CN101706149B

CN101706149B - 具有热管冷凝热回收机构的空调器

Info

Publication number: CN101706149B
Application number: CN2009101855595A
Authority: CN
Inventors: 裴刚; 张涛; 季杰; 符慧徳
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-11-20
Also published as: CN101706149A

Abstract

本发明涉及具有热管冷凝热回收机构的空调器。该空调器包括压缩机、蒸发器、节流阀和冷凝器；还包括冷凝热回收机构，该机构包括冷却水箱和五根以上的热管，所述热管为热二极管，其两端封闭，其内设有工作介质，其中部为绝热段，两侧分别为蒸发段和冷凝段；所述热管的蒸发段嵌入冷凝器的冷凝盘管中，冷凝器的热管冷凝段浸入冷却水箱中。本发明的优点在于：可以有效的控制冷凝温度，保证空调的正常运行；结构简单，维护方便；选择合适的工质，理想情况下可获得接近压缩机出口温度的热水。总之本发明用热管直接转移冷凝盘管中的蒸气热量来制取生活热水。在没有增加系统的负荷和复杂性的基础上，克服了现有技术以牺牲空调性能或寿命实现热回收的弊端。

Description

具有热管冷凝热回收机构的空调器

技术领域

本发明涉及具有冷凝热回收机构的空调器。

背景技术

随着经济的日益发展和人民生活水平的提高，空调的应用也越来越普及。空调作为能源消耗大户，在整个能源的合理利用和有效节能中应起到带头作用。由压缩式制冷的工作原理可以得到机组在制冷工况下运行时要向环境排放大量的冷凝热，其值可达制冷量的1.1-1.3倍。采用热回收装置可充分利用空调系统的废热，减少大气环境污染，同时提供免费的生活用水，是-条变废为宝的节能途径；同时可以减少向大气排放的废热，减轻了大气污染，改善生态环境，因此对空调冷凝热的回收是十分必要的。

传统的空调冷凝热回收方式是直接将冷凝盘管放入水箱中或是冷凝盘管直接与水接触。其回收方式是通过压缩机出来的过热工质蒸气通过冷凝盘管与水箱中的水换热来制取生活热水，同时过热蒸气被冷凝成液态完成冷凝过程。但随着换热的进行，水温逐渐升高，冷凝器的冷凝效果会受到影响；同时，当水温大于冷凝温度时，系统的冷凝温度会被动的提高，会降低空调的制冷效果、性能，同时影响空调的寿命。还有就是开始时，水箱温度低，会过度冷凝，即从冷凝器出来的液体温度小于冷凝温度，我们称之为“过冷”，这样情况下由于减少了系统的工质流量反而使得其制冷效果降低，也应当尽量避免。因此，传统的冷凝热回收方式虽然也能制取生活用热水，但是是在牺牲了空调性能或寿命的前提下进行的，有利有弊。

热管是一种高效的导热元件，通过一个很小的面积可以传递大量的热量。除了效率高之外，它还具有体积紧凑、重量轻、无噪声、不需辅助传动部件。热管沿轴向分为蒸发段、绝热段、冷凝段。重力热管是热管中的一种，没有吸液芯(因此其热阻小、反应快、结构简单、成本低)，通过冷凝液自身的重力就能返回蒸发段，因此不需外加动力；并且可以远距离传输热；重力热管和分离式热管是只能沿一个方向(由下而上)传热的热二极管。

发明内容

为了提高空调冷凝热的回收率，本发明提供一种具有热管冷凝热回收机构的空调器。

本发明的技术改进方案如下：

具有热管冷凝热回收机构的空调器包括压缩机、蒸发器、节流阀和空调冷凝器，所述冷凝器包括五根以上的冷凝盘管，

还包括由冷却水箱和五根以上的热管构成的冷凝热回收机构；所述热管为热二极管，其两端封闭，其内设有工作介质，其中部为绝热段，两侧分别为蒸发段和冷凝段；所述热管的蒸发段嵌入空调冷凝器的冷凝盘管中，热管的冷凝段位于冷却水箱内；所述冷却水箱位于空调冷凝器上方。

强迫对流时所述热管的冷凝段位于联箱内，联箱两侧分别设有进水口和出水口，进水口和出水口分别通过水管连接着冷却水箱，一侧水管上串联有水泵以便与水箱实现对流；所述联箱位于空调冷凝器上方。

所述热管内工作介质的工作温度范围为-20-70℃。

本发明是将热管与传统的冷凝热回收结合起来，将热管引入热回收中。回收过程是热管蒸发段吸收冷凝盘管中的热量后传送到热管冷凝段，热管冷凝段与冷却水箱中的水热交换，将热量传递给水。

