CN1325869C - 热管导冷装置及带有该装置的蓄冷体和冷库 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热管导冷装置蓄冷体及冷库。热管导冷装置包括蒸发管和冷凝管，蒸发管和冷凝管至少各有两根，分别通过联集管并联形成蒸发管组和冷凝管组，蒸发管组上联集管与冷凝管组上联集管连通，蒸发管组下联集管与冷凝管组下联集管连通，形成循环回路蓄冷体包括可盛装蓄冷介质的闭容器，容器内盛有蓄冷介质，热管导冷装置的蒸发管组浸于蓄冷介质之中。冷库包括保温库体和作为冷库冷源的蓄冷体。本发明利用了热管的高导热性，并且设计了环行循环回路，提高了效率和稳定性，降低了冷库运行成本，大大地节省了商品能源，具有很高的性价比；由于热管的单向导热性，在外界温度高时，冷量也不容易散失。

Description

热管导冷装置及带有该装置的蓄冷体和冷库

技术领域

本发明属于冷藏设备及其零部件，尤其涉及一种导冷换热装置及带有该导冷换热装置的蓄冷体及带有该蓄冷体的冷库。

背景技术

现有的蓄冷体及冷库大部分是利用压缩机制冷，但是，由于这种技术具有商品能耗大，运行成本高、运行不稳定、维护操作复杂，有害介质及噪音污染、对电力工程依赖性强等缺点，于是人们开始研究无须动力设备的制冷技术。申请号为91101569.8的中国发明专利申请公开说明书公开了一种风管式自然冷能冷库，一个由风管和载冷剂输液箱及贮冷体组成的供冷装置。风管通过载冷剂输液箱与载冷剂进行热交换，载冷剂输液箱和连通钢管中的载冷剂与贮冷体进行热交换。冬季利用风管中冷热气体形成的静压力差和风速自动输入大气层中的冷量，在贮冷体中利用水的相变潜热贮存。夏季需要制冷时，通过供冷水管和载冷剂与贮冷体循环进行热交换而释放出冷量。

这种冷库实现了无商品能耗的目的，但是由于它是利用风管进行换热的，因此效率不高，另外风管在夏天也会形成传导和对流，容易造成冷量散失。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种不仅无商品能耗，而且热效率高的导冷换热装置及带有该导冷换热装置的蓄冷体及带有该蓄冷体的冷库。

为达到上述目的，本发明提供了一种到冷换热装置，它包括蒸发管和冷凝管，蒸发管和冷凝管至少各有两根，分别通过联集管并联形成蒸发管组和冷凝管组，蒸发管组上联集管与冷凝管组上联集管通过上升管连通，蒸发管组下联集管与冷凝管组下联集管通过下降管连通，从而形成重力热管循环回路。

冷凝管组高于蒸发管组，冷凝管组的下联集管高于蒸发管组的上联集管；蒸发管组的最低处下方设置连通的沉积管，该沉积管为盲管，用于沉淀热管中的沉淀物；冷凝管组的最高处上方设置连通的集存管，该集存管为盲管，用于集存热管中的杂质气体。所述沉积管由下降管向下延伸一段形成；所述集存管由上升管向上延伸一段形成。

在蒸发管组的下联集管内套装输冷管，其内有循环工质，构成另一闭合回路；

当冷凝端温度等于蒸发端温度时，热管回路处于动平衡状态，这时蒸发管组内大部分为液态的工质，液面之上及冷凝管组内充满饱和蒸汽。

当冷凝端温度低于蒸发端温度时，热管导冷装置进入导冷状态。这时外界冷空气冷却冷凝管组，冷凝管组内的汽态工质冷凝为液态，通过蒸发管组的下联集管及下降管流回蒸发管组的下联集管，下联集管的连通作用保证各蒸发管液面等高，蒸发管组内工质蒸发补充蒸汽并带走热量，从而使蒸发管组内的工质及管壁降温，如此自动循环，不断将蒸发管组的工质及管壁降温，直至蒸发管组的温度降至冷凝管组的温度。

当冷凝端温度高于蒸发端温度时，热管导冷装置无法循环，仅有管壁的传导作用传递微少的热量，因此本热管导冷装置具有单向导冷特性。

为了能将储存的冷能均匀地取出利用，可在蒸发管组的下联集管内套装输冷循环管，构成另一闭合回路；这样做的优点是，不必另设分布于蓄冷体的蛇形管或平行管，利用已分布于蓄冷体的蒸发管组，和蒸发管组良好的向下导冷向上导热性能，就可将蓄冷体的冷能均匀地取出。此循环既可借助循环泵实现，也可通过输冷循环管的二级热管的冷凝段串联实现自动循环输冷。

