CN1182351C - 两壁间传热装置 - Google Patents

Abstract

一传热装置包括一绝热模块(12)，该绝热模块可夹在第一壁(14)和第二壁(16)之间，以确定一载热流体(FC)循环的闭合回路，所述闭合回路包括：一沿第一壁(14)大致垂直延伸的第一通道(28)和沿第二壁(16)大致垂直延伸的第二通道(30)，第一、二通道在垂直方向上相互偏移，确定了一低通道和一高通道；及连接第一、二通道的一上通道(32)和连接第一、二通道的下通道(34)。随所述上下通道各自的温度而定，载热流体(FC)在闭合回路内自然地循环或停滞。本发明尤其应用于建筑物的加热、冷却。

Description

两壁间传热装置

本发明涉及一在第一、第二壁之间传递热的装置，所述两壁分别和第一热物质和第二热物质相接触。

已知这类装置特别应用于适于用太阳辐射加热的一壁和另一壁如建筑物墙壁、水槽等，之间进行热传递。在此情况下，一种热物质为外部空气，另一热物质为建筑物、水槽等。

在该具体应用中，这些装置必须能把来自太阳辐射的热传递给待加热壁，且当太阳辐射停止时，防止反方向热传递。

已知的装置并不总能解决各种实际问题，它们一般只局限于借太阳辐射对壁及相关的一热物质进行加热，当太阳辐射停止时，对该热物质进行绝热。

还可能碰到其它情况，如希望冷却所述热物质。

因此，仍需要获得这样一种传递装置，它能根据不同情况允许加热或绝热，或者可冷却或绝热。

为此，本发明提出一种引言中所描述类型的传热装置，该装置包括一绝热模块，该绝热模块可夹在第一、二壁之间，以确定一载热流体循环的闭合回路，该回路包括一沿第一壁大致垂直延伸的第一通道和沿第二壁大致垂直延伸的第二通道，第一、二通道在垂直方向上相互偏移，确定了一“低通道”和一“高通道”，一上通道连接第一、二通道，一下通道连接第一、二通道，

这样，当低通道的温度高于高通道时，载热流体自然可在回路中循环，进行传递热。

当低通道温度比高通道低时，载热流体自然可滞留在回路中，阻止传热，形成一绝热装置。

由此可获得可看作是可与电学类比的“热二极管”的传热装置。

该传热装置应用广泛，它靠通道的构型，尤其是第一、二通道的垂直偏移，根据第一和第二通道各自的温度允许或阻止载热流体进行对流循环。

也就是说，载热流体的循环靠载热流体的对流自然进行或终止。

事实上，当低通道温度高于高通道时，流体自然从低通道经由上通道(上升的)向上流进高通道里。然后，流体在温度低的高通道里冷却后，再自然向下经过下通道(下降的)流入低通道里，如此反复循环。

相反地，当低通道温度低于高通道时，流体向上流进高通道里，并停留在温度高于低通道的该高通道内。因而，高通道里充满了热的载热流体，这可为高通道那面的热物质提供热绝缘。这样就出现了温差层现象，即温度最高的载热流体停留在回路上部，温度最低的载热流体停留在回路下部。

显然，这类装置应用范围极广，其中，可用于建筑物的加热、绝热或冷却。

在本发明的一实施例里，第一通道构成低通道，第二通道构成高通道，当第一通道的温度高于第二通道时，可实现热交换，当第一通道温度低于第二通道时，可阻止热交换。

在另一实施例里，第一通道构成高通道，第二通道构成低通道，当第一通道温度比第二通道低时，可实现热交换，当第一通道温度比第二通道高时，可阻止热交换。

在本发明的一实施例里，装置包括若干选择装置，它们能使装置处于两种状态之一，在第一状态中，第一通道构成低通道，第二通道构成高通道，在第二状态中，第一通道构成高通道，第二通道构成低通道。

