CN104296569B

CN104296569B - 一种热能传递的方法及系统

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Publication number: CN104296569B
Application number: CN201410521893.4A
Authority: CN
Inventors: 叶立英
Original assignee: Individual
Current assignee: Hunan Yali Technology Development Co ltd
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: CN104296569A

Abstract

本发明公开了一种热能传递的方法及系统，该系统包括热能产生装置、相变物质和气体，还可以包括换热器、泵、风机等；热能产生装置安装在换热器下方，且热能产生装置与换热器相通；相变物质和气体分散在整个系统中。所述的气体和相变物质的流动是通过风机、自然对流、泵、空气携带、重力作用或者其组合作用等方式实现的。该系统无压运行、单位气体流量传递的能量大，具有环保舒适高效节能，易调节，安装维护方便简单，运行成本低等，同时还能兼顾蓄能等优点。

Description

一种热能传递的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种热能传递的方法及系统，热能传递的方法及系统是利用相变物质在气体中发生相变的气体循环而进行的。

背景技术

常规的加热采暖空调系统一般以水、蒸汽或者氟里昂为媒介进行热能传递，空调采暖系统分为两种基本方式，以辐射为主的辐射方式和以空气对流为主的对流方式；上述水、蒸汽及氟里昂媒介等需在密闭的带有一定的压力系统内进行，对管道和设备都有一定的压力密封要求，设备制造及系统安装与普通的通风系统的设备及管道相比，要求更高，且存在易泄露的危险。

常规的以水为媒介的辐射或者对流换热空调采暖应用广泛，存在的问题，辐射板或者换热器需要带压运行，有水泄露的危险，辐射板内多路管水流分配不均匀，导致辐射板不同区域换热效果差。

常规的以蒸汽为媒介的辐射采暖也得到应用，同样需要带压运行，蒸汽的能源品位高，不能利用低品位能，也不能用普通热泵产生蒸汽，此外蒸汽也不宜储存实现蓄能。

采用氟里昂为空调采暖系统也存在高压运行，多路氟管分液问题，氟里昂用量大，不环保，也不宜作蓄能储存换热量调节困难等缺点。

常规以空气为媒介的风系统，由于循环过程中空气的焓值变化较小，单位体积能量密度小，因此需要大的循环空气流量，同时空气传热性能差，导致传热面积大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种利用相变物质在气体中发生相变的气体循环进行热能传递的方法及系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种热能传递的方法，该方法具体为：热能产生装置使相变物质的温度发生变化，相变物质发生相变，然后通过以下三种方式或它们的组合实现热能传递：气体和相变后的相变物质流入换热器，相变后的相变物质在换热器中温度变化和相变过程均与热能产生装置的变化相反，然后返回热能产生装置；气体和相变后的相变物质流入换热器，相变后的相变物质在换热器中温度变化和相变过程均与热能产生装置的变化相反，然后部分返回热能产生装置，另一部分直接流入换热器所在的空间；气体和相变后的相变物质直接流入需要接受热能的空间。

进一步地，所述的相变物质为水，所述的气体为空气；制热时，热能产生装置给空气和水加热，温度升高，水由液态水变为水蒸汽，空气和水蒸气流出热能产生装置实现热量的传递；并通过气体管道流向换热器内，在换热器内，温度降低，水蒸汽变为液态水，液态水通过气体管道再返回热能产生装置；制冷时，热能产生装置给空气降温除湿，温度降低，相变物质由水蒸汽变为液态水，空气和液态水流出热能产生装置实现冷量的传递；在换热器内，温度升高，水蒸汽液态水变为水蒸汽。

进一步地，所述的空气和水蒸汽的流动是通过风机或自然对流实现；所述相变物质液态水的流动是通过泵、或空气携带、或重力作用，或者其组合作用实现的。

一种热能传递的系统，系统由热能产生装置、气体管道、相变物质和气体，热能产生装置上设置有第一出气口和第一进气口，第一出气口通过气体管道与空间相连，第一进气口与大气环境相连；相变物质和气体分散在整个系统中。

