CN212362936U - 一种被动式蓄冷换热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种被动式蓄冷换热装置，包括带有热源（51）的容腔（5）及水箱（1）；所述容腔（5）内设置有室内换热器（2），所述容腔（5）外设置有室外换热器（3）；所述室内换热器（2）、室外换热器（3）和水箱（1）通过水管连通。本实用新型具有低能耗的同时有效降低容腔（设备间）工作环境温度。

Description

一种被动式蓄冷换热装置

技术领域

本实用新型属于节能降耗领域，具体涉及一种被动式蓄冷换热装置。

背景技术

内部有通信、电路控制设备等有工作环境温度要求的石油天然气管道、发电站、野外科研站、气象观测站和通信基站等这样野外的设备间，通常使用太阳能发电或风力发电等无外接电网的能源供应形式，并采用其产生的能源用于设备间内的散热和温度控制，以保证其内部的仪表及设备持续稳定地工作。

现有技术中，存在以下问题：首先，由于日照或风力并不稳定，其产生的能源仅能支撑设备工作，而缺少额外能源用于散热操作；其次，部分地区环境较恶劣，采用传统的通风散热方式，在耗电高的同时散热降温效果差，并且在外界最热期间无法满足散热降温要求；再有，在极端情况下，通风孔处极易进入风沙或其他杂质，并会真菌滋生等情况，长久以往，在缺少人工维护的情况下，设备间的工作稳定性将大大折扣。

综上，由于设备间内各种设备持续高温，从而降低设备的工作效率及缩短设备使用寿命，甚至无法运行设备；如何有效降低设备间工作环境温度，更进一步实现低能耗是摆在技术人员面前的难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种被动式蓄冷换热装置，以实现低能耗的同时有效降低容腔（设备间）工作环境温度

为实现上述目的，本实用新型具体提供的技术方案为：一种被动式蓄冷换热装置，包括带有热源的容腔及水箱；所述容腔内设置有室内换热器，所述容腔外设置有室外换热器；所述室内换热器、室外换热器和水箱通过水管连通。

进一步设置，所述水管包括第一水管、第二水管、第三水管和第四水管；其中所述第二水管与室内换热器连接段水平位置高于第一水管与室内换热器连接段；第三水管与室外换热器连接段水平位置高于第四水管与室外换热器连接段。水管的高低分布，能使为水箱内的水持续提供交互“动力”。

进一步设置，所述室内换热器和室外换热器相对于水箱成角度设置且同侧倾斜。同侧倾斜能实现水温相对高的低密度水向高处水管运动，从而实现水管内的水被动式流动。

进一步设置，第一水管与水箱为第一连接位置处，第二水管与水箱为第二连接位置处，第三水管与水箱为第三连接位置处，第四水管与水箱为第四连接位置处；其中所述第四连接位置处、第三连接位置处、第二连接位置处、第一连接位置处高度依次递减；所述第四连接位置处和第三连接位置处水平高度差为H2；第三连接位置处和第二连接位置处水平高度差为ΔH；第二连接位置处和第一连接位置处水平高度差为H1；所述水箱的高度大于等于水平高度差H1、H2、ΔH之和。

依据水管的高低布置关系，第三水管连接在水箱对应的高度，大于等于第二水管连接在蓄冷水箱对应的高度，故第三水管与第二水管在蓄冷水箱处的高度差为Δh，Δh高度的蓄冷水箱蓄冷量，用于对当外界环境持续高温，夜晚无法散热的情况下对应的蓄冷水量，作为储备或容差的制冷蓄水量，用于提高系统运行的稳定性和可靠性。

上述方案有益效果：可以实现无需外部电力支持情况下的稳定工作，相比较传统压缩制冷方式的散热，可以零能耗运行。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实施例外部结构示意图；

图2为本实施例内部结构示意图；

图3为本实施例室内、外换热器结构示意图。

附图标记：水箱1；室内换热器2；室外换热器3；容腔5；室内换热器51；第一水管11；第二水管12；第三水管13；第四水管14；第一连接位置处A；第二连接位置处B；第三连接位置处C；第四连接位置处D。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

如图1、2所示，一种被动式蓄冷换热装置，包括带有热源51的容腔5及水箱1；所述容腔5内设置有室内换热器2，所述容腔5外设置有室外换热器3；所述室内换热器2、室外换热器3和水箱1通过水管连通。

如图3所示，为本实施例室内换热器2和室外换热器3具有结构，以室外换热器3示例，其包括两端的集水部件31和连接集水部件31的多根金属管32，金属管32的外缘布置有多个翅片33，用于增加接触面积，提高热交换能力。

本实施例中容腔5为内部有通信、电路控制设备等有工作环境温度要求的石油天然气管道、发电站、野外科研站、气象观测站和通信基站等这样野外的设备间；热源51为设备间内的通信、电路控制设备，通信、电路控制设备对散热要求比较高。

所述水管包括第一水管11、第二水管12、第三水管13和第四水管14；其中所述第二水管12与室内换热器2连接段水平位置高于第一水管11与室内换热器2连接段；第三水管13与室外换热器3连接段水平位置高于第四水管14与室外换热器3连接段。所述室内换热器2和室外换热器3相对于水箱1成角度设置且同侧倾斜。

第一水管11与水箱1为第一连接位置处A，第二水管12与水箱1为第二连接位置处B，第三水管13与水箱1为第三连接位置处C，第四水管14与水箱为第四连接位置处D；其中所述第四连接位置处D、第三连接位置处C、第二连接位置处B、第一连接位置处A高度依次递减；所述第四连接位置处D和第三连接位置处C水平高度差为H2；第三连接位置处C和第二连接位置处B水平高度差为ΔH；第二连接位置处B和第一连接位置处A水平高度差为H1；所述水箱1的高度大于等于水平高度差H1、H2、ΔH之和。