因此，相同装置例如可用来对一建筑物进行加热、冷却或绝热。

因此，例如冬天时，该装置白天可借太阳辐射加热建筑物，夜晚对其进行绝热。夏天时，白天可对建筑物绝热，晚上如果外界温度比建筑物内部温度低，又可冷却它。

在一实施例里，装置包括配置为第一状态的若干第一模块和配置为第二状态的第二模块，选择装置包括若干可使第一模块或第二模块工作的装置。

在另一实施例里，所述模块在一种状态，选择装置包括若干翻转装置，它们可翻转所述模块，使其转换到另一状态。

因此，比如，所述装置可布置为百叶窗式或类似形式，其中组合有一个或几个模块，它靠翻转可从第一状态转换到第二状态中，或反之。

还可考虑使所述装置包括若干闭塞装置，用来有意地阻止载热流体的循环，因而制止任何热传递。

在本发明一最佳实施例里，第一壁可暴露在太阳辐射中，第二壁背靠待加热或冷却的热物质。

因此，第二壁例如可以是建筑物的墙壁。

载热流体最好是空气，但也可使用其它介质，尤其是液体。

有利地是，所述模块由一绝热材料形成。该绝热材料尤其可选择聚合物、气泡混凝土及柔软材料如织物。

在一实施例里，所述模块包括一绝热芯和一上绝热隔板、一下绝缘隔板，所述绝热芯可安放在第一、二壁之间，分别确定了所述第一、二通道，所述上、下隔板分别安放在绝热芯上面和下面，分别确定所述上通道和下通道。

下文将参照附图，举例加以说明，附图中：

-图1为根据本发明第一实施例的装置的以加热模式工作的剖面图；

-图2类似于图1，示出了以绝热模式工作的相同装置；

-图3为图1、图2中所示装置的正面图；

-图4为根据本发明第二实施例的装置的剖面图，该装置以绝热方式工作；

-图5类似于图4，示出了以冷却方式工作的装置；

-图6为根据本发明第三实施例的装置的剖面图，该装置布置为在第一状态中的百叶窗的形式；

-图7类似于图6，示出了第二状态下的百叶窗；

-图8为一垂直剖面图，示出了滑动安放在折叠位置的一百叶窗；

-图9与图8相似，示出了在有效位置上的一百叶窗；

-图10为根据本发明另一实施例的装置的垂直剖面图，它以加热方式工作；

-图11与图10相似，示出了以绝热方式工作的装置；

-图12和13为根据本发明的包括闭塞装置的装置的剖面图，它示出该装置的两不同位置；

-图14和15与图12、13相似，示出了包括闭塞装置的在两不同位置的另一装置；

-图16、17分别为一装置的透视图和正面图，所述装置包括根据图12、13的模块，这些模块可与根据图14、15的模块相间；

-图18、19为根据本发明的包括选择装置的装置的剖面图，它示出了该装置的两不同位置；

-图20、21分别为根据本发明的一装置的透视图和剖面图，该装置由一铸件实施而成；

-图22为根据本发明的一装置的剖面图，它用作太阳能收集器，可加热水；

-图23为根据本发明的一装置的正面图，它布置为转动百叶窗的形式；

-图24A为图23中的百叶窗在第一状态下的水平剖面简图；

-图24B为和图24A相应的垂直剖面图；

-图25A和25B分别对应于图24A、24B，但百叶窗处于第二状态；

-图26为根据本发明的一装置的正面图，该装置为一旋转件的形式；

-图27为图26中装置的水平剖面图；

-图28A为图26、27中装置在第一状态时的垂直剖面图；

-图28B与图28A相似，但装置在第二状态中。

首先参照图1，该图示出了根据本发明的一装置10，所述装置包括可夹在第一壁14和第二壁16之间的一绝热模块12。

在该实施例中，壁14构成暴露在太阳辐射S之下的外壁，壁16为建筑物墙壁18的一部分。壁14和16大致是竖直的，它们相隔距离D，例如在100至200毫米之间。

壁14在其最简单的实施例中，可仅由一例如有一黑色涂层的金属板构成。

绝热模块12至少有一绝热芯20，该芯大致垂直的横截面为平行四边形形状。所述绝热芯20例如安放在形成框的两垂直立柱22之间(如图3)。该绝热芯20放置在第一、二壁之间，但未与它们接触。绝热模块还包括一上绝热隔板24和一下绝热隔板26，它们分别在绝热芯20的上下。所述两隔板24、26倾斜放置，在两壁14、16间延伸。

要注意，隔板24构成安放在它上面的另一绝热芯20的下隔板，隔板26构成它下面的另一绝热芯的上隔板。隔板24和26也安放在立柱22之间(如图3)。

显然，绝热芯20、隔板24、26及壁14、16因此限定了一闭合回路循环流程。该回路包括一第一通道28和一第二通道30，所述第一通道沿第一壁14大致垂直延伸，所述第二通道沿第二壁16大致垂直延伸(如图1)。

通道28和30在垂直方向上相互偏移，以确定一“低通道”(此处即第一通道28)和一“高通道”(即第二通道30)。

通道28和30顶部通过一上通道32、底部通过通道34连接起来。这些通道32和34大致平行，从通道28开始朝上通向通道30。因为通道28和30相互偏移，所以通道28有一高点PH，该点和通道30的底点PB大致在同一高度上。当然，高点PH可比底点PB略高，或比底点PB略低。

