分體式自循環太陽能－熱能裝置的製作方法

2023-05-05 19:51:21 3

專利名稱：分體式自循環太陽能－熱能裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種分體式自循環太陽能-熱能利用裝置，採用分離式重力熱管系統的蒸發器作太陽能集熱器直接吸收太陽輻射能變為熱能，用熱管系統自動循環將熱量傳遞給位置較高的蓄熱媒質。熱管系統冷凝器液化的工質均勻分配給蒸發器各根蒸發管，並由蒸發管上端的旁通洩液孔進入，形成重力作用下的流動薄膜蒸發。
背景技術：
重力式熱管因其結構簡單、自動運行，有著巨大的優勢。重力式熱管的工質冷凝液在重力作用下在蒸發管管壁形成流動液體薄膜蒸發。根據楊世銘主編的《傳熱學》(高等教育出版社，1980年4月第二版)第208頁介紹，重力作用下的流動薄膜蒸發的換熱係數αb比大空間沸騰的換熱係數α可高出1～3倍。
若將熱管的蒸發段和冷凝段遠距離布置，中間用長的絕熱段連接，即為分離式重力熱管，此種分離式重力熱管為單蒸發段分離式重力熱管。單蒸發段分離式重力熱管傳熱能力有限，為了傳熱更多的熱能，發展了多根蒸發管段和多根冷凝管段的分離式重力熱管系統，多根蒸發管段和多根冷凝管段之間用蒸氣上升管和液體回流管連接。與單根蒸發段分離式重力熱管相比，分離式重力熱管系統傳熱量大小不受限制，而且蒸氣上升通道和液體下降通道分開。
分離式重力熱管系統同樣可用於太陽能-熱能裝置。但目前的分離式重力熱管技術未解決好實施過程中的關鍵問題即工質冷凝液如何均勻分配至各蒸發管、同時形成重力作用下的流動薄膜蒸發，特別是偏離設計狀態情況下如何使冷凝液如何均勻分配的問題。
據檢索，「熱管式太陽熱水器(專利號CN98208449.8)」，其分離式重力熱管系統技術方案要點是蒸發器的多根蒸發管上、下兩頭開口，分別用上、下聯管連通，所述上聯管一頭封閉，另一頭開口作蒸發器之蒸氣出口連接蒸汽上升管；所述下聯管一頭封閉，另一頭開口作蒸發器之液體進口連接液體回流管。運行時，液化的工質由液體回流管進入下聯管，再進入蒸發管下頭開口，液體在蒸發管下半部管壁吸熱蒸發。此技術方案存在缺陷蒸發管下半部液體蒸發屬大空間沸騰，其換熱係數比單蒸發段分離式重力熱管之蒸發段的流動薄膜蒸發換熱係數小得多；同時蒸發管上半部為無相變的蒸汽自然對流換熱。即該專利的蒸發管遠未達到熱管應有的換熱效能。
另據檢索，專利「一種用於分離式熱管的蒸發器(專利號CN03245513.5)」，該專利可應用於分離式重力熱管系統。該專利為解決多蒸發管的分離式重力熱管系統之回流液體均勻配到蒸發器各蒸發管、液體從蒸發管上端進入形成流動薄膜蒸的問題，採用的技術方案要點是金屬板中有多條並聯豎置的通道，通道的上端有一底面為V形槽做液體集箱，通道與液體集箱之V形斜壁相貫形成的橢圓形相貫線為通道的上埠，各上埠處於同一水平面；與V形槽連通的上方有一空腔，作為蒸氣集箱，如附圖1、附圖2。該專利是按如下實現其目的的並聯的通道相當於並聯的蒸發管，通道的上埠為蒸氣出口，也為蒸發管進液口；運行時，分離式熱管的回流液先積聚在液體集箱V形的底部，當液位達通道的上埠最低沿時，液體從由此流進各通道，沿通道壁往下衝淋，形成重力作用下的流動薄膜蒸發，蒸氣由各通道的上埠進入蒸氣集箱。該專利存在缺陷實施過程中，通道的上埠很可能未處於同一水平面，那麼，液體集箱低頭的通道供液過多、高的一頭可能沒有供液，如附圖3。假設V形斜壁與水平面成45°角，通道通徑為30毫米，通道中心距為50毫米。通道與V形斜壁相貫形成的橢圓長軸為42.43毫米，短軸為30毫米。如果通道的上埠中心所在直線與水平面成1°夾角。設某一通道的下緣在液面以下2毫米，則通道橫切面方向(下同)進液面積為20.2377平方毫米，佔通道總面積706.8583平方毫米的2.86％；其最近鄰兩側通道的進液面積分別為34.5168平方毫米和8.6427平方毫米，分別佔總面積的4.88％和1.22％；次相鄰兩側通道的進液面積分別為50.9032平方毫米0.9367平方毫米，分別佔總面積的7.20％和0.133％。即在實施時造成1°的誤差，橫向200毫米範圍內的5個通道中，最大進液面積為最小進液面積的54.34倍，難以將回流液體均勻配到各蒸發通道。另外，通道的進液口只能在V形槽的內側，限制了其應用範圍如太陽能集熱器的向陽面外側熱流密度最大，要求液體的大部分衝淋外側的向陽面，但該專利的技術方案無法實現此目的。

發明內容為解決目前分離式重力熱管系統用於分體式太陽能-熱能裝置時存在的不足，本發明提供一種實用性較強的分體式自循環太陽能-熱能裝置，解決了分離式重力熱管系統液化的工質被均勻分配到各根蒸發管、並形成重力作用下的流動薄膜蒸發的問題；即使安裝有誤差，也能達到目的。
本發明所採取的技術方案本發明以分離式重力熱管系統的蒸發器兼作太陽能-熱能裝置的集熱器——即集熱-蒸發器直接吸收太陽能輻射能變為熱能，分離式重力熱管系統的冷凝器置於蓄熱媒質中。集熱-蒸發器至少有兩根集熱-蒸發管(1)和一水平集箱(2)組成，關鍵在於集熱-蒸發管(1)上端開口穿過集箱(2)下壁並伸進一段在集箱內，集熱-蒸發管(1)處於集箱內腔的一段管壁上開有旁通洩液孔(1.1)，上端管口在同一水平面，旁通洩液孔(1.1)也在同一水平面。集箱(2)側壁下部或下壁開有一孔作液體進口與液體回流管(5)連接，集箱側壁上部或上壁開有一孔作蒸氣出口與蒸氣上升管(3)連接，液體回流管(5)、蒸氣上升管(3)則與冷凝器(4)連接，熱管系統原理如附圖4。熱管系統內部抽真空後注入適量易相變工質；蒸氣上升管(3)中間段不能有向下凹的存液彎結構；蒸氣上升管(3)、液體回流管(5)外裹絕熱層；集熱-蒸發器表面按常規太陽能集熱器要求塗太陽能吸收層，並採取相應絕熱措施。
本方案是按如下方式實現其目的的如果實施安裝時無誤差，則所有集熱-蒸發管的洩液孔(1.1)在同一水平面，上端管口也在同一水平面。所有集熱-蒸發管(1)同時吸熱，內部的工質氣化上升，從集熱-蒸發管(1)上端開口匯集到集箱(2)，再從集箱(2)的蒸氣出口進入蒸氣上升管(3)，上升到冷凝器將熱量傳遞給蓄熱媒質並液化；液化的工質在重力作用下，由液體回流管(5)往下流動，從集箱(2)進液口回到集箱(2)中，當液體淹沒集熱-蒸發管(1)的洩液孔(1.1)時，液體由洩液孔(1.1)進入集熱-蒸發管(1)，由上往下衝淋集熱-蒸發管(1)管壁，形成重力作用下的薄膜蒸發氣化，如此循環，不斷將太陽輻射能變為熱能並傳遞給蓄熱媒質。回流的液體要麼同時淹沒所有集熱-蒸發管(1)的洩液孔(1.1)，所有的洩液孔(1.1)同時有進液；或者相反，所有洩液孔(1.1)同時無進液；當所有的洩液孔(1.1)不能下洩全部的回流液體時，液位上升達到集熱-蒸發管(1)管口，所有的集熱-蒸發管(1)管口有洩液，如此實現均勻分配液體的目的。
如果實施安裝時有誤差，設誤差極限是最低處集熱-蒸發管(1)的管口高於最高處集熱-蒸發管(1)的洩液孔(1.1)。回流液先聚在集箱(2)下側，隨著液位上升，最低的洩液孔(1.1)先有進液，最低的洩液孔(1.1)不能下洩全部回流液，液位繼續上升直至第二個洩液孔(1.1)有進液……直至所有集熱-蒸發管的洩液孔(1.1)有進液。當所有集熱蒸發管(1)的洩液孔(1.1)不能下洩全部回流液時，液位繼續上升直至最低處集熱-蒸發管(1)管口有液體進入，如附圖5所示。又因為管口通徑遠遠大於洩液孔(1.1)的通徑，管口進液量遠遠大於洩液孔(1.1)的進液量，所以液位維持在最低處管口，其結果是除最低處一根集熱-蒸發管(1)進液量較大外，其餘各集熱-蒸發管(1)進液量相等，如此實現均勻分配液體的目的。
