專利名稱：換熱器組件和換熱器管路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳熱系統(tǒng)，包括冷卻和加熱系統(tǒng)以及熱泵系統(tǒng)。本發(fā)明還包括熱電供電的傳熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多早期的換熱器系統(tǒng)，如制冷和空調(diào)系統(tǒng)，利用了那些如果排放到環(huán)境中會(huì)對(duì)環(huán)境造成損害的導(dǎo)熱氣體流體。已經(jīng)做了一些努力用其它對(duì)環(huán)境害處小一些的流體來替換這些有害氣體流體。但是，這樣的系統(tǒng)遇到各種限制并且具有相對(duì)低的換熱效率。
對(duì)于導(dǎo)熱流體來講，早期的冷卻和加熱系統(tǒng)已經(jīng)包括了傳統(tǒng)的換熱器管路、管道和泵送系統(tǒng)。一些早期的系統(tǒng)還包括用在具有特殊冷卻或加熱功能中的熱電模塊。例如，下面的美國專利描述了這樣一些早期系統(tǒng)的范例Inoue等的美國專利6,354,086，Hed的美國專利5,232,516，Kerner的美國專利5,269,146，Schirpke等的美國專利5,540,567，Attey等的美國專利5,653,111，Dong的美國專利5,675,973。前面的這些例子描述了在這些專利中描述的傳熱或冷卻系統(tǒng)中傳輸流體的傳統(tǒng)流體泵送和管道系統(tǒng)。
一些早期系統(tǒng)試圖通過加入復(fù)雜的流體攪拌器來改善換熱效率。Inoue等的美國專利6,354,086是一個(gè)這種早期專利的例子，其中描述了這樣的攪拌器。美國專利5,269,146描述了一個(gè)應(yīng)用在絕熱容器上的封閉的加熱和冷卻系統(tǒng)，這個(gè)絕熱容器可能是用于飯店和餐館中的便攜冷藏柜、加熱瓶和食物車等。導(dǎo)熱流體通過封閉回路循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)。被加熱或被冷卻的流體穿過空心換熱器與周圍空氣換熱。這個(gè)專利描述了流體以高速被泵入封閉系統(tǒng)來提高傳熱效率。
這些早期的系統(tǒng)都沒有給出利用下面描述的自然力和毛細(xì)流動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)在流體流動(dòng)特征來提高效率的換熱系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一個(gè)具有管路的換熱器，管路具有多個(gè)平行的熱管，這些熱管在頭管和尾管或供應(yīng)管之間延伸。尾管與頭管平行。熱管限定了許多毛細(xì)管，這些毛細(xì)管在頭管和尾管之間并行延伸。頭管、尾管和毛細(xì)管的空心內(nèi)部在管路內(nèi)限定了封閉流體貯藏室。當(dāng)管路處于運(yùn)行中時(shí)，這些貯藏室容納導(dǎo)熱流體。在一個(gè)實(shí)施例中，管路提供與一行熱電模塊的冷卻面或加熱面接觸的表面。接觸表面由頭管、尾管或熱管的外壁所限定。當(dāng)對(duì)熱電模塊施加電流時(shí)，對(duì)管路內(nèi)部所含流體的冷卻或加熱效應(yīng)導(dǎo)致流體在毛細(xì)管內(nèi)的流動(dòng)以增強(qiáng)換熱。管路可以用一個(gè)或多個(gè)類似的管路裝配起來從而第一個(gè)管路被該排模塊加熱而第二個(gè)鄰近管路被位于兩個(gè)管路之間的同一行模塊冷卻。
在另一個(gè)實(shí)施例中，管路可以和其它熱能源一起使用。例如，管路可以和第二種導(dǎo)熱流體流具有熱接觸并且一起運(yùn)行。例如，在太陽能供電系統(tǒng)中，可以用管路收集熱能并且將熱能傳遞給第二種循環(huán)導(dǎo)熱流體流。本發(fā)明的換熱管路可以用在多種換熱系統(tǒng)中，它們中的一些可以包括熱電模塊。在其它的一些情況中，換熱管路可以用在不包括熱電模塊的系統(tǒng)中。
