专利名称：具有真空管的换热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种换热器，该换热器具有带外壁的真空管，并且具有容纳流体的内管，并且内管的外壁与真空管的外壁同心设置。
背景技术：
目前，在太阳能加热领域，具有真空管的换热器是将太阳能转换为热能的最重要的部件。
这种换热器例如可从US 4,186,724获知。用于容纳流体的内管由两个同心管构成，其中流体能够以逆流方式流动。该内管由隔离空间环绕，该隔离空间通过真空管的内壁与流体隔开一定距离。真空管的内壁和外壁同心设置并且在横截面上绕内管形成了一个环，该环处于部分真空状态。
US 4,307,712公开了另一种此类换热器，其中内管尽可能以整体方式连接到横向肋片以更好地导热。
在已知的换热器中，插入了各种反射面，或者涂黑了各种元件。导流系统的管道通常由导热良好的材料构成。然而，目前已知还没有从这种反射面向导流管道系统很好地导热的元件。由US 4,307,712已知的肋片以复杂方式连接到导流管道系统而没有连接到部分真空管。
发明内容
以该现有技术作为起点，本发明的目的是以增加向导流系统的热传递的方式构造一种在开头提及类型的换热器。
本发明的另一目的是避免不利的老化现象或者冷凝现象，上述老化现象由于氧化效应产生，例如由于在各管道系统内使用不同的(例如金属)材料导致。
根据本发明，该目的通过权利要求1的特征来实现。
根据本发明的换热器具有带外壁的真空管。导热流体可填充到换热器的内管。内管的外壁与真空管壁同心设置。在此情形下，提供了至少一个导热膜，该导热膜将上述真空管壁连接到导流管道系统。该至少一个导热元件在所有情况下带有预应力地压靠在上述真空管壁和导流管道系统上。
术语“真空管”被理解为指一种细长的容积系统，该容积系统在工作状态下可处于部分真空。具体地，该管还可以是有拐角的或多边形的。
由于作为热的良导体并在横截面上螺旋形延伸的膜将外部真空空间——在此空间处特别提供了收集和汇聚太阳能的装置——连接到导流管道系统，从而实现了一种令人惊讶的简单的实施方式。
其他的有利的改进具体描述在从属权利要求中。
现在将通过实施例并参考附图以示例的方式更详细地描述本发明，附图中图1示出了通过根据本发明的一个实施例的换热器的横截面；图2示出了沿着图1中线II-II的纵向截面；图3示出了多个根据本发明的换热器的示意图；图4示出了通过根据本发明的另一个实施例的换热器的横截面；图5示出了通过根据本发明的又一个实施例的换热器的横截面；以及图6示出了根据图5的换热器的局部纵向截面和侧视图。
具体实施例方式
图1示出了通过根据本发明的一个实施例的换热器的横截面。该换热器包括一个真空管，该真空管由两个玻璃管3和6构成，其中一个玻璃管被推入另一个玻璃管内，并且它们的端部可如同保温瓶那样彼此熔合。玻璃管3和6每个均由双线构成的圆环表示。在彼此同心延伸的玻璃管3和6之间的空隙4内永久地存在部分真空，具体来说，压力有利地小于0.1Pa，或者0.1微巴。在空隙4内的部分真空特别地阻止从阳光吸收的热通过对流再次散发到外部。
太阳能收集器通常由平行设置和/或串联设置的多个换热器、图3中示出的分配器/收集器11和带有外部反射器(图中未示出)的支架15构成。在这里示出的实施例中，换热器包括进流管7、回流管8和螺旋形的导热折流板9。如图3所示，导热折流板9在区域10永久地连接到回流管8。在图3中第N个太阳能收集器中，可看到导热折流板9在回流管8上的附连区域10内。
具有中心容积17的进流管7输送较冷的载热流体。连续地连接到收集器/分配器11的回流管8在横截面为环形的容积18内输送加热的载热流体。分配器/收集器11将进流管7和回流管8的多个部分以根据“提谢尔曼(Tichelmann)”原理的液压方式分配并且连接到相关联的导热折流板9和真空管3和6。在流体容积17内的原理温度分布剖面——即外侧较热而内侧较冷——和/或逆流模式还可以相反的方式设置，即外侧较热和/或处于顺流模式。从N个收集器收集的流体体积在已经与反射器单独地接合之后从支架15出来，然后离开在收集器出口13处带有隔热装置的收集器壳体14。