进一步地，系统还包括换热器，换热器上设置有第二进气口，第一出气口通过气体管道与第二进气口相连。

一种热能传递的系统，系统由热能产生装置、气体管道、换热器、相变物质和气体组成，热能产生装置上设置有第一出气口和第三进气口，换热器上设置有第二进气口和第二出气口，第一出气口通过气体管道与第二进气口相连，第二出气口通过气体管道与第三进气口相连，相变物质和气体分散在整个系统中。

一种热能传递的系统，系统包括热能产生装置、换热器、相变物质和气体，热能产生装置和换热器一体成形，且热能产生装置与换热器相通；相变物质和气体分散在整个系统中。

进一步地，所述的系统还包括风机，风机可以安装在系统中的任意位置。

进一步地，相变物质为水，系统还包括安装在第一出气口处的水雾化装置；或者系统还含有安装在热能产生装置内部的水泵和管道，管道一端连接水泵，一端连接换热器。

进一步地，所述的热能产生装置带有蓄能功能，或所述热能产生装置与蓄能装置相连。

本发明的有益效果是：无压运行、单位气体流量传递的能量大，具有环保舒适高效节能，易调节，安装维护方便简单，运行成本低等，同时还能兼顾蓄能等优点。

附图说明

图1为本发明的基本实现方式一；

图2为本发明的基本实现方式二；

图3为本发明的基本实现方式三；

图4为本发明的基本实现方式四；

图5为本发明实现方式五；

图6为本发明实现方式六；

图7为本发明实现方式七；

图8为本发明实现方式八；

图9为带风机的气体循环；

图10 为依靠重力实现水返回的制热循环和系统；

图11为依靠水雾化实现空气携带液态水的制冷循环和系统；

图12 为依靠泵实现液态水的循环的制冷循环和系统；

图13为带有蓄能装置的循环和系统；

图14 为一具体制热循环实现形式；

图中，热能产生装置10、换热器20、气体管道30、相变物质40、空间100、风机50、水蒸汽41、雾化水421、液态水42、泵70、管道71、外壳11、水箱上板14、水箱下板15、通气管13、加热器16、第一出气口101、第一进气口102、第三进气口103、第二进气口201、第二出气口202。

具体实施方式

如图1所示，系统由热能产生装置10、换热器20、气体管道30、相变物质40和气体，热能产生装置10上设置有第一出气口101和第三进气口103，换热器20上设置有第二进气口201和第二出气口202；第一出气口101通过气体管道30与第二进气口201相连，第三进气口103通过气体管道30与第二出气口202相连；热能产生装置10使相变物质40和气体的温度发生变化，同时相变物质40发生相变，状态为1，气体和相变后的相变物质40通过气体管道30流入换热器20，发生与热能产生装置10内相反的变化，温度变化和相变过程均相反，状态为2，然后通过气体管道30返回热能产生装置10。热能产生装置10也可以可以与大气环境相通的第一进气口102，或不开第一进气口102，不与大气环境相通。

如图2所示，系统由热能产生装置10、气体管道30，相变物质40和气体，热能产生装置10上设置有第一进气口102和第一出气口101，第一出气口101通过气体管道30与直接与空间100相连，第一进气口102与大气环境相连；热能产生装置10使相变物质40和气体的温度发生变化，同时相变物质40发生相变，气体和相变物质40流入空间100。

如图3所示，系统由热能产生装置10、换热器20、气体管道30，相变物质40和气体，热能产生装置10上开有第一出气口101和第一进气口102，换热器20上开有第二进气口201，第一进气口102直接与大气环境相通；第一出气口101通过气体管道30与第二进气口201相连，换热器20上还开有一个与空间100相通的孔；热能产生装置10使相变物质40和气体的温度发生变化，同时相变物质发生相变，状态为1，气体和相变物质流入换热器，发生与热能产生装置10内相反的变化，温度变化和相变过程均相反，状态为2，然后流入空间100。

