专利名称：超导温差空调设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及适用于需要全年不间断降温的场所的空调设备，尤其涉及在室外 温度低于室内温度的情况下，利用超导管和冷媒盘管的配合将室外冷量用于室内降温的温 差空调设备。
背景技术：
目前，在各类信息数据机房和大功率发射接收基站等场所，设备发热量高和场所 要求高度清洁，故均配有专用的精密空调且需要全年不间断工作。据统计，空调耗电量占各 类机房总耗电量的45%。全年共有8760小时，根据气象资料统计，以北京地区为例，自然环 境温度在14°C以下的时间约有4300小时。由于将外环境的冷空气引入室内无法解决上述 场所对室内空气的湿度和清洁度的要求，因此很难实现对自然冷量的直接利用。超导管是一种新型高效的传热元件，在无需外加动力的情况下，超导管可将大量 的热量通过很小的截面面积高效传输。超导管具有很高的导热性，超导管内部主要靠工作 液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。超导管内腔的蒸汽是处于饱 和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很 小，温降亦很小，因而超导管具有良好的等温性。目前采用超导管技术的空调种类很多，且大多是将超导管本体分为蒸发段和冷凝 段两部分，即所谓分离式超导管，中间用管路连接，其蒸发段位于下部热端，冷凝段位于上 部冷端，之间通过导气管和回液导管连接为循环回路。通常情况下，是将分离式超导管应用 于机房空调中，机房内的蒸发器为该系统的热端，机房外的冷凝器为其冷端。蒸发器中的循 环工质在机房内被加热蒸发为气体，经过气体总管进入冷凝器，并在冷凝器内冷凝为液体， 然后通过液体总管回到蒸发器，完成一个循环。冷凝器可以采用风机强迫对流方式或者自 然对流方式。然而，上述两种超导管空调因其构造复杂成本较高且体积庞大，对安装现场环 境和条件要求苛刻，并且成本较高、检修困难。再者，这类空调还存在传热媒质在冰点以下 不能工作，以及液态媒质受温度变化体积改变使系统受压管道爆裂和不能与原配置空调联 动等缺陷。此外，为了解决上述问题，本发明人曾提出一种将超导管的冷段密封装入充满传 热媒质的冷箱中的方案，但是在这种方案中传热媒质进出口大大小于冷箱的截面，从而导 致传热媒质进入水箱后流速降低，换热效果不够理想。此外，冷箱和超导管冷段的这种配置 需要设置气液密封装置，装配工艺相对来说较复杂。
发明内容本实用新型的目的是针对上述问题提出一种利用自然环境温度做冷源，传热结构 简单、运行可靠、装配方便、成本低廉的温差空调设备。为了实现上述目的，本实用新型提供一种超导温差空调设备，包括室内装置、室外 装置和用于控制其运行的控制器，室内装置包括风箱、冷箱和将室内热风送入风箱内的循环风机，室外装置包括泵和具有第一入口端和第一出口端的散热机构，其中，室内装置还包 括具有热段和冷段的多根超导管以及布置在冷箱内的具有第二出口端和第二入口端的冷 媒盘管，这些超导管的热段位于在风箱内，冷段位于冷箱内并配置成与冷媒盘管共用一组 散热翅片，并且第二出口端和第一入口端、第一出口端和第二入口端分别通过连接管路流 体连通，形成传热媒质的闭合流路，泵布置在该闭合流路中。在本实用新型中，由于冷媒盘管和超导管的冷段共用一组散热翅片，使得超导管 的冷段的热量能够直接传递给冷媒盘管，进而传递给盘管中的传热媒质，提高了设备的传 热效率。此外，用布置在冷箱中的冷媒盘管代替充满冷箱的传热媒质，不仅可以提高闭合流 路中传热媒质经过冷箱时的流速，提高设备的传热速率，并且还不需要对冷箱进行气液密 封，简化了装配工艺。