熱量傳遞裝置、溫度冷卻裝置和溫度聚集裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種熱量傳遞裝置，包括：在熱量傳遞裝置的冷端與熱端之間級(jí)聯(lián)的至少兩個(gè)熱傳遞回路，相鄰的熱傳遞回路通過其中的一個(gè)蒸發(fā)端與另一個(gè)的冷凝端進(jìn)行之間的熱傳遞和級(jí)聯(lián)；熱量傳遞裝置的冷端與熱端分別由位于熱量傳遞裝置兩端的熱傳遞回路的蒸發(fā)端與冷凝端構(gòu)成；由所述冷端向熱端方向的各個(gè)熱傳遞回路中的冷媒沸點(diǎn)依次升高。以克服蒸發(fā)端與冷凝端之間溫差受限的問題。本發(fā)明還提供了溫度冷卻裝置和溫度聚集裝置。
【專利說明】熱量傳遞裝置、溫度冷卻裝置和溫度聚集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于蒸發(fā)冷卻技術(shù)的熱量傳遞裝置、溫度冷卻裝置和溫度聚集裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]蒸發(fā)冷卻從熱學(xué)原理上是利用流體沸騰時(shí)的汽化潛熱帶走熱量。這種利用流體沸騰時(shí)的汽化潛熱的冷卻方式就叫做“蒸發(fā)冷卻”。由于流體的汽化潛熱要比流體的比熱大很多，所以蒸發(fā)冷卻的冷卻效果更為顯著。
[0003]上述原理的一個(gè)應(yīng)用即熱傳遞回路的應(yīng)用。
[0004]熱傳遞回路是在封閉的真空管中，填充相變吸熱和放熱的冷媒形成的。在熱傳遞回路的蒸發(fā)端，管內(nèi)的冷媒吸收熱量，蒸發(fā)為汽態(tài)且管內(nèi)由此形成正壓，該所吸收的熱量即為工作液體的蒸發(fā)潛熱；由所形成的正壓及后述的負(fù)壓的作用，蒸汽從熱傳遞回路內(nèi)通道流向其冷凝端，在冷凝端放出熱量凝結(jié)成液體，且由此形成負(fù)壓，液體靠重力再回流到蒸發(fā)端，完成了一個(gè)閉合循環(huán)。如此反復(fù)，熱傳遞回路冷媒不斷將熱量從蒸發(fā)端運(yùn)輸至冷凝端，形成熱傳遞回路的蒸發(fā)端與冷凝端的溫差。其中的一個(gè)典型的應(yīng)用及熱管(heat tube)。
[0005]現(xiàn)有的熱傳遞回路一般為單循環(huán)回路，限制了蒸發(fā)端與冷凝端的溫差大小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于蒸發(fā)冷卻技術(shù)的熱量傳遞裝置，以克服蒸發(fā)端與冷凝端之間溫差受限的問題。
[0007]本發(fā)明提供的一種熱量傳遞裝置，包括:
[0008]在熱量傳遞裝置的冷端與熱端之間級(jí)聯(lián)的至少兩個(gè)熱傳遞回路，
[0009]相鄰的熱傳遞回路通過其中的一個(gè)蒸發(fā)端與另一個(gè)的冷凝端進(jìn)行之間的熱傳遞和級(jí)聯(lián)；
[0010]熱量傳遞裝置的冷端與熱端分別由位于熱量傳遞裝置兩端的熱傳遞回路的蒸發(fā)端與冷凝端構(gòu)成；
[0011]由所述冷端向熱端方向的各個(gè)熱傳遞回路中的冷媒沸點(diǎn)依次升高。
[0012]由上可以看出，上述裝置可通過設(shè)置多級(jí)具有不同沸點(diǎn)的冷媒的熱傳遞回路實(shí)現(xiàn)溫度從低至高的單向傳導(dǎo)，這一傳導(dǎo)過程無需使用額外電力的輔助，既環(huán)保又節(jié)能。
[0013]在上述裝置中，熱傳遞回路中的冷媒沸點(diǎn)小于或等于與其相鄰且靠近其冷端的熱傳遞回路中的冷媒飽和汽體的溫度。
[0014]由上可以看出，僅當(dāng)熱傳遞回路中的冷媒沸點(diǎn)小于或等于與其相鄰且靠近其冷端的熱傳遞回路中的冷媒飽和汽體的溫度時(shí)，才能利用下一級(jí)熱傳遞回路中的冷媒飽和汽體溫度蒸發(fā)上一級(jí)熱傳遞回路中冷媒，從而實(shí)現(xiàn)溫度的傳遞。
[0015]在上述裝置中，還設(shè)置有用于所述相鄰的熱傳遞回路的其中一個(gè)的蒸發(fā)端與另一個(gè)的冷凝端之間進(jìn)行熱傳遞的熱交換裝置。
