一種高效傳熱裝置及應用該裝置的設備的製作方法

2023-05-10 16:26:41 1

專利名稱：一種高效傳熱裝置及應用該裝置的設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高效傳熱裝置，特別涉及傳熱管內介質發生相變的傳熱裝置，以及應用這種裝置的四種設備。
眾所周知，熱傳遞過程中傳熱介質如有相變，則由於潛熱的放出或吸收會使熱量大大增加，人們常將這種裝置應用於空調、冰箱等製冷領域。但是在現有技術中這種傳熱管內有相變的傳熱裝置通常都有壓縮機，使裝置變得複雜。
本實用新型的目的是提供一種不帶壓縮機的高效傳熱裝置，其傳熱管內介質在傳熱過程中不斷發生相變，從而達到極高的傳熱效率。
本實用新型的另一目的是提供應用這一傳熱裝置的四種設備主副空調機、多頭空調機、車用空調機以及分體太陽能熱水器。
本實用新型的目的通過如下技術方案達到所述高效傳熱裝置的構造為由銅管等高導熱材料管構成的一個加熱端及一個冷卻端；所述加熱端及冷卻端之間的連通管道；配置在加熱端或冷卻端的至少一個單向流動裝置，以及充填入裝置內的相變介質，工作中所述加熱端在垂直方向上位於冷卻端的下方，以保證有液體介質不斷補充流入加熱端。
所述主副空調機的構成為將上述高效傳熱裝置的冷卻端適配到現有空調機(主機)的液態壓力管道；將其加熱端安置在待冷卻房間，配以現有空調的室內機，構成一套新的副空調機；與市場出售的現有空調機一起，構成主副空調機。
所述多頭空調機的構成為將上述多個高效傳熱裝置的冷卻端並行或串行地適配到同一個室外機組送出高壓相變介質的蒸發器的(冷卻)腔內；將其加熱端安置在不同的待冷卻房間，配以現有空調的室內機，構成一個室外機帶多個室內機的多頭空調機。
所述車用空調器的構成為將多片半導體致冷片安置在其冷、熱面被隔開在二個空間的盒子中，發熱面所在的空間同車外相通，冷卻面所在的空間同車內相通，在二個空間各裝有風扇和上述高效傳熱裝置，並將上述傳熱裝置的冷、熱端分別適配在半導體致冷片的冷、熱端面上，風扇能使空氣分別通過上述高效傳熱裝置冷卻端和加熱端，實現車外、車內的獨立空氣循環，輔之控制電路，構成車用(電子)空調器。
所述分體太陽能熱水器的構成為將上述高效傳熱裝置的加熱端適配在不同種類的太陽能集熱器(板)上，將冷卻端適配在安置於室內(廚房、廁所或其它配套房間內)的水箱中，水箱中有自動進水和放水裝置，太陽能集熱板可放置於陽臺、窗外或向陽面牆壁上，構成分體太陽能熱水器。
本實用新型的優越性是明顯的。在上述高效傳熱裝置中只要冷熱端存在溫差，則會產生傳熱介質的相變，伴隨著潛熱轉換，造成極高的傳熱效率。並且該裝置不需要電機、壓縮機等動力裝置，構造簡單，成本低廉，易於安裝，運行可靠，並且傳熱效率極高。試驗證明本實用新型的經濟效益十分可觀。
以下結合附圖對本實用新型進行詳細說明


圖1為本實用新型的高效傳熱裝置示意圖；圖2為
圖1中單向閥放大的剖面圖；圖3為應用該傳熱裝置的主副空調器機示意圖；圖4為應用該傳熱裝置的多頭空調機示意圖；圖5為應用該傳熱裝置的車用空調器示意圖；圖6為應用該傳熱裝置的分體太陽能熱水器的示意圖。
附圖中，相同部件以相同標號表示。