通道28、30、32和34是密封的，其中循环着一载热流体FC，在该实施例中，该流体为空气。根据壁14、16之间的温差，该空气可在通道里自然地循环，无需任何外力。

图1的情况中，装置适合冬季白昼使用，它借太阳辐射S可确保加热墙壁18。壁14，从而通道28(低通道)的温度高于壁16，也即高于通道30(高通道)。流体FC在通道28里加热后，质量更轻，从而自然上升，经过上升通道32，沿壁16上升进入通道30。因为该壁的温度比壁14低，流体冷却，自然沿壁16向下循环，再通过通道34流入通道28内，如此循环。只要壁14的温度高于壁16，流体FC就自然沿图1中箭头所指示的方向循环，以进行传递热，从而靠太阳辐射S加热墙壁18。

在所示实施例里，芯20和隔板24、26均采用绝热材料，例如聚合物(聚胺酯、聚苯乙烯等)，或又称轻混凝土的气泡混凝土。

芯20和隔板24、26的宽度L例如可在50厘米至5米之间(如图3)。

现在参照附图2，该图示出了图1中冬季夜晚使用的装置。在该构型里，太阳辐射S已经停止，壁14暴露在外部空气中，空气温度比靠墙18的壁16低。所以，壁14构成冷壁，壁16构成热壁。

这样，流体FC被壁16加热，由于通道30(高通道)和通道32位置比通道28(低通道)和通道34高，流体FC会停滞在沿壁16的通道30及通道32里。于是，流体FC的循环自然受到阻碍，壁14、16之间不再可能进行热传递。温度最高的载热流体停滞在闭合回路上部，温度最低的载热流体停滞在闭合回路的下部。

因为热的载热流体FC会停滞在通道30内，这样形成了可极大减少热耗损的一绝热装置。

显而易见，可把如此实施而成的传热装置看作是“热二极管”，它自然地工作，无需外界干涉，冬天时，白天可加热(如图1)，夜晚可绝热(如图2)。

现参照图4和图5，它们示出了根据本发明的另一实施例，它们和图1、2类似，但构型不同。

事实上，在图4、5的情况中，第一通道28构成一高通道，第二通道30构成一低通道，因而上通道32和下通道34从壁14开始朝下，通向壁16。这种装置尤其适合夏季使用，可确保白天对建筑物绝热(如图4)，晚上冷却建筑物(如图5)。

白天(如图4)，壁14暴露在太阳辐射下。这样，流体FC沿壁14被加热，结果会停滞在闭合回路上部，即通道28(上通道)和通道32里。温度低的流体会停滞在闭合回路下部，即通道30(低通道)和通道34里，即壁16旁边。这样，载热流体的循环自然受到阻碍，由于太阳辐射S的热量不能传递给壁16，因而就实现了绝热。所以，壁14最好采用一白色钢板，使吸热降至最低。

在图5中，壁14没有暴露在太阳辐射中，其温度比壁16的低。这样，载热流体会自然通过对流，沿箭头方向循环。因此，流体FC在通道30(低通道)内被加热后，经由通道32进入通道28(高通道)里，再穿过通道34流进通道30里，如此反复循环。

当然，冬天时需要有根据图1、2的装置，夏天时需要有根据图4、5的装置。这两装置是对称的。因此，靠翻转可从图1、2的位置转换到图4、5的位置上。

一种简单的方式就是实施为如图6所示的百叶窗式或类似形式。该百叶窗36包括若干绝热芯20，它们安放在两壁14、16之间，和隔板24或26交错设置。壁14和壁16可分别由一简单的玻璃壁或一钢板构成。壁14为黑色或深色，壁16为白色或浅色。百叶窗36安放在受太阳辐射S的建筑物窗玻璃42后面。百叶窗还可为一可水平滑动的百叶窗的形式(如图8和9)，它可收进墙壁18的槽43里(如图8)，或安放在窗玻璃42之后(如图9)。

冬季，装置安放在图6所示的位置上，以类似图1、2中所述的方式工作。

夏季，百叶窗翻转，位于图7的位置上，工作方式和图4、5中所述的相似。换而言之，即白天绝热，晚上冷却。由于白色表面(壁16)此时正对太阳辐射S，黑色表面(壁14)在反面，所以有利于所述工作方式。

