專利名稱：一種高效傳熱裝置及應(yīng)用該裝置的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高效傳熱裝置，特別涉及傳熱管內(nèi)介質(zhì)發(fā)生相變的傳熱裝置，以及應(yīng)用這種裝置的四種設(shè)備。
眾所周知，熱傳遞過(guò)程中傳熱介質(zhì)如有相變，則由于潛熱的放出或吸收會(huì)使熱量大大增加，人們常將這種裝置應(yīng)用于空調(diào)、冰箱等制冷領(lǐng)域。但是在現(xiàn)有技術(shù)中這種傳熱管內(nèi)有相變的傳熱裝置通常都有壓縮機(jī)，使裝置變得復(fù)雜。
本實(shí)用新型的目的是提供一種不帶壓縮機(jī)的高效傳熱裝置，其傳熱管內(nèi)介質(zhì)在傳熱過(guò)程中不斷發(fā)生相變，從而達(dá)到極高的傳熱效率。
本實(shí)用新型的另一目的是提供應(yīng)用這一傳熱裝置的四種設(shè)備主副空調(diào)機(jī)、多頭空調(diào)機(jī)、車用空調(diào)機(jī)以及分體太陽(yáng)能熱水器。
本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案達(dá)到所述高效傳熱裝置的構(gòu)造為由銅管等高導(dǎo)熱材料管構(gòu)成的一個(gè)加熱端及一個(gè)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(gè)單向流動(dòng)裝置，以及充填入裝置內(nèi)的相變介質(zhì)，工作中所述加熱端在垂直方向上位于冷卻端的下方，以保證有液體介質(zhì)不斷補(bǔ)充流入加熱端。
所述主副空調(diào)機(jī)的構(gòu)成為將上述高效傳熱裝置的冷卻端適配到現(xiàn)有空調(diào)機(jī)(主機(jī))的液態(tài)壓力管道；將其加熱端安置在待冷卻房間，配以現(xiàn)有空調(diào)的室內(nèi)機(jī)，構(gòu)成一套新的副空調(diào)機(jī)；與市場(chǎng)出售的現(xiàn)有空調(diào)機(jī)一起，構(gòu)成主副空調(diào)機(jī)。
所述多頭空調(diào)機(jī)的構(gòu)成為將上述多個(gè)高效傳熱裝置的冷卻端并行或串行地適配到同一個(gè)室外機(jī)組送出高壓相變介質(zhì)的蒸發(fā)器的(冷卻)腔內(nèi)；將其加熱端安置在不同的待冷卻房間，配以現(xiàn)有空調(diào)的室內(nèi)機(jī)，構(gòu)成一個(gè)室外機(jī)帶多個(gè)室內(nèi)機(jī)的多頭空調(diào)機(jī)。
所述車用空調(diào)器的構(gòu)成為將多片半導(dǎo)體致冷片安置在其冷、熱面被隔開在二個(gè)空間的盒子中，發(fā)熱面所在的空間同車外相通，冷卻面所在的空間同車內(nèi)相通，在二個(gè)空間各裝有風(fēng)扇和上述高效傳熱裝置，并將上述傳熱裝置的冷、熱端分別適配在半導(dǎo)體致冷片的冷、熱端面上，風(fēng)扇能使空氣分別通過(guò)上述高效傳熱裝置冷卻端和加熱端，實(shí)現(xiàn)車外、車內(nèi)的獨(dú)立空氣循環(huán)，輔之控制電路，構(gòu)成車用(電子)空調(diào)器。
所述分體太陽(yáng)能熱水器的構(gòu)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(yáng)能集熱器(板)上，將冷卻端適配在安置于室內(nèi)(廚房、廁所或其它配套房間內(nèi))的水箱中，水箱中有自動(dòng)進(jìn)水和放水裝置，太陽(yáng)能集熱板可放置于陽(yáng)臺(tái)、窗外或向陽(yáng)面墻壁上，構(gòu)成分體太陽(yáng)能熱水器。
本實(shí)用新型的優(yōu)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(huì)產(chǎn)生傳熱介質(zhì)的相變，伴隨著潛熱轉(zhuǎn)換，造成極高的傳熱效率。并且該裝置不需要電機(jī)、壓縮機(jī)等動(dòng)力裝置，構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低廉，易于安裝，運(yùn)行可靠，并且傳熱效率極高。試驗(yàn)證明本實(shí)用新型的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明


圖1為本實(shí)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(yīng)用該傳熱裝置的主副空調(diào)器機(jī)示意圖；圖4為應(yīng)用該傳熱裝置的多頭空調(diào)機(jī)示意圖；圖5為應(yīng)用該傳熱裝置的車用空調(diào)器示意圖；圖6為應(yīng)用該傳熱裝置的分體太陽(yáng)能熱水器的示意圖。
附圖中，相同部件以相同標(biāo)號(hào)表示。