本發(fā)明還包括一種換熱組件，它包括兩個(gè)或更多個(gè)與熱電模塊(也稱為Peltier裝置)熱連通的相似管路。定位Peltier裝置使之與管路的一個(gè)或多個(gè)表面接觸。接觸表面可以位于特定管路的頭管、尾管或熱管上。通常Peltier裝置布置成類似單元的行，并且用一個(gè)或多個(gè)外部電源供電。在相鄰管路之間提供絕熱襯墊。每個(gè)襯墊都具有能夠容納一行Peltier裝置的腔室?？梢杂靡r墊來防止在一行Peltier裝置邊緣的不想要的傳熱?？梢詫⑧徑鼘?duì)的管路固定在一起從而一行Peltier裝置能夠冷卻在該行一側(cè)的一個(gè)管路，并且加熱固定在該行Peltier裝置另一側(cè)的另一個(gè)管路。還可以用襯墊防止在裝配換熱器時(shí)Peltier裝置的意外損壞。例如如果使用夾子固定管路組件，當(dāng)過緊時(shí)會(huì)壓壞、斷裂或損壞固定在管路之間的熱電Peltier裝置。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種傳熱管路，它與多列排列好的熱電模塊一起使用。管路可以和多種換熱系統(tǒng)一起使用，這些換熱系統(tǒng)包括冷卻和加熱系統(tǒng)、熱泵和其它相關(guān)的系統(tǒng)。管路在以下情況特別有用，即如果想避免使用那些傳統(tǒng)的制冷劑時(shí)，這些制冷劑包括氟里昂和其它可能有害的制冷劑，這樣的管路是理想的。
如下面將更具體描述的，管路在運(yùn)行時(shí)通常垂直定位。在一個(gè)方面，管路包括一個(gè)封閉的頭管，它與在垂直方向與它相對(duì)的尾管或供應(yīng)管平行。尾管設(shè)有流體孔以提供導(dǎo)熱流體。在一些情況下，流體孔可以是重新密封的。多個(gè)大致平面式的熱管定位在頭管和尾管之間。在一些情況下，需要定位熱管使得它們的平面與頭管和尾管的縱向軸線平行。在這種布置中，熱管是共面的并且定位它們使得它們的平面沿頭管和尾管的長度方向?qū)R。
如上所述，在管路的封閉流體貯藏室中提供導(dǎo)熱流體。通過操作熱電模塊和在管路流體貯藏室中導(dǎo)熱流體的反復(fù)蒸發(fā)和凝結(jié)來實(shí)現(xiàn)換熱。
在另外一些情況，理想的是定向平面式的熱管使得它們的面橫跨頭管和尾管的長度定位。在這種布置中，平面式的熱管的取向橫向于在垂直方向上相對(duì)的頭管和尾管的縱向軸線。
每個(gè)熱管都基本上是平坦和伸長的。熱管在內(nèi)部被分成沿?zé)峁荛L度方向走向的毛細(xì)管通道。優(yōu)選這些通道形成沿?zé)峁荛L度方向走向的單層毛細(xì)管。每個(gè)毛細(xì)管通道從熱管的一端延伸到熱管的另一端。毛細(xì)管通道在頭管和與之相對(duì)的尾管之間提供流體連通。
管路可以與多個(gè)熱電模塊一起使用，這些熱電模塊在平面列上對(duì)齊使得模塊所有的加熱側(cè)都沿著列的一個(gè)面，并且模塊的冷卻側(cè)都沿著列的相對(duì)面。熱電模塊也排列成行從而該行模塊的一個(gè)面限定了冷卻面而相對(duì)面則限定了加熱面。定位該行模塊使得它靠近管路以與管路建立熱連通。在許多情況下，通過使該行的加熱面或冷卻面與模塊限定的面接觸來提供熱連通。本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員應(yīng)該理解通過定位使得冷卻面或加熱面與管路接觸將決定對(duì)于那個(gè)管路是實(shí)現(xiàn)冷卻功能還是加熱功能。
在一些情況，放置該行熱電模塊使之與由頭管、尾管或共面熱管列所限定的面接觸。在該行熱電模塊和管路之間的接觸布置的例子在下面將詳細(xì)描述。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，熱管中的毛細(xì)管通道是由熱管外壁和內(nèi)壁限定的大致長方形管。優(yōu)選內(nèi)壁以正交形式從熱管的一個(gè)面延伸到熱管的相對(duì)面上。但是，可以制造毛細(xì)管使之具有其它形狀的橫截面，即不一定是正方形或長方形。毛細(xì)管的相對(duì)尺寸可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求或者所需要的換熱系統(tǒng)的特征改變。在優(yōu)選的使用基于水的導(dǎo)熱流體系統(tǒng)中，毛細(xì)管典型的直徑范圍在4毫米(mm)以下。在基于水的流體中加入添加劑或其它流體可能影響毛細(xì)管內(nèi)混合物的流體流動(dòng)特征。因此，可以調(diào)節(jié)毛細(xì)管的直徑以適應(yīng)為系統(tǒng)所選擇的特定流體的特定流動(dòng)特征?？