吸收器5施加在内真空管6的整个表面上，例如作为金属喷涂层。当有非常好的真空时，如具有上述微巴量级的压力时，产生了大于340摄氏度的滞止温度。然后，具体地，吸收器可以是金属氧化层，该氧化层以等离子技术施加。当真空较小时，在此情况下在吸收器5上仅产生相对较低的温度，吸收器可以是覆铝纸、镀铝聚合物材料，例如可以从杜邦公司得到的商业名称为“Mylar”的材料或者其它设置在空隙4的该部分真空区(真空)内的吸收器材料5。例如，那里所吸收的太阳热能通过内管6的玻璃传输到螺旋形的导热折流板9。该吸收器层5还可施加到管6内部和/或与螺旋形的导热折流板9成为一体。
导热折流板9是一个矩形折流板，该折流板优选地在区域10内附连到管8，例如通过硬焊接。该折流板然后带有预应力地绕着管8卷绕，在此之后它们都被一起推到真空管的双层管3、6内并且填充中间空间19。折流板的预应力将其压到管6的内壁上，并且导致其在一定的范围内，例如90度或四分之一圈，置放在此内壁上。可以选择一个较小的区域，但是也可以特别地选择一个比该区域大的区域。
折流板9在最大可能的角度范围内抵靠内玻璃面，例如大于355度，优选地几乎为360度，例如359度，这种角度范围是有利的，避免了不希望的冷凝物的形成。
横截面为螺旋形的导热折流板9通过其自身的弹簧力以一种牢固并且表面覆盖的方式压在管6的整个玻璃表面上，从而获得最优的热传输。
利用此解决方案，本发明不仅允许热的理想传导，并且通过抵靠真空内管6的内侧的均匀表面压力防止了冷桥，特别是显著地防止了冷凝水的形成，该冷凝水在根据现有技术的系统中导致厚的氧化层，该氧化层又导致太阳能转换功率的降低。
固定插入的导热折流板的缺点是各种材料(玻璃、各种金属等)的膨胀系数不同，使得在导热折流板和管等之间形成导致上述不利效应的间隙。
这产生了应用导热折流板9的进一步的优点，因为导热折流板9相对于相邻面的热导致的相对运动保证了期望的清洁，例如内管6的玻璃表面和折流板表面的清洁。这对于在区域10内附连的导热折流板9是恰当的，然而，导热折流板9还可以浮动方式插入，从而其借助于弹簧力支撑在内管6和管8上。在内管6和管8之间的容积19例如可填充环境空气或保护气体或者处于部分真空下。
图4示出了通过根据本发明另一实施例的换热器的横截面。在图中，相同的特征分别由相同的参考标号标出。这里该换热器也包括一个真空管，该真空管由两个玻璃管3和6构成，其中一个玻璃管被推入另一个玻璃管之中。吸收器层5施加到外侧，但是也存在如同根据图1的实施例的可能性。
在此实施例中导热折流板29由多个矩形折流板构成，这里有8个折流板29，这些折流板具有两个自由端20，由此具有C形，该C形优选地在区域10内附连到管8。每个折流板29带有预应力地插入管6和8之间以填充中间空间19。每个折流板29的预应力将折流板压靠在管6的内壁上并且导致折流板在一定范围内置放在此内壁上。这里示出了各自的22.5度的范围。然而也可选择比该范围更大或更小的区域。它们也取决于所使用的折流板的数量。然而，这里管6的整个内侧有利地也被覆盖。若设置N个导热膜29，其中N≥8，那么其自由端20具体地可支承在接近360/N度的角度区域上，其带有预应力，抵靠着上述壁6、8。
横截面为C形的导热折流板29通过其弹簧力以牢固和表面覆盖的方式压在管6的整个玻璃表面上，从而获得了最优的热传输。
每个导热折流板29可附连在一侧，例如附连在内管8上，但是可选地或者另外地，也可以附连在管6的内壁上，从而由于管6、8和导热折流板29彼此之间的热导致的相对运动，一个自由端或两个自由端20相对于相邻面移动。