本發明與現有分離式重力熱管系統比較的有益效果集熱-蒸發管(1)上端的旁通洩液孔(1.1)可按需求設置幾個，均布在管壁圓周上，回流液可潤溼集熱-蒸發管(1)上下四周管壁，充分發揮熱管的優勢；即使安裝產生誤差，也能使熱管系統的回流液體均勻分配到各蒸發管，發揮裝置整體效能。


圖1為專利(專利號CN03245513.5)的V形液體集箱示意圖。
圖2為圖1之A-A剖面圖。
圖3為圖1所述V形液體集箱傾斜後示意圖。
圖4為本發明之分離式重力熱管系統管路原理圖。
圖5為本發明集箱傾斜後示意圖。
圖6為本發明實施例一之集熱-蒸發器結構及安裝水平時啟動運行分析示意圖。
圖7、圖8、圖9、圖10為本發明實施例蒸發-集熱管上埠、洩液孔結構示意圖。
圖8為圖7之B-B剖面圖。
圖9為圖7之C-C剖面圖。
圖10為圖7之頂視圖。
圖11、圖12為本發明實施例一集熱-蒸發器安裝傾斜時啟動運行分析示意圖。
圖13為本發明實施例一之集熱-蒸發器絕熱措施之三示意圖。
圖14為圖13之D-D剖面圖，為本發明實施例拋物柱面上反射膜反射光路圖。
圖15為本發明實施例二之集熱-蒸發器結構示意圖。
圖16為本發明實施例二之集熱-蒸發器絕熱措施之三示意圖。
圖17為本發明實施例四之集箱、隔板、集熱-蒸發管裝配的豎向剖面圖。
圖18為圖17之E-E剖面圖。
圖19、圖20為本發明實施例五之液體分配箱(12)與液體分配管(13)、液體回流管(5)裝配關係圖，液體分配管(13)之液體分配孔(13.1)結構示意圖。圖19為圖20之G-G剖面圖，圖20為圖19之F-F剖面圖。
圖21為本發明實施例五之兩個集熱-蒸發器匹配一個冷凝器管路連接示意圖。
圖中，1.集熱-蒸發管，1.1.洩液孔，2.集箱，3.蒸氣上升管，4.冷凝器，5.液體回流管，6.帶真空夾層的玻璃盲管，7.密封塞，8.橫管，9.帶真空夾層的兩頭通玻璃管，10.反射膜，11.隔板，12.液體分配箱，13.液體分配管，13.1.液體分配孔。帶箭頭細實線示意液體流向，帶箭頭虛線示意氣體流向。附圖7、8、9、10中，洩液孔按實施例實際結構表示；其它附圖中，洩液孔簡化為集熱-蒸發管管壁上的圓孔。
具體實施方式
本發明的工作原理是利用集熱-蒸發器吸收太陽的輻射能變為熱能，再用分離式重力熱管系統將熱能轉移到位置稍高的蓄熱媒質。
重力熱管系統方面幾個概念定義如下洩液孔(1.1)下洩能力l——單根集熱-蒸發管(1)的洩液孔(1.1)通過液體工質的最大值。
最大蒸發能力Vmax——單根集熱-蒸發管(1)蒸發工質質量的最大值。
蒸發潛力v——在蒸發器、冷凝器的溫度及溫差一定條件下，由洩液孔(1.1)下洩液體衝淋供液足夠充分時，單根集熱-蒸發管(1)由衝淋供液蒸發的工質質量部分。
集熱-蒸發管(1)總根數為n。
因此，實際蒸發量——集熱-蒸發管(1)實際蒸發量永遠不大於蒸發潛力；洩液孔(1.1)實際下洩液體量永遠不大於其下洩能力，最大實際下洩量等於下洩能力；對某一裝置而言，最大蒸發潛力等於最大蒸發能力。
集熱-蒸發管蒸發量的大小，取決於工質對應的飽和溫度，外部供給集熱-蒸發管的熱能密度-到達太陽能利用裝置的太陽輻能強度(以下簡稱輻射強度)，以及工質液體對集熱-蒸發管的潤溼情況。
採用本發明的裝置，蓄熱媒質的溫度影響工質冷凝的溫度，即飽和溫度；輻射強度影響熱能密度，二者共同作用的結果反映在蒸發潛力；如果工質液體對集熱-蒸發管的潤溼充分，則液體相變能帶走全部熱量，即蒸發量等於蒸發潛力；如果工質液體對集熱-蒸發管的潤溼不充分，則蒸發量小於蒸發潛力。
蒸發潛力會影響熱管傳遞熱量的能力。另外，安裝的誤差可能會影響熱管系統蒸發的供液狀態，進而影響熱管的運行。
本發明的實施例中，就從集熱-蒸發管(1)的蒸發潛力變化和安裝誤差兩方面予以允分考慮，即本發明可以在集熱-蒸發管(1)的蒸發潛力有變化和安裝有誤差的情況下，實現本發明的目的。
5.1實施例一5.1.1集熱-蒸發器結構及工質集箱(2)為圓管，集熱-蒸發管(1)下端也是開口，用一橫管(8)將所有集熱-蒸發管(1)下端的開口連通，集熱-蒸發管(1)上端設置洩液孔的開口段之通徑大於集熱段之通徑，開口段與集熱段之間為連續過渡的錐面，集熱-蒸發管(1)有幾個洩液孔(1.1)，而且布置在管壁四周小同的水平層面，相同層面的洩液孔(1.1)在同一水平面，集熱-蒸發管管口在同一水平面；最低一層洩液孔(1.1)可布置在集熱-蒸發管(1)和集箱(2)的相貫線最高點以下，即處於相貫線圍成的凹坑裡，如圖6、圖7。最低一層洩液孔(1.1)也可布置在集熱-蒸發管(1)和集箱(2)的相貫線最高點以上。低一層洩液孔(1.1)的下洩能力小於高一層洩液孔(1.1)的下洩能力，所有洩液孔(1.1)的下洩能力之和不大於集熱-蒸發管(1)最大蒸發能力。集熱-蒸發管可帶集熱翅片(圖中未示出)，集熱-蒸發管(1)集熱翅片間可以有間隔，也可無間隔。集熱-蒸發管、集箱選用易導熱金屬材料。
熱管系統工質選用易得、無毒與金屬材料相適應的易相變材料，如水、乙醇、丙酮。
洩液孔(1.1)結構和布置優選如下將集熱-蒸發管(1)的管壁往裡擠壓形成凹槽，凹槽在集熱-蒸發管(1)管壁上成螺旋線的一段，在凹槽的下側壁開孔作為洩液孔，一段凹槽可設一個或幾個孔，如圖7、圖8、圖9、圖10。或者先在集熱-蒸發管(1)的管壁上開切縫，再將切縫上側的管壁往裡擠壓，使上下側的管壁錯開，便形成洩液孔(1.1)通道。
結構優點闡述如下。
集熱-蒸發管(1)上端的通徑大於集熱段的直徑，洩液孔(1.1)通道內側所處的圓的直徑大於集熱段的直徑，確保洩液孔下洩的液體滴在過渡段的管壁而不會直接滴到管底，液體能充分潤溼管壁。
所述洩液孔(1.1)通道結構，保證下洩的液體碰在管壁，不會噴向管中間；洩液孔(1.1)布置在管壁四周的優點顯而易見。
洩液孔(1.1)按下洩能力大小布置在不同的水平面層面。假設洩液孔(1.1)分布在三個水平面層面，各個層面洩液孔(1.1)的下洩能力分別為l1、l2、l3。對某一確定的熱管系統而言，(l1+l2+l3)值一定，則l1＜l2，(l1+l2)＜l3，至少做到l1＜l2＜l3。其原因由後續分析闡明。
本實施例在停止運行時，全部的液體積在集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內。當集熱-蒸發管第二次受熱，液體工質吸熱，集熱-蒸發管(1)底部的液體工質蒸發上升，氣化的工質到冷凝器放熱後，從液體回流管(5)回到集箱(2)，由洩液孔(1.1)進入集熱-蒸發管(1)，順集熱-蒸發管(1)管壁往下衝淋，形成液體薄膜蒸發氣化吸熱，如此循環。有液體往下衝淋管壁時，形成液體薄膜蒸發時，換熱係數大幅度加大，蒸發量也大幅度增加。
本實施例在安裝有誤差時，也能保證回流液體均勻分配到每一根集熱-蒸發管(1)。5.1.2如果安裝時無誤差，即集箱(2)水平時的運行。以最低一層洩液孔(1.1)布置在集熱-蒸發管(1)和集箱(2)的相貫線最高點以下為例。
若集熱-蒸發管的蒸發潛力小於第一層洩液孔(1.1)的下洩能力。在啟動階段，集熱-蒸發管底部及橫管(8)內的液體蒸發，屬於自然蒸發。
最早蒸發的工質，從冷凝器液化回流時，首先進入靠進液口的第一凹坑，使第一凹坑裡的第一層洩液孔(1.1)進液，第一根集熱-蒸發管上半部有流動薄膜蒸發，蒸發量大大增加，使系統循環量大大增加。如第一凹坑裡的第一層洩液孔(1.1)能下洩回流液的全部，則第一凹坑裡的液位穩定在某一位置，不會有回流液進入第二凹坑裡，系統不能啟動。
