CN2220627Y - 一种高效传热装置及应用该装置的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高效传热装置，该装置包括：由铜等高导热材料构成的一个加热端1和一个冷却端2；所述加热端及冷却端之间的连通管道3，共同构成一个封闭的传热回路；配置在加热端或冷却端的至少一个单向阀4，以及充填入该传热回路内的可相变介质，工作中所述加热端1在垂直方向位于所述冷却端2的下方，以保证有液态介质不断补充流入加热端1，本实用新型还涉及应用这种传热装置的四种设备：主副空调机，多头空调机，车用空调以及分体式太阳能热水器。

Description

一种高效传热装置及应用 该装置的设备

本实用新型涉及一种高效传热装置，特别涉及传热管内介质发生相变的传热装置，以及应用这种装置的四种设备。

众所周知，热传递过程中传热介质如有相变，则由于潜热的放出或吸收会使热量大大增加，人们常将这种装置应用于空调、冰箱等制冷领域。但是在现有技术中这种传热管内有相变的传热装置通常都有压缩机，使装置变得复杂。

本实用新型的目的是提供一种不带压缩机的高效传热装置，其传热管内介质在传热过程中不断发生相变，从而达到极高的传热效率。

本实用新型的另一目的是提供应用这一传热装置的四种设备：主副空调机、多头空调机、车用空调机以及分体太阳能热水器。

本实用新型的目的通过如下技术方案达到：

所述高效传热装置的构造为：由铜管等高导热材料管构成的一个加热端及一个冷却端；所述加热端及冷却端之间的连通管道；配置在加热端或冷却端的至少一个单向流动装置，以及充填入装置内的相变介质，工作中所述加热端在垂直方向上位于冷却端的下方，以保证有液体介质不断补充流入加热端。

所述主副空调机的构成为：将上述高效传热装置的冷却端适配到现有空调机(主机)的液态压力管道；将其加热端安置在待冷却房间，配以现有空调的室内机，构成一套新的副空调机；与市场出售的现有空调机一起，构成主副空调机。

所述多头空调机的构成为：将上述多个高效传热装置的冷却端并行或串行地适配到同一个室外机组送出高压相变介质的蒸发器的(冷却)腔内；将其加热端安置在不同的待冷却房间，配以现有空调的室内机，构成一个室外机带多个室内机的多头空调机。

所述车用空调器的构成为：将多片半导体致冷片安置在其冷、热面被隔开在二个空间的盒子中，发热面所在的空间同车外相通，冷却面所在的空间同车内相通，在二个空间各装有风扇和上述高效传热装置，并将上述传热装置的冷、热端分别适配在半导体致冷片的冷、热端面上，风扇能使空气分别通过上述高效传热装置冷却端和加热端，实现车外、车内的独立空气循环，辅之控制电路，构成车用(电子)空调器。

所述分体太阳能热水器的构成为：将上述高效传热装置的加热端适配在不同种类的太阳能集热器(板)上，将冷却端适配在安置于室内(厨房、厕所或其它配套房间内)的水箱中，水箱中有自动进水和放水装置，太阳能集热板可放置于阳台、窗外或向阳面墙壁上，构成分体太阳能热水器。

本实用新型的优越性是明显的。在上述高效传热装置中只要冷热端存在温差，则会产生传热介质的相变，伴随着潜热转换，造成极高的传热效率。并且该装置不需要电机、压缩机等动力装置，构造简单，成本低廉，易于安装，运行可靠，并且传热效率极高。试验证明本实用新型的经济效益十分可观。

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

图1为本实用新型的高效传热装置示意图；

图2为图1中单向阀放大的剖面图；

图3为应用该传热装置的主副空调器机示意图；

图4为应用该传热装置的多头空调机示意图；

图5为应用该传热装置的车用空调器示意图；

图6为应用该传热装置的分体太阳能热水器的示意图。

附图中，相同部件以相同标号表示。

图1中标号10代表本实用新型的整个高效传热装置。标号1、2、分别表示传热装置的加热端及冷却端，其形式可以是盘绕的光管或翘片管，3为连接加热端1、冷却端2的中间输送管，一般为直的光管。上述管道1—3共同构成一个封闭回路，它们可由铜管等高导热性压力管构成。

在加热端1及中间输送管3的交接处，提供有两个单向阀4。图2为其放大的剖视图。其构成为，在一圆柱形铜块21上提供两个不同直径的通孔22、23，一个钢球24置于其间，“坐”在两个孔22、23之间的台肩25上，台肩25为弧形面，其下部与钢球接触部分形成密封面，该密封面可通过钢球挤压铜柱的台肩25形成。钢球24的上方装有一限位销26，在另一实施例中26也可作成限位凸的形式，即相当于把销26中间部分切断，只留下两个凸出端部，以限定钢球24的位移。