[0016]在上述裝置中,所述熱交換裝置為套管式熱交換裝置；套管中的內(nèi)、外管分別為相鄰熱傳遞回路中一個(gè)的蒸發(fā)端與另一個(gè)的冷凝端。
[0017]在上述裝置中，所述熱傳遞回路中還設(shè)置有儲(chǔ)液罐、和用于抽取儲(chǔ)液罐中的冷媒并在所述外管內(nèi)進(jìn)行霧化的裝置。
[0018]在上述裝置中，所述外管內(nèi)設(shè)置有朝向內(nèi)管的噴霧頭，用于所述冷媒的霧化；設(shè)置有將所述儲(chǔ)液罐連接到噴霧頭的泵，用于所述冷媒的抽取。
[0019]由上可以看出，將冷凝后的冷媒霧化后重新噴入熱傳遞回路中，可以提高冷媒的蒸發(fā)效率。
[0020]在上述裝置中，所述熱傳遞回路包括:
[0021]作為蒸發(fā)端、冷凝端的兩熱交換區(qū)域；連接兩熱交換區(qū)域的真空管路；設(shè)置在真空管路內(nèi)的隔溫結(jié)；位于熱傳遞回路中的冷媒。
[0022]由上可以看出，隔溫結(jié)可以使真空管路不向外導(dǎo)熱的同時(shí)能夠承受一定正負(fù)壓。
[0023]在上述裝置中，還包括至少以下之一:
[0024]設(shè)置在所述冷端的實(shí)現(xiàn)冷端與外界進(jìn)行熱交換的熱交換器；
[0025]設(shè)置在所述熱端的實(shí)現(xiàn)熱端與外界進(jìn)行熱交換的熱交換器。
[0026]本發(fā)明還提供了一種溫度冷卻裝置，包括上文中任一所述的熱量傳遞裝置；所述冷端為溫度采集部，所述熱端設(shè)置散熱器。
[0027]本發(fā)明還提供了一種溫度聚集裝置，包括上文中任一所述的熱量傳遞裝置；所述冷端為溫度采集部，所述熱端為溫度聚集部。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的熱量傳遞裝置的工作原理圖；
[0029]圖2為本發(fā)明的熱量傳遞裝置一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖3為本發(fā)明的熱量傳遞裝置另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖4為本發(fā)明熱量傳遞裝置中的第二級(jí)真空回路的工作示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明提供的基于蒸發(fā)冷卻技術(shù)的熱量傳遞裝置的工作原理。
[0033]一般而言，需要向上述熱量傳遞裝置的彼此間由真空管路構(gòu)成的、由熱交換區(qū)連接的多級(jí)真空回路(具體結(jié)構(gòu)將在下文中詳細(xì)介紹)中加入不同沸點(diǎn)的冷媒。
[0034]下面，以在一個(gè)熱傳遞周期內(nèi)首先進(jìn)行熱交換的真空回路為第一級(jí)真空回路，以最后一個(gè)進(jìn)行熱交換的真空回路為第η真空回路。基于蒸發(fā)冷卻技術(shù)的原理，各回路中冷媒沸點(diǎn)的關(guān)系表不如下:
[0035]bPl〈bp2〈…<bpn，其中，bPl為第一級(jí)真空回路內(nèi)的冷媒的沸點(diǎn)(通常設(shè)置在15~20 V之間)，bp2為第二級(jí)真空回路內(nèi)的冷媒的沸點(diǎn)，bpn為第η真空回路內(nèi)的冷媒的沸點(diǎn)，并且上一級(jí)真空回路內(nèi)的冷媒的沸點(diǎn)要小于或等于在真空回路負(fù)壓作用下的下一級(jí)真空回路內(nèi)冷媒飽和氣體溫度。而根據(jù)冷媒沸點(diǎn)以及真空回路的真空體積，很容易根據(jù)現(xiàn)有計(jì)算式計(jì)算出冷媒飽和氣體的溫度，具體計(jì)算過程在此不再贅述。
[0036] 其中，關(guān)于具有不同沸點(diǎn)的冷媒，目前已應(yīng)用在大型發(fā)電機(jī)機(jī)組中(CFC-113中文名:三氯三氟乙烷，沸點(diǎn)60°C左右)用于冷卻發(fā)電機(jī)。此種冷媒調(diào)配有一定技術(shù)含量，但是可以實(shí)現(xiàn)。具體如下:
