微阵列热管气-液换热装置及包含其的气-气换热装置制造方法
【专利摘要】微阵列热管气-液换热装置及包含其的气-气换热装置，属于暖通空调设备领域。该装置含有多片微阵列平板热管或多组标准换热板片、换热风扇和壳体；多片微阵列平板热管或多组标准换热板片平行错列固定在液侧换热箱体和固定架之间；每片或每组微阵列平板热管的液体端插入液侧换热箱体中，相邻的微阵列平板热管之间的间隙在液侧换热箱体内形成了折流结构的液体流道；微阵列平板热管的气体端插入固定架中，两两相邻的微阵列平板热管之间的间隙构成了平行的气体流道。本实用新型具有重量轻、体积小、安装运输方便、换热效率高、安全性好等优势，特别适用于基站、机房的自然冷却，以及远距离的热回收等领域。
【专利说明】微阵列热管气-液换热装置及包含其的气-气换热装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于暖通空调设备领域，涉及一种微阵列热管气-液换热装置，可实现多种液体和气体的高效换热，也可用于气-气远距离换热。
【背景技术】
[0002]在暖通空调领域的很多场合需要气液热交换，传统的气-液换热装置，如表冷器、散热片等不仅耗材多、重量大、热交换效率不高，而且在机房、基站等安全要求比较高的场合，载冷剂(一般为水)和空气间壁式换热，载冷剂一旦泄露将直接进入空气，这将给室内设备带来巨大的安全隐患。因此，近年来利用相变传热的热管换热器以其换热效率高、耗材少、安全性高等优势在机房自然冷却、热回收等领域得到了广泛的应用。但是在应用中发现目前普遍采用的由铜管构成的热管换热器依然无法摆脱体积大、重量重、运输搬运不便的缺陷；而且传统的热管换热器在安装、维修过程中都需要在设备现场进行抽真空-充注制冷剂，在现场不仅容易出现制冷剂充注不准确(或抽真空不足)进而影响换热器效率，而且耗费大量的人力、物力和安装时间，使得安装维护费用很高。另一方面，传统的热管换热器大多为内部一体结构，即内部制冷剂相互连通，如一旦出现任何一点的制冷剂泄漏都会导致整个换热器失效，存在着很高的运行安全隐患。
[0003]申请号为CN200810225649.8的中国专利提出了一种板状热管技术方案，即在金属材质(一般为铝)的板片内部有许多平行的微孔管束，微孔管束内部充灌有可相变的工质，每个微孔管束两段封闭形成独立的热管单元，即称为微阵列平板热管。这种板状热管具有重量轻、体积小、热效率高的优点，在电子元件散热，太阳能集热器领域得到了广泛应用。但是，目前单独的微阵列平板热管无法满足暖通空调领域大规模的换热的要求，因此开发一种方便、灵活、可靠、低成本的微阵列平板热管单板组装方式，以更好的发挥其技术优势，是本专利要解决的问题。
实用新型内容
[0004]针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的是合理利用微阵列平板热管单板，提出一种微阵列平板热管组装方式，构成微阵列热管气-液换热装置及气-气换热装置，它不仅具有体积小、重量轻、热效率高、换热安全性高的优势，而且安装简便，大大降低了施工安装成本。
[0005]为了达到上述实用新型目的，本实用新型的技术方案以如下两种技术方案:
[0006]本实用新型的第一种技术方案是:一种微阵列热管气-液换热装置，包含气-液换热芯体、换热风扇和壳体，壳体上设有液体进口和液体出口 ；其特征在于:所述的气-液换热芯体包括多片微阵列平板热管、液侧换热箱体和固定架，多片微阵列平板热管平行错列固定在液侧换热箱体和固定架之间；每片微阵列平板热管的液体端插入液侧换热箱体中，相邻的两片微阵列平板热管的液体端的一侧分别与液侧换热箱体的前内壁面和后内壁面连接，另一侧分别与后内壁面和前内壁面留有间隙，该间隙在液侧换热箱体内形成了折流结构的液体流道2 ;每片微阵列平板热管的气体端插入固定架中，两两相邻的微阵列平板热管之间的间隙构成了平行的气体流道。
[0007]本实用新型的第二种技术方案是:一种微阵列热管气-液换热装置，包含气-液换热芯体、换热风扇和壳体，其特征在于:所述的气-液换热芯体包括多组平行的标准换热板片和分别带有液体进口和液体出口的两个标准封头；所述的每组标准换热板片由微阵列平板热管、中空结构且上下前后面封闭、两侧敞开的第一盖体和第二盖体组成，微阵列平板热管固定在第一盖体和第二盖体之间；微阵列平板热管的液体端插入到第一盖体中，并且与第一盖体后内壁面连接，而与第一盖体的前内壁面留有间隙；微阵列平板热管的气体端插入到第二盖体中；多组平行的标准换热板片依次前后翻转排布，使得相邻第一盖体中的间隙相互连通，形成了折流结构的液体流道；所述的两个标准封头固定在多组平行布置的标准换热板片的两侧，拼装成气-液换热芯体；相邻的标准换热板片的微阵列平板热管之间的间隙构成了平行的气体流道。