圖1中標號10代表本實用新型的整個高效傳熱裝置。標號1、2、分別表示傳熱裝置的加熱端及冷卻端，其形式可以是盤繞的光管或翹片管，3為連接加熱端1、冷卻端2的中間輸送管，一般為直的光管。上述管道1—3共同構成一個封閉迴路，它們可由銅管等高導熱性壓力管構成。
在加熱端1及中間輸送管3的交接處，提供有兩個單向閥4。圖2為其放大的剖視圖。其構成為，在一圓柱形銅塊21上提供兩個不同直徑的通孔22、23，一個鋼球24置於其間，「坐」在兩個孔22、23之間的臺肩25上，臺肩25為弧形面，其下部與鋼球接觸部分形成密封面，該密封面可通過鋼球擠壓銅柱的臺肩25形成。鋼球24的上方裝有一限位銷26，在另一實施例中26也可作成限位凸的形式，即相當於把銷26中間部分切斷，只留下兩個凸出端部，以限定鋼球24的位移。
值得說明的是，鋼球24的大小及其與限位銷之間的距離，需根據不同的應用場合，經試驗確定，一般而言，鋼球尺寸小於30mm，其與限位銷之間距離小於10mm。在安裝中，需要使閥4相對於水平面向上傾斜5°—45°角，以使閥4的鋼球24在啟動前處於關閉狀態。
傳熱迴路1—3中充入適量流動性好、可相變的介質，如氟利昂、酒精、水、戊烷、共沸溶液(R501、R502、R503、R504)等。本傳熱裝置中根據工作條件、應用場合，常溫下充液比一般對氟利昂而言為20—80％，即在常溫下，充液完成後，迴路中的傳熱介質的液體所佔比例為20～80％，其餘以汽態形式存在。
傳熱裝置的加熱端在垂直方向上宜安裝於冷卻端的下方，在工作時，裝置加熱端1受熱，其中的液態介質會吸收熱量汽化，體積膨脹，壓力升高，從而衝開
圖1中的上方單向閥4，經上方中間管3到達冷卻端2。由於冷卻端2溫度低於介質的相變點，故介質將變為液態，放出潛熱，同時體積減小，壓力下降，由前述壓力升高的氣體推動和藉助於液柱的重力作用，經下方中間管3、單向閥4，返流至加熱端1的下端盤管中，形成液—汽—液的變化及循環流動，在冷、熱端相變，伴隨著潛熱的發生，產生極高的傳熱效率，理論上說，只要加熱端1和冷卻端2之間存在著溫差，就會有上述傳熱循環過程。
在上述例子中，加熱端提供有兩個單向閥，但在應用中也可視情況在冷卻端設置單向閥，其數目和位置可以變化，但至少要有一個單向閥。
上述實施例中，閥4的臺肩25為弧形面，顯然，它也可作成錐形面等，其下部擠壓出密封面；球24也可作成錐體形式。閥4與管道1—3，2—3之間的連接可通過焊接實現；亦可通過將銅柱21放入管道中，擠壓鄰近銅柱21兩端的銅管，使閥4定位。
另外，由於加熱端1及冷卻端2為工作區(傳熱區)，中間管3起傳輸作用，故應用中管3常覆以隔熱材料。
下面說明上述高效傳熱裝置的四種應用設備。
參見圖3，其示出本實用新型的主副空調機，其整體以標號30代表。市場現有空調機(主機)中，其室外機31中的壓縮機33將高壓冷卻介質由冷卻器經管路34同室內機35的蒸發器36相聯通，高壓介質經管路34完成循環流動。
本實用新型的主副空調機按如下方式構成將上述高效傳熱裝置10的冷卻端2盤繞在壓縮機出口管路34附近，構成一擴大的蒸發冷卻空間37；高效傳熱裝置10的加熱端構成為一蒸發器32，經單向閥4、管路3與蒸發冷卻空間37相聯通，控制電路等配套設備38同蒸發器32(即裝置10的加熱端)及閥4共同構成一個室內機，即為副機39。安裝中，要使副機39在垂直方向低於蒸發冷卻空間37。在室外機31工作時，室內主機35和室內副機39可以同時工作，也可以分別獨立工作，完成各自房間的製冷、除溼等功能。它們及相應的連接管路共同構成主副空調機30。