如图4所示，系统由热能产生装置10、换热器20、气体管道30，相变物质40和气体，热能产生装置10上设置有第一出气口101和第三进气口103，换热器20上设置有第二进气口201和第二出气口202，第一出气口101通过气体管道30与第二进气口201相连，第二出气口202与第三进气口103通过气体管道30与相连；换热器20上还开有一个与空间100相通的孔；热能产生装置10使相变物质40和气体的温度发生变化，同时相变物质40发生相变，状态为1，气体和相变物质40流入换热器20，发生与热能产生装置10内相反的变化，温度变化和相变过程均相反，状态为2，然后一部分气体和相变物质流入空间100，另一部分返回热能产生装置10。热能产生装置10也可以开有第一进气口102（图4中未画出），当不设置第一进气口102时，系统中的气体通过扩散实现平衡，当设置第一进气口102时，气体从第一进气口102进，从换热器20上与空间100相通的孔出，实现平衡。

如图5所示，系统由热能产生装置10、换热器20、气体管道30，相变物质40和气体，热能产生装置10上设置有第一出气口101和第三进气口103，换热器20上设置有第二进气口201和第二出气口202，第一出气口101通过气体管道30与第二进气口201相连，第二出气口202与第三进气口103通过气体管道30与相连；第一出气口101和第二进气口201之间的气体管道30上还开有一个与空间100相通的孔。热能产生装置10使相变物质40和气体的温度发生变化，同时相变物质40发生相变，状态为1，气体和相变物质40一部分直接流入空间100，另一部分流入换热器20，发生与热能产生装置10内相反的变化，温度变化和相变过程均相反，状态为2，然后返回热能产生装置10。热能产生装置10也可以开有第一进气口102（图5中未画出），当不设置第一进气口102时，系统中的气体通过扩散实现平衡，当设置第一进气口102时，气体从第一进气口102进，从管道30上与空间100相通的孔出，实现平衡。

如图6所示，系统由热能产生装置10、换热器20、气体管道30，相变物质40和气体，热能产生装置10上设置有第一出气口101和第二进气口102，第一进气口102与大气环境相连；换热器20上设置有第二进气口201，换热器20上还开有一个与空间100相通的孔，第一出气口101通过气体管道30与第二进气口201相连，第一出气口101和第二进气口201之间的气体管道30上还开有一个与空间100相通的孔。热能产生装置10使相变物质40和气体的温度发生变化，同时相变物质40发生相变，状态为1，一部分气体和相变物质直接流入空间100，另一部分流入换热器20，发生与热能产生装置10内相反的变化，温度变化和相变过程均相反，状态为2，然后流入空间100。

如图7所示，系统由热能产生装置10、换热器20、气体管道30，相变物质40和气体，热能产生装置10上设置有第一出气口101和第三进气口103；换热器20上设置有第二进气口201和第二出气口202，换热器20上还开有一个与空间100相通的孔，第一出气口101和第二进气口201之间通过气体管道30相连，第一出气口101和第二进气口201之间的气体管道30上还开有一个与空间100相通的孔；第三进气口103和第二出气口202通过气体管道30相连。热能产生装置10使相变物质40和气体的温度发生变化，同时相变物质40发生相变，状态为1，一部分气体和相变物质40直接流入空间100，另一部分流入换热器20，发生与热能产生装置10内相反的变化，温度变化和相变过程均相反，状态为2，然后分为两股，一股流入空间100，另一股返回热能产生装置10。热能产生装置10也可以开有第一进气口102（图7中未画出），当不设置第一进气口102时，系统中的气体通过扩散实现平衡，当设置第一进气口102时，气体从第一进气口102进，从换热器20和管道30上与空间100相通的孔出，实现平衡。

如图8所示，热能产生装置10与换热器20合为一体，且热能产生装置10与换热器20相通。

图1至图8中的气体一般为空气，相变物质40可以为固体有机或者无机相变材料，如石蜡等，包括纳米级的相变粉末胶囊等，可以悬浮在气体中，或者是水。

图9表示气体，气体管道30上设置有风机50如空气的流动是通过风机50的作用实现的，风机也可以安装在系统中的任意位置。

图10中，气体（空气）和水蒸汽41，进入换热器20，温度降低，水蒸气冷凝成液态水42后，释放热能，通过重力返回热能产生装置10，然后在热能产生装置10内再被升温，液态水再变为水蒸汽，然后再进入换热器20。换热器20可以对物质或者空间进行加热。