[0008]上述两种技术方案中，其特征在于:所述的微阵列平板热管由多个上下两端封闭的微孔管束构成，所述微孔管束中充注有相变传热的工质；处于液侧换热箱体和固定架之间的微阵列平板热管的两侧设有外翅片。
[0009]本实用新型还提供了一种采用微阵列热管气-液换热装置构成的气-气换热装置，其特征在于:所述的气-气换热装置含有两个微阵列热管气-液换热装置，两个微阵列热管气-液换热装置分别位于低温气体侧和高温气体侧，位于低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置倒置；位于高温气体侧的微阵列热管气-液换热装置的液体出口与位于低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置的液体进口通过液体管道连接；位于高温气体侧的微阵列热管气-液换热装置的液体进口与位于低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置的液体出口通过液体管道连接。
[0010]本实用新型的气-气换热装置中，位于低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置和位于高温气体侧的微阵列热管气-液换热装置分别采用一个，或分别采用两个以上的微阵列热管气-液换热装置串联或者并联使用；还可在液体管道上设有载冷剂泵。
[0011]采用上述技术方案后，具有如下显著的技术特点:①上述的微阵列热管气-液换热装置不仅换热效率高、体积小、重量轻、运输搬运方便，而且不需要现场抽真空以及充注制冷剂，因此施工简单、安装成本低，仅需要水暖工就能进行安装；②上述的微阵列热管气-液换热装置中各个微热管独立运行、相互备份，制冷剂泄漏影响较小，换热安全性较好；③上述的微阵列热管气-液换热装置采用模块化结构，便于选型、拼装，适用性广，且研发和制造成本低。
[0012]综上所述，本实用新型通过对已有的微阵列平板热管进行巧妙的组装，构成了高效、简易、可靠的气-液换热装置，具有良好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图la和图lb分别为本实用新型中微阵列热管气-液换热装置用的单片微阵列热管的正视图和左视图，图lc为图la的A-A剖视图。
[0014]图2为微阵列热管气-液换热装置的正视图。
[0015]图3为本实用新型第一种技术方案中微阵列热管气-液换热装置中气-液换热芯体实施例的正视图。
[0016]图4为本实用新型的第一种技术方案中微阵列热管气-液换热装置中气-液换热芯体实施例的左视图。
[0017]图5为图3的A-A剖视图。
[0018]图6为图4的B-B剖视图。
[0019]图7a为本实用新型第二种技术方案中微阵列热管气-液换热装置实施例中标准板片的正视图，图7b为图7a的A-A剖视图，图7c为图7a的B-B剖视图，图7d为图7a的为C-C剖视图。
[0020]图8为本实用新型第二种技术方案中的微阵列热管气-液换热装置中气-液换热芯体实施例的正视图。
[0021 ] 图9为图8的A-A剖视图。
[0022]图10为本实用新型第二种技术方案中的微阵列热管气-液换热装置中气-液换热芯体实施例的左视图。
[0023]图11为图10的B-B剖视图。
[0024]图12为本实用新型提供的气-气换热装置的结构示意图。
[0025]图中:1 一微阵列平板热管；2 —液体流道；3 —液侧换热箱体；4 一固定架；5 —液体进口 ；5a_高温气体侧的微阵列热管气-液换热装置的液体进口 ；5b_低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置的液体进口 ；6 —液体出口 ；6a_高温气体侧的微阵列热管气-液换热装置的液体出口 ；6b-低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置的液体出口 ；8 —标准板片；9 一气体流道；11 一微阵列平板热管外翅片；12 —微阵列平板热管液体端；13 —微阵列平板热管气体端；14 一微阵列平板热管微管束；15 —换热风扇；16_壳体；17_液体管路；18_载冷剂泵；21_液体流道间隙；22_位于低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置；23-位于高温气体侧的微阵列热管气-液换热装置；31_标准板片上第一盖体；41 一标准板片上第二盖体；81 —标准封头。
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图对本实用新型做进一步说明:
[0027]如图la-图lc所示为单片微阵列热管的结构示意图，微阵列热管1为板片状结构，板片内部有许多平行的微孔管束14(图lc所示)，微孔管束14内部充灌有可相变的工质，每个微孔管束两端封闭形成独立的热管单元。用于气-液换热的微阵列热管上下端分别为液体端12和气体端13，处于液侧换热箱体3和固定架4之间的微阵列平板热管的两侧设有外翅片11，以加强与空气换热。
