一種高效冷媒傳熱系統的製作方法

2023-08-03 12:48:26 4

專利名稱：一種高效冷媒傳熱系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及散熱技術，具體地說，是一種高效冷媒傳熱系統，可以將熱量高效率地從一個溫度較高的區域傳遞到一個溫度較低的區域。
背景技術：
10 空調技術是目前應用十分廣泛的一項技術。空調的原理是逆卡諾循環，
即通過壓縮、冷凝、節流、蒸發的過程，使工質在製冷系統中實現傳熱，工質相變過程中要吸收或散發熱量，將低溫區域的熱量傳到高溫區域實現製冷循環。但是，空調系統在實現將高溫區域的熱量傳送到低溫區域時，(如冬季製冷)，其正常運行需要採取特殊的設計方案，以保證系統的正常運行，
15 而這種運行方式仍然需要壓縮機運行，通過壓縮和節流來實現製冷工況，增加了能源消耗。
為了節約能源，人們發明了熱管。熱管是利用工作流體(工質)的蒸發與冷凝來傳遞熱量。熱管一般由管殼、吸液芯和端蓋組成，製作方法是將熱管內部抽成真空狀態，然後充入特殊成分的液體，這種液體沸點很低，容易
20 沸騰；管壁有吸液芯，由毛細多孔材料構成。熱管的一端為蒸發部，管內液體在該部分吸收管外的熱量，蒸發成為氣體；氣體沿著管腔移動到熱管另一端的冷凝部，在冷凝部放出熱量，凝結成液體；液體再利用毛細現象沿吸液芯移動到蒸發部。這^=羊，熱管就把熱量從一端傳導到了另一端。由於熱管利用了相變時吸收或放出的氣化潛熱來傳遞熱量，其傳熱效率遠遠高於一般的
25 僅利用顯熱傳遞的熱傳導方式。
但是，熱管的結構特點導致了其在應用中也具有局限性
1、熱管是利用毛細管的浸潤現象實現液態工質在冷凝部和蒸發部的傳遞，單根熱管的熱量傳遞小，且傳遞距離受到^f艮大限制。2、熱管技術是在一根熱管上集中了氣相和液相兩種狀態的工質，無法實 現對工質流量的分配和控制，因此無法設計為變流量調節的製冷系統。
採用普通傳熱工質，如水，將室內熱量傳遞到大氣環境也是常用散熱才支 術，但是該技術在環境溫度低於零攝氏度時，需採用防凍措施，且傳熱效率 5 低。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種傳熱效率高、傳熱距離遠、調節方 便的高效^i某傳熱系統。
10 為了解決上述問題，本發明提供了一種高效冷々某傳熱系統，包括冷卻器
和散熱器，所述冷卻器和散熱器之間設有連接管，所述連接管中設有流體泵； 所述冷卻器、散熱器及連接管中充注工質。
進一步地，所述冷卻器和散熱器之間的連接管有兩條，分別為連接氣管 和連接液管;所述工質在冷卻器內吸熱氣化成為氣態，由所述連接氣管進入 15 散熱器，在散熱器內放熱轉化成液態，再由所述連接液管進入所述冷卻器。
進一步地，所述流體泵為磁力泵。
進一步地，所述磁力泵包括電機、內磁轉子、外磁轉子隔離套及葉輪， 所述電機與外磁轉子相連，所述葉輪與所述內磁轉子相連，所述內碰轉子與 外磁轉子之間設有隔離套。
20進一步地，所述流體泵為變頻調節流量泵，所述變頻調節流量泵與控制 器連接。
進一步地，所述流體泵設置在連接液管中。
進一步地，所述連接液管中還設有調節閥，所述調節閥與控制器相連， 用於調節工質流量。
25 進一步地，所述工質的固態/液態臨界溫度在-150攝氏度以下。
進一步地，所述工質為氟利昂。
