CN103982959A - 热量传递装置、温度冷却装置和温度聚集装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种热量传递装置，包括：在热量传递装置的冷端与热端之间级联的至少两个热传递回路，相邻的热传递回路通过其中的一个蒸发端与另一个的冷凝端进行之间的热传递和级联；热量传递装置的冷端与热端分别由位于热量传递装置两端的热传递回路的蒸发端与冷凝端构成；由所述冷端向热端方向的各个热传递回路中的冷媒沸点依次升高。以克服蒸发端与冷凝端之间温差受限的问题。本发明还提供了温度冷却装置和温度聚集装置。

Description

热量传递装置、温度冷却装置和温度聚集装置

技术领域

本发明涉及基于蒸发冷却技术的热量传递装置、温度冷却装置和温度聚集装置。

背景技术

蒸发冷却从热学原理上是利用流体沸腾时的汽化潜热带走热量。这种利用流体沸腾时的汽化潜热的冷却方式就叫做“蒸发冷却”。由于流体的汽化潜热要比流体的比热大很多，所以蒸发冷却的冷却效果更为显著。

上述原理的一个应用即热传递回路的应用。

热传递回路是在封闭的真空管中，填充相变吸热和放热的冷媒形成的。在热传递回路的蒸发端，管内的冷媒吸收热量，蒸发为汽态且管内由此形成正压，该所吸收的热量即为工作液体的蒸发潜热；由所形成的正压及后述的负压的作用，蒸汽从热传递回路内通道流向其冷凝端，在冷凝端放出热量凝结成液体，且由此形成负压，液体靠重力再回流到蒸发端，完成了一个闭合循环。如此反复，热传递回路冷媒不断将热量从蒸发端运输至冷凝端，形成热传递回路的蒸发端与冷凝端的温差。其中的一个典型的应用及热管（heat tube）。

现有的热传递回路一般为单循环回路，限制了蒸发端与冷凝端的温差大小。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于蒸发冷却技术的热量传递装置，以克服蒸发端与冷凝端之间温差受限的问题。

本发明提供的一种热量传递装置，包括：

在热量传递装置的冷端与热端之间级联的至少两个热传递回路，

相邻的热传递回路通过其中的一个蒸发端与另一个的冷凝端进行之间的热传递和级联；

热量传递装置的冷端与热端分别由位于热量传递装置两端的热传递回路的蒸发端与冷凝端构成；

由所述冷端向热端方向的各个热传递回路中的冷媒沸点依次升高。

由上可以看出，上述装置可通过设置多级具有不同沸点的冷媒的热传递回路实现温度从低至高的单向传导，这一传导过程无需使用额外电力的辅助，既环保又节能。

在上述装置中，热传递回路中的冷媒沸点小于或等于与其相邻且靠近其冷端的热传递回路中的冷媒饱和汽体的温度。

由上可以看出，仅当热传递回路中的冷媒沸点小于或等于与其相邻且靠近其冷端的热传递回路中的冷媒饱和汽体的温度时，才能利用下一级热传递回路中的冷媒饱和汽体温度蒸发上一级热传递回路中冷媒，从而实现温度的传递。

在上述装置中，还设置有用于所述相邻的热传递回路的其中一个的蒸发端与另一个的冷凝端之间进行热传递的热交换装置。

在上述装置中，所述热交换装置为套管式热交换装置；套管中的内、外管分别为相邻热传递回路中一个的蒸发端与另一个的冷凝端。

在上述装置中，所述热传递回路中还设置有储液罐、和用于抽取储液罐中的冷媒并在所述外管内进行雾化的装置。

在上述装置中，所述外管内设置有朝向内管的喷雾头，用于所述冷媒的雾化；设置有将所述储液罐连接到喷雾头的泵，用于所述冷媒的抽取。

由上可以看出，将冷凝后的冷媒雾化后重新喷入热传递回路中，可以提高冷媒的蒸发效率。

在上述装置中，所述热传递回路包括：

作为蒸发端、冷凝端的两热交换区域；连接两热交换区域的真空管路；设置在真空管路内的隔温结；位于热传递回路中的冷媒。

由上可以看出，隔温结可以使真空管路不向外导热的同时能够承受一定正负压。

在上述装置中，还包括至少以下之一：

设置在所述冷端的实现冷端与外界进行热交换的热交换器；

设置在所述热端的实现热端与外界进行热交换的热交换器。

本发明还提供了一种温度冷却装置，包括上文中任一所述的热量传递装置；所述冷端为温度采集部，所述热端设置散热器。

本发明还提供了一种温度聚集装置，包括上文中任一所述的热量传递装置；所述冷端为温度采集部，所述热端为温度聚集部。

附图说明

图1为本发明的热量传递装置的工作原理图；

图2为本发明的热量传递装置一实施例的结构图；

图3为本发明的热量传递装置另一实施例的结构图；

图4为本发明热量传递装置中的第二级真空回路的工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细介绍本发明提供的基于蒸发冷却技术的热量传递装置的工作原理。