梢哉{(diào)節(jié)包括毛細(xì)管最佳直徑在內(nèi)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)來解決基于水的流體系統(tǒng)和不基于水的系統(tǒng)之間的差別。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，為了操作，可以定位管路使得毛細(xì)管在大致垂直的方向上延伸。利用這種垂直布置，可以增強(qiáng)毛細(xì)管內(nèi)的流體流動(dòng)和傳熱特征。在選擇與熱電模塊冷卻面接觸的管路中，優(yōu)選定位各行模塊使之靠近管路的頂部以增強(qiáng)在毛細(xì)管內(nèi)向下的熱和流體流動(dòng)趨勢。在選擇與熱電模塊加熱面接觸的管路中，優(yōu)選定位各行模塊使之靠近管路的底部。在后一種情況，導(dǎo)熱流體在毛細(xì)管中上升的趨勢會(huì)趨向于增強(qiáng)系統(tǒng)中的換熱。
在優(yōu)選實(shí)施例中，將毛細(xì)管在熱管外壁內(nèi)排列成毛細(xì)管單層。在另外的情況，可以在熱管的外壁內(nèi)提供多層毛細(xì)管，盡管在多數(shù)情況下這種排列并不是優(yōu)選的。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的方面，可以將管路與其它類似的管路一起使用，從而將它們排列成成排的平行管路。
優(yōu)選用相對(duì)堅(jiān)固、有彈性并且導(dǎo)熱的材料制成管路，并且更優(yōu)選采用不易受過度腐蝕的金屬。對(duì)于本發(fā)明的很多應(yīng)用來講，鋁是特別有用的材料。當(dāng)然，本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員能夠理解在考慮到特殊條件和環(huán)境時(shí)，采用其它材料可能更好，這包括其它的金屬、合金或非金屬材料。
在另一方面，本發(fā)明包括提供流體貯藏室的方法。流體貯藏室限定了一個(gè)容積并且可以包括一個(gè)頭管、一個(gè)尾管和多個(gè)在頭管和尾管之間有流體連通的毛細(xì)管。該方法進(jìn)一步包括將空氣從貯藏室排出的步驟，和引入導(dǎo)熱流體從而用液相流體充滿貯藏室的第一部分，用氣相流體充滿貯藏室的剩余部分的步驟。
貯藏室中的流體根據(jù)應(yīng)用的需要可以被加熱或冷卻。優(yōu)選在充入貯藏室的流體中，液相占據(jù)貯藏室容積的40％-70％。氣相占據(jù)貯藏室容積的30％-60％。在優(yōu)選的冷卻應(yīng)用中，充入合適的冷卻劑直到液相占據(jù)了貯藏室容積的60％-70％，而氣相占據(jù)容積的30％-40％。在加熱應(yīng)用中，充入合適的流體直到液相占據(jù)了內(nèi)部容積的40％-50％，而氣相占據(jù)容積的50％-60％。在向貯藏室充入導(dǎo)熱流體前，該方法還包括將所有陷入的空氣基本上從流體貯藏室中排除(在貯藏室內(nèi)形成真空)的步驟。在本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)中優(yōu)選使用某些導(dǎo)熱流體。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例元件的透視圖和局部剖視圖。
圖2是圖1實(shí)施例中一些選擇的元件的放大局部透視圖。
圖3是示于圖1的實(shí)施例的部件分解透視圖。
圖4是示于圖3的一個(gè)元件的放大局部剖視圖，為了顯示出該元件的一個(gè)面將它轉(zhuǎn)動(dòng)了90度。
圖5是示于圖4的實(shí)施例的上部部件的放大局部剖視圖。
圖6是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中多個(gè)換熱器已經(jīng)排列成與熱電模塊的直列實(shí)現(xiàn)熱接觸。
圖7是示于圖6的實(shí)施例的分解透視圖。
圖8是示于圖7的實(shí)施例的示意性橫截面視圖。
圖9是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的分解透視圖，其中多個(gè)熱電模塊列沿著共面熱管陣列在垂直方向上排列。
