CN102944052A

CN102944052A - 板式脉动热管新风回热器

Info

Publication number: CN102944052A
Application number: CN2012104484512A
Authority: CN
Inventors: 李元阳; 刘振华; 陈彦君; 庞乐
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2013-02-27

Abstract

一种板式脉动热管新风回热器，其由换热器壳体、隔板和板式脉动热管换热板组构成，其中，换热器壳体为一前后开口的“口”字形空心壳体，其左右两内壁上对称地设有多条水平的侧壁插槽，隔板直立于换热器壳体的正中央并将该换热器壳体的内腔分割为左右两部分，该隔板上开设有位置与侧壁插槽对应的多个长方形通孔，板式脉动热管换热板组包括若干板式脉动热管换热板，该板式脉动热管换热板穿过隔板的长方形通孔，并且两端分别插入换热器壳体的侧壁插槽中。本发明运行不受重力场的影响，避免了换季时需换向的问题，具有换热效率高、换热量大、新旧风不会污染的优点，适用于空调系统的新风换热系统。

Description

板式脉动热管新风回热器

技术领域

本发明涉及一种能量回收装置，具体涉及一种用于空调系统的板式脉动热管新风回热器，属于热能技术领域。

背景技术

随着我国空调应用的逐年增加并普及，如何处理好空调系统对传统能源的急剧需求与能源危机之间的关系，可以说是当前乃至以后空调行业发展中亟待解决的问题。在空调系统运行过程中，新风能耗所占比例约为25%~30%，然而空调系统的排风所带走的冷量或热量往往被人们忽视以致未被利用而白白浪费掉。因而，加大对这部分能量的利用，对能源需求的缓解和促进空调行业的发展将起到一定的推动作用。由此新风换热器便应运而生，据资料统计，在室内、外新风换热装置中，国际目前上流行的是传统的板式和轮转式能量回收装置，虽然其具有的换热效率并不低，但当大气环境不理想时，这些装置常存在着易堵塞、新旧风交叉污染、不易维修、寿命短、发生泄漏时不好处理等缺陷。

为了能较好地克服传统换热器的缺点，对于热管式换热器的研究与应用便被人们提上了议程。这是由热管本身的性能特点而决定的：首先，热管具有很强的导热能力，与银、铜、铝等金属相比，单位质量的热管可以传递几个数量级的热量；其次，热管的热响应快、启动所需的时间短，以及在较小的冷热气流温差驱动下即可进行换热。此外，以热管为传热单元的热管换热器与常规换热器相比，其独特的优势主要表现为：传热效率高，热管换热器是以热管为传热单元，因而具有很高的导热能力，能实现较好的传热效果；热管内部是基于相变原理工作，因而热管换热器的热响应快、传热量大、启动时间短；热管的热力循环是在一个独立元件中完成，因而没有附加外部力；等温性能好，管壁温度可调；热管换热器的体积小、重量轻。

然而普通的热管换热器都存在一定的局限性，如重力式热管、分离式热管都要求冷凝段的安装位置要高于蒸发段，而毛细热管虽然能够解决对于安装位置的要求，但是却具有结构复杂、成本较高的缺点。

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号：01113028.8，发明名称为：回热型水平热管空调换气装置。该技术主要由水平热管、同轴双翼通风机、新风过滤层等组成，横流风机从进气换热室中引凤，离心风机向排气换热室中鼓风，从而热管左右两侧的空气逆向流动。整个装置结构紧凑，换热效果好。但是该装置存在有换热面积小、流通阻力大且无法换向的不足。