如第一凹坑裡的第一層洩液孔(1.1)不足以下洩回流液的全部，有液體進入第二凹坑。第二凹坑裡有第一、第二根集熱-蒸發管的第一層洩液孔(1.1)，第二根集熱-蒸發管上半部有流動薄膜蒸發的，蒸發量大大增加，使系統循環量大大增加；第二凹坑裡回流液進入第一根集熱-蒸發管，使第一根集熱-蒸發管增加的蒸發量大於或等於零，但系統總的蒸發量大大增加。第一、第二凹坑裡的第一層洩液孔(1.1)不足以下洩回流液的全部，有液體進入第三凹坑，……直至系統總的蒸發量等於若干凹坑裡的第一層洩液孔(1.1)的下洩能力之和。結果是靠近進液口的部分凹坑裡填滿液體，遠離進液口的部分凹坑裡無液體，如圖6。相應靠近進液口凹坑裡的第一層洩液孔(1.1)進液量等於第一層洩液孔(1.1)的下洩能力，相應集熱-蒸發管蒸發量等於蒸發潛力，洩液孔(1.1)進液量大於蒸發量，洩液孔(1.1)進液量多出蒸發量部分靠其它無進液的集熱-蒸發管之底部液體蒸發來彌補；遠離進液口部分凹坑裡的第一層洩液孔(1.1)無進液，相應集熱-蒸發管只有底部的液體蒸發，蒸發量小於蒸發潛力。則系統總蒸發量小於總蒸發潛力。此時集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內應有積存液體，否則，當蒸發潛力增大時，集熱-蒸發管蒸發量不會增加，系統傳熱能力也不會增加。
如果蒸發潛力大增大到等於第一層面洩液孔(1.1)下洩能，凹坑裡下洩的液體全部蒸發，即有供液凹坑的蒸發和下洩平衡。但還有部分集熱-蒸發管底部液體蒸發加入循環，總蒸發量大於總下洩量，會有更多的凹坑裡有進液……直至所有集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)均有進液，液位穩定在第一層洩液孔(1.1)最高緣，所有集熱-蒸發管蒸發量等於蒸發潛力，系統總蒸發量等於總蒸發潛力。
那麼，很好理解l1越小，越容易在小的蒸發潛力下使所有的集熱-蒸發管第一層面洩液孔(1.1)均有進液，達到均有分配液體的目的，系統總蒸發潛力得到發揮。
如果蒸發潛力大繼續增大，則集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內的液體蒸發，但第一層洩液孔(1.1)不能下洩全部匯流液，則集箱內液位上升，使集熱-蒸發管第二層洩液孔(1.1)同時有進液，則液位維持在最高第二層面的洩液孔(1.1)上邊緣以下某一位置，所有集熱-蒸發管蒸發量等於蒸發潛力。同理，集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內應有積存液體。
如果蒸發潛力大繼續增大到等於第一、第二層洩液孔(1.1)下洩能力之和，則集箱內液位上升，液位維持在最高第二層面的洩液孔(1.1)上邊緣水平面，所有集熱-蒸發管蒸發量等於蒸發潛力。同理，集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內應有積存液體。
如果蒸發潛力繼續增大，則集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內的液體蒸發，但第一、第二層洩液孔(1.1)不能下洩全部匯流液，則集箱內液位上升，使集熱-蒸發管第三層洩液孔(1.1)同時有進液，則液位維持在最高第三層面的洩液孔(1.1)上邊緣以下某一位置，所有集熱-蒸發管蒸發量等於蒸發潛力。同理，集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內應有積存液體。
若蒸發潛力大於第一、第二、第三層洩液孔(1.1)下洩能力之和，，則集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內的液體蒸發，但第一、第二、第三層洩液孔(1.1)不能下洩全部匯流液，則集箱內液位上升，使集熱-蒸發管管口同時有進液，則液位維持在管口，所有集熱-蒸發管蒸發量等於蒸發潛力。當系統以最大蒸發能力運行時，集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內有少量或沒有積存液體。系統總蒸發量等於總蒸發潛力。
由上分析可知，只要系統內工質量合適，系統可在多種條件下運行。系統內的工質充注量，本領域的普通技術人員可參照本發明的思路，通過計算或試驗求得。
如果第一層洩液孔(1.1)可布置在集熱-蒸發管(1)和集箱(2)的相貫線最高點以上，則啟動後，第一層洩液孔(1.1)同時有進液，接下來的過程同上述第二層洩液孔(1.1)開始進液後過程相當。
5.1.3如果安裝有誤差時的運行。集熱-蒸發管管口處於同一斜面內，各層面的洩液孔(1.1)也處於同一斜面內，假設傾斜最大限度是最高處第一層洩液孔(1.1)剛好位於最低處第二層洩液孔(1.1)以下，最高處第二層洩液孔(1.1)剛好位於最低處第三層洩液孔(1.1)以下，最高處第三層洩液孔(1.1)剛好位於最低處集熱-蒸發管管口以下。安裝有誤差，又分兩種情況集箱(2)進液口處於集箱(2較高端；集箱(2)進液口處於集箱(2較低端。
5.1.3a安裝誤差使集箱(2)進液口處於集箱(2較高端，如圖11。
在啟動階段，若集熱-蒸發管的蒸發潛力小於第一層洩液孔(1.1)的下洩能力。第一循環時，集熱-蒸發管底部及橫管(8)內的液體蒸發，屬於自然蒸發。從冷凝器回流的液體工質，首先進入靠進液口的第一凹坑，第一凹坑的第一層洩液孔(1.1)首先有進液，第一根集熱-蒸發管以重力作用下的流動薄膜蒸發為主，系統總蒸發量進一步增加，……直至若干凹坑裡有液體進入，總下洩量等於總蒸發量。靠近進液口的部分凹坑裡第一層洩液孔(1.1)有進液並等於其下洩能力，但相應集熱-蒸發管的蒸發量等於發潛力；有部分凹坑裡無進液，集熱-蒸發管的蒸發量小於蒸發潛力。系統總蒸發量小於總蒸發潛力。當蒸發潛力繼續增大到等於第一層面洩液孔(1.1)下洩能力，同5.1.2所述一樣，集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內更多的液體蒸發參加循環，直至所有凹坑有進液，所有集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)有進液並等於下洩能力，集箱內液位穩定。系統總蒸發量等於總蒸發潛力。顯然，很好理解l1越小，越容易在小的蒸發潛力下使所有的集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)均有進液，達到均有分配的目的，系統總蒸發潛力得到發揮。同理，集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內應有積存液體。
若蒸發潛力繼續增大到大於第一層洩液孔(1.1)下洩能力，但小於第一、第二層洩液孔(1.1)下洩能力之和。宏觀上表現為集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內有更多的液體蒸發參加循環，所有集熱-蒸發管蒸發量稍有增加，但不足以達到蒸發潛力，但總蒸發量增加，並大於第一層洩液孔(1.1)下洩能力之和。因而集箱內液位上升，最低處集熱-蒸發管的第二層面洩液孔(1.1)首先有進液，蒸發量較大。其它集熱-蒸發管的第二層面洩液孔(1.1)暫時無進液。如果只有最低處集熱-蒸發管第二層洩液孔(1.1)有進液，而且最低處集熱-蒸發管蒸發量等於下洩量，則最低處集熱-蒸發管的蒸發量等於第一、二層洩液孔(1.1)實際下洩量之和；而其它集熱-蒸發管蒸發量稍大於第一層洩液孔(1.1)實際下洩量，集箱內液位繼續上升，使更多的第二層面洩液孔(1.1)有進液。直至使得最低處一根或幾根集熱-蒸發管第二層面洩液孔(1.1)進液量達到二層面洩液孔(1.1)下洩能力，總蒸發量等於總下洩量，則集箱內液位穩定。最低處一根或幾根集熱-蒸發管蒸發量等於蒸發潛力，進液量大於蒸發量，進液量多出部分靠第其它集熱-蒸發管之底部液體蒸發來彌補；高處幾根集熱-蒸發管因供液不足使蒸發量小於蒸發潛力，但大於第一層洩液孔(1.1)實際下洩量，底部有液體蒸發。系統總蒸發量小於總蒸發潛力。同理，此時集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內應有積存液體，否則，當蒸發潛力增大時，集熱-蒸發管蒸發量不會增加，系統傳熱能力也不會增加。
