一种高效冷媒传热系统的制作方法

专利名称：一种高效冷媒传热系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及散热技术，具体地说，是一种高效冷媒传热系统，可以将热量高效率地从一个温度较高的区域传递到一个温度较低的区域。
背景技术：
10 空调技术是目前应用十分广泛的一项技术。空调的原理是逆卡诺循环，
即通过压缩、冷凝、节流、蒸发的过程，使工质在制冷系统中实现传热，工质相变过程中要吸收或散发热量，将低温区域的热量传到高温区域实现制冷循环。但是，空调系统在实现将高温区域的热量传送到低温区域时，(如冬季制冷)，其正常运行需要采取特殊的设计方案，以保证系统的正常运行，
15 而这种运行方式仍然需要压缩机运行，通过压缩和节流来实现制冷工况，增加了能源消耗。
为了节约能源，人们发明了热管。热管是利用工作流体(工质)的蒸发与冷凝来传递热量。热管一般由管壳、吸液芯和端盖组成，制作方法是将热管内部抽成真空状态，然后充入特殊成分的液体，这种液体沸点很低，容易
20 沸腾；管壁有吸液芯，由毛细多孔材料构成。热管的一端为蒸发部，管内液体在该部分吸收管外的热量，蒸发成为气体；气体沿着管腔移动到热管另一端的冷凝部，在冷凝部放出热量，凝结成液体；液体再利用毛细现象沿吸液芯移动到蒸发部。这^=羊，热管就把热量从一端传导到了另一端。由于热管利用了相变时吸收或放出的气化潜热来传递热量，其传热效率远远高于一般的
25 仅利用显热传递的热传导方式。
但是，热管的结构特点导致了其在应用中也具有局限性
1、热管是利用毛细管的浸润现象实现液态工质在冷凝部和蒸发部的传递，单根热管的热量传递小，且传递距离受到^f艮大限制。2、热管技术是在一根热管上集中了气相和液相两种状态的工质，无法实 现对工质流量的分配和控制，因此无法设计为变流量调节的制冷系统。
采用普通传热工质，如水，将室内热量传递到大气环境也是常用散热才支 术，但是该技术在环境温度低于零摄氏度时，需采用防冻措施，且传热效率 5 低。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种传热效率高、传热距离远、调节方 便的高效^i某传热系统。
10 为了解决上述问题，本发明提供了一种高效冷々某传热系统，包括冷却器
和散热器，所述冷却器和散热器之间设有连接管，所述连接管中设有流体泵； 所述冷却器、散热器及连接管中充注工质。
进一步地，所述冷却器和散热器之间的连接管有两条，分别为连接气管 和连接液管;所述工质在冷却器内吸热气化成为气态，由所述连接气管进入 15 散热器，在散热器内放热转化成液态，再由所述连接液管进入所述冷却器。
进一步地，所述流体泵为磁力泵。
进一步地，所述磁力泵包括电机、内磁转子、外磁转子隔离套及叶轮， 所述电机与外磁转子相连，所述叶轮与所述内磁转子相连，所述内碰转子与 外磁转子之间设有隔离套。
20进一步地，所述流体泵为变频调节流量泵，所述变频调节流量泵与控制 器连接。
进一步地，所述流体泵设置在连接液管中。
进一步地，所述连接液管中还设有调节阀，所述调节阀与控制器相连， 用于调节工质流量。
25 进一步地，所述工质的固态/液态临界温度在-150摄氏度以下。
进一步地，所述工质为氟利昂。
进一步地，所述连接液管与所述冷却器之间i殳有分液头，将液态工质分成多路后进入冷却器。
本发明利用常温、中低压下可发生气液两相转换的物质作为传热工质， 应用液态传热工质在冷却器中气化时吸收的气化潜热将高温区域的热量传递 到处于低温区域的散热器，再在散热器内释放热量而转变成液相，流体泵加
5 快液态传热工质的流动速度，因此其传热效率大大高于利用显热来直接传导 热量的方法。另外，本发明将流体泵应用在从散热器到冷却器之间的液体管 路中，提高传热工质流动速度，可将用于吸热汽化的冷却器和用于放热凝结 的散热器分开独立设置，可以使得传热距离非常远，并且可以方便地调节工 质的流量，以适应不同的冷热源温度及调节传热量，而散热器所处的^f氐温区 10 域可以是自然环境、可以是通过常规制冷空调设备制出的冷水，还可以是地 下水等。本发明应用广泛，可以实现在低温环境对有散热需要的区域实行散 热，同时也可应用在余热回收方面，还可以用于常规空调设备再热功能，替 代电加热器，具有明显的节能效果。