一种被动式蓄冷换热方法，包括带有热源51的容腔5及水箱1；水箱1内储存有蓄冷水量和蓄热水量，其中蓄冷水量和蓄热水量实现交互将热源51的热量传导至容腔5外。

当白天高温时段时，室内换热器2中的水吸收室内的热量密度变低后通过相对位置较高的第二水管12进入水箱1，高度H1对应容量水的平均温度低于高度H2对应容量水的平均温度，高度H1对应容量水中的密度较高的冷水在重力作用下通过相对位置较低的第一水管11可以自然下沉进入到室内换热器51，以此实现室内循环降温。

当晚上室外温度降低到水箱1顶部温度以下时，室内换热器51中的水吸收室内的热量后密度变低通过相对位置较高的第二水管12进入水箱1，由于第二水管12与水箱1第二连接位置处B的水温高于第四水管14与水箱第四连接位置处D的水温，温度较高密度较低热水上升，通过相对位置较高的第四水管14进入室外换热器3降温，降温后的水密度变高在重力作用下通过相对位置较低的第三水管13回到水箱1中，第三水管13与水箱第三连接位置处C的水温低于第一水管11与水箱1第一连接位置处A的水温，温度较低密度较高的冷水下沉，通过相对位置较低的第一水管11回到室内换热器中，以此实现室外循环散热。

依据水管的高低布置关系，第一水管11和第二水管12连接在蓄冷水箱处的高度差为H1，H1高度对应的水容量为室内换热器吸热24小时对应的制冷量，即该部分水或冷却液的容量可以为室内换热器24小时对应的制冷量，同时该制冷量与仪表设备24小时对应的发热量相匹配。

第一水管11与水箱1第一连接位置处A和第二水管12与水箱1第二连接位置处B的高度差为H1；H1的计算方法为：H1=Q/SρtC，其中Q为24小时室内设备产热量，S为水箱底面积，ρ为35℃时水的密度，C为水的比热容，t为设计的水升温度。此设计的目的：保证第一水管11和第二水管12管口的高度差H1能够满足设备间内部24小时换热需要的水量之上，并保证第一水管11回水的水温为水箱1内的最低水温，实现最大化水箱1的蓄冷效果。

同时依据水管的高低布置关系，第三水管13和第四水管14连接在蓄冷水箱处的高度差为H2，H2高度对应的水容量为室外换热器3和外界吸热24小时对应的散热量（室外换热器3交互散热与水箱1自身散热的总量），即该部分水或冷却液的容量可以实现室外换热器及水箱1自身散热夜间散热对应的制冷量，总体来说，同时该制冷量为仪表设备24小时对应的发热量和外界环境对水箱的加热的热量相匹配。

第三水管13与水箱1第三连接位置处C和第四水管14与水箱1第四连接位置处D高度差为H2；H2的计算方法是：H2= H1+ Qs/SρtC，其中Qs为外界对水箱表面辐射产生的热量，Q为24小时室内设备产热量，S为水箱底面积，ρ为35℃时水的密度，C为水的比热容，t为设计的水升温度。此设计的目的：保证室外换热器3经过冷却后的第三水管13位置低于水箱1内水体的蓄热量（包括室内的产热和白天室外得热）。

依据水管的高低布置关系，第三水管13连接在水箱1对应的高度，大于等于第二水管12连接在水箱1对应的高度，故第第三水管13与第二水管12在水箱1处的高度差为ΔH，ΔH高度的蓄冷水箱蓄冷量，用于当外界环境持续高温，夜晚无法散热的情况下对应的蓄冷水量，作为储备或容差的制冷蓄水量，用于提高系统运行的稳定性和可靠性。

故水箱1总的基础设计高度为H=H1+H2+ΔH（H1为一天的制冷蓄冷量，ΔH考虑为整体蓄冷量将系统满足72小时要求，H2为上部室外换热器最大效率工作的蓄热水量），当然蓄冷水箱实际设计高度会稍大于H，即蓄冷水箱的底部留有一定的沉淀区，并在顶部留有一定的气泡区。

上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种被动式蓄冷换热装置，其特征在于：包括带有热源（51）的容腔（5）及水箱（1）；所述容腔（5）内设置有室内换热器（2），所述容腔（5）外设置有室外换热器（3）；所述室内换热器（2）、室外换热器（3）和水箱（1）通过水管连通。

2.根据权利要求1所述的一种被动式蓄冷换热装置，其特征在于：所述水管包括第一水管（11）、第二水管（12）、第三水管（13）和第四水管（14）；其中所述第二水管（12）与室内换热器（2）连接段水平位置高于第一水管（11）与室内换热器（2）连接段；第三水管（13）与室外换热器（3）连接段水平位置高于第四水管（14）与室外换热器（3）连接段。

3.根据权利要求2所述的一种被动式蓄冷换热装置，其特征在于：所述室内换热器（2）和室外换热器（3）相对于水箱（1）成角度设置且同侧倾斜。

4.根据权利要求3所述的一种被动式蓄冷换热装置，其特征在于：第一水管（11）与水箱（1）为第一连接位置处（A），第二水管（12）与水箱（1）为第二连接位置处（B），水管13与水箱（1）为第三连接位置处（C），第四水管（14）与水箱为第四连接位置处（D）；其中所述第四连接位置处（D）、第三连接位置处（C）、第二连接位置处（B）、第一连接位置处（A）高度依次递减；所述第四连接位置处（D）和第三连接位置处（C）水平高度差为H2；第三连接位置处（C）和第二连接位置处（B）水平高度差为ΔH；第二连接位置处（B）和第一连接位置处（A）水平高度差为H1；所述水箱（1）的高度大于等于水平高度差H1、H2、ΔH之和。

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