[0037]對(duì)于此熱量傳遞裝置中各回路使用的不同沸點(diǎn)的冷媒調(diào)配方法(一般通用方法)，一般而言，將2種特性相同并且互溶的氟，但氟沸點(diǎn)不同，例如氟一沸點(diǎn)在-20°C，氟二沸點(diǎn)在60°C。在低溫環(huán)境下將兩種氟按一定比例相互溶解在一起，形成一種新氟。
[0038]使用沸點(diǎn)測定儀器(市場有售)進(jìn)行沸點(diǎn)測試。從而調(diào)配出理想的沸點(diǎn)的冷媒。以此類推，可以調(diào)配出不同沸點(diǎn)(如18°C，30°C，43°C等)可以在此裝置中個(gè)使用的氟。
[0039]上述熱量傳遞裝置在工作時(shí)首先蒸發(fā)第一級(jí)真空回路內(nèi)的冷媒，這樣基于蒸發(fā)冷卻原理，可使各級(jí)真空回路內(nèi)的冷媒憑借其下級(jí)真空回路內(nèi)的冷媒飽和氣體所攜帶的熱量實(shí)施蒸發(fā)冷卻循環(huán)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱量的階梯式單向傳遞。
[0040]因?yàn)槌淙氲谝患?jí)真空回路內(nèi)的冷媒具有同其他級(jí)真空回路相比為最低的沸點(diǎn)，因此一般的夏季室內(nèi)常溫或經(jīng)玻璃罩聚集的冬季太陽光溫度足以使第一級(jí)回路內(nèi)的冷媒蒸發(fā)成飽和氣體。如圖1所示，第一級(jí)真空回路內(nèi)的冷媒飽和氣體流動(dòng)至第一級(jí)、第二級(jí)真空回路之間熱交換區(qū)后，與第二級(jí)真空回路內(nèi)的冷媒進(jìn)行熱交換。第二級(jí)真空回路內(nèi)的冷媒吸收熱量蒸發(fā)成飽和氣體，而第一級(jí)真空回路內(nèi)的飽和氣體放熱冷凝后，流回并重新蒸發(fā)。第二級(jí)、第三級(jí)真空回路之間的熱交換過程同上，由此可實(shí)現(xiàn)熱量的階梯式單向傳遞，也就是溫度的階梯式轉(zhuǎn)換。
[0041]下面參照附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明提供的基于蒸發(fā)冷卻技術(shù)的熱量傳遞裝置。
[0042]如圖2所示，本發(fā)明提供的一種實(shí)現(xiàn)上述基于蒸發(fā)冷卻技術(shù)的升降溫方法裝置包括通過真空管路I彼此連接的多級(jí)真空回路。其中，各級(jí)真空回路均包括:其內(nèi)設(shè)置有保溫層的熱交換裝置2。所述熱交換裝置的進(jìn)、出口由所述真空管路I連接，從而形成了真空回路。各級(jí)真空回路還包括:設(shè)置在熱交換裝置2內(nèi)的噴霧頭3、與熱交換裝置2連通的儲(chǔ)液罐4和設(shè)置在噴霧頭3和儲(chǔ)液罐4之間管路5上的水泵6。
[0043]在各級(jí)真空回路之間設(shè)置有熱交換區(qū)域，具體而言，該熱交換區(qū)域?yàn)檫B接上、下級(jí)真空回路的真空管路I經(jīng)過的上級(jí)真空回路的熱交換裝置那一端區(qū)域。
[0044]在各級(jí)真空回路之間的真空管路中設(shè)置有隔溫結(jié)(未圖示)，以確保真空管路1，特別是壓力段真空管路I不能傳導(dǎo)溫度，并使真空管路I可以承受一定正、負(fù)壓。在本實(shí)施例中，隔溫結(jié)可以是由塑料、橡膠、石棉、硅膠、陶瓷等不導(dǎo)熱材料構(gòu)成的管件、墊片、接盤等。
[0045]在各級(jí)真空回路的熱交換裝置2中填充有沸點(diǎn)溫度各不相同的冷媒介質(zhì)。具體而言，從吸收室內(nèi)外環(huán)境熱量端的真空回路至向室內(nèi)外環(huán)境中釋放熱量端的真空回路，其熱交換裝置2內(nèi)填充的冷媒沸點(diǎn)溫度由低至高增加。