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图1是本发明的高效a传热系统的结构原理图2是本发明的高效^H漆传热系统的多路散热系统的结构原理图3是本发明的高效*传热系统的第一实施例的结构示意图4是本发明的高效冷i某传热系统的第二实施例的结构示意20 图5是本发明的高效冷^^传热系统的第三实施例的结构示意图。
图中l.散热器，2.冷却器，3.分液头，4.流体泵，5.连接液管，6.连接气 管，7.调节阀，8.旁通管，9.冷凝器，IO.蒸发器，ll.风机，12压缩机，13.阀 门，14.第一盘管，15.第二盘管，16.热交换器，17.第一换热盘管，18.第二换 热盘管，19.三通切换阀。
2具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术 人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明的高效冷媒传热系统包括冷却器2和散热器1,冷 却器2与散热器1之间分别设有连接液管5和连接气管6,连接液管5中充注 流体泵4。连接液管5与冷却器2之间设有分液头3，将连接液管5分成多路 5 后与冷却器2连^t妻。冷却器2用于冷却室内空气，散热器用于将热量歉l到 室外环境中。
工质采用以氟利昂为代表的中温传热工质，其在中压(1 15Bar)下的 沸点温度在-30-50摄氏度之间，通过改变压力可以控制其沸点温度。工质 在冷却器2吸热气化，气化后的气态工质经连接气管6进入散热器1，在散
10 热器l内放出热量，重新凝结成液态；液态的工质在流体泵4的作用下经连 接液管5进入冷却器2。经过该循环，本发明的系统将热量由高温区传导到 低温区，从而实现热传导。由于本发明利用了工质相变时吸收和》文出的气化 潜热来传递热量，因此其传热效率非常高，可以达到纯铜导热能力的上百倍。 由于本发明将吸热的冷却器2和放热的散热器1分别独立设置，二者之间通
15 过连接管连接，连接液管5上设有流体泵4，因此可以实现i4^巨离传热。
本发明的一种应用是常年高发热场所的高效散热器。将图1中的冷却器 2设置在常年高发热场所内，并可加设风扇加强空气对流，用于吸收常年高 发热场所散发出的热量；将图1中的散热器1设置在室外或其它低温环境， 用于将工质从常年高发热场所吸收的热量散发出去。本应用也可以是专为高
20 发热量服务器使用的嵌入式服务器专用空调。
在进入冷却器2之间，液态工质可以由分液头3分成多路进入冷却器2， 提高换热效率。将流体泵设置在连接液管5上的好处是，液态工质的密度大， 因此流体泵的流量可以相对较小，以节省能量。在以氟利昂为传热工质时， 流体泵4最好是磁力泵。使用磁力泵的好处是密封性能好。磁力泵由电动机、 25 外磁转子、内磁转子及不导磁的隔离套组成，电动机与外磁转子相连，内磁 转子与叶轮连接。当电动机带动外磁转子旋转时，磁场能穿透空气隙和非磁 性物质，带动与叶轮相连的内磁转子作同步旋转，实现动力的无接触传递， 将动密封转化为静密封。由于泵轴、内磁转子被泵体、隔离套完全封闭，从 而彻底解决了 "跑、冒、滴、漏"等问题，消除了易燃、易爆、有毒、有害介质通过泵密封泄漏的安全隐患。当然，根据需要也可以采用其它类型的泵， 例如可以应用于氟利昂系统的全封闭水泵。
由于在应用中可能需要调节流量，以适应不同的冷热源温度，调节传热 量，因此可以采用变频调节流量泵，变频调节流量泵与控制器相连，以调节
5流体泵的转速，从而控制工质流量，达到调节传热量的目的。也可以在连4妻 液管5上设置调节阀，由控制器控制调节阀的开量来调节工质流量。
如图2所示，本发明的高效冷4某传热系统，可以由一个散热器l配多个 冷却器2使用，每个冷却器2的连接液管5上分别设置有一个调节阀7，由此 可以实现"一拖多"系统。该结构也可以应用于多区域散热场所，即当室内 10 有多个发热区域时，可以在每个发热区域各设置一套冷却器，多套冷却器并 联后输出到一套散热器进行散热，从而可以提高系统的集成度，便于安装， 降低成本。