中国专利申请号：03129533.9，发明名称为：热管式中央空调空气热回收装置。该专利主要包括热管换热器、冷空气换热腔体、热空气换热腔体、若干风阀和若干风口接头等，该装置没有运动部件，不消耗任何额外能量，适应性强，维护方便。但是该装置具有结构复杂，制造难度大，换向装置容易漏气而形成新旧风交替污染的缺陷。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种板式脉动热管新风回热器，其采用脉动热管原理换热，不仅体积小、重量轻、热响应快，而且换热效率高、换热量大，此外，运行不受重力场的影响，用于空调系统的新风换热系统内可以避免一般热管换热器在换季时需换向的问题；本发明还提供一种板式脉动热管新风回热器中板式脉动热管换热板的制造方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种板式脉动热管新风回热器，其由换热器壳体、隔板和板式脉动热管换热板组构成，其中，换热器壳体为一前后开口的“口”字形空心壳体，其左右两内壁上对称地设有多条水平的侧壁插槽，隔板直立于换热器壳体的正中央并将该换热器壳体的内腔分割为左右两部分，该隔板上开设有位置与换热器壳体的侧壁插槽对应的多个长方形通孔，板式脉动热管换热板组包括若干板式脉动热管换热板，该板式脉动热管换热板穿过隔板的长方形通孔，并且两端分别插入换热器壳体左右内壁上的侧壁插槽中。

所述的板式脉动热管换热板为矩形，其包括传热翅片、脉动热管管路和入口管路，其中，脉动热管管路和入口管路设置于传热翅片的内层中，其内部填充有工质液体，脉动热管管路由多条直管路和多条半圆环管路首尾相接而成，入口管路位于传热翅片的边缘且与脉动热管管路相接。

所述的工质液体为氨、丙酮、制冷剂R11、制冷剂R21或制冷剂R113。

所述的脉动热管管路和入口管路的通道截面为直径为1cm以下的圆形或短轴为1cm以下的椭圆形。

所述的换热器壳体由不锈钢制成，所述的隔板由聚苯乙烯挤塑式保温板制成，所述的板式脉动热管换热板由铝板制成。

本发明的又一技术方案如下：

一种上述板式脉动热管换热板的制造方法，其采用吹胀法工艺，步骤如下：

1）对矩形铝板的表面进行化学处理：第一步，除去油垢，第二步，进行碱腐蚀，第三步，形成酸上膜，第四步，热水封闭；

2）在铝板上用阻焊剂印刷出脉动热管管路和入口管路的图样，并将之烘干；

3）压合铝板并吹胀管路：第一步，将两印有管路图样的铝板对合并沿边点焊，第二步，对铝板先后进行热轧、冷精轧和退火，第三步，将对合的铝板置于高压闭合的型腔模中并采用高压气体由入口向内吹胀，在两对合的铝板之间形成脉动热管管路和入口管路；

4）通过入口管路对脉动热管管路抽真空并注入工质液体；

5）封口：将入口管路压扁后焊接封死。

所述的步骤2）中阻焊剂的成分为：石墨粉、ZnO₂、甘油、水玻璃、面浆以及水。

所述的步骤2）中脉动热管管路和入口管路图样的管线宽度为1cm以下。

所述的步骤3）第三步中型腔模置于500t油压机上下台面之间，高压气体的吹胀压力为70~80kg·f/cm²。

所述的步骤4）中工质液体的注入量占脉动热管管路容积的40%~60%，该工质液体为氨、丙酮、制冷剂R11、制冷剂R21或制冷剂R113。

本发明所述的板式脉动热管新风回热器的工作原理为：处于换热器壳体中心的隔板将板式脉动热管换热板组隔为左右两个部分，使板式脉动热管换热板组同时处于回热器的新风风道和出风风道中，其左半部分位于新风风道中，右半部分位于出风风道中，新风风道与出风风道由于隔板的隔离，不会产生新风与出风相混串的现象。板式脉动热管新风回热器中的工质液体在脉动热管管路内形成气泡柱和液柱，该气泡柱与液柱间隔布置并呈随机分布的状态。在蒸发端，工质液体吸热产生气泡并迅速膨胀和升压，推动工质液体流向低温的冷却端；在冷却端，气泡冷却收缩并破裂，压力下降；这样由于蒸发端与冷却端两端之间存在压力差以及脉动热管管路相邻平行管路之间存在的压力不平衡，使得工质液体在蒸发端和冷却端之间振荡流动，从而实现热量的传递，从而温度高的风就会通过板式脉动热管换热板组将热量传给温度低的风。夏季室内排风温度较低，外来的新风温度较高，当排出室内温度较低的空气的时候，进入室内的新风在通过板式脉动热管新风回热器时因热交换而降低温度，这样就减少了室内空调的制冷用电量，从而达到节能效果。冬季室内排风温度较高，外来的新风温度较低，当排出室内温度较高的空气的时候，进入室内的新风在通过板式脉动热管新风回热器时因热交换而升高温度，这样同样减少了室内空调或加热器的加热用电量，从而达到节能效果。