[0046]在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述裝置還包括通過真空管路I與多級(jí)真空回路中包含最高沸點(diǎn)冷媒的那一級(jí)真空回路連接的冷凝散熱裝置7，以及分別在與室內(nèi)外環(huán)境直接接觸的真空回路端和冷凝散熱裝置7處設(shè)置的通風(fēng)風(fēng)扇8。通風(fēng)風(fēng)扇8可以增加與室內(nèi)外環(huán)境直接接觸的真空回路中熱交換裝置2和冷凝散熱裝置7的蒸發(fā)效率。
[0047]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，如圖3所示，在向環(huán)境中釋放熱量的真空回路端設(shè)置儲(chǔ)熱水罐9，即儲(chǔ)熱水罐9通過真空管路I與這一級(jí)真空回路的熱交換裝置2連接，這樣可利用通過上述多級(jí)真空回路中的蒸發(fā)冷卻循環(huán)轉(zhuǎn)換而來的熱量加熱該儲(chǔ)熱水罐9，從而提高上述升降溫裝置的能效。[0048]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可于設(shè)置在室外的真空回路中的熱交換裝置2上設(shè)置玻璃罩(未圖示)，從而通過聚光提高初始熱交換溫度。
[0049]下面，以設(shè)置了 3級(jí)真空回路的上述裝置為例，詳細(xì)介紹上述裝置的工作原理。其中，為方便說明，將從室內(nèi)到室外的真空回路依次稱為第一級(jí)、第二級(jí)和第三級(jí)真空回路，而第一級(jí)、第二級(jí)和第三級(jí)真空回路的熱交換裝置內(nèi)填充有沸點(diǎn)溫度范圍分別是15?180C>25?30°C和35?40°C (大于室外環(huán)境溫度)的冷媒。
[0050]上述裝置的降溫工作過程:當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度為20°C，即大于第一級(jí)真空回路的熱交換裝置內(nèi)的冷媒沸點(diǎn)時(shí)，第一級(jí)熱交換裝置中的冷媒在高溫作用下開始蒸發(fā)形成飽和氣體。該飽和氣體在第一級(jí)真空回路中的真空及壓力作用下溫度可升高至26°C左右，并可流動(dòng)至第一級(jí)真空回路與第二級(jí)真空回路之間的熱交換區(qū)域。這時(shí)，如圖4所示，第一級(jí)真空回路中的飽和氣體在熱交換區(qū)域內(nèi)與第二級(jí)真空回路的熱交換裝置中的冷媒進(jìn)行熱交換，并使第二級(jí)熱真空回路中的冷媒受熱蒸發(fā)成飽和氣體，該飽和氣體在第二級(jí)真空回路中的真空及壓力作用下溫度可升高至35°C以上，并可流動(dòng)至第二級(jí)真空回路與第三級(jí)真空回路之間的熱交換區(qū)域。與上述過程相同，在這一熱交換區(qū)域中，第三級(jí)真空回路的熱交換裝置中的冷媒吸收由第二級(jí)真空回路中的飽和氣體帶來熱量后蒸發(fā)成飽和氣體，并通過第三級(jí)熱交換裝置使第三級(jí)真空回路的飽和氣體與室外環(huán)境進(jìn)行熱交換，進(jìn)而通過上述逐級(jí)熱交換將室內(nèi)熱量排放到室外。
[0051]在上述過程中因經(jīng)熱交換放熱的各級(jí)真空回路中的飽和氣體冷凝成液態(tài)后流入各級(jí)真空回路所對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)液罐，并通過與儲(chǔ)液罐連接的水泵將上述儲(chǔ)液罐內(nèi)的液態(tài)冷媒抽至各級(jí)真空回路中的熱交換裝置所對(duì)應(yīng)的噴霧頭，進(jìn)而由噴霧頭重新將冷媒噴灑入各級(jí)熱交換裝置內(nèi)再次進(jìn)行熱交換，由此可實(shí)現(xiàn)冷媒的循環(huán)使用。