如图3所示，是本发明与压缩机制冷系统并联使用的第一实施例的示意 图。该实施例中，包括一套压缩机制冷系统，该系统与现有技术的压缩机制
15 冷系统相同，也包括冷凝器9、膨胀阀、蒸发器10和压缩机12。另外，本实 施例中，在冷凝器9的一侧还设有散热器1，在蒸发器10—侧还设有冷却器 2，散热器1与冷却器2之间通过连接管连接，连接管有两根，分别为连接液 管5和连接气管6，使冷却器2与散热器1之间形成回路，在连接液管5上设 有流体泵4。冷却器2、散热器l及连接管中充有工质。上迷装置中，冷凝器
20 9及散热器l设置在机房的室外，其余装置如蒸发器IO、压缩机12、膨胀阀 和冷却器2等设置在机房室内。在需要时，可以在冷凝器9和蒸发器10—侧 设置风机ll，以提高散热效率。
在夏季，室外气温高于室内气温，此时，散热器1及冷却器2不工作， 由冷凝器9、膨胀阀、蒸发器10和压缩机12构成的压缩机制冷循环工作， 25 将室内热量搬移到室外，保持室内恒温。
在春秋过度季节，当室外气温低于室内气温一定值( 一般为2~3度)时， 开启散热器1及冷却器2，此时，由冷凝器9、膨胀阀、蒸发器10和压缩机 12构成的压缩机制冷循环和由散热器1及冷却器2构成的自然冷却循环同时 工作。但是，由于自然冷却循环利用室内外温差将部分室内热量传递到室夕卜，降低压缩机制冷循环的负荷，节约部分能量。
在冬季，室外气温远低于室内气温，此时，由冷凝器9、膨胀阀、蒸发 器10和压縮机12构成的压缩机制冷循环停止工作，完全由散热器1及冷却 器2构成的自然冷却循环将室内热量传递到室外，整个制冷过程完全由室内 5外温差完成，系统只有维持制冷工质循环的流体泵4及加速散热的风机ll(如 果有)消耗能量，从而大大节约了能源。
在应用中，为了适应不同的负荷，保持室内温度恒定，流体泵可以采用 变频调节流量的流体泵，还可以在连接管中设置调节阀，以达到精确调节流 量的目的。
10 如图4所示，是本发明与压缩机制冷系统并联使用的第二实施例的示意
图。其中，压缩机制冷系统的结构与现有技术相同，包括蒸发器IO、压缩机 12、冷凝器9、膨胀阀及其它附属配件，本发明是在压缩机12前后加装一旁 通管8,并在旁通管8上设置阀门13;同时，在冷凝器9与蒸发器IO之间的 管路上并联一根连接液管5,并在连接液管5上设置流体泵4和阀门13。该
15 系统的工作原理是如果室外温度(即冷凝器9所处的环境温度)高于室内 温度(即蒸发器10所处的环境温度)，则关闭旁通管8和连接液管5上的阀 门13，利用制冷剂在蒸发器IO、压缩机12、冷凝器9和膨胀阀之间形成的 逆卡诺循环来实现制冷；如果室外温度低于室内温度一定的数值( 一般是2~3 摄氏度以上)，则打开旁通管8和连接液管5上的阀门13，制冷剂在蒸发器
2010、旁通管8、冷凝器9和连接液管5之间形成热管式循环来将室内热量传 递到室外。这样，在室外温度较低时(例如冬季)，就可以关闭压缩机12, 从而实现节能的目的。
如图5所示，是本发明的机房专用空调的第三实施例的结构原理图。该 实施例中，包括一套压缩机制冷系统，该系统与现有技术的压缩机制冷系统 25 相同，也包括冷凝器9、膨胀阀、蒸发器10和压缩机12。另外，本实施例中， 在冷凝器9的一侧还设有散热器1，在蒸发器10其中第一盘管14的进出口分 别与膨胀阀和压缩机12相连，第二盘管15的进口与冷却器1相连，出口与 流体泵4相连，流体泵4通过连接管与一热交换器16的第一换热盘管17的 进口相连，热交换器16的第一换热盘管17的出口与冷却器1相连；热交换器16的第二换热盘管18内充有水，其进出口连接机房室内的吸热设备。上述装置中，热交换器16设置在室内，其余的装置设置在室外。其中，在以氟利昂为传热工质时，上述流体泵4最好是磁力泵。在冷却器l的进出口上i殳置旁通管8，形成冷却器和旁通管两条支路，在旁通管8与连接管相连处设5 置三通切换阀19，通过三通切换阀19可以在两条支路之间切换。