進一步地，所述連接液管與所述冷卻器之間i殳有分液頭，將液態工質分成多路後進入冷卻器。
本發明利用常溫、中低壓下可發生氣液兩相轉換的物質作為傳熱工質， 應用液態傳熱工質在冷卻器中氣化時吸收的氣化潛熱將高溫區域的熱量傳遞 到處於低溫區域的散熱器，再在散熱器內釋放熱量而轉變成液相，流體泵加
5 快液態傳熱工質的流動速度，因此其傳熱效率大大高於利用顯熱來直接傳導 熱量的方法。另外，本發明將流體泵應用在從散熱器到冷卻器之間的液體管 路中，提高傳熱工質流動速度，可將用於吸熱汽化的冷卻器和用於放熱凝結 的散熱器分開獨立設置，可以使得傳熱距離非常遠，並且可以方便地調節工 質的流量，以適應不同的冷熱源溫度及調節傳熱量，而散熱器所處的^f氐溫區 10 域可以是自然環境、可以是通過常規製冷空調設備制出的冷水，還可以是地 下水等。本發明應用廣泛，可以實現在低溫環境對有散熱需要的區域實行散 熱，同時也可應用在餘熱回收方面，還可以用於常規空調設備再熱功能，替 代電加熱器，具有明顯的節能效果。
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圖1是本發明的高效a傳熱系統的結構原理圖2是本發明的高效^H漆傳熱系統的多路散熱系統的結構原理圖3是本發明的高效*傳熱系統的第一實施例的結構示意圖4是本發明的高效冷i某傳熱系統的第二實施例的結構示意20 圖5是本發明的高效冷^^傳熱系統的第三實施例的結構示意圖。
圖中l.散熱器，2.冷卻器，3.分液頭，4.流體泵，5.連接液管，6.連接氣 管，7.調節閥，8.旁通管，9.冷凝器，IO.蒸發器，ll.風機，12壓縮機，13.閥 門，14.第一盤管，15.第二盤管，16.熱交換器，17.第一換熱盤管，18.第二換 熱盤管，19.三通切換閥。
2具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術 人員可以更好的理解本發明並能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
如圖1所示，本發明的高效冷媒傳熱系統包括冷卻器2和散熱器1,冷 卻器2與散熱器1之間分別設有連接液管5和連接氣管6,連接液管5中充注 流體泵4。連接液管5與冷卻器2之間設有分液頭3，將連接液管5分成多路 5 後與冷卻器2連^t妻。冷卻器2用於冷卻室內空氣，散熱器用於將熱量歉l到 室外環境中。
工質採用以氟利昂為代表的中溫傳熱工質，其在中壓(1 15Bar)下的 沸點溫度在-30-50攝氏度之間，通過改變壓力可以控制其沸點溫度。工質 在冷卻器2吸熱氣化，氣化後的氣態工質經連接氣管6進入散熱器1，在散
10 熱器l內放出熱量，重新凝結成液態；液態的工質在流體泵4的作用下經連 接液管5進入冷卻器2。經過該循環，本發明的系統將熱量由高溫區傳導到 低溫區，從而實現熱傳導。由於本發明利用了工質相變時吸收和》文出的氣化 潛熱來傳遞熱量，因此其傳熱效率非常高，可以達到純銅導熱能力的上百倍。 由於本發明將吸熱的冷卻器2和放熱的散熱器1分別獨立設置，二者之間通
15 過連接管連接，連接液管5上設有流體泵4，因此可以實現i4^巨離傳熱。