蒸發潛力繼續增大到等於集熱-蒸發管第一、二層洩液孔(1.1)下洩能力之和時，最終會使所有集熱-蒸發管的第二層洩液孔(1.1)均有進液。系統總蒸發量等於總蒸發潛力。顯然，很好理解(l1+l2)越小，越容易在小的蒸發潛力下使所有的集熱-蒸發管第一、第二層面洩液孔(1.1)均有進液，達到均有分配的目的，系統總蒸發潛力得到發揮。同理，此時集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內需有積存液體，否則，當蒸發潛力增大時，集熱-蒸發管蒸發量不會增加，系統傳熱能力也不會增加。
同理，很好理解(l1+l2+l3)越小，越容易在小的蒸發潛力下使所有的集熱-蒸發管第一、第二、第三層面洩液孔(1.1)均有進液，達到均有分配的目的，系統總蒸發潛力得到發揮。
當蒸發潛力繼續增大到大於集熱-蒸發管第一、第二、第三層洩液孔(1.1)下洩能力之和，第一、第二、第三層洩液孔(1.1)不能下洩全部的匯流液，集箱內液位上升，直至最低處集熱-蒸發管的管口有進液，液位穩定在最低處集熱-蒸發管的管口高度。
最低處集熱-蒸發管的管口的進液量大，但其蒸發能力頂多達到蒸發潛力，即蒸發量小於進液量。進液量多出的部分靠其它集熱-蒸發管底部的液體蒸發來彌補，直至其它集熱一蒸發管底部的液體蒸發乾盡，而只有最低處一根集熱-蒸發管底部有液體積存。結果是，最低處一根集熱-蒸發管蒸發量達到蒸發潛力，其它集熱-蒸發管蒸發量小於蒸發潛力，總蒸發量小於總蒸發潛力。
當蒸發潛力繼續增大時，只有最低處一根集熱-蒸發管底部的液體蒸發增加，其它集熱-蒸發管因供液不增加而蒸發量不增加。
如果加大第三層面洩液孔(1.1)下洩能力，可將最低處集熱-蒸發管的管口的進液均勻分配到各集熱-蒸發管，回流的液體會全部蒸發，最後直至總蒸發量等。那麼(l1+l2+l3)越接近蒸發潛力越好。
綜合上述分析，對某一確定的熱管系統而言，(l1+l2+l3)值一定，希望l1＜l2，(l1+l2)＜l3。這是可以做到的，比如l1＝10％Vmax，l239％Vmax，l3＝51％Vmax。
如果第一層洩液孔(1.1)可布置在集熱-蒸發管(1)和集箱(2)的相貫線最高點以上，則啟動後，最低處的第一層洩液孔(1.1)有進液，接下來的過程同上述第二層洩液孔(1.1)開始進液後過程相當。
5.1.3b安裝誤差使集箱(2)進口處於集箱(2較低端，如圖12。
在啟動階段，若集熱-蒸發管的蒸發潛力小於第一層洩液孔(1.1)的下洩能力。第一循環時，集熱-蒸發管底部及橫管(8)內的液體蒸發，屬於自然蒸發。從冷凝器回流的液體工質，首先進入靠進液口的第一凹坑，第一凹坑的第一層洩液孔(1.1)首先有進液，第一根集熱-蒸發管以重力作用下的流動薄膜蒸發為主，系統總蒸發量進一步增加。若第一凹坑的第一層洩液孔不能下洩回流液之全部，則第一凹坑內液位上升，有液體進入第二凹坑，第一根集熱-蒸發管有兩個第一層洩液孔(1.1)進液；第二根集熱-蒸發管有一個第一層洩液孔(1.1)進液，以重力作用下的流動薄膜蒸發為主，系統總蒸發量進一步增加，如果第一、二凹坑裡的洩液孔不能下洩回流液之全部，則第二凹坑內液位上升，直至第一、二凹坑裡的液體連為一體，液位繼續上升。……液位繼續上升直至高於某一凹坑低側的相貫線，若干凹坑裡有液體進入，總下洩量等於總蒸發量。部分集熱-蒸發管的第一層洩液孔(1.1)有進液並等於其下洩能力，蒸發量等於蒸發潛力；有部集熱-蒸發管的第一層洩液孔(1.1)無進液，蒸發量小於蒸發潛力。系統總蒸發量小於總蒸發潛力。
當蒸發潛力增大到等於第一層洩液孔(1.1)的下洩能力時，會使所有第一層洩液孔(1.1)有進液，系統總蒸發量等於總蒸發潛力。顯然，很好理解l1越小，越容易在小的蒸發潛力下使所有的集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)均有進液，達到均有分配的目的，系統總蒸發潛力得到發揮。同理，集熱-蒸發管(1)的底部及橫管(8)內應有積存液體。
當蒸發潛力進一步增大到大於第一層洩液孔(1.1)的下洩能力時，但小於第一、第二層洩液孔(1.1)下洩能力之和。運行狀態及變化同5.1.3a所分析一樣。
同樣可得出結論，對某一熱管系統而言，(l1+l2+l3)值一定，希望l1＜l2，(l1+l2)＜l3。
5.1.4對集熱-蒸發器的絕熱措施措施之一集熱-蒸發管(1)緊密排列時，集熱-蒸發管(1)、集箱(2)和橫管(8)的朝陽面塗太陽能吸收層，一同置於有透明蓋板的保溫箱內。
措施之二集熱-蒸發管(1)間隔排列時，集熱-蒸發管(1)、集箱(2)和橫管(8)的表面塗太陽能吸收層，一同置於有透明蓋板的保溫箱內；集熱-蒸發管(1)背陰側設置反射板，反射板可將各角度從集熱-蒸發管(1)空隙間漏過的光之全部或絕大部分反射到集熱-蒸發管(1)的背陰面。反射板橫斷面由對稱的兩個半支拋物線組成，或者由對稱的正弦曲線組成，還可由兩支對稱的圓的漸開線組成。兩個半支拋物線組成的反射面之光路分析可參見附圖14。
措施之三集熱-蒸發管(1)間隔排列，集熱-蒸發管(1)表面塗太陽能吸收層；用帶真空夾層透明的兩頭通玻璃管(9)套在集熱-蒸發管(1)外面，用密封塞(7)密封兩頭通玻璃管(9)的敞口與集熱-蒸發管(1)間的空檔，並抽出兩頭通玻璃管(9)內層通道裡的空氣此處真空度要求不高；兩頭通玻璃管(9)緊密排列，如圖11；兩頭通玻璃管(9)的外層管之朝陽側為半圓管，背陰側管為非圓柱的曲面管，背陰側管外側設有鏡面反射膜(10)，反射膜(10)可將各角度從集熱-蒸發管(1)空隙間漏過的光之全部或絕大部分反射到集熱-蒸發管(1)的背陰面。背陰側管橫斷面外輪廓由對稱的兩個半支拋物線組成，或者由對稱的正弦曲線組成，還可由對稱的兩支圓的漸開線組成；集箱(2)和橫管(8)外包裹絕熱層(圖11未示出)。兩個半支拋物線組成的反射板之光路分析如附圖14。
集箱(2)和橫管(8)除作成直線形外，還可做成曲折線形。
集箱(2)和橫管(8)作成曲折線形時，集熱-蒸發器為一曲面，可與曲面形建築、陽臺吻合，與建築融為一體。集箱(2)的進液口最好設在南側中間因太陽能-熱能裝置運行到傍晚時，蓄熱媒質溫度接近最高，而裝置接受的太陽輻射能逐步減小，即系統蒸發潛力逐步減小，靠近西側的集熱-蒸發管之蒸發潛力比其它集熱-蒸發管之蒸發潛力大；又據前述分析，蒸發潛力減小時，只有靠近進液口的部分集熱-蒸發管(1)第一層洩液孔有供液，可最大利用傍晚時的太陽能。但早上太陽初升時，靠東側的集熱-蒸發器之蒸發潛力比其它集熱-蒸發管之蒸發潛力大，希望東側的集熱-蒸發管內有液體蒸發。為兼顧早晚，故進液口設在南側中間。
對平面形集熱-蒸發器來說，所有集熱-蒸發管在同一時接受的太陽輻射能相同，集箱(2)的進液口位置就可在兩頭。
5.2實施例二5.2.1集熱-蒸發器結構集箱(2)為圓管，集熱-蒸發管(1)下端是封閉的；集熱-蒸發管(1)與集箱(2)的相貫線形成凹坑；集熱-蒸發管(1)有幾個洩液孔(1.1)，而且布置在不同的水平面層面，幾個洩液孔(1.1)的下洩能力之和不大於集熱-蒸發管(1)最大蒸發能力；集箱(2)的進液口設在集箱(2)一頭，與集箱(2)進液口緊鄰的第一根集熱-蒸發管(1)第一層洩液孔只有一個，且設在背向進液口的一側的第二凹坑裡相貫線最高點以下，下洩能力為其它集熱-蒸發管(1)第一層洩液孔下洩能力的 與集箱(2)進液口緊鄰的第二兩根集熱-蒸發管(1)的第一層洩液孔)有兩個，下洩能力為其它集熱-蒸發管(1)第一層洩液孔下洩能力的 其餘集熱-蒸發管(1)第一層洩液孔(1.1)有兩個，分別布置在相貫線兩邊的凹坑裡相貫線最高點以下；各集熱-蒸發管管口在同一水平面；其餘同實施例一，如圖15。或者，第一層洩液孔(1.1)布置在相貫線最高點以上，則位於集箱兩頭的幾根集熱-蒸發管(1)第一層洩液孔下洩能力比中間集熱-蒸發管(1)第一層洩液孔下洩能力小。