为了防止管路中的沉淀物和非工质气体影响热管的工作，在蒸发管组的最低处下方设置连通的沉积管，该沉积管为盲管，用于沉淀热管中的沉淀物；冷凝管组的最高处上方设置连通的集存管，该集存管为盲管，用于集存热管中的杂质气体。作为一种优选方案，所述沉积管由下降管向下延伸一段形成；所述集存管由上升管向上延伸一段形成。

为了工质液面大致等高或简化制作，所述热管可以并联串通使用，并联串通循环回路由至少两个基本回路组成，两回路至少在蒸发管组或冷凝管组之一连通。

为了提高冷凝管组的换热效率，冷凝管组可以设置换热翅片；管壁采用与工质兼容性好、导热性好的金属或非金属材料。

管组上设置至少一个开关阀和液位显示装置以方便工质的灌装和液位的调节；为了取得较高的蒸发效率，工质液位一般低于蒸发管组上联集管；管组设置安全阀调节管内压力，以避免温度过高时管内压力过高造成管组损坏或人员受伤。

本发明还提供了一种带有上述热管导冷装置的蓄冷体，它包括可盛装蓄冷介质的开口或密闭容器，容器内盛有蓄冷介质，前述热管导冷装置的蒸发管组部分或全部地浸于蓄冷介质之中。

为了避免蓄冷介质冻胀损坏容器，容器应设置防冻胀措施：所述容器采用可以吸纳蓄冷介质冻胀变形的弹性体、柔性体或褶皱结构体；或者是容器由内外两层组成，内层由可以包容蓄冷介质并吸纳蓄冷介质冻胀变形的弹性体、柔性体或褶皱结构体构成，外层为由刚性材料构成用于支撑容纳内层和蓄冷介质的支撑体。

为了防止热量损失，在容器外设置保温层容器壳体，或容器由保温材料制成。

为了提高冷凝管组处的换热效率，在容器外冷凝管组周围设置导风板，以提高冷凝管处局部风速、加速换热。

本发明还提供了一种带有上述蓄冷体的冷库，它包括保温库体和作为冷库冷源的蓄冷体。可以有多种方式将蓄冷体所储存的冷能散布到冷库内：所述蓄冷体有多个，蓄冷体表面至少一侧作为散冷表面以辐射方式与库体换热，多个蓄冷体以按照库温需要的方式设置在库体内部的顶部，或者侧壁，或者底部；为控制蓄冷体的散冷量，蓄冷体周围可设风机等强制对流设备，或者蓄冷体表面设置换热面积调节装置。

如果蓄冷体设置在库体的外部，蓄冷体四周设置保温层，以冷风循环的方式或管路循环的方式将蓄冷体所储存的冷能导入库体内部。采用空气循环的方式时，蓄冷体与库体之间设置连通的风管和风机，将蓄冷体表面或内部的冷空气以循环对流方式导入库体内部；采用管路循环的方式时，蒸发管组下联集管内设置输冷循环管，充有循环工质(工质可等同也可不同于蓄冷回路)，构成输冷循环回路，输冷循环回路中设置泵，将蓄冷体中的冷能通过循环带出，再通过风机盘管以对流循环的方式，或通过地盘管或库顶盘管以辐射的方式将冷能导入库体内部。

本发明中热管导冷装置的热管系统为环行集成循环回路，较之传统的棒状的热管，用于蓄冷体或冷库时，保温层穿孔少，冷能损失少，另外结构简单，效率高，可以节约大量的结构材料，易于安装，维修和控制也更加方便。

本发明利用了热管的高导热性，并且设计了环行循环回路的热管系统，提高了效率和稳定性，降低了冷库运行成本，大大地节省了商品能源，具有很高的性价比；由于热管的单向导热性，在外界温度高时，冷量也不容易散失，运行可靠；集存管、沉积管、安全阀、液位显示装置的设置，使得本发明更加完善，使用更加安全、方便。尤其性价比的提高，使得利用热管建设冷库技术的普及和推广成为可能，较之传统的蓄冷有了质的飞跃。输冷循环管的设置，使得不用额外设置蛇形管或并行管组就能均匀地将储存于蓄冷体中的冷能导入冷库。

