上述两者由两侧壁(53)连接形成内腔(33)，所述高部(38)形成了内腔(33)的顶部并具有折点(62)。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的降温器，其特征是所述主体(31)内腔中的液体(50a)为水。
全文摘要
本发明涉及降温器，包括封闭式的主体，该主体具有内腔，腔内设置有热传递的液体，其腔内设定有一个预压力，该预压力为使用的液体在设定的降温阈值沸腾时的压力。该降温器用于解决太阳能热水器过热问题，不需使用能源。也可以用于其它的控制过热的场合，比如用于防止房间的空气过热，用此类降温器能防止使室内人们感觉过热，或温室的植物过热等等。结构简单，不需要阀门，探温器，电线圈阀门，恒温继电器。热交换器的运行不受断电或者泵故障的影响。
文档编号F28D7/00GK1760621SQ20051000689
公开日2006年4月19日 申请日期2005年2月5日 优先权日2004年10月14日
发明者马可平特, 郑菁菁 申请人:马可平特, 郑菁菁