一般而言，需要向上述热量传递装置的彼此间由真空管路构成的、由热交换区连接的多级真空回路（具体结构将在下文中详细介绍）中加入不同沸点的冷媒。

下面，以在一个热传递周期内首先进行热交换的真空回路为第一级真空回路，以最后一个进行热交换的真空回路为第n真空回路。基于蒸发冷却技术的原理，各回路中冷媒沸点的关系表示如下：

bp₁<bp₂<…<bp_n，其中，bp₁为第一级真空回路内的冷媒的沸点（通常设置在15～20℃之间），bp₂为第二级真空回路内的冷媒的沸点，bp_n为第n真空回路内的冷媒的沸点，并且上一级真空回路内的冷媒的沸点要小于或等于在真空回路负压作用下的下一级真空回路内冷媒饱和气体温度。而根据冷媒沸点以及真空回路的真空体积，很容易根据现有计算式计算出冷媒饱和气体的温度，具体计算过程在此不再赘述。

其中，关于具有不同沸点的冷媒，目前已应用在大型发电机机组中（CFC-113中文名：三氯三氟乙烷，沸点60℃左右）用于冷却发电机。此种冷媒调配有一定技术含量，但是可以实现。具体如下：

对于此热量传递装置中各回路使用的不同沸点的冷媒调配方法（一般通用方法），一般而言，将2种特性相同并且互溶的氟，但氟沸点不同，例如氟一沸点在-20℃，氟二沸点在60℃。在低温环境下将两种氟按一定比例相互溶解在一起，形成一种新氟。

使用沸点测定仪器（市场有售）进行沸点测试。从而调配出理想的沸点的冷媒。以此类推，可以调配出不同沸点（如18℃，30℃，43℃等）可以在此装置中个使用的氟。

上述热量传递装置在工作时首先蒸发第一级真空回路内的冷媒，这样基于蒸发冷却原理，可使各级真空回路内的冷媒凭借其下级真空回路内的冷媒饱和气体所携带的热量实施蒸发冷却循环，进而实现热量的阶梯式单向传递。

因为充入第一级真空回路内的冷媒具有同其他级真空回路相比为最低的沸点，因此一般的夏季室内常温或经玻璃罩聚集的冬季太阳光温度足以使第一级回路内的冷媒蒸发成饱和气体。如图1所示，第一级真空回路内的冷媒饱和气体流动至第一级、第二级真空回路之间热交换区后，与第二级真空回路内的冷媒进行热交换。第二级真空回路内的冷媒吸收热量蒸发成饱和气体，而第一级真空回路内的饱和气体放热冷凝后，流回并重新蒸发。第二级、第三级真空回路之间的热交换过程同上，由此可实现热量的阶梯式单向传递，也就是温度的阶梯式转换。

下面参照附图详细介绍本发明提供的基于蒸发冷却技术的热量传递装置。

如图2所示，本发明提供的一种实现上述基于蒸发冷却技术的升降温方法装置包括通过真空管路1彼此连接的多级真空回路。其中，各级真空回路均包括：其内设置有保温层的热交换装置2。所述热交换装置的进、出口由所述真空管路1连接，从而形成了真空回路。各级真空回路还包括：设置在热交换装置2内的喷雾头3、与热交换装置2连通的储液罐4和设置在喷雾头3和储液罐4之间管路5上的水泵6。

在各级真空回路之间设置有热交换区域，具体而言，该热交换区域为连接上、下级真空回路的真空管路1经过的上级真空回路的热交换装置那一端区域。

在各级真空回路之间的真空管路中设置有隔温结（未图示），以确保真空管路1，特别是压力段真空管路1不能传导温度，并使真空管路1可以承受一定正、负压。在本实施例中，隔温结可以是由塑料、橡胶、石棉、硅胶、陶瓷等不导热材料构成的管件、垫片、接盘等。

在各级真空回路的热交换装置2中填充有沸点温度各不相同的冷媒介质。具体而言，从吸收室内外环境热量端的真空回路至向室内外环境中释放热量端的真空回路，其热交换装置2内填充的冷媒沸点温度由低至高增加。

在本发明一实施例中，上述装置还包括通过真空管路1与多级真空回路中包含最高沸点冷媒的那一级真空回路连接的冷凝散热装置7，以及分别在与室内外环境直接接触的真空回路端和冷凝散热装置7处设置的通风风扇8。通风风扇8可以增加与室内外环境直接接触的真空回路中热交换装置2和冷凝散热装置7的蒸发效率。