在夏季，通过三通切换阀19关闭冷却器支路，打开旁通管支路，由冷凝器9、膨胀阀、蒸发器10和压缩机12构成的压缩机制冷循环工作，在蒸发器10内，参与压缩制冷循环的第一盘管14将第二盘管15内的工质降温，第二盘管15内的工质降温后流经室内的热交换器16的第一换热盘管17，工质10 在热交换器16内吸收第二换热盘管18内循环介质(例如水)的热量，然后经旁通管8再回到蒸发器10,形成循环，传导室内热量。热交换器16的第二换热盘管18内的水再输送到室内各服务设备处，为服务设备降温。
在春秋过度季节，室外气温略低于室内气温时，通过三通切换阀19打开冷却器支路，关闭旁通管支路，压缩制冷循环同时工作。此时，工质流经冷15 却器1时，在冷却器1内被初步降温，然后在蒸发器10内被进一步降温。从而可以部分降低压缩机制冷循环的负荷，节省部分能源。
在冬季，室外气温远低于室内气温，此时，冷却器支路打开，旁通管支路关闭，由冷凝器9、膨胀阀、蒸发器10的第一盘管14及压缩机12构成的压缩机制冷循环停止工作，由冷却器1、蒸发器10的第二盘管15及热交换20 器16构成的制冷循环工作，工质在热交换器16内吸收热量后，在冷却器1内被冷却，然后在蒸发器10内进一步降温。此时，完全由自然冷却循环来保持室内温度，从而节省了大量能源。
以上应用均可使用在低于零摄氏度以下，最低达到-40摄氏度的环境。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明25的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
权利要求
1、一种高效冷媒传热系统，其特征在于，包括冷却器和散热器，所述冷却器和散热器之间设有连接管，所述连接管中设有流体泵；所述冷却器、散热器及连接管中充注工质。
2、如权利要求1所述的高效冷々某传热系统，其特征在于，所述冷却器和 散热器之间的连接管有两条，分别为连接气管和连接液管；所述工质在冷却 器内吸热汽化成为气态，由所述连接气管进入散热器，在散热器内放热转化 成液态，再由所述连接液管进入所述冷却器。
3、 如权利要求1或2所述的高效冷媒传热系统，其特征在于，所述流体 10 泵为^f兹力泵。
4、 如权利要求3所述的高效冷媒传热系统，其特征在于，所述磁力泵包 括电机、内磁转子、外磁转子隔离套及叶轮，所述电机与外磁转子相连，所 述叶轮与所述内磁转子相连，所述内碰转子与外磁转子之间设有隔离套。
5、 如权利要求1所述的高效冷々某传热系统，其特征在于，所述流体泵为 15 变频调节流量泵，所述变频调节流量泵与控制器连接。
6、 如权利要求2所述的高效^H^传热系统，其特征在于，所述流体泵设 置在连接液管中。
7、 如权利要求2所述的高效 传热系统，其特征在于，所述连接液管 中还"&有调节阀，所述调节阀与控制器相连，用于调节工质流量。
8、如权利要求1所述的高效冷媒传热系统，其特征在于，所述工质的固态/液态临界温度在—150摄氏度以下。
9、 如权利要求8所述的高效冷媒传热系统，其特征在于，所述工质为氟 利昂。
10、 如权利要求2所述的高效冷媒传热系统，其特征在于，所述连接液 25 管与所述冷却器之间设有分液头，将液态工质分成多路后进入冷却器。
全文摘要
本发明公开了一种高效冷媒传热系统，包括冷却器和散热器，所述冷却器和散热器之间设有连接管，所述连接管中设有流体泵；所述冷却器、散热器及连接管中充注传热工质。本发明利用传热工质气化时吸收并在凝结时放出的气化潜热来传导热量，流体泵加速传热工质流动速度，因此传热效率大大高于利用显热直接传导热量的方法。本发明应用广泛，可以实现在低温环境对有散热需要的区域实行高效散热，同时也可应用在余热回收方面，还可以用于常规空调设备再热功能，替代电加热器，具有明显的节能效果。
文档编号F28D15/02GK101476833SQ20091000047
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者万辅君, 宋一舟 申请人:上海宾肯电气科技有限公司;宾肯科技(北京)有限公司