圖10是圖9實(shí)施例中熱管的放大局部視圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中以透視圖的形式繪出了換熱器管路230。管路230包括在垂直方向上位于尾管(供應(yīng)管)234上面的頭管231。端部支撐物232是連接著頭管231和尾管234的固體棒。棒232提供額外的支撐以加強(qiáng)管路結(jié)構(gòu)從而防止空心輻射肋233的意外扭曲或損壞。
參考圖1、2和4，每個(gè)輻射肋233都是平坦、伸長的，并且基本上空心的平面結(jié)構(gòu)。每個(gè)輻射肋233都具有一個(gè)伸長面15和一個(gè)與之相對(duì)的面(未示出)。這兩個(gè)互相相對(duì)的面由輻射肋233兩個(gè)對(duì)應(yīng)的外壁所限定。包括面15的外壁表面都具有肋狀凸起10以增強(qiáng)換熱。每個(gè)輻射肋233的內(nèi)部被內(nèi)壁17分成通道235。通道在每個(gè)輻射肋的長度方向上延伸并且在輻射肋相對(duì)的頂端和底端是敞開的。
圖3示出了單個(gè)管路230的各個(gè)元件。當(dāng)把管路完全安裝好后，輻射肋233連接到頭管和尾管上。接觸孔14提供了管口，這樣能夠?qū)⑽补堋㈩^管和毛細(xì)管的內(nèi)部腔室中的空氣排除，直到產(chǎn)生一個(gè)接近真空的狀態(tài)(在優(yōu)選的系統(tǒng)中大致達(dá)到10-6托)。然后用接觸孔14給尾管、頭管和毛細(xì)管的內(nèi)部腔室充入為特定應(yīng)用所選擇的導(dǎo)熱流體。當(dāng)管路中充好適當(dāng)?shù)牧黧w后，使用一個(gè)合適的塞子或帽236將接觸孔封閉。用合適的方法將帽236固定在接觸孔14上以防止帽236丟失或流體排出。帽可以通過螺紋或其它方式固定，并且允許維護(hù)人員能夠檢查管路中的流體。如果需要，選擇可替換的帽，這允許技術(shù)人員替換、沖洗或加入流體。每個(gè)輻射肋233的下端3都固定到尾管234上。優(yōu)選將每個(gè)下端3都插入沿著尾管234的頂壁設(shè)置的對(duì)應(yīng)孔12中。與之類似，如圖5所示，每個(gè)輻射肋233的上端33都通過將肋的上端33插入頭管231下壁上的對(duì)應(yīng)孔22中以將其固定在頭管231上。內(nèi)部通道235分別通入尾管234和頭管231中，從而在尾管234和頭管231的內(nèi)部腔室之間提供流體連通。
一直列熱電模塊250位于靠近尾管234的地方。對(duì)齊每個(gè)熱電模塊250使得每個(gè)冷卻面在箭頭C指示的方向冷卻。每個(gè)模塊的加熱面在箭頭H指示的方向放出熱量。當(dāng)這個(gè)直列位于與尾管234的對(duì)應(yīng)面23接觸的位置時(shí)，模塊加熱尾管，從而加熱密封管路單元230內(nèi)所含的內(nèi)部流體。這樣流體在加熱管233內(nèi)部內(nèi)的毛細(xì)管中表現(xiàn)出向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(用箭頭T表示)。當(dāng)向上運(yùn)動(dòng)的流體到達(dá)頭管231的內(nèi)部腔室中時(shí)，流體傾向于沿著頭管流動(dòng)。
從未示出的適當(dāng)電源給熱電模塊提供電流。電源通常是直流電單元，選擇電源時(shí)要注意滿足熱電模塊的適當(dāng)操作要求和對(duì)于特定應(yīng)用的傳熱要求?？梢詫?duì)便攜換熱器單元提供電池電源、便攜發(fā)電機(jī)或其它形式的電源。可以根據(jù)需要選擇其它合適的電源。
本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員能夠理解只要將給熱電模塊提供的電流的電極反向就能夠?qū)犭娔K的冷卻面改變?yōu)榧訜崦?或者相反)。例如在某個(gè)特定的換熱器組件中，可能需要把給熱電模塊提供的電流的電極反向。有些時(shí)候根據(jù)操作者所選擇的運(yùn)行設(shè)定，能夠使用同一個(gè)組件用來加熱和冷卻。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可以用管路產(chǎn)生電流。例如，可以在這樣一個(gè)系統(tǒng)中使用管路，在該系統(tǒng)中將加熱的流體泵入環(huán)繞熱電模塊一側(cè)的流體套管中(未示出)。這樣的系統(tǒng)在與太陽能加熱系統(tǒng)和其它應(yīng)用聯(lián)合使用時(shí)特別有用。