本发明所述的板式脉动热管新风回热器，除具有一般热管换热器的优点外，其在微(无)重力场、反重力场等场合下能运行良好；此外，将其应用于空调系统的新风换热系统，还能避免一般热管换热器在换季需换向的问题。

与现有热管换热器相比，本发明能够达到以下有益效果：

1.采用脉动热管原理换热，其内部无需吸液芯材料，因此热响应快、体积小、重量轻，同时基本不受重力场的影响，因而在微(无)重力场、反重力场等场合下也能够良好运行。

2.由于板式脉动热管换热板的脉动热管管路和传热翅片通过吹胀法形成一体化结构，因此增大了板式脉动热管换热板的蒸发段和冷却端的传热面积，同时也增大了与风的传热面积；多片板式脉动热管换热板层叠之后，板片上突起的脉动热管管路，形成了风从两板式脉动热管换热板之间流过时的扰流结构，使得风的边界层更薄、传热效率更高，从而使所述板式脉动热管新风回热器换热效率更高、换热量更大。

3.当本发明应用于空调系统的新风换热系统时，其安装不受热风风道和冷风风道位置的限制，从而避免了一般热管换热器在换季需换向的问题。

4.本发明的新风风道与出风风道由于隔板的隔离，不会产生新风与出风相混串的现象，避免了新旧风交替污染的问题。

附图说明

图1为本发明的立体视图。

图2为本发明内部结构的立体视图。

图3为板式脉动热管换热板的正视图。

图4为图3的A-A剖面图。

图5为隔板的正视图。

图6为换热器壳体的立体视图。

图7为换热器壳体的正视图。

图中，

1 板式脉动热管换热板组，2 隔板，3 换热器壳体，4 板式脉动热管换热板，5 脉动热管管路，6 直管路，7 半圆环管路，8 入口管路，9 长方形通孔，10 侧壁插槽，11 传热翅片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明的技术方案为前提下给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

请结合参阅图1和图2，图示板式脉动热管新风回热器由板式脉动热管换热板组1、隔板2和换热器壳体3构成，其中，隔板2处于整个回热器的正中央，板式脉动热管换热板组1穿插通过隔板2，并与之一起整体插入换热器壳体3中。

所述的换热器壳体3由不锈钢制成，请结合参阅图6和图7，其是一个“口”字形的空心壳体，前后开口，并且左右两内壁上对称地设有多条水平的侧壁插槽10，这些侧壁插槽10用以插置板式脉动热管换热板组1，起到固定板式脉动热管换热板组1的作用。

所述的隔板2是一块矩形聚苯乙烯挤塑式保温板，请参阅图5，该隔板2直立于换热器壳体3的正中央并将该换热器壳体3的内腔分割为左右两部分，所述的隔板2上沿垂直方向开设有一系列平行排列的水平的长方形通孔9，该多个长方形通孔9的位置与换热器壳体3的多条侧壁插槽10相对应，使之正好可以插入板式脉动热管换热板组1。该聚苯乙烯挤塑式保温板的内部为独立的密闭式气泡结构，其具有高抗压、不吸水、防潮、不透气、轻质、使用寿命长和导热系数低的特点。

所述的板式脉动热管换热板组1包括若干张板式脉动热管换热板4，该板式脉动热管换热板4穿过隔板2的长方形通孔9，并且两端分别插入换热器壳体3左右内壁上的侧壁插槽10中，该侧壁插槽10对板式脉动热管换热板4起到固定作用。

请参阅图3，所述的板式脉动热管换热板4为矩形，由铝板制成，其包括传热翅片11、脉动热管管路5和入口管路8。所述脉动热管管路5和入口管路8设置于传热翅片11的内层中，其内部填充有工质液体，该工质液体为氨、丙酮、制冷剂R11、制冷剂R21或制冷剂R113。所述脉动热管管路5由多条直管路6和多条半圆环管路7首尾相接而成，所述入口管路8位于传热翅片4的边缘，并且与脉动热管管路5相接，请参阅图4，所述的脉动热管管路5和入口管路8的通道截面为直径为1cm以下的圆形或者短轴为1cm以下的椭圆形。