本發明的一種應用是常年高發熱場所的高效散熱器。將圖1中的冷卻器 2設置在常年高發熱場所內，並可加設風扇加強空氣對流，用於吸收常年高 發熱場所散發出的熱量；將圖1中的散熱器1設置在室外或其它低溫環境， 用於將工質從常年高發熱場所吸收的熱量散發出去。本應用也可以是專為高
20 發熱量伺服器使用的嵌入式伺服器專用空調。
在進入冷卻器2之間，液態工質可以由分液頭3分成多路進入冷卻器2， 提高換熱效率。將流體泵設置在連接液管5上的好處是，液態工質的密度大， 因此流體泵的流量可以相對較小，以節省能量。在以氟利昂為傳熱工質時， 流體泵4最好是磁力泵。使用磁力泵的好處是密封性能好。磁力泵由電動機、 25 外磁轉子、內磁轉子及不導磁的隔離套組成，電動機與外磁轉子相連，內磁 轉子與葉輪連接。當電動機帶動外磁轉子旋轉時，磁場能穿透空氣隙和非磁 性物質，帶動與葉輪相連的內磁轉子作同步旋轉，實現動力的無接觸傳遞， 將動密封轉化為靜密封。由於泵軸、內磁轉子被泵體、隔離套完全封閉，從 而徹底解決了 "跑、冒、滴、漏"等問題，消除了易燃、易爆、有毒、有害介質通過泵密封洩漏的安全隱患。當然，根據需要也可以採用其它類型的泵， 例如可以應用於氟利昂系統的全封閉水泵。
由於在應用中可能需要調節流量，以適應不同的冷熱源溫度，調節傳熱 量，因此可以採用變頻調節流量泵，變頻調節流量泵與控制器相連，以調節
5流體泵的轉速，從而控制工質流量，達到調節傳熱量的目的。也可以在連4妻 液管5上設置調節閥，由控制器控制調節閥的開量來調節工質流量。
如圖2所示，本發明的高效冷4某傳熱系統，可以由一個散熱器l配多個 冷卻器2使用，每個冷卻器2的連接液管5上分別設置有一個調節閥7，由此 可以實現"一拖多"系統。該結構也可以應用於多區域散熱場所，即當室內 10 有多個發熱區域時，可以在每個發熱區域各設置一套冷卻器，多套冷卻器並 聯後輸出到一套散熱器進行散熱，從而可以提高系統的集成度，便於安裝， 降低成本。
如圖3所示，是本發明與壓縮機製冷系統並聯使用的第一實施例的示意 圖。該實施例中，包括一套壓縮機製冷系統，該系統與現有技術的壓縮機制
15 冷系統相同，也包括冷凝器9、膨脹閥、蒸發器10和壓縮機12。另外，本實 施例中，在冷凝器9的一側還設有散熱器1，在蒸發器10—側還設有冷卻器 2，散熱器1與冷卻器2之間通過連接管連接，連接管有兩根，分別為連接液 管5和連接氣管6，使冷卻器2與散熱器1之間形成迴路，在連接液管5上設 有流體泵4。冷卻器2、散熱器l及連接管中充有工質。上迷裝置中，冷凝器
20 9及散熱器l設置在機房的室外，其餘裝置如蒸發器IO、壓縮機12、膨脹閥 和冷卻器2等設置在機房室內。在需要時，可以在冷凝器9和蒸發器10—側 設置風機ll，以提高散熱效率。
在夏季，室外氣溫高於室內氣溫，此時，散熱器1及冷卻器2不工作， 由冷凝器9、膨脹閥、蒸發器10和壓縮機12構成的壓縮機製冷循環工作， 25 將室內熱量搬移到室外，保持室內恆溫。
在春秋過度季節，當室外氣溫低於室內氣溫一定值( 一般為2~3度)時， 開啟散熱器1及冷卻器2，此時，由冷凝器9、膨脹閥、蒸發器10和壓縮機 12構成的壓縮機製冷循環和由散熱器1及冷卻器2構成的自然冷卻循環同時 工作。但是，由於自然冷卻循環利用室內外溫差將部分室內熱量傳遞到室夕卜，降低壓縮機製冷循環的負荷，節約部分能量。