圖6、7和8示出了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，它是由三個(gè)一樣的管路210、220、230組合在一起的換熱器裝置200。上加熱管路210和230固定在內(nèi)部的下冷卻管路220的相對(duì)側(cè)上。給長螺栓280(設(shè)有裝配墊圈281)提供相應(yīng)的螺母282，這樣當(dāng)把它們固定在一起時(shí)，螺栓和螺母的裝配將外部夾緊板44和45固定，從而把管路固定在其位置上。兩直列熱電模塊240和250夾在管路210、220和230的對(duì)應(yīng)尾管214、224和234之間。絕緣襯墊260和270由適當(dāng)?shù)慕^緣材料制成。每個(gè)襯墊提供在尺寸上與對(duì)應(yīng)熱電模塊列相應(yīng)的內(nèi)部空間。直列模塊240和250配合到絕緣襯墊260和270之中以減少沿模塊接觸邊緣的不想要的傳熱。還可以適當(dāng)?shù)丶訌?qiáng)襯墊以防止在裝配多個(gè)管路裝置時(shí)如果螺栓和螺母配合過緊所引起的熱電模塊意外斷裂或損壞。
如圖8所示，布置熱電模塊使得直列240中的所有模塊的定位能夠讓它們的冷卻面冷卻與之鄰近的管路220中尾管224的外壁。與之類似，定位直列250中的熱電模塊使得它們的冷卻面冷卻管路220中尾管224相對(duì)側(cè)的外壁。下管路220的冷卻效果(由箭頭C表示)引起設(shè)在下部輻射肋223中的毛細(xì)管(未示出)中的導(dǎo)熱流體有一個(gè)一致向下的移動(dòng)TC。被冷卻的流體傾向于向下部的頭管221流動(dòng)。同時(shí)，熱電模塊列240和250的加熱面加熱與之鄰近的上管路210、230的尾管214和234的外壁。對(duì)尾管214和234的加熱導(dǎo)致設(shè)在上部管路210、230中的上部輻射肋213、233中的毛細(xì)管(未示出)中的導(dǎo)熱流體有一個(gè)一致向上的移動(dòng)TH。加熱的流體傾向于向上流到上管路210、230的上部頭管211、231中。
參考圖9和圖10給出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，它的特點(diǎn)是在垂直方向上放置的加熱管220構(gòu)成共面列。共面排列的加熱管220固定到尾管230和頭管210上并且與它們流體連通。在這個(gè)實(shí)施例中，管路(未示出)的尾管被管230的環(huán)形套管圍繞。管230設(shè)有流體入口和流體出口，以允許流體沿管230的縱向軸線移動(dòng)。第二種流體從流體進(jìn)口被泵入，進(jìn)入管230的環(huán)形套管中，并且第二種流體通過流體出口流出。管路中的導(dǎo)熱流體不與在管230的套管中流動(dòng)的第二種流體實(shí)現(xiàn)流體連通。
被固定的多個(gè)水平列熱電模塊與共面列熱管220緊密接觸。在這種特定的換熱器系統(tǒng)中，優(yōu)選定位熱電模塊240的加熱面(未示出)使得它們加熱所含的流體，使流體向上移動(dòng)到端部封閉的頭管210。另一種導(dǎo)熱流體可以從冷卻套管299泵入。應(yīng)該理解由于定位模塊的加熱面來加熱熱管220，模塊的冷卻面與冷卻套管299接觸以冷卻流經(jīng)冷卻套管的流體。
本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員能夠理解可以在很大的范圍內(nèi)選擇導(dǎo)熱流體，它們或者是基于水的流體，或者是不基于水的流體。當(dāng)想要使用基于水的系統(tǒng)時(shí)，可以加入防凍劑來避免意外的凍結(jié)以保護(hù)系統(tǒng)?？梢赃x擇適當(dāng)?shù)奶砑觿┮员苊庠诿?xì)管和管路其它內(nèi)部表面形成水垢和其它的沉積。否則在操作換熱器系統(tǒng)的過程中那些不想要的沉積會(huì)使得換熱效率下降。
在應(yīng)用于本發(fā)明的管路中時(shí)，一些導(dǎo)熱流體能夠顯示出特別有用的特征。下表給出了在一些應(yīng)用中使用的幾種流體，其中最優(yōu)選導(dǎo)熱流體“OS-12b”。
表11)OS-600aTM

2)OS-22aTM

3)FOR12BTM

4)FOR12ATM

5)OS-12bTM

6)OS-12aTM

6)OS-502aTM