附图说明

图1是本发明热管导冷装置实施例1结构示意图；

图2是本发明热管导冷装置实施例2结构示意图；

图3是本发明热管导冷装置实施例3结构示意图；

图4是图3所示I处放大的剖面结构示意图；

图5是本发明蓄冷体实施例1结构示意图；

图6是本发明蓄冷体实施例2结构示意图；

图7是本发明冷库实施例1结构示意图；

图8是本发明冷库实施例2结构示意图；

图9是本发明冷库实施例3结构示意图；

图10是图5所示b4的俯视图。

具体实施方式

热管导冷装置实施例1：

如图1所示，它包括位于右上方的冷凝管组a2和左下方的蒸发管组a1，蒸发管组a1内包括五根蒸发管，冷凝管组a2内包括五根冷凝管，各组内的管分别通过联集管并联起来，然后蒸发管组上联集管与冷凝管组上联集管通过上升管a3连通，蒸发管组下联集管与冷凝管组下联集管通过下降管a4连通，从而形成重力热管循环回路。为保证冷凝管组a2的工质顺利地流回蒸发管组a1，冷凝管组a 2高于蒸发管组a1，冷凝管组a2的下联集管高于蒸发管组a1的上联集管；为了增大换热面积，提高换热效率，在冷凝管a2的管壁上设置有翅片a8。

工作时，当冷凝管组a2所处位置的温度低于冷凝管组a1所处位置的温度时，热管a自动开始工作，制冷工质在蒸发管组a1内蒸发并吸收热量，通过上升管a3扩散至冷凝管组a2上部；然后在冷凝管组a2冷凝并释放热量，然后顺着下降管a4流下，如此循环往复，直至蒸发管组a1所处位置的温度与冷凝管组a2所处位置的温度相同，停止工作。

下降管a4下部与蒸发管组a1连通，继续向下延伸一段再封闭形成沉积管a9，沉积管a9是整个热管最低的部分，这样当冷凝后的制冷剂顺着下降管流下时，其中的部分杂质就沉淀到沉积管a9内，这样就能防止杂质堵塞管路，避免热管导冷装置失效；沉积管a9或其底端可以设置成可拆卸式，以便定期或根据需要排除杂质。沉积管a9也设置设置在其它位置，只要是整个热管a最低的部分即可。

上升管a3上部与冷凝管组a2连通，继续向上延伸一段再封闭形成沉积管集存管a6，集存管a6是整个热管最高的部分，这样当蒸发后的制冷工质沿着上升管a3上升时，其中的部分杂质气体就集存到集存管a6内，这样就能防止杂质气体堵塞管路，避免热管导冷装置失效；集存管a6也可设置在其它位置，只要是整个热管a最高的部分即可；集存管a6上还可以设置安全阀a7，在温度异常升高，管路内压力过大的时候，安全阀a7自动打开卸压，以避免管路内压力过大造成诸如爆炸等事故。该压力值可通过调整安全阀a7进行设定。另外，可定期或根据情况手动打开安全阀a 7释放一下杂质气体。另外在热管导冷装置管路任何需要的地方均可以设置开关阀等，以调节管路内的压力、方便灌注等。

热管导冷装置实施例2：

如图2所示，与实施例1相比较，冷凝管组a2位于蒸发管组a1的正上方，上升管a3处设置连通液位计a11，在集存管a6的上方设置安全阀a7和开关阀a10。开关阀可以方便灌注工质，并可根据需要打开开关阀排除杂质气体。

热管导冷装置实施例3：

它相当于实施例1所示的两个热管在蒸发管组a1处对称地连通对接起来。并且，如图4所示，在蒸发管组a1的下联集管内同心地穿过一根输冷循环管a12，内装循环工质a13，该工质可等同也可不同于蓄冷回路工质，构成输冷循环回路，输冷循环回路中设置泵，将蓄冷体中的冷能通过循环带出，这样可以将蓄冷体储存的冷能送到需要冷能的远距离的空间，也可以使输冷循环管与二级热管的冷凝端串联构成热管自动循环系统，将冷能输送到二级热管的蒸发端。