5.2.2分析集箱(2)水平時熱管的運行。
以第一層洩液孔(1.1)布置在相貫線最高點以下為例分析。
假設洩液孔(1.1)分布在三個水平面層面，相同層面的洩液孔(1.1)在同一水平面，第一、第二、第三層各個層面洩液孔(1.1)的下洩能力分別為l1、l2、l3，那麼，第一層單個洩液孔(1.1)下洩能力為 靠集箱(2)進液口最近的兩根集熱-蒸發管(1)第一層單個洩液孔(1.1)下洩能力為0.25l1。
集箱(2)水平，則集熱-蒸發管管口在同一水平面，相同層面的洩液孔(1.1)在同一水平面。
本實施例系統緩慢停止時，全部的液體積在靠集箱(2)進液口最近的幾根或最近的兩根集熱-蒸發管的下半部(後述的分析會得出此結論)。
第二次啟動時，太陽輻射使所有集熱-蒸發管得熱升溫，能使單根集熱-蒸發管蒸發潛力v1，但只有第一、第二根集熱-蒸發管有液體工質氣化蒸發。最初啟動時，兩根集熱-蒸發管的全部容積被液體工質佔據，屬於大空間沸騰換熱。
根據楊世銘主編的《傳熱學》(高等教育出版社，1980年4月第二版)的介紹，重力作用下的流動薄膜蒸發的換熱係數αb比大空間沸騰的換熱係數α可高出1～3倍。設αb＝4α，那麼大空間沸騰換熱最小值為重力作用下的流動薄膜蒸發的換熱系的0.25倍，即可認為第二次啟動時，第一、第二兩根集熱-蒸發管單根蒸發量為0.25v1，兩根集熱-蒸發管蒸發量之和最小值為0.25v1×2＝0.5v1。第一循環回流液體量為0.5v1，全部進入第二凹坑，平均分配給第二凹坑裡的第一、第二根集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)。
啟動後，第一、第二根集熱-蒸發管來內液體蒸發，下部液體段減小，上部無液體段增加，當第一次循環的回流液從第一層洩液孔(1.1)進入，在上部形成流動薄膜蒸發，換熱大大加強，蒸發量大大增加，即第二次循環的蒸發量比第一次循環的蒸發量多出許多，又會進一步造成下部液體段減小，上部無液體段增加，第三次循環的蒸發量比第二次循環的蒸發量多出許多，也即循環量一直增加。設到某一循環時循環量為0.5v1+Δ，而且大於第二凹坑裡洩液孔下洩能力0.5l1時，有液體進入第三凹坑並分配給第三凹坑裡的第二、第三根集熱-蒸發管洩液孔，使第三根集熱-蒸發管啟動參與循環。即0.5v1+Δ＞0.5l1上式中，Δ＞0，只要滿足0.5v1＝0.5l1，即v1＝l1即蒸發潛力等於第一層洩液孔下洩能力，第三根集熱-蒸發管就啟動參與循環。。
顯然，l1越小，越容易使第三根集熱-蒸發管啟動參與循環。
第二凹坑裡洩液孔下洩能力為0.5l1，其餘Δ的液體進入第三凹坑並分配給第三凹坑裡的第二、第三根集熱-蒸發管洩液孔。
若進入第三凹坑裡的液體小於第二根集熱-蒸發管洩液孔下洩能力的兩倍，即Δ＜0.5l1，則認為平均分配給第三凹坑裡第二、第三根集熱-蒸發管。那麼第三根集熱-蒸發管蒸發量為0.5Δ＜0.25l1，而此時第三根集熱-蒸發管蒸發潛力l1，那麼，進入第三根集熱-蒸發管的液體0.5Δ全部蒸發；又從上面分析已知，第一、第二根集熱-蒸發管的蒸發量一直有增加，那麼系統總蒸發量增加的量大於0.5Δ。而第二凹坑裡洩液孔下洩量不變，則本次循環進入第三凹坑裡的液體量為Δ+0.5Δ。如Δ+0.5Δ＜0.5l1，同理，本次循環進入第三凹坑裡的液體量為Δ+0.5Δ+0.5(Δ+0.5Δ)。……第n次為 同時要注意一點，隨著運行的繼續，因第一、第二根集熱-蒸發管被液體佔據的管段越來越小，其蒸發量越來越大，即上式中Δ值越來越大。
當 等於第三凹坑裡洩液孔下洩的能力0.75l1，第三根集熱-蒸發管下洩量為0.5l1，而第三根集熱-蒸發管蒸發潛力為l1，則可認為進入第三根集熱-蒸發管的液體全部蒸發參與循環，即第三根集熱-蒸發管蒸發與進液平衡。但第一、第二根集熱-蒸發管蒸發量大於進液量，則進入第三凹坑裡的液體會進一步增加，有液體進入第四凹坑裡，平均分配給第三、第四根集熱-蒸發管，因第三、第四根集熱-蒸發管蒸發潛力為l1，那麼進入第三、第四根集熱-蒸發管的液體全部蒸發，即第三、第四根集熱-蒸發管蒸發與進液平衡。同理，因第一、第二根集熱-蒸發管蒸發量大於進液量，則有液體進入下一凹坑裡……直至所有凹坑裡均有供液。
隨著運行的繼續，因第一、第二、第三凹坑裡的下洩量之和永遠小於蒸發量，即是第一、第二其根集熱-蒸發管的下洩量之和永遠小於蒸發量，則集箱內液位上升，直至所有集熱-蒸發管的第二層洩液孔同時有進液。第一、第二根集熱-蒸發管洩液孔的進液全部蒸發，而且第一、第二根集熱-蒸發管底部液體還有蒸發。第一、第二根集熱-蒸發管第一、第二層洩液孔蒸發量大於下洩量，蒸發量多出的部分平均分配到其餘集熱-蒸發管第二層洩液孔，使其餘集熱-蒸發管底部積存液體並增加，而第一、第二根集熱-蒸發管底部積存液體進一步減少，直至第一集、第二根集熱-蒸發管底部積存液體蒸發乾盡，所有集熱-蒸發管第二層洩液孔無進液，液位維持在第二層洩液孔下緣水平面。此時第一、第二根集熱-蒸發管供液量分別為0.25l1和0.5l1，蒸發量等於供液量但小於蒸發潛力；其餘集熱-蒸發管供液量均為l1，蒸發量等於蒸發潛力並等於第一層洩液孔下洩能力。系統總蒸發量小於總蒸發潛力。
總蒸發潛力-總蒸發量＝nl1-(n-2)l1-0.75l1＝1.25l1總蒸發量略小於總蒸發潛力，幾乎均勻分配液體。
顯然，很好理解l1越小，越容易在小的蒸發潛力下使所有的集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)均有進液，達到均有分配液體、幾乎發揮蒸發潛力的目的。注意，其餘集熱-蒸發管底部應有液體積聚，否則，當蒸發潛力增大時，系統蒸發量不能增加，系統傳遞的熱能也不能增加。
當集熱-蒸發管蒸發潛力增大，第一、第二根集熱-蒸發管蒸發量不會增加，其它集熱-蒸發管底部的液體蒸發參與循環，總蒸發量增加，液位上升又使第二層洩液孔有進液並全部蒸發。第一、第二根集熱-蒸發管蒸發量供液量比其餘集熱-蒸發管供液量分別少0.75l1和0.5l1，蒸發量也分別少0.75l1和0.5l1，其餘集熱-蒸發管蒸發量等於蒸發潛力。同理有總蒸發潛力-總蒸發量＝nl1-(n-2)l1-0.75l1＝1.25l1總蒸發量略小於總蒸發潛力，幾乎均勻分配液體。
當集熱-蒸發管蒸發潛力增大到等於第一、第二層洩液孔下洩能力之和時，第一、第二根集熱-蒸發管蒸發量供液量比其餘集熱-蒸發管供液量分別少0.75l1和0.5l1，蒸發量也分別少0.75l1和0.5l1，其餘集熱-蒸發管蒸發量等於蒸發潛力。即總蒸發潛力-總蒸發量＝1.25l1總蒸發量略小於總蒸發潛力，幾乎均勻分配液體。
同理，(l1+l2)越小，越容易在小的蒸發潛力下使所有的集熱-蒸發管第一、第二層面洩液孔(1.1)均有進液，達到均有分配的目的。注意，其餘集熱-蒸發管底部應有液體積聚，否則，當蒸發潛力增大時，系統蒸發量不能增加，系統傳遞的熱能也不能增加。
同理，(l1+l2+l3)越小，越容易在小的蒸發潛力下使所有的集熱-蒸發管第一、第二、第三層面洩液孔(1.1)均有進液，達到均有分配的目的。注意，其餘集熱-蒸發管底部應有液體積聚，否則，當蒸發潛力增大時，系統蒸發量不能增加，系統傳遞的熱能也不能增加。
對某一確定的熱管系統而言，(l1+l2+l3)值一定，希望l1＜l2，(l1+l2)＜l3。這是可以做到的，比如l1＝10％Vmax，l239％Vmax，l3＝51％Vmax。