本发明的优点在于：(a)可以有效的控制冷凝温度，保证空调的正常运行。由于热管的二极管性质，当冷凝盘管(1)中工质温度大于水箱中水的温度时，热管启动，将冷凝热传递给水箱中的水。当冷凝盘管(1)中工质的温度小于水箱中水的温度时，热管关闭，水中的热量不会传递到冷凝旁管(1)中。克服了沉浸式冷凝温度被动提高的缺点，同时可以克服因过度冷凝出现的“过冷”的问题。(b)减少冷凝盘管的长度。普通的通过冷凝旁管与空气或水换热，为保证其冷凝温度，往往需要很大的冷凝面积，使得冷凝旁管长度很长，不利于空调的集成。热管的高效性、可远距离传输热的特点，可以有效的减少冷凝盘管的长度。(c)结构简单，维护方便。对此结构的检查只有两个方面，一是热管与冷凝旁管处的密封，二是热管的性能。只要保证两者的正常，即可保证系统的正常运行。(d)选择合适的工质，理想情况下可获得接近压缩机出口温度的热水。压缩机出口处温度一般都是过热状态，工质被冷凝时状态变化一般为过热一饱和一过冷(当水温低时)。热管的二极管特点表明只要冷凝段温度低于蒸发段温度就可以将蒸发段的热传到冷凝段。因此理想情况下，此装置可以获得接近压缩机出口处温度的水温，同时不用担心“过冷”问题。

因此本发明用热管直接转移冷凝盘管中的蒸气热量来制取生活热水。在没有增加系统的负荷和复杂性的基础上，解决了传统式的热回收中的弊端。

附图说明

图1为自然对流式热管冷凝热回收系统示意图，

图2为强迫对流式热管冷凝热回收系统示意图，

图3为重力式热管与冷凝旁管串联示意图，

图4为分离式热管与冷凝旁管串联示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

自然对流式热管冷凝热回收系统

参见图1，具有热管冷凝热回收机构的空调器包括压缩机5、蒸发器6、节流阀7、空调冷凝器8和冷凝热回收机构。冷凝器包括五根以上的冷凝盘管1。冷凝热回收机构包括冷却水箱9和五根以上的热管12，为自然对流式，见图3。热管12为重力式热二极管，且其两端封闭，其内设有工作介质，工作介质的工作温度范围为-20-70℃；热管12中部为绝热段，两侧分别为蒸发段和冷凝段；热管的蒸发段2嵌入冷凝器的冷凝盘管1中。冷却水箱9位于空调冷凝器8上方。

空调系统工作时，当空调管道中工质的温度大于水箱中的水温时，热管蒸发段2吸收工质的热量，通过热管绝热段3在热管冷凝段4中被冷凝加热水箱9中的水。水箱中水的温度大于冷凝盘管中工质的温度时，由于热二极管的作用，热量不会逆循环到工质中，这就保证了空调的冷凝温度不会被动升高，有利于空调系统的正常的工作。

实施例2

在自然对流式的冷凝热回收系统中，冷凝段4直接放在水箱中加热水，但这样由于热管的长度的限制和冷凝段4的大小对水箱位置的要求比较严格。采用图4所示冷凝热回收机构结构，其中热管为分离式热管，其热管冷凝段4放入冷却水箱9中。分离式热管可在一定程度上增大热管冷凝段4和热管蒸发段2之间的距离，可以较远距离传输热，有利于系统的集成。

其它结构同实施例1。

实施例3

强迫对流式热管冷凝热回收系统

参见图2，具有热管冷凝热回收机构的空调器包括压缩机5、蒸发器6、节流阀7、空调冷凝器8和冷凝热回收机构。冷凝热回收机构包括冷却水箱9、联箱10、泵11和五根以上的热管12，热管为重力式热二极管；热管12的蒸发段2嵌入空调冷凝器的冷凝盘管1中，热管12的冷凝段4位于联箱10内，联箱10两侧分别设有进水口和出水口，进水口和出水口分别通过水管13连接着冷却水箱9，联箱10位于空调冷凝器8上方，一侧联箱水管上串联有水泵11以便实现联箱10与冷却水箱9的强制对流。

强迫对流式热管冷凝回收系统其工作原理和自然对流式的基本相同，区别就在于：自然对流式是将热管冷凝段4直接放入冷却水箱9中，而强迫式是先加热联箱10中的水，然后通过水泵11实现水的循环流动从而达到加热整体的目的。强迫对流式冷却水箱9的位置要求不严格，选择合适的水泵和水管即可实现水箱位置的自由变动。

实施例4

在实施例3的基础上，将热管改为分离式热管，其它同实施例3，此时的热管冷凝段4是放在联箱10中，通过水泵实现与水箱9的强迫对流。重力式热管和分离式热管工作方式基本相同，但分离式热管可在一定程度上增大热管冷凝段4和热管蒸发段2之前的距离，可以较远距离传输热，有利于系统的集成。

Claims

1.具有热管冷凝热回收机构的空调器，包括压缩机、蒸发器、节流阀和空调冷凝器，所述冷凝器包括五根以上的冷凝盘管，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的具有热管冷凝热回收机构的空调器，其特征在于：强迫对流时所述热管的冷凝段位于联箱内，联箱两侧分别设有进水口和出水口，进水口和出水口分别通过水管连接着冷却水箱，一侧水管上串联有水泵以便与水箱实现对流；所述联箱位于空调冷凝器上方。