在一个图中未示出的实施例中，设置有两个螺旋形的导热膜9，它们以180度的角度范围彼此隔开地在角度范围10——特别地在所有情况下在实际上180度的角度范围内——附连在导热管系统8的外壁上。这导致两个螺旋，其中一个螺旋延伸到另一个螺旋内，通过用于导热的两个支承面和双线横截面改善了热传输。以此方式，在所有情况下还能够在实际上120度的范围内设置三个螺旋形的导热膜9。当存在四个螺旋形导热膜9时，它们以例如90度的角间距附连到内管8上。例如每个导热膜9的自由端的长度使得其延伸过例如540度至720度的角度范围，其中自由端支承在管6或者相邻导热膜9的内侧上。
图5示出了通过根据本发明又一实施方式的换热器的横截面，而图6示出了沿着图5中线VI-VI的纵向截面。这里换热器也包括一个真空管，该真空管由两个玻璃管3和6构成，其中一个玻璃管被推入另一个玻璃管内。吸收器层5施加到玻璃管6的外侧。例如，环境空气或者保护气体可填充在内管6和管8之间的容积19内，或者那里可以是部分真空。此实施例的导热元件39每个均由至少一个例如由铜制成的导热金属杆31构成，该金属杆31焊接到回流管8的外侧或者以另外的方式连接。在图6中，很明显两个金属杆31与每个导热元件39相关联，两个金属杆31在平行于换热器的主轴线延伸的管壳线上彼此隔开一段距离设置。在所有情况下，中空的套管32配合到这些优选地由实心材料构成的金属杆31上，所述套管32优选由同样的材料构成或者具有相同的热膨胀系数。套管32在其分别面对杆31的端部附连到导热折流板33，例如焊接到其上。在换热器的装配状态，导热折流板33支承管6的内壁，并且导热折流板33有利地不是预先弯曲的，从而其以弹性方式压在壁6上。弹簧效应在此情况下由两个套管32因以下事实而传递弹簧元件34，例如压缩弹簧，设置在每个套管32内，所述压缩弹簧一端支撑在导热折流板33上而另一端压在杆31的末端。结果，导热折流板33以与壁6紧密接触的方式被牢靠地保持，借助于通过弹簧杆31和套管32的连接保证了向管8内的良好导热。
在图示实施例中，在所有情况下，四个杆31围绕换热器的主轴线以90度的角间隔在沿着上述纵向轴线的两个位置附连到管8。然后设置四个导热折流板33，并且套管32在相应的位置附连到其上。导热折流板33的尺寸如下在插入管6之后，它们抵靠几乎管6的整个内壳体贴合地配合，换言之，四个导热折流板33占据了稍微小于90度(＝360/4度)的角范围。为了进行装配，在所有情况下，弹簧34均插入套管内，并且插上并压入由套管32和导热折流板33构成的单元，从而可在导热折流板33上沿纵向轴线方向推动管6。在此情况下，内管7和8优选地在纵向圆锥形弹簧35上固定，该弹簧35支撑在管6的纵向端部并且处于管8内的相应端部凹陷部。
在示出的实施例中，相关联的杆31每个均沿着管道系统8设置在相同的纵向位置。在另一实施例中，这些杆31也可设置成彼此之间间隔不同的纵向距离。
杆31也可附连到导热折流板33，并且套管32可附连到管道系统8。
除了两倍的四个附连点31、32和34以及相关联的四个导热折流板33之外，也可以提供三倍或四倍的四个附连点。另一方面，还能够提供两个或三个导热折流板33，每个导热折流板33具有两个、三个或更多附连点。出于导热或稳定换热器的目的，多于四个导热折流板33一般是不必要的。
在图中未示出的实施例中，每个单独的插入有弹簧元件34的杆31一套管32连接在所有情况下还可由单个弹簧元件代替，该弹簧元件在一端附连到管8而在另一端附连到导热折流板33。然后该弹簧承担一个附连点的所有三个元件的31、32、34的功能。只是预安装要比图5和6示出的实施例更复杂，因为这里当进行组装时，必须首先附连弹簧元件而不失去其弹性。
具体地，管3和6可由玻璃构成。内管7和8可由金属构成，特别是由铜、黄铜、铝或不锈钢(inox)等材料构成，这些材料的排列顺序指示了技术上最有利的选择。优选为热的良导体的金属被选择来用于这些管7、8。导热折流板9或29由热的良导体材料构成，特别是由例如铜、黄铜、铝或合适类型的不锈钢或者软的钛板构成。