蓄冷体实施例1：

如图5所示，它包括蓄冷介质，通常为水或水合物，采用化合物可调整介质的相变温度，及盛装蓄冷介质b1的壳体b2和导冷热管a。壳体b2为混凝土结构，壳体b2内设置热管a的蒸发管组a1，壳体b2内层设置由弹性保温材料构成的保温层b3，如弹性发泡材料，以吸收蓄冷介质b1的冻胀并保温。

壳体b2也可由彩钢苯板或彩钢聚氨酯板或其它保温材料构成，这时b3可以仅由弹性材料或柔性材料构成，蓄冷体体积较大时彩钢苯板或彩钢聚氨酯板还需钢框架给以加强支撑。另外，在壳体外冷凝管组周围设置用于提高冷凝管处局部风速、加速换热的导风板b4，其结构如图10所示。

当蓄冷体壳体b1体外的温度低于蓄冷体内的温度时，热管a自动开始工作，制冷剂在蒸发管组a1内蒸发并吸收热量，通过上升管a3扩散至冷凝管组a2上部；然后在冷凝管组a2冷凝并释放热量，然后顺着下降管a4流下，如此循环往复，直至蓄冷体b内温度与蓄冷体外温度相同，停止工作，因此蓄冷介质温度不断下降，蓄冷介质逐步变为固态，达到其相变温度时，全部变成固态，这样蓄冷体就储存了大量的冷能。

蓄冷体实施例2：

与实施例1相比较，蓄冷体不设保温层，壳体b2为柔性或弹性材料，以吸纳蓄冷体的冻胀变形，外设刚性支撑体b3支撑弹性或柔性壳体。

冷库实施例1：

如图7所示，它包括热管导冷装置a、蓄冷体b以及库体c1，蓄冷体b采用蓄冷体实施例1的结构，其设置在c1的外部，自带保温层，库体c1内壁设置保温层c2，蓄冷体b内与库体c1连通送风通道及回风通道，送风通道内设置风机c3抽风，出风口处设置导流板c4调整风向。为保证蓄冷体的冷能更好地输入库体内，库体和蓄冷体的出风口及回风口都要错开布置，以形成大循环。

一般情况下，风口设置于蓄冷体的冰的表面。蓄冷体的冷传到上面的空气中，通过冷风循环将冷输到库体中货架周围。为了提高取冷效率并更均匀地从蓄冷体中将冷取出，可以在蓄冷介质内部设置风管。

冷库实施例2：

如图8所示，与实施例1相比较，蓄冷体b采用蓄冷体实施例2的结构，其设置在库体c1内，蓄冷体表面有可调节的保温层为了控制换热功率和库内温度，热管a的冷凝管组a2设置在库体c1外，蓄冷体主要以辐射方式与库体进行热交换。

冷库实施例3：

与实施例2相比较，库体c1四壁及地板、顶板内埋设相互连通的若干循环盘管，库体c1外表面设置保温层c2，蓄冷体b内蒸发管组a1下联集管穿过的输冷循环管a12与循环盘管连通形成循环回路，并利用泵进行循环，将蓄冷体储存的冷能均匀地取出并输送到库体c1的内壁、地板、屋顶，再以辐射方式输送到库内。

本发明冷库在工作时，当蓄冷体壳体b1内的温度低于蓄冷体外温度时(一般在冬季)，热管a自动开始工作，进行蓄冷，制冷剂在蒸发管组a1内蒸发并吸收热量，通过上升管a3扩散至冷凝管组a2上部；然后在冷凝管组a2冷凝并释放热量，然后顺着下降管a4流下，如此循环往复，直至蓄冷体b内温度与蓄冷体外温度相同，停止工作，因此蓄冷介质温度不断下降，逐渐达到其相变温度，直至全部发生相变成为固体，当天气转暖，气温升高时，蓄冷体以上述方式向库体内输送冷量，保持库温度始终在所需的温度。如果当地气候条件不足，可以以制冷机辅助制冷。

热管的工作原理和其独特的单向导热性、高效性为公知技术，在此不再赘述，本发明热管不局限于实施例列举的类型，所有能够应用在此处起相似作用的热管都包括在内。

在实际应用过程中，蓄冷体b可以有多个，根据实际需要确定其具体数量和进行分布，如在冷库c上方均匀分布若干个，或者是它们的蒸发管组连通并作出适当间隔以释放冻胀力，或者同时在冷库c侧边或底部设置。总之，以能够合理地满足冷库c的需要为依据进行设计。