當系統以最大蒸發能力運行時，集熱-蒸發管底部無液體積存或少量積存。這點在實際設計時要進行計算。為安全起見，設計時，允許少量積存。本領域普通的技術人員，依本發明的思路，可以通過設計計算或試驗方法確定系統的工質充液量。
以上說明蒸發潛力逐漸加大的運行情況。如果蒸發潛力突然加大呢？當蒸發潛力從零突然加大時，第一、第二根集熱-蒸發管蒸發量突然增加許多，更有利於多的集熱-蒸發管啟動運行，系統更容易啟動運行。比如集熱-蒸發管蒸發潛力從零突然加大到等於第一、第二層面洩液孔(1.1)下洩能力之和，則集箱液位超過第三層面洩液孔之前，其餘集熱-蒸發管底部不會有液體積聚。隨著運行的繼續，第一、第二根集熱-蒸發管底部液體蒸發乾盡之前，液位超過第三層面洩液孔(1.1)，使所有集熱-蒸發管第三層面洩液孔(1.1)有進液，但不能蒸發，聚積在底部。最後，第一、第二根集熱-蒸發管底部液體蒸發乾盡，集箱液位穩定在第三層面洩液孔下緣水平面，其餘集熱-蒸發管底部有液體積聚。
接下來說明系統由最大蒸發能力運行慢慢進入停止的過程。
當集熱-蒸發管蒸發潛力減小，蒸發量之和小於洩液孔下洩的液體之和，集箱內液位下降到第三層洩液孔最上緣以下，直至蒸發量之和等於下洩的液體之和。
如果集熱-蒸發管蒸發潛力繼續減小，總的蒸發量之和小於第一層洩液孔下洩能力，則離進液口最遠凹坑裡的洩液孔首先無進液，最遠一根集熱-蒸發管進液量減少，而該集熱-蒸發管蒸發潛力不變，其底部液體會蒸發，底部液體存量會減少直至為零。總蒸發量進一步減少，即總下洩能力大於總蒸發量，有更多凹坑裡的洩液孔無進液，更多的集熱-蒸發管底部液體存量為零……如果時間足夠，第一、第二根集熱-蒸發管足夠長，最後只有靠近進液口第一、第二凹坑裡有供液液，第一、第二根集熱-蒸發管蒸發量之和等於第二凹坑裡的洩液孔下洩能力之和，並維持一個平衡，只有第一、第二根集熱-蒸發管運行。如果第一、第二根集熱-蒸發管長度不足以容納所有的工質，則液體工質積滿第一、第二根集熱-蒸發管後，再積在靠近第二根集熱-蒸發管的一根或幾根集熱-蒸發管內；或時間不夠長，液體會積在靠近進液口的幾根集熱-蒸發管內。
如果系統蒸發潛力從較大突然減小到零，則統停止時，所有集熱-蒸發管內均可有液體工質。假設第二次啟動時的輻射強度仍為Iq，能使單根集熱-蒸發管蒸發潛力達到第一層面洩液孔(1.1)的下洩能力l1。所有集熱-蒸發管中液體段長度之和與前述第一、第二根集熱-蒸發管液體段長度之和相等，在輻射強度相等的條件下，液體段接受輻射能量的和相等。所有集熱-蒸發管屬於大空間沸騰換熱，但是沸騰氣泡自由逸出的面積是前述第一、第二根集熱-蒸發管沸騰氣泡自由逸出的面積的n/2倍，則總啟動蒸發量很定大於前述第一、第二根集熱-蒸發管的啟動總蒸發量，系統更容易啟動運行。
如果第一層洩液孔(1.1)可布置在集熱-蒸發管(1)和集箱(2)的相貫線最高點以上，系統停止後，液體會均勻聚積在所有集熱-蒸發管中，則啟動後的過程同上述第二層洩液孔(1.1)開始進液後的過程相當。
當集熱-蒸發管蒸發潛力減小時，所有集熱-蒸發管各層洩液孔進液量同步減少，直至集箱(2)中無液體，所有的集熱-蒸發管中的液體量相等。
如果第一層洩液孔(1.1)布置在相貫線最高點以上，系統停止時，液體平均分配聚積在所有集熱-蒸發管(1)底部。系統啟動後，所有集熱-蒸發管(1)同時蒸發，第一層洩液孔同時進液，……蒸發潛力增大時，直至第三層洩液孔同時進液。蒸發潛力減小時，蒸發量同時減小，小於進液量，底部同時有積液。集箱液位下降，第三層洩液孔同時無進液，直至第一層洩液孔同時無進液。所有集熱-蒸發管(1)底部液體量相等。
5.2.3分析集箱(2)傾斜時的運行5.2.3a集箱(2)進液口處於較高位置，可參見附圖11。
以第一層洩液孔(1.1)布置在相貫線最高點以下為例分析。
本實施例系統停止時，全部的液體積在靠集箱(2)進液口最近的幾根集熱-蒸發管的下半部，極限情況是全部的液體積在靠集箱進液口最近的兩根集熱-蒸發管(後述的分析會得出此結論)。第二次啟動時，太陽輻射使所有集熱-蒸發管得熱升溫，假設輻射強度為Iq，能使單根集熱-蒸發管蒸發潛力達到第一層洩液孔(1.1)的下洩能力l1。但只有兩根集熱-蒸發管有液體工質氣化蒸發。
由5.2.2分析已知，在啟動階段，只要第一層洩液孔(1.1)的下洩能力l1，達到肯定有液體進入第三凹坑並平均分配給第三凹坑裡的第二、第三根集熱-蒸發管洩液孔，一直至最後凹坑裡的第一層洩液孔下洩量達到下洩能力。隨著運行的繼續，最低處相貫線最先處在液位以下，直至所有的相貫線均處在液位以下。集箱液位繼續上升，直至最低處一根集熱-蒸發管的第二層洩液孔首先有液體進入，直至更多的集熱-蒸發管的第二層洩液孔有液體進入，蒸發量之和等於洩液孔下洩量之和。部分低處的集熱-蒸發管的蒸發量小於下洩量，底部的液體量增加，第一、第二根集熱-蒸發管的蒸發量大於洩液孔下洩量，底部的液體量減少。隨著運行的繼續，第一、第二根集熱-蒸發管內的液體段會逐漸減小，有部分低處的集熱-蒸發管內的液體段會逐漸增加，直至第一、第二根集熱-蒸發管底部的液體蒸發乾盡。此時，第一、第二根集熱-蒸發管的蒸發量等於其第一層洩液孔下洩量，也等於下洩能力，而其它集熱-蒸發管的蒸發量等於其第一層洩液孔下洩能力，總蒸發量等於第一層洩液孔總下洩能力之和，集箱內液位穩定在第一層洩液孔以上、最低第二層洩液孔最下緣的水平面。總蒸發量等於(n-2)l1+0.75l1，而總蒸發潛力等於nl1，總蒸發潛力-總蒸發量＝1.25l1，即總蒸發量略小於總蒸發潛力，幾乎均勻分配液體。
顯然，很好理解l1越小，越容易在小的蒸發潛力下使所有的集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)均有進液，達到均有分配液體、幾乎發揮蒸發潛力的目的。注意，其餘集熱-蒸發管底部應有液體積聚，否則，當蒸發潛力增大時，系統蒸發量不能增加，系統傳遞的熱能也不能增加。
同理，(l1+l2)越小，越容易在小的蒸發潛力下使所有的集熱-蒸發管第一、第二層面洩液孔(1.1)均有進液，達到均有分配的目的。注意，其餘集熱-蒸發管底部應有液體積聚，否則，當蒸發潛力增大時，系統蒸發量不能增加，系統傳遞的熱能也不能增加。
同理，(l1+l2+l3)越小，越容易在小的蒸發潛力下使所有的集熱-蒸發管第一、第二、第三層面洩液孔(1.1)均有進液，達到均有分配的目的。注意，其餘集熱-蒸發管底部應有液體積聚，否則，當蒸發潛力增大時，系統蒸發量不能增加，系統傳遞的熱能也不能增加。
對某一確定的熱管系統而言，(l1+l2+l3)值一定，希望l1＜l2，(l2+l2)＜l3。這是可以做到的，比如l1＝10％Vmax，l239％Vmax，l3＝51％Vmax。
當系統以最大蒸發能力運行時，集熱-蒸發管底部無液體積存或少量積存。這點在實際設計時要進行計算。為安全起見，設計時，允許少量積存。本領域普通的技術人員，依本發明的思路，可以通過設計計算或試驗方法確定系統的工質充液量。
以上說明集熱-蒸發管蒸發潛力逐漸加大的運行情況。如果集熱-蒸發管蒸發潛力突然加大呢？道理同5.2.2，不再重複。
系統停止過程蒸發潛力減小時，首先是最高處集熱-蒸發管第三層洩液孔(1.1)無進液，接著是最高處集熱-蒸發管第二層洩液孔(1.1)無進液。當所有集熱-蒸發管第二層洩液孔(1.1)無進液，若蒸發潛力繼續減小，那麼離進液口最遠的凹坑首先無供液，接下來依次的凹坑無供液，最後只有離進液口最近的兩凹坑有進液，只有第一、第二根集熱-蒸發管運行。如果時間足夠長，第一、第二根集熱-蒸發管長度足夠，液體會聚積在第一、第二根集熱-蒸發管中。如果時間短，液體會聚積在靠近進液口的部分集熱-蒸發管中。