在本发明的另一实施例中，如图3所示，在向环境中释放热量的真空回路端设置储热水罐9，即储热水罐9通过真空管路1与这一级真空回路的热交换装置2连接，这样可利用通过上述多级真空回路中的蒸发冷却循环转换而来的热量加热该储热水罐9，从而提高上述升降温装置的能效。

在本发明的另一实施例中，可于设置在室外的真空回路中的热交换装置2上设置玻璃罩（未图示），从而通过聚光提高初始热交换温度。

下面，以设置了3级真空回路的上述装置为例，详细介绍上述装置的工作原理。其中，为方便说明，将从室内到室外的真空回路依次称为第一级、第二级和第三级真空回路，而第一级、第二级和第三级真空回路的热交换装置内填充有沸点温度范围分别是15～18℃、25～30℃和35～40℃（大于室外环境温度）的冷媒。

上述装置的降温工作过程：当室内环境温度为20℃，即大于第一级真空回路的热交换装置内的冷媒沸点时，第一级热交换装置中的冷媒在高温作用下开始蒸发形成饱和气体。该饱和气体在第一级真空回路中的真空及压力作用下温度可升高至26℃左右，并可流动至第一级真空回路与第二级真空回路之间的热交换区域。这时，如图4所示，第一级真空回路中的饱和气体在热交换区域内与第二级真空回路的热交换装置中的冷媒进行热交换，并使第二级热真空回路中的冷媒受热蒸发成饱和气体，该饱和气体在第二级真空回路中的真空及压力作用下温度可升高至35℃以上，并可流动至第二级真空回路与第三级真空回路之间的热交换区域。与上述过程相同，在这一热交换区域中，第三级真空回路的热交换装置中的冷媒吸收由第二级真空回路中的饱和气体带来热量后蒸发成饱和气体，并通过第三级热交换装置使第三级真空回路的饱和气体与室外环境进行热交换，进而通过上述逐级热交换将室内热量排放到室外。

在上述过程中因经热交换放热的各级真空回路中的饱和气体冷凝成液态后流入各级真空回路所对应的储液罐，并通过与储液罐连接的水泵将上述储液罐内的液态冷媒抽至各级真空回路中的热交换装置所对应的喷雾头，进而由喷雾头重新将冷媒喷洒入各级热交换装置内再次进行热交换，由此可实现冷媒的循环使用。

上述装置的热量收集工作过程与降温工作过程的原理相同，都是通过多级真空回路的沸点呈阶梯递增的冷媒之间的循环热交换所实现的。区别仅在于，在热量收集阶段是利用太阳能热量促发多级真空回路内的冷媒进行循环热交换后实现逐级升温。即便在太阳光不强的冬季，只要能够利用一些手段（例如上文中所述的在第一级真空回路的热交换装置上罩设玻璃罩）使第一级真空回路中的冷媒温度达到沸点，即可实现多级真空回路内的热交换循环。

其中，上述真空回路也可以是热管（heat tube）。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热量传递装置，其特征在于，包括：

在热量传递装置的冷端与热端之间级联的至少两个热传递回路，

相邻的热传递回路通过其中的一个蒸发端与另一个的冷凝端进行之间的热传递和级联；

热量传递装置的冷端与热端分别由位于热量传递装置两端的热传递回路的蒸发端与冷凝端构成；

由所述冷端向热端方向的各个热传递回路中的冷媒沸点依次升高。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，热传递回路中的冷媒沸点小于或等于与其相邻且靠近其冷端的热传递回路中的冷媒饱和汽体的温度。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还设置有用于所述相邻的热传递回路的其中一个的蒸发端与另一个的冷凝端之间进行热传递的热交换装置。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述热交换装置为套管式热交换装置；套管中的内、外管分别为相邻热传递回路中一个的蒸发端与另一个的冷凝端。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述热传递回路中还设置有储液罐、和用于抽取储液罐中的冷媒并在所述外管内进行雾化的装置。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述外管内设置有朝向内管的喷雾头，用于所述冷媒的雾化；设置有将所述储液罐连接到喷雾头的泵，用于所述冷媒的抽取。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热传递回路包括：

作为蒸发端、冷凝端的两热交换区域；连接两热交换区域的真空管路；设置在真空管路内的隔温结；位于热传递回路中的冷媒。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括至少以下之一：

设置在所述冷端的实现冷端与外界进行热交换的热交换器；

设置在所述热端的实现热端与外界进行热交换的热交换器。

9.一种温度冷却装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一所述的热量传递装置；所述冷端为温度采集部，所述热端设置散热器。

10.一种温度聚集装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一所述的热量传递装置；所述冷端为温度采集部，所述热端为温度聚集部。