在蒸發冷卻空間37中，管2從管34吸取冷量，而二者互相隔離，並不連通。因此，主副機裝置無介質交換，副機39同主機裝置是附加關係，其消耗的冷量來自主機剩餘冷量及分出的一部分冷量，在主副機同時工作時，壓縮機33處於間歇工作狀態中，其工作時間將被延長，而維持停機時不受影響。這樣就使得低成本地增加了一個冷卻房間，同時又不增加耗電的功率，即不增加電錶的容量，為現在供電線路緩解了矛盾。
圖4為本實用新型的多頭空調機，其整體以標號40代表。其中，室外機組41通過管路42將高壓冷凝介質串行送入多個蒸發冷卻空間43中，它們沿管線42串行排列，組成冷凝蒸發器組，實現帶動多個室內機A1、A2、…An的目的。安裝中，要使室內機A1、A2、…An在垂直方向上低於蒸發冷卻空間43。在蒸發冷卻空間43中套裝有高效傳熱裝置10的冷卻端2和儲能循環裝置45的冷(熱)端44。壓縮機送出的高壓冷凝介質在蒸發冷卻空間43中同時冷卻2和44中的介質。高效傳熱裝置10的冷卻端2中被冷卻介質經管路3和閥4同一臺室內機的蒸發器1相連，蒸發器1作為高效傳熱裝置10的加熱端從流動的空氣吸取熱量，推動介質循環流動，同時冷卻了空氣，實現了空調機的降溫功能。
附加儲能裝置45由冷(熱)端44、單向閥46和管路47組成閉環裝置。當室內機全部工作時，該裝置溫度平衡，不工作；當一部分室內機工作時，工作的室內機中流動介質在該冷(熱)端44中即起了加熱作用，該端即為加熱端，而未工作的端只被主管路介質冷卻，成為冷卻端，儲存冷量。輔助儲能裝置45中，介質受冷、熱端溫差的推動開始循環流動，即等於把未工作的室內機所剩餘未用的冷量帶給工作的冷端，從而起到將剩餘部分的能量儲存起來，傳給工作點。尤其是只有1—2個房間開啟了室內機時，該儲能裝置不僅加速了開機房間的製冷速度，在維持時，室外壓縮機停止工作期間還可以不斷地循環流動，將儲存的冷量(液化的未汽化部分的潛能)供給工作點，從而大大地延長室外機的停機時間，減小啟動頻度，節能、降低設備損耗。
圖5示出本實用新型的車用空調器，其整體以50表示，圖中半導體致冷片56在通電後二個面分別升溫和降溫，無負載溫差可達60℃。
車內空間51由二個通風口同冷卻室55相通，隔板53將機箱分割為二個相互隔開的空間54和55，半導體致冷片56的熱面和冷麵被隔在空間54和55中，空間54的進風口和出風口直接與車外空間相通。在空間54中，半導體的熱面上適配著高效傳熱裝置10的加熱端1，經閥4同冷卻端2相連。在冷卻端，為增加散熱效果，利用增大彎曲度或加裝翅片57擴大了熱交換面積。風扇58加強了空氣經過冷卻部分2和57的速度，保證散熱所需的通風量。在空間55中，另一套高效傳熱裝置10的冷卻端2適配在半導體致冷片56的冷麵上，並經閥4和管路3與加熱端1相通，車內空氣受風扇59的作用，通過二個通風口，吹過加熱端1，受半導體致冷片56冷麵所產生冷量的作用，空氣被冷卻、降溫，達到控制溫度的目的。安裝中要使裝置10的加熱端1在垂直方向低於冷卻端2。