参考标号列表3 玻璃管4 空隙
5 吸收器层6 玻璃管7 进流管8 回流管9 导热折流板10 角范围11 分配器框架13 收集器出口14 收集器壳体15 支架17 流体容积18 流体容积19 中间空间20 自由端29 导热折流板31 金属杆32 套管33 导热折流板34 弹簧元件35 圆锥形弹簧39 导热元件
权利要求
1.一种换热器，具有带外壁(3)的真空管(4)，并且具有内管(7，8)，内管容纳流体(17，18)并且其外壁(8)与真空管(4)的壁(3，6)同心设置，至少一个导热元件(9，29)将真空管(3，4，6)的所述壁(6)连接到导流管道系统(8)，收集和汇聚太阳能的装置(5)设置在所述壁(6)上，处于真空管(3，4，6)的远离导热元件(9，29)的一侧，其特征在于，所述至少一个导热元件在每种情况下具有预应力压在真空管(3，4，6)的所述壁(6)和导流管道系统(8)上。
2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，设置有N个导热元件(31，32，33，34)，每个导热元件具有至少两个径向延伸的弹簧元件(31，32，34)，每个弹簧元件沿导流管道系统(8)的纵向轴线彼此相距一段距离附连在导流管道系统(8)上、并且附连在相关联的导热元件的导热折流板(33)上，其中N≥2，并且连续的导热元件(31，32，33，34)的弹簧元件(31)的附连点在导流管道(8)的截面上彼此之间具有360/N的角间距。
3.如权利要求2所述的换热器，其特征在于，每个导热元件具有导热折流板(33)、附连到导热折流板(33)或导流管道系统(8)的杆(31)、附连到导流管道系统(8)或导热折流板(33)的套管、和设置在套管内的弹簧元件(34)。
4.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，在通过换热器的横截面上，每个导热元件(29)具有包括带有两个自由端(20)的C形的形状，两个自由端(20)压在真空管(3，4，6)的所述壁(6)和导流管道系统(8)上。
5.如权利要求4所述的换热器，其特征在于，设置有N个导热元件(29)，其中N≥8，其自由端(20)在180/N至360/N度之间、优选地在270/N至360/N度之间的角范围内带有预应力地支承在所述壁(6，8)上。
6.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，每个导热元件(9)在横截面上呈螺旋形延伸并且/或者覆盖至少45度、有利地大于720度的角度。
7.如权利要求6所述的换热器，其特征在于，一个或两个导热元件(9)彼此间隔地在角度范围(10)内支承在导流管道系统(8)的外壁上，特别地在350至359度之间或90和179度之间的角度范围内。
8.如权利要求1至7中任一项所述的换热器，其特征在于，导流管道系统(8)包括外部容积(18)和内部容积(17)，外部容积和内部容积特别地能够在逆流方式下工作。
全文摘要
一种换热器，包括带外壁(3)的真空管(4)。内管(7，8)可填充有导热流体(17，18)。内管(7，8)的外壁(8)与真空管(4)的壁(3，6)同心设置。设置有至少一个导热膜(9)，该导热膜将真空管(3，4，6)的所述壁(6)连接到导流管道系统(8)。收集和汇聚太阳能的装置(5)设置在所述壁(6)上，处于真空管(3，4，6)的远离导热元件(9，29)的一侧。此外，具有预应力的每个导热元件压在真空管(3，4，6)的所述壁(6)和导流管道系统(8)上。
文档编号F24J2/48GK1934396SQ200580008383
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月15日 优先权日2004年3月15日
发明者奥尔汉·于斯廷 申请人:奥尔汉·于斯廷