图11中，换热器20对物质或者空间进行制冷。第一出气口101处安装有雾化装置60；气体（空气）和经过雾化装置60产生的雾化水421通过气体携带进入换热器20，雾化水421在换热器20中被加热加湿，液态水变为水蒸汽41，吸收热量，然后返回热能产生装置10，被制冷除湿，然后气体和雾化水再进入换热器20。

图12 中，水从热能产生装置10到换热器20是通过泵70和管道71实现的，泵70位于热能产生装置10的底部，管道71一端连接泵70，另一端连接换热器20；水从管道71走向换热器20，气体从气体管道30走向换热器20。水通过泵70和管道71从热能产生装置10到换热器20，换热器20对水加热，水在换热器20中发生相变，变成水蒸气41，返还到热能产生装置10，被制冷除湿后又变成液态水，然后气体和液态水再在泵70和管道71的作用下进入换热器20。

图13表示热能产生装置10与蓄能装置80相连，热能产生装置10本身也可以设计成有蓄能功能。

图14表示一个具体的制热实现形式，系统由热能产生装置10、换热器20、气体管道30，相变物质40和气体，热能产生装置10上设置有第一出气口101、第一进气口102和第三进气口103，换热器20上设置有第二进气口201和第二出气口202，第一进气口102与大气环境相连，第一出气口101通过气体管道30与第二进气口201相连，第三进气口103通过气体管道30与第二出气口202相连；换热器20为置于室内的辐射换热板，热能产生装置10包括外壳11，水箱上板14，水箱下板15，穿过水箱的通气管13，和加热器16等组成，水箱中可以装有水或者其他液体，气体40为含有水蒸汽的空气，状态为2的气体经过水箱中的通气管，被加热加湿变为状态1，然后通过自然循环，经气体管道30进入换热器20对室内环境加热，空气被降温，水蒸气41冷凝为液态水42，然后通过重力进入热能产生装置10，并使空气被加湿变为1。

本装置的水箱还可以进行蓄能，即对利用水箱中的水或者液体的温差蓄能。

与现有的散热器采暖系统相比，系统简单，室内无需接水管，只需连接常规的风管即可，风管大小与水管类似，同时也无需泵等驱动水的循环。

具体计算：

以2kW 制热量为例，状态1的空气：50℃，95%相对湿度，焓值261kJ/kg, 状态2的空气：30℃，95%相对湿度，焓值96kJ/kg, 2kW 制热量仅仅需要36Nm³/h的空气，按照4m/s 的空气流速，所需方风管大小为50mm*50mm。

Claims

1.一种热能传递的方法，其特征在于，该方法具体为：热能产生装置（10）使相变物质（40）和气体的温度发生变化，相变物质（40）发生相变，然后通过以下三种方式或它们的组合实现热能传递：气体和相变后的相变物质（40）流入换热器（20），相变后的相变物质（40）在换热器（20）中温度变化和相变过程均与其在热能产生装置（10）的变化相反，然后返回热能产生装置（10）；气体和相变后的相变物质（40）流入换热器（20），相变后的相变物质（40）在换热器（20）中温度变化和相变过程均与其在热能产生装置（10）的变化相反，然后部分返回热能产生装置（10），另一部分直接流入换热器（20）所在的空间；气体和相变后的相变物质（40）直接流入空间（100）；上述三种方式中，所述的相变物质（40）为水，所述的气体为空气；制热时，热能产生装置（10）给空气和水加热，温度升高，水由液态水变为水蒸汽，空气和水蒸气流出热能产生装置（10）实现热量的传递；并通过气体管道（30）流向换热器（20）内，在换热器（20）内，温度降低，水蒸汽变为液态水，液态水通过气体管道（30）再返回热能产生装置（10）；制冷时，热能产生装置（10）给空气降温除湿，温度降低，水蒸汽变为液态水，空气和液态水流出热能产生装置（10）实现冷量的传递；在换热器（20）内，温度升高，液态水变为水蒸汽。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的空气和水蒸汽的流动是通过风机（50）或自然对流实现；所述液态水的流动是通过泵（70）、空气携带、重力作用或者其组合作用实现的。