多個半導體片並聯成組排列，每片功率約為60W，一般車用發電機最小功率為300W，在向天行駛時，原用於大燈等燈光的電供給此空調裝置使用，最多可帶5片，製冷已達到可接受程度。夜間行駛，空調功率可減半使用，既能保證燈光，又可實現製冷需要。
車輛在行駛中，空氣相對運動高速通過空間54中的散熱片，大大提高了半導體熱端的散熱效果。
圖6示出本實用新型的分體太陽能熱水器，其整體以60代表，圖中將高效傳熱裝置10的加熱端1適配在吸陽板61表面上(可採用覆蓋、浸液等方式)，形成集熱部件。在加熱端1中被加熱的介質汽化，增壓，順向衝開閥門4，經管路3進入設在水箱62的底部的冷卻端2。介質在水箱中受冷液化，放出潛熱，加熱了水箱中的水。安裝中要使受陽板61在垂直方向低於水箱62。介質在加熱端1膨脹壓力的作用下，藉助於重力，流回加熱端，不斷循環，完成加熱水箱62中的水至所需溫度的目的。
在夜間，當加熱板61處於低溫狀態時，藉助於重力和單向閥阻力的作用，介質停止流動，水箱中的水處於保溫狀態。
因所充介質為耐寒物質，故冬季不需作防寒處理，只要有陽光，即可隨時啟動，工作。
水箱中可附加自動上水及放水開關，使用方便。
吸陽板可掛在向陽面的陽臺外，窗臺上下，及任何向陽的牆壁或柱子上，不必一定安在屋頂，為安裝提供了巨大的方便。
以上說明了本實用新型的幾種實施例，但還可有其它形式及變化，均體現在所附權利要求的保護範圍之內。
權利要求1.一種高效傳熱裝置(10)，包括由銅等高導熱材料構成的一個加熱端(1)和一個冷卻端(2)；所述加熱端及冷卻端之間的連通管道(3)，連通上述加熱端及冷卻端，構成一封閉的傳熱迴路；其特徵在於，該裝置(10)還包括配置在加熱端或冷卻端的至少一個單向限流裝置(4)；以及充填入該傳熱迴路內的可相變介質；工作中所述加熱端(1)在垂直方向上位於所述冷卻端(2)的下方。
2.根據權利要求1的傳熱裝置，其特徵在於，所述單向限流裝置為一單向閥(4)，由閥體(21)、閥芯(24)、閥座(25)以及限位機構(26)組成，工作中，閥(4)安裝得相對於水平面向上傾斜5°—45°角。
3.根據權利要求2的傳熱裝置，其特徵在於，所述閥體由銅製成，所述閥芯為一鋼球(24)，所述閥座為一弧形面(25)，通過鋼球的擠壓，形成二者之間的密合面；所述限位機構為一限位銷(26)，提供在鋼球(24)上方，以限制其位移，該限位銷(26)與鋼球(24)上頂點之間的距離小於10mm，鋼球直徑小於30mm。
4.根據權利要求1的傳熱裝置，其特徵在於，所述可相變介質為氟利昂，其充入量視工作條件保持迴路中介質的汽—液比為20％—80％。
專利摘要本實用新型涉及一種高效傳熱裝置，該裝置包括由銅等高導熱材料構成的一個加熱端1和一個冷卻端2；所述加熱端及冷卻端之間的連通管道3，共同構成一個封閉的傳熱迴路；配置在加熱端或冷卻端的至少一個單向閥4，以及充填入該傳熱迴路內的可相變介質，工作中所述加熱端1在垂直方向位於所述冷卻端2的下方，以保證有液態介質不斷補充流入加熱端1，本實用新型還涉及應用這種傳熱裝置的四種設備主副空調機，多頭空調機，車用空調以及分體式太陽能熱水器。
文檔編號F28D15/02GK2220627SQ95211508
公開日1996年2月21日 申請日期1995年6月1日 優先權日1995年6月1日
發明者王俊良, 丁印深, 弋岷生, 王建幫, 唐遇鶴 申請人:王俊良, 丁印深