现参照类似图1、2的图10和11，它们示出了根据本发明的另一实施例。主要不同之处在于，第一壁14相继有一暴露在太阳辐射中的玻璃壁44、一玻璃或塑料纤维织品46，及一面为黑色涂层50、另一面为白色涂层52的钢板48。

壁14还装配有一闭塞件54，该闭塞件在图10所示的位置上时方向朝外。冬天时，装置取图10的构型，工作方式与图1、2的相类似。

夏天时，壁14翻转，这样，闭塞部件54就封闭住通道28。这样，载热流体FC的循环被有意阻隔。载热流体因而无法把暴露在太阳辐射下的壁14中的热传递给建筑物墙壁那面的壁16。

图12、13所示的另一装置类似于图10、11。但此处，夏天时，阻止介质循环是通过使绝热芯20绕轴56旋转实现的。

冬天时，绝热芯20在图12所示的位置上，即它可确定循环通道，以保证加热。夏天时，绝热芯绕其轴旋转，使其抵着隔板24和26，以阻止流体在闭合回路里循环，如图13所示。这样就实现了绝热。

图14、15的实施例与图12、13的相似，其设置与图4、5相同。那即意味着通道28和通道30分别构成高通道和低通道。绝热芯20还绕轴56旋转安装。夏天时(如图15)，绝热芯的位置可允许载热流体循环，冬天时(如图14)，绝热芯旋转，阻止流体在通道28和30中循环。

图16、17所示的装置包括符合图12、13的设计的第一模块12a，它们和符合图14、15的设计的模块交错。这些模块排列起来，其放置可使芯20同步旋转。在图16、17中，冬季位置上的模块12a可加热(参照图12)，夏季位置上的模块12b可绝热(参照图14)。如果绝热芯同步旋转，模块12a则到达夏季位置，可绝热(参照图13)，模块12b则在夏季位置上可冷却(参照图15)。

在图18和19所示的实施例里，装置的通道28和30之间通过两相交成直角的上通道32a和32b、相交成直角的下通道34a和34b连接在一起。这样形成的两交叉处，分别放置着各自由一旋转四通阀构成的两选择器58和60，所述两四通阀可同步起动，在一位置或另一位置上。所述通道限定在壁14、16和端部芯62、64之间，另外还经过一中央芯66。

在图18所示的第一位置或冬季位置上，载热流体的流动可在从通道28处向上通往通道30的通道32a和34a中进行，但在从通道28向下通往通道30的通道32b和34b中被阻住。因此，装置的工作方式和图1、2中的相类似。

在图19所示的第二位置或夏季位置上，载热流体可在通道32b和34b中流动，但不能在通道32a和34a中流动。因此，装置的工作方式和图4、5中的相似。

图20、21所示的装置为总体上呈平行六面体的铸件68，它由绝热材料如塑胶材料或气泡混凝土铸成。它可与一个或若干其它相同铸件垂直堆放起来，如图21所示。它包括分别位于斜隔板70两侧的两绝热芯部分20a、20b。它确定了两垂直通道28、30及一斜通道32和另一斜通道32，所述垂直通道28和30分别沿铸件的两相对的垂直大表面，所述斜通道32在隔板70上方，和垂直通道28相通，所述另一斜通道32在隔板70下方，和垂直通道30相通。当若干铸件堆放起来时，根据通道28是否面临太阳辐射，形成的装置或类似图1和2中的，或类似图4和5中的。

现参照图22，它示出了本发明的另一实施例，其中，装置和图1、2的相似，但被用来保证加热在靠壁16的通道72里循环的水。

还可看出，壁14和16不再垂直，它们相对于垂线，倾斜约30度的一角A。如图1和2中所示的，通道28构成一低通道，通道30构成一高通道。这样，可保证在太阳辐射的作用下加热水，当太阳辐射停止时，再通过获得绝热效果阻止水的冷却。

图23的装置实施为一百叶窗36的形状，它绕垂直轴74旋转安装，可实现两种不同状态，第一状态(如图24A和24B)对应“冬季”位置，第二状态(如图25A和25B)对应于“夏季”位置。百叶窗36在上述两种状态之间，可沿墙壁18旋转，因此，类似于可旋转的所谓“法国式”百叶窗。

百叶窗36和图6、7中所述的相似。它包括若干绝热芯20，它们安放在壁14、16之间，和隔板24或26交错设置。此处，壁14为放在窗玻璃42之后的一黑色接收钢板，壁16为一白色钢板。在“冬季位置”上，窗玻璃42和壁14朝外放置，而壁16朝里，即靠墙那面。“夏季位置”上，情况刚好相反。