本发明所述的板式脉动热管新风回热器的板式脉动热管换热板是采用吹胀法工艺制造的，其制造工艺步骤为：1）对矩形铝板的表面进行化学处理；2）在铝板上用阻焊剂印刷出脉动热管管路和入口管路的图样，并将之烘干；3）压合铝板并吹胀管路；4）通过入口管路对脉动热管管路抽真空并注入工质液体；5）封口。

所述步骤1）的具体内容为：第一步，除去油垢：用20~40g/L的Na₃PO₄，20~45g/L的Na₂CO₃及水混合配制成酸盐，将矩形铝板置于温度为75℃的该酸盐中8min，捞出后用清水漂洗；第二步，进行碱腐蚀，以除去矩形铝板表面的氧化膜、杂质等，使矩形铝板表面形成浅表性粗糙度：将除油后的铝板置于80℃、120g/L的NaOH溶液中15秒，然后捞出用清水漂洗；第三步，形成酸上膜：将经第二步处理的铝板在硫酸与盐酸混合配制的酸溶液中浸泡10秒，然后捞出用清水漂洗，使铝板表面无残留碱液，并生成一层微薄的保护膜，以防止铝板在空气中生成自然氧化膜；第四步，热水封闭：用90~100℃的沸水浸泡上述铝板，使矩形铝板表面的保护膜增加强度及耐腐蚀性。

所述步骤2）的具体内容为：将脉动热管管路5和入口管路8的图样用阻焊剂印刷在铝板上，该阻焊剂的成分为：石墨粉、ZnO₂、甘油、水玻璃、面浆以及适量的水，其中ZnO₂的作用是在铝板复合轧制时将石墨粉均匀延伸。由于计划成型的脉动热管管路5和入口管路8的通道截面为直径为1cm以下的圆形或者短轴为1cm以下的椭圆形，所以脉动热管管路5和入口管路8图样的管线宽度为1cm以下。管线图样具体为：沿矩形铝板长边平行分布若干条直管线，直管线的两端为多个以相邻平行直管线内间距为内直径，以相邻平行直管线的外间距为外直径的半圆环管线，并且一端的半圆环管线的数量正好比另外一端的半圆环管线的数量多一个，即处于矩形铝板短边两端的两条平行直管线只有一端连接了半圆环管线，将这两条平行直管线的另一端用一条直管线连接起来，并在该直管线的中心，向矩形铝板的边缘延伸出一条入口管线。然后将印制好图样的矩形铝板在350℃烘干炉内烘干40min。

所述步骤3）的具体内容为：第一步，用两块印有管路图样的铝板对齐复合并沿边缘进行点焊；第二步，复合点焊后的铝板在加热炉内500℃加热40min，然后在热轧机上热轧二道次，在精轧机上冷轧7~9道次，将冷精轧后的铝板在退火炉中退火，退火温度为300~350℃，保温5h；第三步，将对合的铝板置于刚性较好的型腔模中，并且该型腔模置于500t油压机上下台面之间固定，当油压机高压闭合后，采用高压气体由吹胀入口向内吹胀，其高压气体的吹胀压力为70~80kg·f/cm²，从而两块复合铝板内就被高压气体依照管路图样吹胀出了脉动热管管路5和入口管路8，未被吹胀的部位形成了板式脉动热管换热板4的传热翅片11，吹胀口预留下一步使用。

所述步骤4）的具体内容为：用带有抽真空和充液功能的系统将抽真空和充液嘴插入吹胀口，抽真空和充液嘴的外套为橡胶材质，可以很好地密封吹胀口，进而进行抽真空工序，将脉动热管管路5和入口管路8抽为真空后，关闭抽真空阀，开启充液阀，通过入口管路8向脉动热管管路5注入占脉动热管管路5容积40%~60%的工质液体，该工质液体可以为氨、丙酮、制冷剂R11、制冷剂R21或制冷剂R113等。