上面的表1是從韓國Technochem有限責(zé)任公司發(fā)布的信息復(fù)制的(http//www.technochem.com)。
TM-韓國Technochem有限責(zé)任公司注冊商標(biāo)在選擇適當(dāng)?shù)牧黧w后，優(yōu)選將空氣從管路內(nèi)部排除。例如，空氣可以通過接觸孔14排除。在優(yōu)選實(shí)施例中，大約有96％的內(nèi)部空氣被移出，隨后將導(dǎo)熱流體充入管路貯藏室的內(nèi)部。在與冷卻應(yīng)用聯(lián)系的優(yōu)選例子中，在充入流體時(shí)將液相流體充滿流體貯藏室的內(nèi)部容積的大約60％-70％，內(nèi)部容積剩下的30％-40％留給氣相。盡管這是優(yōu)選的流體填充量，在其它情況也可以選擇其它量。例如在加熱應(yīng)用中，選擇適當(dāng)?shù)牧黧w并且內(nèi)部容積的大約40％-50％充滿液相，大約50％-60％的內(nèi)部容積充滿所選擇導(dǎo)熱流體的氣相。
在涉及本發(fā)明的換熱器管路中，一些導(dǎo)熱流體適用于加熱應(yīng)用，而另外一些流體則更適用于冷卻應(yīng)用中。例如，如R-142、R-141B這些傳統(tǒng)的制冷劑和其它一些制冷劑與適當(dāng)改造的換熱器管路一起用于冷卻應(yīng)用中。與一些基于傳統(tǒng)氟碳化合物的制冷劑比較，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到最近得到的0S-12bTM和0S-12aTM流體可以提供一些與環(huán)境相關(guān)的益處。
可以使用其它的傳統(tǒng)流體。例如在加熱應(yīng)用中，可以考慮使用包括水、丙酮、乙醇和甲醇在內(nèi)的傳統(tǒng)流體作為理想的、價(jià)格較低的導(dǎo)熱流體。上表1中給出了一些其它對(duì)環(huán)境有潛在益處的、可用在加熱應(yīng)用中的導(dǎo)熱流體?？梢源_信在適合的應(yīng)用中，一種或多種這些流體能夠代替那些可能給環(huán)境帶來問題的流體。但是，應(yīng)該理解前面那些有潛在益處的流體范例僅僅是示意性的，絕不是這些范例包括了所有合適的導(dǎo)熱流體。
在一些換熱器系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)由鋁制成的管路特別有用處。還發(fā)現(xiàn)具有直徑大約為4mm的橫截面的毛細(xì)管在換熱應(yīng)用中特別有用。在其它一些情況，可能需要使用具有更小有效直徑的毛細(xì)管。當(dāng)觀察其橫截面時(shí)，毛細(xì)管的管通常是長方形，并且具有1mm×1.4mm的尺寸或更小。在其它情況下，毛細(xì)管的橫截面尺寸可以具有大約0.5mm×0.6mm的尺寸。當(dāng)然根據(jù)不同的設(shè)計(jì)考慮也可以選擇其它尺寸的毛細(xì)管。
但是，毛細(xì)管的最佳尺寸可以根據(jù)在特定換熱器系統(tǒng)中所選擇的導(dǎo)熱流體的物理性質(zhì)而改變。例如，表面張力、流體粘性和其它因素可能影響在特定系統(tǒng)中的毛細(xì)管最佳有效直徑。很多因素可能影響流體性能并且由此影響設(shè)在換熱器系統(tǒng)中的毛細(xì)管的最佳和最大直徑。
應(yīng)該理解部分由于對(duì)流體的加熱和冷卻以及對(duì)管路毛細(xì)管中流體的毛細(xì)管作用，導(dǎo)熱流體傾向在管路內(nèi)部通道內(nèi)流動(dòng)。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于不必提供循環(huán)泵以在管路內(nèi)部腔室循環(huán)導(dǎo)熱流體。盡管有時(shí)可以加上循環(huán)泵，這樣的泵對(duì)于循環(huán)管路中的導(dǎo)熱流體來說并不是必需的。還應(yīng)該注意在一些應(yīng)用中，可以提供循環(huán)泵以循環(huán)第二種流體，第二種流體與管路和熱電模塊的一個(gè)或多個(gè)外部表面具有熱交換。
在本領(lǐng)域中熱電模塊也稱為Peltier裝置。Peltier裝置以前的一些例子通常具有類似晶片的結(jié)構(gòu)，在施加電流時(shí)它們產(chǎn)生加熱和冷卻效應(yīng)。在多數(shù)實(shí)施例中，使用直流電源對(duì)目標(biāo)體或系統(tǒng)組件產(chǎn)生均勻加熱或冷卻效應(yīng)。