在上述超导温差空调设备运行过程中，室内装置通过循环风机将室内热风强制循 环通过超导管的热段，闭合流路中的传热媒质在泵的驱动下从散热机构的出口端经连接管 路从冷箱的入口端流入，在冷箱中吸收超导管冷段传来的热量后，流出冷箱的出口，然后经 连接管路流回散热机构中。按照本实用新型的优选方案，为了尽可能多地收集室内的热量，超导管被构造成 其热段和冷段的长度的比值在2 1 5 1的范围内，优选为4. 5 1，这是因为，由于超 导管内工质的传热效率高和热容量大的特点，与热段和冷段的长度之比为1 1的常规超 导管相比，在传递相同热量的情况下，即使超导管的冷段比热段短，也同样能够保持低温状 态且有效地传递热量。这样一来，较大程度地缩短了超导管的总长度，从而减小了室内装置 的体积。此外，为了更利于超导管冷段的散热。 有利的是，在本实用新型中，循环风机布置在风箱内，这种配置使室内热风和超导 管的热段充分接触，提高了超导管的传热效率，并且降低了风机的噪声。在一个优选方案 中，循环风机包括布置在风箱中间的第一风机和布置在风箱进风侧的第二风机，在室内外 温差较大时，由于超导管的传热效果好，第一风机的运行已经能满足排热的要求，为了降低 风机自身功耗而尽可能地节能，可停止第二风机的运行，然而这时第二风机会对进行产生 阻力，为了解决这个问题，在第二风机的旁边还设有风门。在第二风机停止运行时，将风门 打开，部分热风直接进行风箱，从而确保有效进风。根据本实用新型的另一方案，散热机构配设有冷却机构如冷却风机，控制器包括 用于检测室内温度的第一温度传感器和用于检测室外温度的第二温度传感器，控制器被配 置成在室外温度比室内温度低至少3°C的情况下启动所述循环泵，从而启动超导管温差空 调设备，通过超导管和冷媒盘管的配合向室外传热，将室内温度维持在设定温度，该设定温 度为工作场所需要保持的温度，例如在机房中，设定温度一般为约25°C。有利的是，当温度 传感器检测室内温度比设定温度低0. 5°C时，控制器将关闭冷却风机，当温度传感器检测到 室内温度比设定温度低1°C时，控制器将关闭所述泵，从而关闭超导温差空调设备。按照本实用新型的另一个方案，为了克服现有技术中的超导空调设备采用清水为 传热媒质，而不能在0°c以下的低温状态工作的劣势。在本实用新型中，传热媒质采用冰点 低于-35°c的清洁流体，优选使用由质量百分比50%乙二醇+质量百分比35%蒸馏水+质 量百分比15%防蚀阻垢剂的混合而成的液态传热媒质，以确保空调设备在零下40°C至0°C 的低温环境下也能正常运行。[0014]在本实用新型中，室外装置的散热机构有利地为散热盘管形式，该散热盘管的顶 端设有压力平衡容器和用于传热媒质的注入口，压力平衡容器的设置解决了传热媒质尤其 在温度变化时体积会发生改变而使闭合流路中的压力升高的问题。当传热媒质从冷箱出来 后，温度升高且体积膨胀，这时会有部分传热媒质流入压力平衡容器中，当传热媒质经散热 盘管散热后，温度降低且体积减小，这时，压力平衡容器中的传热媒质将补充入流路中。对于根据本实用新型的超导管温差空调设备来说，可以在室内装置中装设多根独 立的超导管，可以将室内装置构造成模块，根据不同场所的特定需要，可以将多个这样的模 块联合起来工作。本领域技术人员应当理解，根据现场空间的实际情况，这些模块既可并 联，也可以串联，方便了空调的安装，并且根据需要，可以组合成不同功率的空调设备。在本实用新型中，在整个超导管温差空调设备系统中，只有闭合流路中的传热媒 质在无压状态下循环运行，使得设备的运行可靠性高且不易出现故障，对室内装置和室外 装置的安装也没有高度差的要求。在安装设备时，只需要用管连接室内装置和室内装置，并 且室内外装置均不需要保温处理。综上，根据本实用新型的超导管温差空调设备与现有技术中的超导管空调相比， 具有结构简单、便于装配、总体积小、适用温度范围大，因此更适用于各类信息数据机房、移 动通讯基站、UPS应急电源机房等设备发热量大、空调全年不停机的场所。并且根据室内恒 温的需要，能在-40°C至+80°C温度范围内，室外温度低于室内温度差值3°C以上的任意温 段，根据室温情况自动控制原配置空调机制冷部分的起停和超导管温差空调器室外机散热 工作状态。