本发明中热管导冷装置的热管系统为循环回路，较之传统的棒状的热管，其结构简单，节约大量的钢材，效率有很大的提高，安装方式更加灵活，施工也变的简单，维修和控制也更加的方便。

本发明利用了热管的高导热性，并且设计了环行循环回路的热管系统，大大地节省了商品能源，提高了效率和稳定性，降低了运行成本；由于热管的单向导热性，在外界温度高时，冷量也不容易散失，运行可靠；集存管和沉积管的设置，使得本发明更加完善，提高了产品的耐用性和安全性。使得其技术性和经济性均能够满足工程要求，使得利用热管建设冷库技术的普及和推广成为可能，较之传统的蓄冷、换热技术有了质的飞跃。

自然冷能自动蓄冷装置的多种结构形式及其与冷库的灵活布置方式使得产品技术性与经济性极其优越，使得利用本发明普及自然冷能冷库以及利用自然冷能自动蓄冷装置对已建机械冷库进行节能改造在技术及经济上均成为可能，可以大大减少能耗及二氧化碳和氟里昂的排放，抑制全球温室效应和臭氧层的破坏，造福人类。

Claims (15)

1.一种热管导冷装置，它包括蒸发管和冷凝管，蒸发管和冷凝管至少各有两根，分别通过联集管并联形成蒸发管组和冷凝管组，蒸发管组上联集管与冷凝管组上联集管通过上升管连通，蒸发管组下联集管与冷凝管组下联集管通过下降管连通，从而形成重力热管闭合循环回路，其特征在于冷凝管组高于蒸发管组，冷凝管组的下联集管高于蒸发管组的上联集管，冷凝管组设置换热翅片。

2.根据权利要求1所述的热管导冷装置，其特征在于在蒸发管组的下联集管内套装输冷循环管，构成另一闭合回路。

3.根据权利要求1或2所述的热管导冷装置，其特征在于管组上设置至少一个开关阀、安全阀以及液位显示装置，工质液位低于蒸发管组上联集管。

4.根据权利要求3所述的热管导冷装置，其特征在于管壁采用与工质兼容性、导热性好的金属或非金属材料。

5.根据权利要求1或2所述的热管导冷装置，其特征在于所述热管循环回路有至少两个组成，两回路与蒸发管组或冷凝管组连通。

6.一种采用上述任一权利要求所述热管导冷装置的蓄冷体，其特征在于它包括可盛装蓄冷介质的开口或密闭容器，容器内盛有蓄冷介质，前述热管导冷装置的蒸发管组部分或全部地浸于蓄冷介质之中。

7.根据权利要求6所述的蓄冷体，其特征在于所述容器设置可以吸纳蓄冷介质冻胀变形的弹性体、柔性体或褶皱结构体。

8.根据权利要求6所述的蓄冷体，其特征在于容器由内外两层组成，内层由可以包容蓄冷介质并吸纳蓄冷介质冻胀变形的弹性体、柔性体或褶皱结构体构成，外层为由刚性材料构成用于支撑容纳内层和蓄冷介质的支撑体。

9.根据权利要求6所述的蓄冷体，其特征在于在该容器壳体由保温材料制成或在容器外设置保温层。

10.根据权利要求6、7、8或9所述的蓄冷体，其特征在于在壳体外冷凝管组周围设置用于提高冷凝管处局部风速、加速换热的导风板。

11.一种采用上述权利要求6、7、8、9或10所述蓄冷体的冷库，其特征在于它包括库体和作为冷库冷源的蓄冷体。

12.根据权利要求11所述的冷库，其特征在于所述蓄冷体有多个，蓄冷体表面至少一侧作为散冷表面以辐射方式与库体换热，多个蓄冷体以按照库温需要的方式设置在库体内部的顶部，或者侧壁，或者底部。

13.根据权利要求11或12所述的冷库，其特征在于蓄冷体表面设置换热面积调节装置或在蓄冷体周围设置可调节控制的通风装置。

14.根据权利要求11所述的冷库，其特征在于蓄冷体设置在库体的外部，蓄冷体四周设置保温层，其与库体之间设置连通的风管，将蓄冷体表面或内部的冷空气以循环对流方式导入库体内部。

15.根据权利要求11所述的冷库，其特征在于蓄冷体的冷通过蒸发管组下联集管内的输冷循环管、风机盘管或地盘管或库顶板盘管导入库体内部。

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