值得说明的是，钢球24的大小及其与限位销之间的距离，需根据不同的应用场合，经试验确定，一般而言，钢球尺寸小于30mm，其与限位销之间距离小于10mm。在安装中，需要使阀4相对于水平面向上倾斜5°—45°角，以使阀4的钢球24在启动前处于关闭状态。

传热回路1—3中充入适量流动性好、可相变的介质，如氟利昂、酒精、水、戊烷、共沸溶液(R501、R502、R503、R504)等。本传热装置中根据工作条件、应用场合，常温下充液比一般对氟利昂而言为20—80％，即在常温下，充液完成后，回路中的传热介质的液体所占比例为20～80％，其余以汽态形式存在。

传热装置的加热端在垂直方向上宜安装于冷却端的下方，在工作时，装置加热端1受热，其中的液态介质会吸收热量汽化，体积膨胀，压力升高，从而冲开图1中的上方单向阀4，经上方中间管3到达冷却端2。由于冷却端2温度低于介质的相变点，故介质将变为液态，放出潜热，同时体积减小，压力下降，由前述压力升高的气体推动和借助于液柱的重力作用，经下方中间管3、单向阀4，返流至加热端1的下端盘管中，形成液—汽—液的变化及循环流动，在冷、热端相变，伴随着潜热的发生，产生极高的传热效率，理论上说，只要加热端1和冷却端2之间存在着温差，就会有上述传热循环过程。

在上述例子中，加热端提供有两个单向阀，但在应用中也可视情况在冷却端设置单向阀，其数目和位置可以变化，但至少要有一个单向阀。

上述实施例中，阀4的台肩25为弧形面，显然，它也可作成锥形面等，其下部挤压出密封面；球24也可作成锥体形式。阀4与管道1—3，2—3之间的连接可通过焊接实现；亦可通过将铜柱21放入管道中，挤压邻近铜柱21两端的铜管，使阀4定位。

另外，由于加热端1及冷却端2为工作区(传热区)，中间管3起传输作用，故应用中管3常覆以隔热材料。

下面说明上述高效传热装置的四种应用设备。

参见图3，其示出本实用新型的主副空调机，其整体以标号30代表。市场现有空调机(主机)中，其室外机31中的压缩机33将高压冷却介质由冷却器经管路34同室内机35的蒸发器36相联通，高压介质经管路34完成循环流动。

本实用新型的主副空调机按如下方式构成：将上述高效传热装置10的冷却端2盘绕在压缩机出口管路34附近，构成一扩大的蒸发冷却空间37；高效传热装置10的加热端构成为一蒸发器32，经单向阀4、管路3与蒸发冷却空间37相联通，控制电路等配套设备38同蒸发器32(即装置10的加热端)及阀4共同构成一个室内机，即为副机39。安装中，要使副机39在垂直方向低于蒸发冷却空间37。在室外机31工作时，室内主机35和室内副机39可以同时工作，也可以分别独立工作，完成各自房间的制冷、除湿等功能。它们及相应的连接管路共同构成主副空调机30。

在蒸发冷却空间37中，管2从管34吸取冷量，而二者互相隔离，并不连通。因此，主副机装置无介质交换，副机39同主机装置是附加关系，其消耗的冷量来自主机剩余冷量及分出的一部分冷量，在主副机同时工作时，压缩机33处于间歇工作状态中，其工作时间将被延长，而维持停机时不受影响。这样就使得低成本地增加了一个冷却房间，同时又不增加耗电的功率，即不增加电表的容量，为现在供电线路缓解了矛盾。

图4为本实用新型的多头空调机，其整体以标号40代表。其中，室外机组41通过管路42将高压冷凝介质串行送入多个蒸发冷却空间43中，它们沿管线42串行排列，组成冷凝蒸发器组，实现带动多个室内机A₁、A₂、…A_n的目的。安装中，要使室内机A₁、A₂、…A_n在垂直方向上低于蒸发冷却空间43。在蒸发冷却空间43中套装有高效传热装置10的冷却端2和储能循环装置45的冷(热)端44。压缩机送出的高压冷凝介质在蒸发冷却空间43中同时冷却2和44中的介质。高效传热装置10的冷却端2中被冷却介质经管路3和阀4同一台室内机的蒸发器1相连，蒸发器1作为高效传热装置10的加热端从流动的空气吸取热量，推动介质循环流动，同时冷却了空气，实现了空调机的降温功能。