[0052]上述裝置的熱量收集工作過程與降溫工作過程的原理相同，都是通過多級(jí)真空回路的沸點(diǎn)呈階梯遞增的冷媒之間的循環(huán)熱交換所實(shí)現(xiàn)的。區(qū)別僅在于，在熱量收集階段是利用太陽能熱量促發(fā)多級(jí)真空回路內(nèi)的冷媒進(jìn)行循環(huán)熱交換后實(shí)現(xiàn)逐級(jí)升溫。即便在太陽光不強(qiáng)的冬季，只要能夠利用一些手段(例如上文中所述的在第一級(jí)真空回路的熱交換裝置上罩設(shè)玻璃罩)使第一級(jí)真空回路中的冷媒溫度達(dá)到沸點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)多級(jí)真空回路內(nèi)的熱交換循環(huán)。
[0053]其中，上述真空回路也可以是熱管(heat tube)。
[0054]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種熱量傳遞裝置，其特征在于，包括: 在熱量傳遞裝置的冷端與熱端之間級(jí)聯(lián)的至少兩個(gè)熱傳遞回路， 相鄰的熱傳遞回路通過其中的一個(gè)蒸發(fā)端與另一個(gè)的冷凝端進(jìn)行之間的熱傳遞和級(jí)聯(lián)； 熱量傳遞裝置的冷端與熱端分別由位于熱量傳遞裝置兩端的熱傳遞回路的蒸發(fā)端與冷凝端構(gòu)成； 由所述冷端向熱端方向的各個(gè)熱傳遞回路中的冷媒沸點(diǎn)依次升高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，熱傳遞回路中的冷媒沸點(diǎn)小于或等于與其相鄰且靠近其冷端的熱傳遞回路中的冷媒飽和汽體的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還設(shè)置有用于所述相鄰的熱傳遞回路的其中一個(gè)的蒸發(fā)端與另一個(gè)的冷凝端之間進(jìn)行熱傳遞的熱交換裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述熱交換裝置為套管式熱交換裝置；套管中的內(nèi)、外管分別為相鄰熱傳遞回路中一個(gè)的蒸發(fā)端與另一個(gè)的冷凝端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述熱傳遞回路中還設(shè)置有儲(chǔ)液罐、和用于抽取儲(chǔ)液罐中的冷媒并在所述外管內(nèi)進(jìn)行霧化的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述外管內(nèi)設(shè)置有朝向內(nèi)管的噴霧頭，用于所述冷媒的霧化；設(shè)置有將所述儲(chǔ)液罐連接到噴霧頭的泵，用于所述冷媒的抽取。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述熱傳遞回路包括: 作為蒸發(fā)端、冷凝端的兩熱交換區(qū)域；連接兩熱交換區(qū)域的真空管路；設(shè)置在真空管路內(nèi)的隔溫結(jié)；位于熱傳遞回路中的冷媒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括至少以下之一: 設(shè)置在所述冷端的實(shí)現(xiàn)冷端與外界進(jìn)行熱交換的熱交換器； 設(shè)置在所述熱端的實(shí)現(xiàn)熱端與外界進(jìn)行熱交換的熱交換器。
9.一種溫度冷卻裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1至9任一所述的熱量傳遞裝置；所述冷端為溫度采集部，所述熱端設(shè)置散熱器。
10.一種溫度聚集裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1至9任一所述的熱量傳遞裝置；所述冷端為溫度采集部，所述熱端為溫度聚集部。
【文檔編號(hào)】F24F13/30GK103982959SQ201310455906
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】郭舜成, 陳飔, 錢兵, 陳鐳, 鄒大勇, 石堅(jiān), 趙鳳城 申請(qǐng)人:郭舜成