CN205718602U - 一种自动利用环境冷热源的节能装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种自动利用环境冷热源的节能装置，包括：感温面1、控温面2和热控制层3，所述热控制层设置于感温面1和控温面2之间，热控制层包括双金属片、热管等部件。所述双金属片根据感温面1温度的高低，发生形变控制所述热管的倾斜角度，进而控制装置的传热强化/弱化的方向。当环境温度高于控制温度时，装置根据控温区域的温度与环境温度的相对高低，调节热阻，减少环境向控温区域的传热或增加控温区域向环境的传热；当环境温度低于控制温度时，装置根据控温区域的温度与环境温度的相对高低，调节热阻，增加环境向控温区域的传热或减少控温区域向环境的传热。通过本实用新型所述一种自动利用环境冷热源的节能装置，实现了对环境蕴藏的冷热能的利用。
Description
技术领域
本发明涉及恒温技术及自然冷热源利用领域，更具体的涉及一种自动利用环境冷热源的节能装置。
背景技术
在工业、建筑、化工、医疗等领域，通常需要对某个区域的温度进行控制。为了节省维持温度稳定的能耗，大部分情况下需要尽可能减少外部环境温度变化对控温区域产生的影响。例如，在控温区域温度低于环境温度时，可以将围护结构的热阻设置的很大来节省制冷能耗。但由于环境温度通常是变化的，有时高于控温区域温度，有时低于控温区域温度，因此传热系数不变的围护结构无法有效利用环境蕴藏的冷热源节省控温能耗。对于控温区域处在环境温度变化很大的场合的情形来说，由于控温区域与环境之间存在温差，环境可视为一种天然冷热源，因此最佳的围护结构处理方案应是：(1)当环境温度高于控制温度时，如果控温区域温度低于环境温度，应当增加围护结构热阻，减少环境向控温区域的传热；如果控温区域温度高于环境温度，应该减少围护结构热阻，增加控温区域向环境的传热。(2)当环境温度低于控制温度时，如果控温区域温度低于环境温度，应当减少围护结构热阻，增加环境向控温区域的传热；如果控温区域温度高于环境温度，应该增加围护结构热阻，减少控温区域向环境的传热。因此传热系数不变的围护结构并不能充分利用环境蕴藏的冷热能降低能耗。现有技术中也没有一种能够根据环境与控温区域的温差及时的强化/弱化环境与控温区域之间传热的技术。
发明内容
本发明基于上述现有技术问题，创新的提出一种自动利用环境冷热源的节能装置，通过在装置感温侧和控温侧之间增加一个自动调节传热的热控制层，并采用热管作为热控制层的主要传热元件，采用双金属片作为重要的改变强化传热方向的调节元件，利用双金属片根据温度发生形变的性质以及一系列的创新性设计，进而控制热管的倾斜角度，实现了热量传递的强化/弱化方向的改变，进而实现了根据环境温度与控制温度的相对高低来对环境与控温区域之间的传热进行自动控制，实现了对环境蕴藏的冷热能的利用。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种自动利用环境冷热源的节能装置其特征在于包括：感温面1、控温面2和热控制层3；
所述热控制层3设置于所述感温面1和控温面2之间；
所述热控制层3包括双金属片4、热管5、弧形转换架6、固定支架7、导热基体8、金属壳9和结点13；
所述双金属片4的一端固定于所述感温面1的内表面上，另一端搭接在与所述热管5联动的弧形转换架6内侧，所述弧形转换架6固定在所述金属壳9外部，所述金属壳9嵌套于所述热管5外部，并通过所述结点13固定，所述热管5通过结点13固定于固定支架7上，所述感温面1与控温面2的内表面设置有导热基体8，所述固定支架7固定于所述感温面1与控温面2之间，所述双金属片4与对应热管5、弧形转换架6、导热基体8、金属壳9和结点13构成感温面1和控温面2之间的一个传导热桥。