5.2.3b集箱(2)進液口處於較低位置，可參見附圖12。
本實施例系統停止時，全部的液體積在靠集箱(2)進液口最近的幾根集熱-蒸發管的下半部，極限情況是全部的液體積在靠集箱進液口最近的兩根集熱-蒸發管(後述的分析會得出此結論)。
第二次啟動時，太陽輻射使所有集熱-蒸發管得熱升溫，假設輻射強度為Iq，能使單根集熱-蒸發管蒸發潛力達到第一層面洩液孔(1.1)的下洩能力l1。但只有緊鄰進液口的兩根集熱-蒸發管有液體工質氣化蒸發。
啟動後，離進液口最近的凹坑裡首先有進液，一直至最遠凹坑裡的第一層洩液孔有進液，分析過程同5.2.3a非常相似。最低處集熱-蒸發管第二層洩液孔有液體進入以後的過程同同5.2.3a一摸一樣。停止過程也一樣。最後液體會聚積在離進液口最近的集熱-蒸發管中，極限情況是液體會聚積在離進液口最近的兩根集熱-蒸發管中。
5.2.3c如果第一層洩液孔(1.1)在相貫線最高點以上無論進液口位置較低還是較高，系統停止時，液體聚積在低處幾根集熱-蒸發管中。
第二次啟動時，低處集熱-蒸發管首先有蒸發、第一層洩液孔(1.1)首先有進液，隨後的運行情況就同上述最低第二層洩液孔(1.1)有進液之後的情形。啟動過程，希望低處集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)下洩能力較小，使得其蒸發量大於下洩量，以便有更多的回流液進入其它集熱-蒸發管，使其它集熱-蒸發管啟動。
但在實際安裝時，無法預知哪一頭偏低，因而為保險起見，位於集箱兩頭的集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)下洩能力較小。不管實際安裝時哪一頭偏低，都能兼顧。
5.2.4對集熱-蒸發器的絕熱措施措施之一集熱-蒸發管(1)緊密排列時，集熱-蒸發管(1)、集箱(2)的朝陽面塗太陽能吸收層，一同置於有透明蓋板的保溫箱內。
措施之二集熱-蒸發管(1)間隔排列，集熱-蒸發管(1)、集箱(2)的表面塗太陽能吸收層，一同置於有透明蓋板的保溫箱內；集熱-蒸發管(1)背陰側設置反射板，反射板可將各角度從集熱一蒸發管(1)空隙間漏過的光，全部或絕大部分反射到集熱-蒸發管(1)的背陰面。
措施之三集熱-蒸發管(1)間隔排列，集熱-蒸發管(1)表面塗太陽能吸收層；用帶真空夾層透明的一頭通玻璃管(6)套在集熱-蒸發管(1)外面，用密封塞(7)密封一頭通玻璃管(6)的敞口與集熱-蒸發管(1)間的空檔；一頭通玻璃管(6)緊密排列；如圖16。一頭通玻璃管(6)的外層管之朝陽側為半圓管，背陰側管可為拋物柱面管或其它非圓的曲面管，背陰側管外側設有鏡面反射膜(10)，反射膜(10)可將各角度從集熱-蒸發管(1)空隙間漏過的光，全部或絕大部分反射到集熱-蒸發管(1)的背陰面。背陰側管橫斷面外輪廓由對稱的兩個半支拋物線組成，或者由對稱的正弦曲線組成，還可由對稱的兩支圓的漸開線組成；集箱(2)外包裹絕熱層(圖中未示出)；集箱(2)作成直線或曲折線形。兩個半支拋物線組成的反射板之光路分析可參見附圖14。
集箱(2)還可做成曲折線形。集箱(2)作成曲折線形時，集熱-蒸發器為一曲面，可與曲面形建築、陽臺吻合，與建築融為一體。集箱(2)的進液口設在南側中間，同時進液口所處凹坑兩邊的集熱-蒸發管在該凹坑不設第一層洩液孔，靠進液口最近的兩根集熱-蒸發管在最鄰近兩邊的凹坑的第一層洩液孔下洩能力較小；靠進液口次鄰近的兩根集熱-蒸發管的第一層洩液孔下洩能力較小。就相當把附圖15所示的集熱-蒸發器兩個對稱布置合成一個，進液口置於中間。正常的運行分析同5.2.2、5.2.3所述一模一樣。
其目的還有，太陽能-熱能裝置運行到傍晚時，蓄熱媒質溫度接近最高，而裝置接受的太陽輻射能逐步減小，即系統蒸發潛力逐步減小，靠近西側的集熱-蒸發管之蒸發潛力比其它集熱-蒸發管之蒸發潛力大；又據前述分析，蒸發潛力減小時，只有靠近進液口——西南側的部分集熱-蒸發管(1)第一層洩液孔有供液，可最大利用傍晚時的太陽能，最後液體聚積在靠近進液口的南側幾根集熱-蒸發管底部。而且西南側的部分集熱-蒸發管有供液，有蒸發；東南側的部分集熱-蒸發管有供液，無蒸發，因而東南側部分集熱-蒸發管底部液體聚積較多。第二天早上太陽初升時，靠東側的集熱-蒸發器之蒸發潛力比其它集熱-蒸發管之蒸發潛力大，正好東南側的集熱-蒸發管內底部液體聚積較多，有利於系統啟動。第二天早上系統啟動後，東南側的部分集熱-蒸發管有供液，有蒸發；西南側的部分集熱-蒸發管有供液，無蒸發，因而西南側部分集熱-蒸發管底部液體聚積較多，當太陽西移時，西南側部分集熱-蒸發管蒸發潛力大，正好西南側的集熱-蒸發管內底部液體聚積較多，有利於發揮系統蒸發潛力。
對平面形集熱-蒸發器來說，集箱(2)的進液口位置就可在兩頭或者中間，。
5.3實施例三5.3.1集熱-蒸發器的結構分別將實施例一和實施例二中的集箱(2)改為平底箱，位於集箱兩頭的集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)下洩能力較小，其餘同實施例一和實施例二。相當於實施例一和實施例二第一層洩液孔(1.1)在相貫線最高點以上的情況。
5.3.2系統運行分析若無傾斜，系統停止時，液體平均積在所有集熱-蒸發管底部。其啟動和運行分別與實施例一和實施例二之第一層洩液孔(1.1)在相貫線最高點以上的情況。
若有傾斜，系統停止時，液體積在位置較低部分集熱-蒸發管底部。其啟動和運行分別與實施例一和實施例二之第一層洩液孔(1.1)在相貫線最高點以上的情況。
5.3.3對集熱-蒸發器的絕熱措施分別與實施例一和實施例二相同。
5.4實施例四5.4.1集熱-蒸發器的結構集箱(2)中間隔有幾件「」形隔板(11)。幾件隔板水平底面相互平行、豎直面相互平行、間隔鑲套，豎直面靠集箱(2)進液口，豎直面最高處端面與集箱上壁間留有空檔，其餘端面與集箱(2)密封連接；隔板水平底面上預留孔；各層隔板豎直面的最上沿位置比其上一層隔板水平底面位置高，即最底下第一層隔板豎直面的最上沿位置的最上沿位置比第二層隔板水平底面位置高，以此類推；集熱-蒸發管(1)穿過集箱(2)底壁和隔板(11)預留孔，集熱-蒸發管(1)管口與最上一層隔板(11)面平齊；集熱-蒸發管(1)的管壁與集箱(2)底壁和隔板(11)預留孔之間密封連接；集熱-蒸發管(1)處於集箱腔內的管段管壁上布置洩液孔(1.1)，各隔板水平底面以下均有洩液孔(1.1)，洩液孔(1.1)儘量靠近隔板(11)的底面；最低一層的洩液孔(1.1)之下洩能力最小，越往上層的洩液孔(1.1)之下洩能力越大；位於集箱兩頭的幾根集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)下洩能力比中間集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)下洩能力小。其餘分別同實施例一和實施例二。如圖17、圖18。
集箱(2)採用本實施例四結構的優點是允許的安裝誤差即傾斜程度，比實施例一和實施例二更大，如圖17，實施例一和實施例二安裝誤差允許兩頭相差的最大值為H1，但本實施例四安裝誤差允許兩頭相差的最大值為H2。
洩液孔(1.1)儘量靠近隔板(11)的底面的優點是，如積液腔內有氣體，隨著積液腔內液位上升，氣體被擠到積液腔上側空間，從洩液孔(1.1)進入集熱-蒸發管(1)。
位於集箱兩頭的集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)下洩能力較小，其優點如5.2.3C所述。