在冬季，室外氣溫遠低於室內氣溫，此時，由冷凝器9、膨脹閥、蒸發 器10和壓縮機12構成的壓縮機製冷循環停止工作，完全由散熱器1及冷卻 器2構成的自然冷卻循環將室內熱量傳遞到室外，整個製冷過程完全由室內 5外溫差完成，系統只有維持製冷工質循環的流體泵4及加速散熱的風機ll(如 果有)消耗能量，從而大大節約了能源。
在應用中，為了適應不同的負荷，保持室內溫度恆定，流體泵可以採用 變頻調節流量的流體泵，還可以在連接管中設置調節閥，以達到精確調節流 量的目的。
10 如圖4所示，是本發明與壓縮機製冷系統並聯使用的第二實施例的示意
圖。其中，壓縮機製冷系統的結構與現有技術相同，包括蒸發器IO、壓縮機 12、冷凝器9、膨脹閥及其它附屬配件，本發明是在壓縮機12前後加裝一旁 通管8,並在旁通管8上設置閥門13;同時，在冷凝器9與蒸發器IO之間的 管路上並聯一根連接液管5,並在連接液管5上設置流體泵4和閥門13。該
15 系統的工作原理是如果室外溫度(即冷凝器9所處的環境溫度)高於室內 溫度(即蒸發器10所處的環境溫度)，則關閉旁通管8和連接液管5上的閥 門13，利用製冷劑在蒸發器IO、壓縮機12、冷凝器9和膨脹閥之間形成的 逆卡諾循環來實現製冷；如果室外溫度低於室內溫度一定的數值( 一般是2~3 攝氏度以上)，則打開旁通管8和連接液管5上的閥門13，製冷劑在蒸發器
2010、旁通管8、冷凝器9和連接液管5之間形成熱管式循環來將室內熱量傳 遞到室外。這樣，在室外溫度較低時(例如冬季)，就可以關閉壓縮機12, 從而實現節能的目的。
如圖5所示，是本發明的機房專用空調的第三實施例的結構原理圖。該 實施例中，包括一套壓縮機製冷系統，該系統與現有技術的壓縮機製冷系統 25 相同，也包括冷凝器9、膨脹閥、蒸發器10和壓縮機12。另外，本實施例中， 在冷凝器9的一側還設有散熱器1，在蒸發器10其中第一盤管14的進出口分 別與膨脹閥和壓縮機12相連，第二盤管15的進口與冷卻器1相連，出口與 流體泵4相連，流體泵4通過連接管與一熱交換器16的第一換熱盤管17的 進口相連，熱交換器16的第一換熱盤管17的出口與冷卻器1相連；熱交換器16的第二換熱盤管18內充有水，其進出口連接機房室內的吸熱設備。上述裝置中，熱交換器16設置在室內，其餘的裝置設置在室外。其中，在以氟利昂為傳熱工質時，上述流體泵4最好是磁力泵。在冷卻器l的進出口上i殳置旁通管8，形成冷卻器和旁通管兩條支路，在旁通管8與連接管相連處設5 置三通切換閥19，通過三通切換閥19可以在兩條支路之間切換。
在夏季，通過三通切換閥19關閉冷卻器支路，打開旁通管支路，由冷凝器9、膨脹閥、蒸發器10和壓縮機12構成的壓縮機製冷循環工作，在蒸發器10內，參與壓縮製冷循環的第一盤管14將第二盤管15內的工質降溫，第二盤管15內的工質降溫後流經室內的熱交換器16的第一換熱盤管17，工質10 在熱交換器16內吸收第二換熱盤管18內循環介質(例如水)的熱量，然後經旁通管8再回到蒸發器10,形成循環，傳導室內熱量。熱交換器16的第二換熱盤管18內的水再輸送到室內各服務設備處，為服務設備降溫。
在春秋過度季節，室外氣溫略低於室內氣溫時，通過三通切換閥19打開冷卻器支路，關閉旁通管支路，壓縮製冷循環同時工作。此時，工質流經冷15 卻器1時，在冷卻器1內被初步降溫，然後在蒸發器10內被進一步降溫。從而可以部分降低壓縮機製冷循環的負荷，節省部分能源。