进一步根据本发明所述的一种自动利用环境冷热源的节能装置，所述感温面1、热控制层3和控温面2依次层叠设置；
所述感温面1置于感温侧，所述控温面2置于控温侧，所述热控制层3置于所述感温面1和控温面2之间，所述热管5外侧设有金属壳9，用于固定所述热管5，所述热管5中充有工作液10，所述双金属片4受热时可在所述热控制层3内上下转动，所述热管5在所述双金属片4的带动下可绕所述结点13在所述热控制层3中沿顺时针或逆时针方向转动；
在所述导热基体8内表面设有若干弧形导热面14，所述热管5还包括冷凝侧11和蒸发侧12。
通过本发明的技术方案至少能够达到以下技术效果：
1)本发明通过根据环境温度、控温区域温度、控制温度之间的相对大小，自动调节传热系数，可以自动的强化/弱化环境与控温区域之间的传热，及时利用环境中蕴含的冷热能，节约能源。
2)本发明所述一种自动利用环境冷热源的节能装置设计新颖、结构简易、容易实现，属于新型的低能环保温控系统，可广泛应用于各类需温控的场合中，具有广阔的市场实用前景。
附图说明
附图1是本发明第一实施例的结构原理图；
附图2是本发明第一实施例的A-A剖面图；
附图3是本发明第二实施例的结构原理图；
附图4是本发明第二实施例的B-B剖面图；
图中各附图标记的含义如下：
1-感温面；2-控温面；3-热控制层；4-双金属片；5-热管；6-弧形转换架；7-固定支架；8-导热基体；9-金属壳；10-工作液；11-冷凝侧；12-蒸发侧；13-结点； 14-弧形导热面；15-弧形导热面；16-弧形导热面；17-弧形导热面；18-记忆金属弹簧；19-固定壳。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。
本发明所述的一种自动利用环境冷热源的节能装置包括感温面1、热控制层3和控温面2，所述的热控制层3设置于感温面1和控温面2之间，所述感温面1、热控制层3和控温面2依次层叠，本发明所述的一种自动利用环境冷热源的节能装置尤其适合应用于恒温技术领域。
本发明通过热控制层内设置双金属片来感应热面温度，利用双金属片受热发生弯曲变形的特性来控制所述热管的倾斜角度，进而控制所述热管的蒸发侧与冷凝测与不同壁面进行接触，实现了在感温面1温度高于控制温度时，若感温面1温度低于控温面2温度，有效强化控温面2向感温面1的热量传递，若感温面1温度高于控温面2温度，有效弱化控温面2与感温面1间的热量传递；在感温面1温度低于控制温度时，若感温面1温度高于控温面2温度，有效强化感温面1向控温面2的热量传递，若感温面1温度低于控温面2温度，有效弱化感温面1与控温面2间的热量传递。具体的，当感温侧温度高于控制温度时，高温通过感温面1使得双金属片受热处于高温区间，所述双金属片受热发生形变向下弯曲，并与对应热管的弧形转换架下侧接触，感温面1温度继续升高，双金属片向下形变弯曲程度继续增大，迫使与双金属片接触的弧形转换架推动其联动热管在热控制层中逆时针偏转，使热管的蒸发侧与控温面2内表面的导热基体接触，并与弧形导热面16吻合，使热管的冷凝侧与感温面1内表面导热基体接触，并与弧形导热面17吻合，若感温面1温度低于控温面2温度，热管蒸发侧工作液通过导热方式吸收控温面2的热量并汽化，工作液蒸汽由于密度差作用而沿着热管上壁面向上运动至冷凝侧，由于冷凝侧温度低于蒸发侧温度，故工作液蒸汽在冷凝侧遇冷凝结并放出潜热热量，该热量通过导热基体传递至感温面1，工作液凝结液由于重力作用，沿热管下壁面流回蒸发侧，如此周而复始不断吸热-蒸发-凝结-放热，从而建立强化控温面2向感温面1的传热；若感温面1温度高于控温面2温度，所述双金属片4仍保持向下弯曲状态，此时，由于所述蒸发侧12温度低于所述冷凝侧11温度，所述蒸发侧12的工作液10几乎不蒸发传热，所述感温面1和控温面2间的主要传热介质是空气，空气的传热能力较低，从而弱化了所述控温面2与所述感温面1间的传热，维持控温面2温度相对恒定，节约能源。