盡管上面描述了優(yōu)選實(shí)施例，并且對(duì)本發(fā)明其它幾個(gè)實(shí)施例的描述已經(jīng)描述了與熱電模塊熱連通的換熱器管路的使用，管路也可以使用在其它系統(tǒng)中。在一些系統(tǒng)中，管路可能不與熱電模塊直接接觸。在其它的情況，管路可能用在不包括熱電模塊的換熱系統(tǒng)中。
已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明。但是，對(duì)具有本領(lǐng)域通常技能的人員來講其它的實(shí)施例是顯然的。這里意圖將其它的實(shí)施例包括在所附權(quán)利要求所要求的本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于換熱器中的管路，管路包括一個(gè)伸長的頭管，它限定了第一縱軸，頭管與多個(gè)伸長的熱管流體連通，每個(gè)熱管限定了多個(gè)毛細(xì)管通道，通道與伸長的尾管流體連通，尾管限定了第二縱軸，第二縱軸與第一縱軸平行，管路限定了導(dǎo)熱流體的內(nèi)部貯藏室，還限定了一個(gè)與內(nèi)部流體貯藏室流體連通的開口，貯藏室限定了流體循環(huán)回路，包括一個(gè)由頭管限定的內(nèi)部腔室，一個(gè)由尾管限定的內(nèi)部腔室，和多個(gè)毛細(xì)管通道，和當(dāng)管路在運(yùn)行中時(shí)，管路限定了一個(gè)第一基本垂直的平面。
2.如權(quán)利要求1所述的管路，限定了外部傳熱表面。
3.如權(quán)利要求2所述的管路，其中傳熱表面限定了一個(gè)與多個(gè)熱電模塊熱連通的第二平面。
4.如權(quán)利要求3所述的管路，其中傳熱表面由頭管、尾管和排列成平面列的熱管中的一個(gè)或多個(gè)所限定。
5.如權(quán)利要求4所述的管路，其中接觸孔是可重新密封的，用來防止接觸到內(nèi)部貯藏室。
6.如權(quán)利要求4所述的管路，其中每個(gè)熱管包括一對(duì)相對(duì)且平行的平面外壁，熱管中的毛細(xì)管通道由多個(gè)在熱管內(nèi)從一個(gè)外壁延伸到另一個(gè)外壁的內(nèi)壁所限定。
7.如權(quán)利要求6所述的管路，其中毛細(xì)管通道在熱管內(nèi)形成了單層毛細(xì)管。
8.如權(quán)利要求7所述的管路，其中毛細(xì)管通道所限定的橫截面直徑小于4mm。
9.如權(quán)利要求8所述的管路，它由導(dǎo)熱材料制成。
10.如權(quán)利要求9所述的管路，其中毛細(xì)管通道沿著管路所限定的第一平面延伸。
11.如權(quán)利要求10所述的管路，其中在管路運(yùn)行時(shí)管路限定了一個(gè)上端和一個(gè)下端，當(dāng)管路與熱電模塊一起運(yùn)行來冷卻導(dǎo)熱流體時(shí)，傳熱表面靠近上端，當(dāng)管路與熱電模塊一起運(yùn)行來加熱導(dǎo)熱流體時(shí)，傳熱表面靠近下端。
12.如權(quán)利要求11所述的管路，其中傳熱表面由尾管限定。
13.如權(quán)利要求12所述的管路，其中尾管限定了接觸孔。
14.如權(quán)利要求11所述的管路，其中熱管的平面表面是共面的并且與第一和第二縱軸對(duì)齊。
15.如權(quán)利要求14所述的管路，其中接觸表面由熱管的共面表面限定。
16.如權(quán)利要求15所述的管路，為與貯藏室流體連通限定了進(jìn)口和出口。
17.如權(quán)利要求4所述的管路，與第二個(gè)類似的管路一起裝配，在裝配好后，管路的換熱表面與熱電模塊行所限定的加熱面或者冷卻面熱連通，并且第二個(gè)管路的換熱表面與熱電模塊行所限定的另一個(gè)加熱面或者冷卻面熱連通，當(dāng)裝配好管路運(yùn)行時(shí)，熱電模塊行位于管路和第二個(gè)管路之間。
18.如權(quán)利要求17所述的管路，包括夾緊元件來將管路固定到第二個(gè)管路上。
19.如權(quán)利要求18所述的管路，其中夾緊元件包括一個(gè)第一夾緊板，它緊靠管路所限定的第一外壁放置，還包括一個(gè)第二夾緊板，它緊靠第二個(gè)管路所限定的第二外壁放置，而且包括一個(gè)緊固元件以促使管路靠向第二個(gè)管路。
20.如權(quán)利要求19所述的管路，包括一個(gè)襯墊，它限定了一個(gè)內(nèi)部腔室，襯墊定位在靠近管路傳熱表面的地方，腔室限定了一個(gè)伸長的空間以容納熱電模塊行。