冬季时，装置安放在图24A和24B所示的位置上，工作方式和图1、2中的相似。夏季时，百叶窗翻转，工作方式和图4、5所述的类似。

图26所示的装置由一轮状件36实施而成，它绕垂直于墙壁18的轴76旋转安装。如前面所述的实施例一样，该装置包括若干绝热芯20，它们和壁24或26交错设置于两壁之间，此处即黑色钢板外壁14和白色钢板内壁16间。窗玻璃42朝外。

窗玻璃42和壁14之间装配有一组活动片78，这些片各绕窗玻璃42后面的一水平轴80铰接。这些片为白色，可根据百叶窗36的位置旋转。在对应冬季位置的第一状态中(如图28A)，片78根据太阳的位置倾斜，以使太阳光线照射到钢板14上。在对应夏季位置的第二状态中(如图28B)，片78旋转到垂直位置，因而可紧贴在窗玻璃42后面，以阻止太阳照射进墙壁里。

此外，本发明并不只局限于前面举例说明的若干实施例，除对建筑物进行加热、冷却和绝热外，它还有其它用途。因此，这种装置可加热炉(太阳炉)，加热游泳池、温室等。还可用于冷却装置的绝热。

无论如何，这种“热二极管”可自然地允许或防止载热流体的循环，因而简化了装置的实施。

另外，尽管本发明描述中参照的载热流体为空气，但仍可使用其它流体，特别是液体。

最后，所述模块的实施有多种变型，特别是绝热材料的选择上。绝热材料例如可由织物或类似材质形成。

Claims (14)

1.在第一、第二壁之间传递热的装置，所述两壁分别与一第一热物质和一第二热物质相接触，

其特征在于，它包括一绝热模块(2)，该绝热模块夹在所述第一壁(14)和所述第二壁(16)之间，以限定一载热流体循环的一闭合回路，所述闭合回路包括：一沿所述第一壁(14)大致垂直延伸的第一通道(28)和一沿所述第二壁(16)大致垂直延伸的第二通道(30)，所述第一、二通道在垂直方向上相互偏移，确定了一低通道和一高通道；及连接所述第一、二通道的一上通道(32)和连接所述第一、二通道的下通道(34)，

当所述低通道的温度高于所述高通道时，所述载热流体自然可在所述闭合回路中循环，进行传递热，

当所述低通道温度比所述高通道低时，所述载热流体在所述闭合回路中的循环自然被阻止，阻止了传热，形成一绝热装置，

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一通道(28)构成一低通道，所述第二通道(30)构成一高通道，当所述第一通道的温度高于所述第二通道时，可实现热交换，当所述第一通道温度低于所述第二通道时，可阻止热交换。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一通道(28)构成一高通道，所述第二通道(30)构成一低通道，当所述第一通道温度比所述第二通道低时，可实现热交换，当所述第一通道温度比所述第二通道高时，可阻止热交换。

4.根据权利要求1至3其中之一所述的装置，其特征在于，它包括选择装置(20，56；58，60)，用来使装置处于两种状态之一，在第一状态中，所述第一通道(28)构成一低通道，所述第二通道(30)构成一高通道，在第二状态中，所述第一通道(28)构成一高通道，所述第二通道(30)构成一低通道。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，它包括配置为第一状态的第一模块(12)和配置为第二状态的第二模块(12)；并且，所述选择装置包括可使第一模块或第二模块工作的装置(20，56)。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述模块(12)配置为一种状态；并且，所述选择装置包括翻转装置，用来使所述模块翻转而转换到另一状态下。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，它包括一百叶窗式的构件(36)，所述构件包括一个或几个模块(12)，它靠翻转可从第一状态转换到第二状态中，或反之。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，它包括闭塞装置(54；20，56)，用来有意阻碍所述载热流体的循环。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述第一壁(14)可暴露在太阳辐射中，所述第二壁(16)背靠待加热或冷却的热物质。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二壁(16)背靠一建筑物的墙壁(18)。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述载热流体是空气。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模块(12)由一绝热材料形成。

13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述绝热材料选自于聚合物、气泡混凝土、织物。

14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模块包括一绝热芯(20)以及一上绝热隔板(24)和一下绝缘隔板(26)，所述绝热芯适合于安放在所述第一(14)壁和所述第二壁(16)之间，用于分别确定所述第一通道(28)和所述第二通道(30)，所述上、下隔板分别安放在所述绝热芯(20)上面和下面，用于分别确定所述上通道(32)和所述下通道(34)。

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