当感温侧温度低于控制温度时，低温通过感温面1使得双金属片受热处于低温区间，所述双金属片受热形变向上弯曲，并与对应热管的弧形转换架上侧接触，感温面1温度继续降低， 双金属片向上形变弯曲程度继续增大，迫使与双金属片接触的弧形转换架推动其联动热管在热控制层中顺时针偏转，使热管的蒸发侧与感温面1内表面的导热基体接触，并与弧形导热面15吻合，使热管的冷凝侧与控温面2内表面导热基体接触，并与弧形导热面14吻合，若感温面1温度高于控温面2温度，热管蒸发侧工作液通过导热方式吸收感温面1的热量并汽化，工作液蒸汽由于密度差作用而沿着热管上壁面向上运动至冷凝侧，由于冷凝侧温度低于蒸发侧温度，故工作液蒸汽在冷凝侧遇冷凝结，并放出潜热热量，该热量通过导热基体传递至控温面2，工作液凝结液由于重力作用，沿热管下壁面流回蒸发侧，如此周而复始不断吸热-蒸发-凝结-放热，从而建立强化感温面1向控温面2的传热；若感温面1温度低于控温面2温度，所述双金属片4仍保持向上弯曲状态，此时，由于所述蒸发侧12温度低于所述冷凝侧11温度，所述蒸发侧12的工作液10几乎不蒸发传热，所述感温面1和控温面2间的主要传热介质是空气，空气的传热能力较低，从而弱化了所述感温面1与所述控温面2间的传热，维持控温面2温度相对恒定，节约能源。
下面结合热控制层内双金属片的具体设置结构以及其与感温面1和控温面2之间导热连接方式给出两个优选的实施方案和其对应剖面详图。
实施例1
参见附图1、2，一种自动利用环境冷热源的节能装置其特征在于，包括：感温面1、控温面2和热控制层3，所述热控制层3设置于所述感温面1和控温面2之间，所述热控制层3包括双金属片4、热管5、弧形转换架6、固定支架7、导热基体8、金属壳9和结点13；所述感温面1、热控制层3和控温面2依次层叠设置，且所述感温面1置于感温侧，所述控温面2置于控温侧，所述热控制层3置于所述感温面1和控温面2之间，所述热管5外侧设有金属壳9，所述热管5中充有工作液10，在所述导热基体8内表面设有若干弧形导热面14，所述热管5还包括冷凝侧11和蒸发侧12；
所述双金属片4的一端固定于所述感温面1的内表面上，另一端搭接在与所述热管5联动的弧形转换架6内侧，所述弧形转换架6固定在所述金属壳9外部，所述金属壳9嵌套于所述热管5外部，并通过所述结点13固定，所述热管5通过结点13固定于固定支架7上，所述感温面1与控温面2的内表面设置有导热基体8，所述固定支架7固定于所述感温面1与控温面2之间，所述双金属片4与对应热管5、弧形转换架6、导热基体8、金属壳9和结点13构成感温面1和控温面2之间的一个传导热桥。
当感温面1温度高于控制温度时，高温通过感温面1使得双金属片受热处于高温区间，所述双金属片受热发生形变向下弯曲，并与对应热管的弧形转换架下侧接触，感温面1温度 继续升高，双金属片向下形变弯曲程度继续增大，迫使与双金属片接触的弧形转换架推动其联动热管在热控制层中逆时针偏转，使热管的蒸发侧与控温面2内表面的导热基体接触，并与弧形导热面16吻合，使热管的冷凝侧与感温面1内表面导热基体接触，并与弧形导热面17吻合，若感温面1温度低于控温面2温度，热管蒸发侧工作液通过导热方式吸收控温面2的热量并汽化，工作液蒸汽由于密度差作用而沿着热管上壁面向上运动至冷凝侧，由于冷凝侧温度低于蒸发侧温度，故工作液蒸汽在冷凝侧遇冷凝结并放出潜热热量，该热量通过导热基体传递至感温面1，工作液凝结液由于重力作用，沿热管下壁面流回蒸发侧，如此周而复始不断吸热-蒸发-凝结-放热，若感温面1温度高于控温面2温度，所述双金属片4仍保持向下弯曲状态，此时，由于所述蒸发侧12温度低于所述冷凝侧11温度，所述蒸发侧12的工作液10几乎不蒸发传热，所述感温面1和控温面2间的主要传热介质是空气，空气的传热能力较低，从而弱化了所述控温面2与所述感温面1间的传热，维持控温面2温度相对恒定，节约能源。