運行分析如下回流液從進液口進入集箱(2)第一層隔板水平底面以下，首先浸沒第一層洩液孔(1.1)，當第一層洩液孔(1.1)不能下洩回流液的全部，則液位上升到超過第一層隔板豎直面的最上沿位置時，才有液體進入第二層隔板水平底面以下，第二層洩液孔(1.1)有進液。當第二層洩液孔(1.1)不能下洩回流液的全部，則液位上升到超過第二層隔板豎直面的最上沿位置時，才有液體進入第三層隔板水平底面以下，第三層洩液孔(1.1)有進液。
5.4.2對集熱-蒸發器的絕熱措施分別同實施例一和實施例二。
5.5實施例五將若干集熱-蒸發器並聯起來匹配一個冷凝器，連接方式是液體回流管(5)出口連接一個水平的液體分配箱(12)，與集熱-蒸發器相同數量的液體分配管(13)從液體分配箱(12)底壁伸進液體分配(12)內腔；液體分配管(13)伸進液體分配(12)內腔的管壁上設有液體分配孔(13.1)，液體分配孔(13.1)為豎向窄槽，各液體分配管(13)的液體分配孔(13.1)在同一水平面，如圖19、圖20、圖21。液體分配管(13)另一頭連接各集熱-蒸發器進液口。
液體分配箱(12)與液體分配管(13)組合起來，可將液體回流管(5)來的液體均勻分配到各液體分配管(13)，其原理就同集箱(2)和集熱-蒸發管(1)組合起來均勻分配液體一樣。液體分配孔(13.1)為豎向窄槽，可儘量減少因液體分配箱(12)安裝傾斜誤差所帶來的分配誤差。
液體能均勻分配到各液體分配管(13)，進而保證將液體均勻分配到位置高低不同的集熱-蒸發器。
權利要求
1一種分體式自循環太陽能-熱能裝置，以分離式重力熱管系統的蒸發器作太陽能-熱能裝置的集熱器，直接吸收太陽能輻射能變為熱能，分離式重力熱管系統的冷凝器(4)置於蓄熱媒質中；集熱-蒸發器至少有兩根集熱-蒸發管(1)和一水平集箱(2)，集箱(2)和冷凝器(4)之間連接蒸氣上升管(3)、液體回流管(5)；集熱-蒸發管(1)塗太陽能吸收層，並採取相應絕熱措施，其特徵在於所述集熱-蒸發管(1)上端開口一段從集箱(2)下壁伸進集箱(2)腔內，集熱-蒸發管(1)處於集箱(2)腔內的一段管壁上設有洩液孔(1.1)，集熱-蒸發管(1)管壁與集箱(2)底壁穿孔間密封連接。
2根據權利要求1所述的分體式自循環太陽能-熱能裝置，其特徵在於集箱(2)中間隔有幾件「」形隔板(11)；隔板水平底面相互平行、豎直面相互平行、間隔鑲套，隔板豎直面靠集箱(2)進液口，豎直面最高處端面與集箱上壁間留有空檔，其餘端面與集箱(2)壁面密封連接，隔板(11)水平底面預留孔；各層隔板豎直面的最上沿位置比其上一層隔板水平底面位置高；集熱-蒸發管(1)穿過集箱(2)底壁和隔板(11)預留孔，集熱-蒸發管(1)管口與最上一層隔板(11)水平面平齊，集熱-蒸發管(1)的管壁與集箱(2)底壁和隔板(11)預留孔之間密封連接；集熱-蒸發管(1)處於集箱腔內的管段管壁上布置洩液孔(1.1)，各隔板水平底面以下均有洩液孔(1.1)，洩液孔(1.1)儘量靠近隔板(11)的底面；最低一層的洩液孔(1.1)之下洩能力最小，越往上層的洩液孔(1.1)之下洩能力越大；位於集箱兩頭的幾根集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)下洩能力比中間集熱-蒸發管第一層洩液孔(1.1)下洩能力小。
3根據權利要求1所述的分體式自循環太陽能-熱能裝置，其特徵在於所述洩液孔(1.1)由下述方法之一形成a.集熱-蒸發管(1)的管壁往裡擠壓形成凹槽，凹槽在集熱-蒸發管(1)管壁上成螺旋線的一段，在凹槽的下側壁開孔，一段凹槽可設一個或幾個孔；b.先在集熱-蒸發管(1)的管壁上開切縫，再將切縫上側的管壁往裡擠壓，使上下側的管壁錯開，便形成洩液孔(1.1)通道。
4根據權利要求1所述的分體式自循環太陽能-熱能裝置，其特徵在於所述集熱-蒸發管(1)之洩液孔(1.1)為兩個以上，分布在多個水平層面上，最低一層洩液孔(1.1)之通道最小，越往上層的洩液孔(1.1)之通道越大；所有洩液孔(1.1)通過液體工質質量的最大值之和不大於集熱-蒸發管(1)蒸發工質質量之最大值。
5根據權利要求1所述的分體式自循環太陽能-熱能裝置，其特徵在於集熱-蒸發管(1)上端設置洩液孔的開口段之通徑大於集熱段之通徑，開口段與集熱段之間為連續過渡的錐面。
6根據權利要求1所述的分體式自循環太陽能-熱能裝置，其特徵在於集熱-蒸發管(1)下端是開口的，並用橫管(8)連通所有開口，用下述絕熱措施之任一種絕熱a.集熱-蒸發管(1)緊密排列，集熱-蒸發管(1)、集箱(2)、橫管(8)的朝陽面塗太陽能吸收層，一併置於帶透明蓋板的保溫盒內；b.集熱-蒸發管(1)間隔排列；集熱-蒸發管(1)背陰側設置反射板，反射板能將各角度從集熱-蒸發管(1)空隙間漏過的光，全部或絕大部分反射在集熱-蒸發管(1)的背陰面；上述各件一併置於帶透明蓋板的保溫盒內；c.集熱-蒸發管(1)間隔排列，集熱-蒸發管(1)外面套真空夾層的兩頭通透明玻璃管(9)，用密封塞(7)密封玻璃管(9)的敞口；玻璃管(9)緊密排列，兩頭通玻璃管(9)的外層管之朝陽側為半圓管，背陰側外側設有鏡面反射膜(10)，反射膜能將各角度從集熱-蒸發管(1)空隙間漏過的光，全部或絕大部分反射在集熱-蒸發管(1)的背陰面，集箱(2)和橫管(8)外包裹絕熱層。
7根據權利要求1所述的分體式自循環太陽能-熱能裝置，其特徵在於所述集熱-蒸發管(1)下端封閉，並用下述絕熱措施之任一種絕熱a.集熱-蒸發管(1)緊密排列，集熱-蒸發管(1)、集箱(2)的朝陽面塗太陽能吸收層，一併置於帶透明蓋板的保溫盒內；b.集熱-蒸發管(1)間隔排列；集熱-蒸發管(1)背陰側設置反射板，反射板能將各角度從集熱-蒸發管(1)空隙間漏過的光，全部或絕大部分反射在集熱-蒸發管(1)的背陰面；上述各件一併置於帶透明蓋板的保溫盒內；c.集熱-蒸發管(1)間隔排列，集熱-蒸發管(1)外面套真空夾層的透明玻璃盲管(6)，用密封塞(7)密封玻璃盲管(6)的敞口；玻璃盲管(6)緊密排列，玻璃盲管(6)的外層管之朝陽側為半圓管，背陰側外側設有鏡面反射膜(10)，反射膜能將各角度從集熱-蒸發管(1)空隙間漏過的光，全部或絕大部分反射在集熱-蒸發管(1)的背陰面，集箱(2)外包裹絕熱層。
8根據權利要求6或7所述的任一分體式自循環太陽能-熱能裝置，其特徵在於集箱(2)為曲線形，集箱(2)的進液口設在南側中間。
9根據權利要求1所述的分體式自循環太陽能-熱能裝置，其特徵在於將若干集熱-蒸發器並聯起來匹配一個冷凝器，連接方式是液體回流管(5)出口連接一個水平的液體分配箱(12)；與集熱-蒸發器相同數量的液體分配管(13)從液體分配箱(12)底壁伸進液體分配(12)內腔；液體分配管(13)伸進液體分配(12)內腔的管壁上設有液體分配孔(13.1)，所述液體分配孔(13.1)為豎向窄槽，各液體分配管(13)的液體分配孔(13.1)在同一水平面；液體分配管(13)另一頭連接各集熱-蒸發器之集箱(2)進液口。
全文摘要
一種分體式自循環太陽能－熱能裝置，以分離式重力熱管系統的蒸發器作太陽能的集熱器直接吸收太陽能輻射能，再用分離式重力熱管系統將熱量傳遞給高處的蓄熱媒質，解決了分離式重力熱管系統回流的液體工質均勻分配到每一根蒸發管並從蒸發管上端進入形成流動薄膜蒸發的問題。技術方案要點是；所述蒸發器至少有兩根集熱－蒸發管和一水平集箱，所述集熱－蒸發管上端開口一段從集箱下壁伸進集箱腔內，集熱－蒸發管處於集箱腔內的一段管壁上設有洩液孔。本發明可用於一切太陽能－熱能利用場合，應用於建築物的分體式太陽能熱水器或供暖器時，集熱器可做成薄而輕的曲面型，與曲面陽臺、建築相吻合，與建築融為一體。
文檔編號F24J2/32GK1892145SQ200610077620
公開日2007年1月10日 申請日期2006年4月13日 優先權日2005年10月4日
發明者龐立升 申請人:龐立升