所述步骤5）的具体内容为：油压机上下台面带动压模对入口管路8施加200kPa的压紧力将之压扁，在外力压紧的状态下，用点阻焊电极将吹胀入口焊接封死。

本发明除具有一般热管换热器的优点外，由于其内部无需吸液芯材料，且运行基本不受重力场的影响，因此能够在微(无)重力场、反重力场等场合下良好运行；脉动热管管路5和传热翅片11为一体化加工而成，增大了脉动热管管路5的蒸发段和冷却段的传热面积，同时也增大了与风的传热面积，换热效率更高，换热量更大。叠加后板式脉动热管换热板4上突起的脉动热管管路5，形成了风从两板式脉动热管换热板4之间流过时的扰流结构，使得风的边界层更薄，传热效率更高。此外，本发明应用于空调系统的新风换热系统后，还避免了一般热管换热器在换季需换向的问题。

Claims

1.一种板式脉动热管新风回热器，其特征在于：所述板式脉动热管新风回热器由换热器壳体、隔板和板式脉动热管换热板组构成，其中，换热器壳体为一前后开口的“口”字形空心壳体，其左右两内壁上对称地设有多条水平的侧壁插槽，隔板直立于换热器壳体的正中央并将该换热器壳体的内腔分割为左右两部分，该隔板上开设有位置与换热器壳体的侧壁插槽对应的多个长方形通孔，板式脉动热管换热板组包括若干板式脉动热管换热板，该板式脉动热管换热板穿过隔板的长方形通孔，并且两端分别插入换热器壳体左右内壁上的侧壁插槽中。

2.根据权利要求1所述的板式脉动热管新风回热器，其特征在于：所述的板式脉动热管换热板为矩形，其包括传热翅片、脉动热管管路和入口管路，其中，脉动热管管路和入口管路设置于传热翅片的内层中，其内部填充有工质液体，脉动热管管路由多条直管路和多条半圆环管路首尾相接而成，入口管路位于传热翅片的边缘且与脉动热管管路相接。

3.根据权利要求2所述的板式脉动热管新风回热器，其特征在于：所述的工质液体为氨、丙酮、制冷剂R11、制冷剂R21或制冷剂R113。

4.根据权利要求2所述的板式脉动热管新风回热器，其特征在于：所述的脉动热管管路和入口管路的通道截面为直径为1cm以下的圆形或短轴为1cm以下的椭圆形。

5.根据权利要求1或2所述的板式脉动热管换热板组，其特征在于：所述的换热器壳体由不锈钢制成，所述的隔板由聚苯乙烯挤塑式保温板制成，所述的板式脉动热管换热板由铝板制成。

6.一种权利要求2中所述的板式脉动热管换热板的制造方法，其特征在于：采用吹胀法工艺，其步骤如下：

1)对矩形铝板的表面进行化学处理：第一步，除去油垢，第二步，进行碱腐蚀，第三步，形成酸上膜，第四步，热水封闭；

2)在铝板上用阻焊剂印刷出脉动热管管路和入口管路的图样，并将之烘干；

3)压合铝板并吹胀管路：第一步，将两印有管路图样的铝板对合并沿边点焊，第二步，对铝板先后进行热轧、冷精轧和退火，第三步，将对合的铝板置于高压闭合的型腔模中并采用高压气体由入口向内吹胀，在两对合的铝板之间形成脉动热管管路和入口管路；

4)通过入口管路对脉动热管管路抽真空并注入工质液体；

5)封口：将入口管路压扁后焊接封死。

7.根据权利要求6所述的板式脉动热管换热板的制造方法，其特征在于：所述的步骤2)中阻焊剂的成分为：石墨粉、ZnO₂、甘油、水玻璃、面浆以及水。

8.根据权利要求6所述的板式脉动热管换热板的制造方法，其特征在于：所述的步骤2)中脉动热管管路和入口管路图样的管线宽度为1cm以下。

9.根据权利要求6所述的板式脉动热管换热板的制造方法，其特征在于：所述的步骤3)第三步中型腔模置于500t油压机上下台面之间，高压气体的吹胀压力为70～80kg·f/cm²。

1O.根据权利要求6所述的板式脉动热管换热板的制造方法，其特征在于：所述的步骤4)中工质液体的注入量占脉动热管管路容积的40％～60％，该工质液体为氨、丙酮、制冷剂R11、制冷剂R21或制冷剂R113。