圖1中標(biāo)號(hào)10代表本實(shí)用新型的整個(gè)高效傳熱裝置。標(biāo)號(hào)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(gòu)成一個(gè)封閉回路，它們可由銅管等高導(dǎo)熱性壓力管構(gòu)成。
在加熱端1及中間輸送管3的交接處，提供有兩個(gè)單向閥4。圖2為其放大的剖視圖。其構(gòu)成為，在一圓柱形銅塊21上提供兩個(gè)不同直徑的通孔22、23，一個(gè)鋼球24置于其間，“坐”在兩個(gè)孔22、23之間的臺(tái)肩25上，臺(tái)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(guò)鋼球擠壓銅柱的臺(tái)肩25形成。鋼球24的上方裝有一限位銷26，在另一實(shí)施例中26也可作成限位凸的形式，即相當(dāng)于把銷26中間部分切斷，只留下兩個(gè)凸出端部，以限定鋼球24的位移。
值得說(shuō)明的是，鋼球24的大小及其與限位銷之間的距離，需根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，經(jīng)試驗(yàn)確定，一般而言，鋼球尺寸小于30mm，其與限位銷之間距離小于10mm。在安裝中，需要使閥4相對(duì)于水平面向上傾斜5°—45°角，以使閥4的鋼球24在啟動(dòng)前處于關(guān)閉狀態(tài)。
傳熱回路1—3中充入適量流動(dòng)性好、可相變的介質(zhì)，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(jù)工作條件、應(yīng)用場(chǎng)合，常溫下充液比一般對(duì)氟利昂而言為20—80％，即在常溫下，充液完成后，回路中的傳熱介質(zhì)的液體所占比例為20～80％，其余以汽態(tài)形式存在。
傳熱裝置的加熱端在垂直方向上宜安裝于冷卻端的下方，在工作時(shí)，裝置加熱端1受熱，其中的液態(tài)介質(zhì)會(huì)吸收熱量汽化，體積膨脹，壓力升高，從而沖開
圖1中的上方單向閥4，經(jīng)上方中間管3到達(dá)冷卻端2。由于冷卻端2溫度低于介質(zhì)的相變點(diǎn)，故介質(zhì)將變?yōu)橐簯B(tài)，放出潛熱，同時(shí)體積減小，壓力下降，由前述壓力升高的氣體推動(dòng)和借助于液柱的重力作用，經(jīng)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(huán)流動(dòng)，在冷、熱端相變，伴隨著潛熱的發(fā)生，產(chǎn)生極高的傳熱效率，理論上說(shuō)，只要加熱端1和冷卻端2之間存在著溫差，就會(huì)有上述傳熱循環(huán)過(guò)程。
在上述例子中，加熱端提供有兩個(gè)單向閥，但在應(yīng)用中也可視情況在冷卻端設(shè)置單向閥，其數(shù)目和位置可以變化，但至少要有一個(gè)單向閥。
上述實(shí)施例中，閥4的臺(tái)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(guò)焊接實(shí)現(xiàn)；亦可通過(guò)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，由于加熱端1及冷卻端2為工作區(qū)(傳熱區(qū))，中間管3起傳輸作用，故應(yīng)用中管3常覆以隔熱材料。
下面說(shuō)明上述高效傳熱裝置的四種應(yīng)用設(shè)備。
參見圖3，其示出本實(shí)用新型的主副空調(diào)機(jī)，其整體以標(biāo)號(hào)30代表。市場(chǎng)現(xiàn)有空調(diào)機(jī)(主機(jī))中，其室外機(jī)31中的壓縮機(jī)33將高壓冷卻介質(zhì)由冷卻器經(jīng)管路34同室內(nèi)機(jī)35的蒸發(fā)器36相聯(lián)通，高壓介質(zhì)經(jīng)管路34完成循環(huán)流動(dòng)。
本實(shí)用新型的主副空調(diào)機(jī)按如下方式構(gòu)成將上述高效傳熱裝置10的冷卻端2盤繞在壓縮機(jī)出口管路34附近，構(gòu)成一擴(kuò)大的蒸發(fā)冷卻空間37；高效傳熱裝置10的加熱端構(gòu)成為一蒸發(fā)器32，經(jīng)單向閥4、管路3與蒸發(fā)冷卻空間37相聯(lián)通，控制電路等配套設(shè)備38同蒸發(fā)器32(即裝置10的加熱端)及閥4共同構(gòu)成一個(gè)室內(nèi)機(jī)，即為副機(jī)39。安裝中，要使副機(jī)39在垂直方向低于蒸發(fā)冷卻空間37。在室外機(jī)31工作時(shí)，室內(nèi)主機(jī)35和室內(nèi)副機(jī)39可以同時(shí)工作，也可以分別獨(dú)立工作，完成各自房間的制冷、除濕等功能。它們及相應(yīng)的連接管路共同構(gòu)成主副空調(diào)機(jī)30。