附加储能装置45由冷(热)端44、单向阀46和管路47组成闭环装置。当室内机全部工作时，该装置温度平衡，不工作；当一部分室内机工作时，工作的室内机中流动介质在该冷(热)端44中即起了加热作用，该端即为加热端，而未工作的端只被主管路介质冷却，成为冷却端，储存冷量。辅助储能装置45中，介质受冷、热端温差的推动开始循环流动，即等于把未工作的室内机所剩余未用的冷量带给工作的冷端，从而起到将剩余部分的能量储存起来，传给工作点。尤其是只有1—2个房间开启了室内机时，该储能装置不仅加速了开机房间的制冷速度，在维持时，室外压缩机停止工作期间还可以不断地循环流动，将储存的冷量(液化的未汽化部分的潜能)供给工作点，从而大大地延长室外机的停机时间，减小启动频度，节能、降低设备损耗。

图5示出本实用新型的车用空调器，其整体以50表示，图中半导体致冷片56在通电后二个面分别升温和降温，无负载温差可达60℃。

车内空间51由二个通风口同冷却室55相通，隔板53将机箱分割为二个相互隔开的空间54和55，半导体致冷片56的热面和冷面被隔在空间54和55中，空间54的进风口和出风口直接与车外空间相通。在空间54中，半导体的热面上适配着高效传热装置10的加热端1，经阀4同冷却端2相连。在冷却端，为增加散热效果，利用增大弯曲度或加装翅片57扩大了热交换面积。风扇58加强了空气经过冷却部分2和57的速度，保证散热所需的通风量。在空间55中，另一套高效传热装置10的冷却端2适配在半导体致冷片56的冷面上，并经阀4和管路3与加热端1相通，车内空气受风扇59的作用，通过二个通风口，吹过加热端1，受半导体致冷片56冷面所产生冷量的作用，空气被冷却、降温，达到控制温度的目的。安装中要使装置10的加热端1在垂直方向低于冷却端2。

多个半导体片并联成组排列，每片功率约为60W，一般车用发电机最小功率为300W，在向天行驶时，原用于大灯等灯光的电供给此空调装置使用，最多可带5片，制冷已达到可接受程度。夜间行驶，空调功率可减半使用，既能保证灯光，又可实现制冷需要。

车辆在行驶中，空气相对运动高速通过空间54中的散热片，大大提高了半导体热端的散热效果。

图6示出本实用新型的分体太阳能热水器，其整体以60代表，图中将高效传热装置10的加热端1适配在吸阳板61表面上(可采用覆盖、浸液等方式)，形成集热部件。在加热端1中被加热的介质汽化，增压，顺向冲开阀门4，经管路3进入设在水箱62的底部的冷却端2。介质在水箱中受冷液化，放出潜热，加热了水箱中的水。安装中要使受阳板61在垂直方向低于水箱62。介质在加热端1膨胀压力的作用下，借助于重力，流回加热端，不断循环，完成加热水箱62中的水至所需温度的目的。

在夜间，当加热板61处于低温状态时，借助于重力和单向阀阻力的作用，介质停止流动，水箱中的水处于保温状态。

因所充介质为耐寒物质，故冬季不需作防寒处理，只要有阳光，即可随时启动，工作。

水箱中可附加自动上水及放水开关，使用方便。

吸阳板可挂在向阳面的阳台外，窗台上下，及任何向阳的墙壁或柱子上，不必一定安在屋顶，为安装提供了巨大的方便。

以上说明了本实用新型的几种实施例，但还可有其它形式及变化，均体现在所附权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高效传热装置(10)，包括：由铜等高导热材料构成的一个加热端(1)和一个冷却端(2)；所述加热端及冷却端之间的连通管道(3)，连通上述加热端及冷却端，构成一封闭的传热回路；其特征在于，该装置(10)还包括配置在加热端或冷却端的至少一个单向限流装置(4)；以及充填入该传热回路内的可相变介质；工作中所述加热端(1)在垂直方向上位于所述冷却端(2)的下方。

2.根据权利要求1的传热装置，其特征在于，所述单向限流装置为一单向阀(4)，由阀体(21)、阀芯(24)、阀座(25)以及限位机构(26)组成，工作中，阀(4)安装得相对于水平面向上倾斜5°—45°角。

3.根据权利要求2的传热装置，其特征在于，所述阀体由铜制成，所述阀芯为一钢球(24)，所述阀座为一弧形面(25)，通过钢球的挤压，形成二者之间的密合面；所述限位机构为一限位销(26)，提供在钢球(24)上方，以限制其位移，该限位销(26)与钢球(24)上顶点之间的距离小于10mm，钢球直径小于30mm。

4.根据权利要求1的传热装置，其特征在于，所述可相变介质为氟利昂，其充入量视工作条件保持回路中介质的汽—液比为20％—80％。

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