当感温面1温度低于控制温度时，低温通过感温面1使得双金属片受热处于低温区间，所述双金属片受热发生形变向上弯曲，并与对应热管的弧形转换架上侧接触，感温面1温度继续降低，双金属片向上形变弯曲程度继续增大，迫使与双金属片接触的弧形转换架推动其联动热管在热控制层中顺时针偏转，使热管的蒸发侧与感温面1内表面的导热基体接触，并与弧形导热面15吻合，使热管的冷凝侧与控温面2内表面导热基体接触，并与弧形导热面14吻合，若感温面1温度高于控温面2温度，热管蒸发侧工作液通过导热方式吸收感温面1的热量并汽化，工作液蒸汽由于密度差作用而沿着热管上壁面向上运动至冷凝侧，由于冷凝侧温度低于蒸发侧温度，故工作液蒸汽在冷凝侧遇冷凝结并放出潜热热量，该热量通过导热基体传递至控温面2，工作液凝结液由于重力作用，沿热管下壁面流回蒸发侧，如此周而复始不断吸热-蒸发-凝结-放热，从而建立强化感温面1向控温面2的传热；若感温面1温度低于控温面2温度，所述双金属片4仍保持向上弯曲状态，此时，由于所述蒸发侧12温度低于所述冷凝侧11温度，所述蒸发侧12的工作液10几乎不蒸发传热，所述感温面1和控温面2间的主要传热介质是空气，空气的传热能力较低，从而弱化了所述感温面1与所述控温面2间的传热，维持控温面2温度相对恒定，节约能源。
实施例2
参见附图3、4，实施例2与实施例1的主要区别在于热控制层，实施例2将实施例1中的双金属片换成记忆金属弹簧，其他的结构设置相同，包括：感温面1、控温面2和热控制层3，所述热控制层3设置于所述感温面1和控温面2之间，所述热控制层3包括记忆金属 弹簧18、热管5、弧形转换架6、固定支架7、导热基体8、金属壳9、结点13和固定壳19；所述感温面1、热控制层3和控温面2依次层叠设置，且所述感温面1置于感温侧，所述控温面2置于控温侧，所述热控制层3置于所述感温面1和控温面2之间，所述热管5外侧设有金属壳9和固定壳19，所述热管5中充有工作液10，在所述导热基体8内表面设有若干弧形导热面14，所述热管5还包括冷凝侧11和蒸发侧12；
所述记忆金属弹簧18的一端固定于所述感温面1的内表面上，另一端固定于固定壳19上，所述金属壳9嵌套于所述热管5外部，并通过所述结点13固定，所述固定壳19嵌套于所述热管5底部，所述热管5通过结点13固定于固定支架7上，所述感温面1与控温面2的内表面设置有导热基体8，所述固定支架7固定于所述感温面1与控温面2之间，所述记忆金属弹簧18与对应热管5、弧形转换架6、导热基体8、金属壳9和结点13构成感温面1和控温面2之间的一个传导热桥。
当感温面1温度高于控制温度时，高温通过感温面1使得记忆金属弹簧18受热处于高温区间，所述记忆金属弹簧18受热形变伸长，并推动其联动热管在热控制层中逆时针偏转，使热管的蒸发侧与控温面2内表面的导热基体接触，并与弧形导热面16吻合，使热管的冷凝侧与感温面1内表面导热基体接触，并与弧形导热面17吻合，若感温面1温度低于控温面2温度，热管蒸发侧工作液通过导热方式吸收控温面2的热量并汽化，工作液蒸汽由于密度差作用而沿着热管上壁面向上运动至冷凝侧，由于冷凝侧温度低于蒸发侧温度，故工作液蒸汽在冷凝侧遇冷凝结并放出潜热热量，该热量通过导热基体传递至感温面1，工作液凝结液由于重力作用，沿热管下壁面流回蒸发侧，如此周而复始不断吸热-蒸发-凝结-放热，从而建立强化控温面2向感温面1的传热；若感温面1温度高于控温面2温度，所述记忆金属弹簧18仍保持伸长状态，此时，由于所述蒸发侧12温度低于所述冷凝侧11温度，所述蒸发侧12的工作液10几乎不蒸发传热，所述感温面1和控温面2间的主要传热介质是空气，空气的传热能力较低，从而弱化了所述控温面2与所述感温面1间的传热，维持控温面2温度相对恒定，节约能源。