在蒸發(fā)冷卻空間37中，管2從管34吸取冷量，而二者互相隔離，并不連通。因此，主副機(jī)裝置無(wú)介質(zhì)交換，副機(jī)39同主機(jī)裝置是附加關(guān)系，其消耗的冷量來(lái)自主機(jī)剩余冷量及分出的一部分冷量，在主副機(jī)同時(shí)工作時(shí)，壓縮機(jī)33處于間歇工作狀態(tài)中，其工作時(shí)間將被延長(zhǎng)，而維持停機(jī)時(shí)不受影響。這樣就使得低成本地增加了一個(gè)冷卻房間，同時(shí)又不增加耗電的功率，即不增加電表的容量，為現(xiàn)在供電線路緩解了矛盾。
圖4為本實(shí)用新型的多頭空調(diào)機(jī)，其整體以標(biāo)號(hào)40代表。其中，室外機(jī)組41通過(guò)管路42將高壓冷凝介質(zhì)串行送入多個(gè)蒸發(fā)冷卻空間43中，它們沿管線42串行排列，組成冷凝蒸發(fā)器組，實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)多個(gè)室內(nèi)機(jī)A1、A2、…An的目的。安裝中，要使室內(nèi)機(jī)A1、A2、…An在垂直方向上低于蒸發(fā)冷卻空間43。在蒸發(fā)冷卻空間43中套裝有高效傳熱裝置10的冷卻端2和儲(chǔ)能循環(huán)裝置45的冷(熱)端44。壓縮機(jī)送出的高壓冷凝介質(zhì)在蒸發(fā)冷卻空間43中同時(shí)冷卻2和44中的介質(zhì)。高效傳熱裝置10的冷卻端2中被冷卻介質(zhì)經(jīng)管路3和閥4同一臺(tái)室內(nèi)機(jī)的蒸發(fā)器1相連，蒸發(fā)器1作為高效傳熱裝置10的加熱端從流動(dòng)的空氣吸取熱量，推動(dòng)介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)，同時(shí)冷卻了空氣，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)機(jī)的降溫功能。
附加儲(chǔ)能裝置45由冷(熱)端44、單向閥46和管路47組成閉環(huán)裝置。當(dāng)室內(nèi)機(jī)全部工作時(shí)，該裝置溫度平衡，不工作；當(dāng)一部分室內(nèi)機(jī)工作時(shí)，工作的室內(nèi)機(jī)中流動(dòng)介質(zhì)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(zhì)冷卻，成為冷卻端，儲(chǔ)存冷量。輔助儲(chǔ)能裝置45中，介質(zhì)受冷、熱端溫差的推動(dòng)開始循環(huán)流動(dòng)，即等于把未工作的室內(nèi)機(jī)所剩余未用的冷量帶給工作的冷端，從而起到將剩余部分的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，傳給工作點(diǎn)。尤其是只有1—2個(gè)房間開啟了室內(nèi)機(jī)時(shí)，該儲(chǔ)能裝置不僅加速了開機(jī)房間的制冷速度，在維持時(shí)，室外壓縮機(jī)停止工作期間還可以不斷地循環(huán)流動(dòng)，將儲(chǔ)存的冷量(液化的未汽化部分的潛能)供給工作點(diǎn)，從而大大地延長(zhǎng)室外機(jī)的停機(jī)時(shí)間，減小啟動(dòng)頻度，節(jié)能、降低設(shè)備損耗。
圖5示出本實(shí)用新型的車用空調(diào)器，其整體以50表示，圖中半導(dǎo)體致冷片56在通電后二個(gè)面分別升溫和降溫，無(wú)負(fù)載溫差可達(dá)60℃。
車內(nèi)空間51由二個(gè)通風(fēng)口同冷卻室55相通，隔板53將機(jī)箱分割為二個(gè)相互隔開的空間54和55，半導(dǎo)體致冷片56的熱面和冷面被隔在空間54和55中，空間54的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口直接與車外空間相通。在空間54中，半導(dǎo)體的熱面上適配著高效傳熱裝置10的加熱端1，經(jīng)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(kuò)大了熱交換面積。風(fēng)扇58加強(qiáng)了空氣經(jīng)過(guò)冷卻部分2和57的速度，保證散熱所需的通風(fēng)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(dǎo)體致冷片56的冷面上，并經(jīng)閥4和管路3與加熱端1相通，車內(nèi)空氣受風(fēng)扇59的作用，通過(guò)二個(gè)通風(fēng)口，吹過(guò)加熱端1，受半導(dǎo)體致冷片56冷面所產(chǎn)生冷量的作用，空氣被冷卻、降溫，達(dá)到控制溫度的目的。安裝中要使裝置10的加熱端1在垂直方向低于冷卻端2。