以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施例，其中图1为根据本实用新型的一个实施例的超导温差空调设备的结构示意图；图2为冷媒盘管和超导管冷段共用一组散热翅片的结构示意图；图3为图2中所示冷媒盘管和超导管冷段共用一组散热翅片的俯视图；图4为图1中设备的冷箱中冷媒盘管和超导管热段的排列配置的俯视图。
具体实施方式
首先参看图1，示出了根据本实用新型的一个实施例的超导温差空调设备的结构 示意图。在该实施例中，超导温差空调设备包括室内装置1和室外装置8，该室内装置包括 内部布置有冷媒盘管7的冷箱5，布置在该冷箱5下方的风箱3，以及多个超导管2，这些超 导管如此安装，即，超导管2的热段2a位于风箱3中的风道内，超导管的冷段2b穿装入冷 箱5中并配置成与冷媒盘管7共用一组散热翅片10。图2和图3以不同的视图示出了冷媒 盘管7和超导管冷段2b共用一组散热翅片10的结构配置，从图中可以看出，超导管2和冷 媒盘管7通过散热翅片10连接装配在一起，这里只是示意性地画出了超导管和冷媒盘管的 一部分。室外装置8包括具有入口端9a和出口端9b的散热机构17，通过各自的连接管路， 冷媒盘管7的出口端7a与散热机构17的入口端9a流体连通，散热机构17的出口端9b与 冷媒盘管7的入口端7b流体连通，从而形成液态传热媒质的闭合流路，在闭合流路中的传 热媒质在常压下运行。此外，室外装置8还包括布置在闭合流路中的泵12，并且包括用于空
5气空调设备运行的控制器(未示出)。在本实用新型中，冷媒盘管7和超导管2的冷段2b共用一组散热翅片，使得超导 管2的冷段2b的热量能够直接传递给冷媒盘管7，进而传递给冷媒盘管中的传热媒质，提高 了设备的传热效率。此外，用布置在冷箱5中的冷媒盘管7代替充满冷箱的传热媒质，并且 冷媒盘管7的直径优选设计成与连接管路的直径大致相同，这样使得传热媒质流经冷媒盘 管7时，不会出现流速下降的情况，相对在冷箱中充满传热媒质来说，提高了传热媒质流经 冷箱5时的速度，提高设备的传热速率，并且还不需要对冷箱进行气液密封，简化了装配工 艺。有利的是，本实用新型的超导管2被构造成其热段2a的长度和其冷段2b的长度 的比值在2 1 5 1的范围内，最佳比值为4. 5 1。这样的设计使得在传递相同热量 的情况下，即使超导管冷段比热段短，也同样能够保持低温状态且有效地传递热量。因此， 较大程度地缩短了超导管2的总长度，从而减小室内装置的高度和体积。为了克服现有技术中的超导管空调设备采用清水为传热媒质而不能在0°C以下 的低温状态工作的劣势，在该实施例中，优选使用由质量百分比50%乙二醇+质量百分比 35%蒸馏水+质量百分比15%防蚀阻垢剂的混合而成的液态传热媒质11，从而以确保空调 设备在零下40°C至0°C的低温环境下也能正常运行。但本领域技术人员应该明白，可以采 用冰点低于_35°C的任何清洁流体作为传热媒质。本文中提到的传热媒质均是市场上可以 买到的。在如图1所示的实施例中，散热机构17还配设有冷却风机16并且散热机构为散 热盘管形式，该散热盘管的顶端设有压力平衡容器13和传热媒质的注入口。另外，在冷媒 盘管7的顶部也可设有用于传热媒质的注入口(未示出)。两注入口和均为向闭合流路中 注入液态传热媒质的操作位置。当室内装置1与室外装置8安装在一个水平面上或室外装 置8略高于室内装置1时，液态传热媒质从室外装置8上的媒质注入口处注入；当室内装置 1高于室外装置8时，液态传热媒质从冷媒盘管7上的媒质注入口注入。