21.如權(quán)利要求1所述的管路，限定了一個(gè)與多行熱電模塊熱連通的傳熱表面。
22.一種提供換熱系統(tǒng)的方法，包括提供一個(gè)具有限定容積的封閉流體貯藏室；將空氣從貯藏室排除；將導(dǎo)熱流體引入貯藏室；用液相流體充入貯藏室的第一部分；和用氣相流體充入貯藏室的第二部分。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，包括加熱或冷卻貯藏室內(nèi)流體的步驟。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中充入流體直到液相占據(jù)貯藏室容積的大約40％到70％，并且氣相占據(jù)貯藏室容積的大約30％到60％。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中流體從下面這組流體中選擇OS-600a，OS-22a，F(xiàn)OR12B，F(xiàn)OR12A，OS-12b，OS-12a，OS-502a，R-142，R-141B，水，丙酮，乙醇和甲醇。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中在將導(dǎo)熱流體引入貯藏室之前幾乎將所有的空氣從貯藏室排除。
27.一種用于換熱器中的管路，管路包括一個(gè)伸長的頭管，它限定了第一縱軸，頭管與多個(gè)伸長的熱管流體連通，每個(gè)熱管限定了多個(gè)毛細(xì)管通道，通道與伸長的尾管流體連通，尾管限定了第二縱軸，第二縱軸與第一縱軸平行，管路限定了導(dǎo)熱流體的內(nèi)部貯藏室，還限定了一個(gè)與內(nèi)部流體貯藏室流體連通的開口，當(dāng)管路在運(yùn)行中時(shí)，管路限定了一個(gè)第一基本垂直的平面，和一個(gè)外部傳熱表面，它為與多個(gè)熱電模塊熱連通限定了第二平面。
28.如權(quán)利要求27所述的管路，其中在管路運(yùn)行時(shí)管路限定了一個(gè)上端和一個(gè)下端，當(dāng)管路與熱電模塊一起運(yùn)行來冷卻導(dǎo)熱流體時(shí)，傳熱表面靠近上端，當(dāng)管路與熱電模塊一起運(yùn)行來加熱導(dǎo)熱流體時(shí)，傳熱表面靠近下端。
29.如權(quán)利要求1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20，21，27，或28所述的管路，其中管路為導(dǎo)熱流體循環(huán)限定了一個(gè)封閉回路，封閉回路包括一個(gè)由尾管限定的蒸發(fā)區(qū)，和一個(gè)由頭管限定的冷凝區(qū)。
30.如權(quán)利要求1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20，21，27，28或29所述的管路，其中第一和第二縱軸是直線。
全文摘要
一種換熱器包括一個(gè)管路，管路具有多個(gè)平行的熱管，這些熱管在頭管和尾管或供應(yīng)管之間延伸。尾管與頭管平行。熱管限定了許多毛細(xì)管，這些毛細(xì)管在頭管和尾管之間并行延伸。頭管、尾管和毛細(xì)管的空心內(nèi)部在管路內(nèi)限定了流體貯藏室。這些貯藏室容納導(dǎo)熱流體。管路提供換熱表面?？梢远ㄎ粨Q熱表面與熱電模塊行的冷卻面或加熱面接觸。換熱表面位于頭管、尾管或熱管上。當(dāng)對(duì)熱電模塊施加電流時(shí)，對(duì)貯藏室內(nèi)部所含流體的冷卻或加熱效應(yīng)導(dǎo)致流體在毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)以增強(qiáng)換熱。管路可以用一個(gè)或多個(gè)類似的管路裝配起來從而第一個(gè)管路被模塊行加熱而第二個(gè)鄰近管路被同一個(gè)位于兩個(gè)管路之間的模塊行冷卻。
文檔編號(hào)F25B21/02GK1556912SQ02814702
公開日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2002年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月20日
發(fā)明者李載赫 申請(qǐng)人:謁磨技術(shù)株式會(huì)社