当感温面1温度低于控制温度时，低温通过感温面1使得记忆金属弹簧18受热处于低温区间，所述记忆金属弹簧18受热形变缩短，并拉动其联动热管在热控制层中顺时针偏转，使热管的蒸发侧与感温面1内表面的导热基体接触，并与弧形导热面15吻合，使热管的冷凝侧与控温面2内表面导热基体接触，并与弧形导热面14吻合，若感温面1温度高于控温面2温度，热管蒸发侧工作液通过导热方式吸收感温面1的热量并汽化，工作液蒸汽由于密度差作用而沿着热管上壁面向上运动至冷凝侧，由于冷凝侧温度低于蒸发侧温度，故工作液蒸汽在 冷凝侧遇冷凝结并放出潜热热量，该热量通过导热基体传递至控温面2，工作液凝结液由于重力作用，沿热管下壁面流回蒸发侧，如此周而复始不断吸热-蒸发-凝结-放热，从而建立强化感温面1向控温面2的传热；若感温面1温度低于控温面2温度，所述记忆金属弹簧18仍保缩短状态，此时，由于所述蒸发侧12温度低于所述冷凝侧11温度，所述蒸发侧12的工作液10几乎不蒸发传热，所述感温面1和控温面2间的主要传热介质是空气，空气的传热能力较低，从而弱化了所述感温面1与所述控温面2间的传热，维持控温面2温度相对恒定，节约能源。
Claims (3)
1.一种自动利用环境冷热源的节能装置其特征在于，包括：感温面(1)、控温面(2)和热控制层(3)；
所述热控制层(3)设置于所述感温面(1)和控温面(2)之间；
所述热控制层(3)包括双金属片(4)、热管(5)、弧形转换架(6)、固定支架(7)、导热基体(8)、金属壳(9)和结点(13)；
所述双金属片(4)的一端固定于所述感温面(1)的内表面上，另一端搭接在与所述热管(5)联动的弧形转换架(6)内侧，所述弧形转换架(6)固定在所述金属壳(9)外部，所述金属壳(9)嵌套于所述热管(5)外部，并通过所述结点(13)固定，所述热管(5)通过结点(13)固定于固定支架(7)上，所述感温面(1)与控温面(2)的内表面设置有导热基体(8)，所述固定支架(7)固定于所述感温面(1)与控温面(2)之间。
2.根据权利要求1所述的一种自动利用环境冷热源的节能装置，其特征在于所述热管(5)外侧设有金属壳(9)，用于固定所述热管(5)，所述热管(5)中充有工作液(10)，所述双金属片(4)受热时可在所述热控制层(3)内上下转动，所述热管(5)在所述双金属片(4)的带动下可绕所述结点(13)在所述热控制层(3)中沿顺时针或逆时针方向转动。
3.根据权利要求2所述的一种自动利用环境冷热源的节能装置，其特征在于所述导热基体(8)内表面设有若干弧形导热面(14)。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105547024A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-05-04 | 北方工业大学 | 一种自动利用环境冷热源的节能装置 |
| CN105547024B (zh) * | 2016-01-27 | 2017-08-04 | 北方工业大学 | 一种自动利用环境冷热源的节能装置 |
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