无论从哪个注入口 注入媒质，均至加满为止。在第一次加满后，旋紧注入口密封帽，启动循环泵12运行五分钟 左右，再打开密封帽补充传热媒质至满。在该实施例中，由于室内装置和室外装置之间存在高度差，由于这个高度差系统 会产生一个静压力，安装压力平衡容器13能够减小室内外机高度差所产生的静压。压力平 衡容器内储存有一定量的液态传热媒质，当液态媒质受到温度升高影响体积而膨胀时，增 多部分将进入容器内，当媒质体积受温度降低影响而收缩时，容器内的媒质将补充入管路 中。本领域技术人员应该明白，可以采用任何合适的机构作为压力平衡容器13，例如可变体 积的容器。在图1示出的实施例中，控制器布置在室内，其包括用于检测室内温度的传感器 和用于检测室外温度的传感器，在运行过程中，控制器将由传感器和传感器测得的温度进 行比较，如果室外自然环境温度比室内温度低至少;TC时，控制器就会启动超导管温差空调 设备，室内配置的降温空调机制冷部分自动停止工作，循环风和加湿器依然继续工作。在本实用新型中，循环风机优选布置在风箱3内，这种配置使室内热风和超导管2 的热段2a充分接触，提高了超导管的传热效率，并且降低了风机的噪声。如图1所示，循环 风机更优选包括布置在风箱中间的第一风机14和布置在风箱3进风侧的第二风机15，空调设备运行时，第一和第二风机将室内热风抽入风箱内，使热风与超导管的热段2a充分接 触，热量被超导管的热段吸收并迅速通过超导管2的冷段2b经散热翅片10传递给冷媒盘 管7，从而将热量经冷媒盘管7中流动的传热媒质传递给室外的散热机构17，传热媒质在经 过室外机的散热机构17时，由于自然耗散和冷却风机16强制对流散热而温度降低，传热媒 质的温度降低，通过管路流入冷箱5中的冷媒盘管7，开始吸热过程。于此同时，降温后的冷 风从风箱3的出口直接送回室内。在室内外温差较大时，由于这些超导管2的传热效果好， 第一风机14的运行已经能满足排热的要求，为了降低风机自身功耗而尽可能地节能，可停 止第二风机的运行，然而这时第二风机会对进行产生阻力，为了解决这个问题，在第二风机 的旁边还设有风门11。在第二风机15停止运行时，将风门11打开，部分热风直接进行风 箱，从而确保有效进风。此外，通过控制风门11的打开程度，还能够调节热风的进风量，从 而将室内温度保持在需要的范围内。可以规定，例如在控制器检测到当室温达到比设定温度(例如25°C)低0.5°C时， 控制器将停止冷却风机16的工作，循环泵12继续工作来维持媒质的循环自然散热。当检 测到室温达到比设定温度(例如25V )低TC时，控制器停止循环泵12工作。当室外温 度升高至与设定温度(例如25°C)之差小于;TC时，控制器使超导管温差空调设备停机并 或许启动原配置的空调机制冷系统。有利的是，控制器可以根据室内恒温需要，在-40°C至 +80°C温度范围内，室外温度低于室内温度差值3°C以上的任意温段，根据室温情况自动控 制原配置空调机制冷部分的起停和超导管温差空调设备室外机散热的工作状态。此外，在本实用新型中，室内装置和室外装置均可以根据所传热量的多少和安装 现场的条件，以模块方式进行任意组合连接。这样可以整机工程装配，不必现场加工制作超 导管和散热翅片，降低了生产成本。另外，不必在冷箱5和风箱3之间设置气液密封机构， 降低故障率，运行的可靠性大大提高。由此，在本实用新型的超导管温差空调设备中，由于超导管的热段长度大于冷段 的长度，并且选用耐低温的清洁流体作为传热媒质，并且使用了能消除液态媒质温度胀缩 的压力平衡容器，以及能够实现模块化组合，与现有的超导管直接散热的空调相比，这种超 导管温差空调设备具有明显的结构简单体积小巧、启动灵敏传热量大、造价低廉投资回收 期短、运行安全可靠操作维修方便和易于普及推广等优点。最后应该理解，以上描述是示范性而非限制性的，对于阅读了以上说明的本领域 技术人员而言，除了所给出的实施例外，在不超出本实用新型范围的前提下，许多的改变和 等同替代将是显而易见的。