在冬季，室外氣溫遠低於室內氣溫，此時，冷卻器支路打開，旁通管支路關閉，由冷凝器9、膨脹閥、蒸發器10的第一盤管14及壓縮機12構成的壓縮機製冷循環停止工作，由冷卻器1、蒸發器10的第二盤管15及熱交換20 器16構成的製冷循環工作，工質在熱交換器16內吸收熱量後，在冷卻器1內被冷卻，然後在蒸發器10內進一步降溫。此時，完全由自然冷卻循環來保持室內溫度，從而節省了大量能源。
以上應用均可使用在低於零攝氏度以下，最低達到-40攝氏度的環境。
以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明25的保護範圍不限於此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護範圍之內。本發明的保護範圍以權利要求書為準。
權利要求
1、一種高效冷媒傳熱系統，其特徵在於，包括冷卻器和散熱器，所述冷卻器和散熱器之間設有連接管，所述連接管中設有流體泵；所述冷卻器、散熱器及連接管中充注工質。
2、如權利要求1所述的高效冷々某傳熱系統，其特徵在於，所述冷卻器和 散熱器之間的連接管有兩條，分別為連接氣管和連接液管；所述工質在冷卻 器內吸熱汽化成為氣態，由所述連接氣管進入散熱器，在散熱器內放熱轉化 成液態，再由所述連接液管進入所述冷卻器。
3、 如權利要求1或2所述的高效冷媒傳熱系統，其特徵在於，所述流體 10 泵為^f茲力泵。
4、 如權利要求3所述的高效冷媒傳熱系統，其特徵在於，所述磁力泵包 括電機、內磁轉子、外磁轉子隔離套及葉輪，所述電機與外磁轉子相連，所 述葉輪與所述內磁轉子相連，所述內碰轉子與外磁轉子之間設有隔離套。
5、 如權利要求1所述的高效冷々某傳熱系統，其特徵在於，所述流體泵為 15 變頻調節流量泵，所述變頻調節流量泵與控制器連接。
6、 如權利要求2所述的高效^H^傳熱系統，其特徵在於，所述流體泵設 置在連接液管中。
7、 如權利要求2所述的高效 傳熱系統，其特徵在於，所述連接液管 中還"&有調節閥，所述調節閥與控制器相連，用於調節工質流量。
8、如權利要求1所述的高效冷媒傳熱系統，其特徵在於，所述工質的固態/液態臨界溫度在—150攝氏度以下。
9、 如權利要求8所述的高效冷媒傳熱系統，其特徵在於，所述工質為氟 利昂。
10、 如權利要求2所述的高效冷媒傳熱系統，其特徵在於，所述連接液 25 管與所述冷卻器之間設有分液頭，將液態工質分成多路後進入冷卻器。
全文摘要
本發明公開了一種高效冷媒傳熱系統，包括冷卻器和散熱器，所述冷卻器和散熱器之間設有連接管，所述連接管中設有流體泵；所述冷卻器、散熱器及連接管中充注傳熱工質。本發明利用傳熱工質氣化時吸收並在凝結時放出的氣化潛熱來傳導熱量，流體泵加速傳熱工質流動速度，因此傳熱效率大大高於利用顯熱直接傳導熱量的方法。本發明應用廣泛，可以實現在低溫環境對有散熱需要的區域實行高效散熱，同時也可應用在餘熱回收方面，還可以用於常規空調設備再熱功能，替代電加熱器，具有明顯的節能效果。
文檔編號F28D15/02GK101476833SQ20091000047
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月16日 優先權日2009年1月16日
發明者萬輔君, 宋一舟 申請人:上海賓肯電氣科技有限公司;賓肯科技(北京)有限公司