多個(gè)半導(dǎo)體片并聯(lián)成組排列，每片功率約為60W，一般車用發(fā)電機(jī)最小功率為300W，在向天行駛時(shí)，原用于大燈等燈光的電供給此空調(diào)裝置使用，最多可帶5片，制冷已達(dá)到可接受程度。夜間行駛，空調(diào)功率可減半使用，既能保證燈光，又可實(shí)現(xiàn)制冷需要。
車輛在行駛中，空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)高速通過(guò)空間54中的散熱片，大大提高了半導(dǎo)體熱端的散熱效果。
圖6示出本實(shí)用新型的分體太陽(yáng)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(yáng)板61表面上(可采用覆蓋、浸液等方式)，形成集熱部件。在加熱端1中被加熱的介質(zhì)汽化，增壓，順向沖開閥門4，經(jīng)管路3進(jìn)入設(shè)在水箱62的底部的冷卻端2。介質(zhì)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(yáng)板61在垂直方向低于水箱62。介質(zhì)在加熱端1膨脹壓力的作用下，借助于重力，流回加熱端，不斷循環(huán)，完成加熱水箱62中的水至所需溫度的目的。
在夜間，當(dāng)加熱板61處于低溫狀態(tài)時(shí)，借助于重力和單向閥阻力的作用，介質(zhì)停止流動(dòng)，水箱中的水處于保溫狀態(tài)。
因所充介質(zhì)為耐寒物質(zhì)，故冬季不需作防寒處理，只要有陽(yáng)光，即可隨時(shí)啟動(dòng)，工作。
水箱中可附加自動(dòng)上水及放水開關(guān)，使用方便。
吸陽(yáng)板可掛在向陽(yáng)面的陽(yáng)臺(tái)外，窗臺(tái)上下，及任何向陽(yáng)的墻壁或柱子上，不必一定安在屋頂，為安裝提供了巨大的方便。
以上說(shuō)明了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施例，但還可有其它形式及變化，均體現(xiàn)在所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高效傳熱裝置(10)，包括由銅等高導(dǎo)熱材料構(gòu)成的一個(gè)加熱端(1)和一個(gè)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(gòu)成一封閉的傳熱回路；其特征在于，該裝置(10)還包括配置在加熱端或冷卻端的至少一個(gè)單向限流裝置(4)；以及充填入該傳熱回路內(nèi)的可相變介質(zhì)；工作中所述加熱端(1)在垂直方向上位于所述冷卻端(2)的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的傳熱裝置，其特征在于，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(jī)構(gòu)(26)組成，工作中，閥(4)安裝得相對(duì)于水平面向上傾斜5°—45°角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的傳熱裝置，其特征在于，所述閥體由銅制成，所述閥芯為一鋼球(24)，所述閥座為一弧形面(25)，通過(guò)鋼球的擠壓，形成二者之間的密合面；所述限位機(jī)構(gòu)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(diǎn)之間的距離小于10mm，鋼球直徑小于30mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的傳熱裝置，其特征在于，所述可相變介質(zhì)為氟利昂，其充入量視工作條件保持回路中介質(zhì)的汽—液比為20％—80％。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高效傳熱裝置，該裝置包括由銅等高導(dǎo)熱材料構(gòu)成的一個(gè)加熱端1和一個(gè)冷卻端2；所述加熱端及冷卻端之間的連通管道3，共同構(gòu)成一個(gè)封閉的傳熱回路；配置在加熱端或冷卻端的至少一個(gè)單向閥4，以及充填入該傳熱回路內(nèi)的可相變介質(zhì)，工作中所述加熱端1在垂直方向位于所述冷卻端2的下方，以保證有液態(tài)介質(zhì)不斷補(bǔ)充流入加熱端1，本實(shí)用新型還涉及應(yīng)用這種傳熱裝置的四種設(shè)備主副空調(diào)機(jī)，多頭空調(diào)機(jī)，車用空調(diào)以及分體式太陽(yáng)能熱水器。
文檔編號(hào)F28D15/02GK2220627SQ95211508
公開日1996年2月21日 申請(qǐng)日期1995年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月1日
發(fā)明者王俊良, 丁印深, 弋岷生, 王建幫, 唐遇鶴 申請(qǐng)人:王俊良, 丁印深