权利要求一种超导温差空调设备，包括室内装置(1)、室外装置(8)和用于控制室内装置和室外装置运行的控制器，该室内装置(1)包括风箱(3)、冷箱(5)和将室内热风送入该风箱(3)内的循环风机，该室外装置(8)包括泵(12)和具有第一入口端(9a)和第一出口端(9b)的散热机构(17)，其特征是，该室内装置(1)包括具有热段(2a)和冷段(2b)的多个超导管(2)以及布置在该冷箱(5)内的具有第二出口端(7a)和第二入口端(7b)的冷媒盘管(7)，其中所述热段(2a)位于该风箱(3)内，所述冷段(2b)位于该冷箱(5)内并配置成与所述冷媒盘管(7)共用一组散热翅片(10)，该第二出口端(7a)和该第一入口端(9a)、以及该第一出口端(9b)和该第二入口端(7b)分别通过连接管路流体连通，形成传热媒质的闭合流路，该泵(12)设置在该闭合流路中。
2.根据权利要求1所述的超导温差空调设备，其特征是，所述超导管(2)被构造成其热 段(2a)长度和其冷段(2b)长度的比值为2 1至5 1。
3.根据权利要求2所述的超导温差空调设备，其特征是，所述超导管的热段(2a)长度 和冷段(2b)长度的比值为4. 5 1。
4.根据权利要求1所述的超导温差空调设备，其特征是，所述循环风机布置在该风箱(3)内。
5.根据权利要求4所述的超导温差空调设备，其特征是，该所述循环风机包括布置在 该风箱(3)中间位置处的第一风机(14)和布置在该风箱(3)进风侧的第二风机(15)，在该 第二风机(15)的旁边还设有风门(11)。
6.根据权利要求1所述的超导温差空调设备，其特征是，所述控制器包括检测室内温 度的第一温度传感器和检测室外温度的第二温度传感器，该控制器被配置成在室外温度比 室内温度低至少3°C的情况下启动所述泵(12)，由此启动该超导温差空调设备。
7.根据权利要求6所述的超导温差空调设备，其特征是，该散热机构(17)配设有冷却 风机(16)，该控制器被配置成当室内温度比设定温度低0.5°C时关闭该冷却风机(16)并且 当室内温度比设定温度低1°C时关闭所述泵(12)。
8.根据权利要求1所述的超导温差空调器，其特征是，所述室外装置的散热机构(17) 为散热盘管，该散热盘管的顶端设有压力平衡容器(13)。
专利摘要为解决现有技术中超导管空调设备结构复杂、体积较大、成本高的问题，提供一种超导温差空调设备，包括室内装置(1)、室外装置(8)和用于控制其运行的控制器，该室内装置(1)包括风箱(3)、冷箱(5)和将室内热风送入该风箱(3)内的循环风机，该室外装置(8)包括泵(12)和具有第一入口端(9a)和第一出口端(9b)的散热机构(17)，其中，该室内装置(1)还包括具有热段(2a)和冷段(2b)的多个超导管(2)以及布置在该冷箱(5)内的具有第二出口端(7a)和第二入口端(7b)冷媒盘管(7)，其中所述热段(2a)位于在该风箱(3)内，所述冷段(2b)位于该冷箱(5)内并配置成与所述冷媒盘管(7)共用一组散热翅片(10)，该第二出口端(7a)和该第一入口端(9a)、该第一出口端(9b)和该第一入口端(7b)分别通过连接管路流体连通，形成传热媒质的闭合流路，该泵(12)设置在该闭合流路中。
文档编号F24F11/02GK201697256SQ20102023665
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月17日 优先权日2010年6月17日
发明者张捷岩, 王书东 申请人:张捷岩