[0028]图2所示为微阵列热管气-液换热装置的正视图，包含气-液换热芯体，换热风扇15和壳体16，并组装成一个整体结构。
[0029]图3-图6为微热管阵列气-液换热装置中气-液换热芯体的第一种实施方式的示意图，如图所示，气-液换热芯体由带有液体进口 5和液体出口 6的液侧换热箱体3、固定架4、多组微阵列平板热管1组成。其中，多组微阵列平板热管1平行错列排布，液体端12插入中空结构的液侧换热箱体3中，气体端13插入到固定架4中，以起到固定和密封的作用。由图5和图6可知，液侧换热箱体3为一个中空结构的腔体，微阵列平板热管1从腔体的下部插入，穿过腔体固定在上壁面中，多片微阵列平板热管平行错列固定在液侧换热箱体3和固定架4之间；每片微阵列平板热管1的液体端12插入液侧换热箱体3中，相邻的两片微阵列平板热管1的液体端12的一侧分别与液侧换热箱体3的前内壁面和后内壁面连接，另一侧分别与后内壁面和前内壁面留有间隙21，该间隙21在液侧换热箱体3内形成了折流结构的液体流道2 (参见图5);每片微阵列平板热管1的气体端12插入固定架4中，两两相邻的微阵列平板热管1之间的间隙构成了平行的气体流道9(图6所示)。
[0030]换热过程中，高温气体流过平行的气体流道9，加热微阵列平板热管1内部的相变工质沸腾蒸发，气态工质上升聚集到液体端12，而较低温度的液体从从液体进口 5流入，在折流结构的液体流道2内与微阵列平板热管1的液体端内的工质换热，气态工质被冷凝成液体重新流回气体端13，而被加热的液体从液体出口 6流出，完成换热过程。
[0031]微热管阵列气-液换热装置第二种技术方案中气-液换热芯体由标准换热板片8和标准封头81组成。图7a-图7d为组成气-液换热芯体的标准换热板片8的结构示意图，如图所示，标准换热板片8由微阵列平板热管1、第一盖体31和第二盖体41组成。微阵列平板热管1的液体端12插入到第一盖体31中，微阵列平板热管1的气体端13插入到第二盖体41中。其中第一盖体31包含一个上下前后面封闭、左右面敞开的中空腔体(图7d所示)，微阵列平板热管1的液体端12穿透腔体下壁面和腔体插入上壁面中，并且微阵列平板热管1的宽度小于中空腔体的宽度，微阵列平板热管1与腔体的后壁面连接，与前壁面留有一定的间隙21，上述间隙21将作为液体流道的一部分。
[0032]图8-11第二种技术方案中微热管阵列气-液换热装置中气-液换热芯体的结构示意图，如图所示，所述的气-液换热芯体包括多组平行的标准换热板片8和分别带有液体进口 5和液体出口 6的两个标准封头81 ;所述的每组标准换热板片8由微阵列平板热管1、中空结构且上下前后面封闭、两侧敞开的第一盖体31和第二盖体41组成，微阵列平板热管固定在第一盖体31和第二盖体41之间；微阵列平板热管1的液体端12插入到第一盖体31中，并且与第一盖体31后内壁面连接，而与第一盖体31的前内壁面留有间隙21);微阵列平板热管1的气体端13插入到第二盖体41中。多组平行的标准换热板片8依次前后翻转排布，使得相邻第一盖体31中的间隙21相互连通，形成了折流结构的液体流道2 ;所述的两个标准封头81固定在多组平行布置的标准换热板片8的两侧，拼装成气-液换热芯体。相邻的标准换热板片8的微阵列平板热管1之间的间隙构成了平行的气体流道9 ;最后，多组换热板片8和两侧的标准封头81通过螺栓或者焊接连接成一个整体，形成了气-液换热芯体。
[0033]换热过程同第一种方案。
[0034]本实用新型所述的微阵列热管气-液换热装置有多种应用方式，可以单独作为室内换热末端为室内空气加热或冷却，也可以组合使用，以液体载冷剂为中间媒介，灵活高效的进行气-气长距离换热。
[0035]图12为本实用新型采用微阵列热管气-液换热装置一种典型应用方式:气-气换热装置的结构示意图。所述的气-气换热装置含有两个微阵列热管气-液换热装置，两个微阵列热管气-液换热装置分别位于低温气体侧和高温气体侧，位于低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置倒置；位于高温气体侧的微阵列热管气-液换热装置的液体出口 6a与位于低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置22的液体进口 5b通过液体管道连接；位于高温气体侧的微阵列热管气-液换热装置23的液体进口 5a与位于低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置22的液体出口 6b通过液体管道连接。
[0036]在高温气体侧的微阵列热管气-液换热装置23中，高温气体通过微阵列热管把热量传递液体，被加热的液体通过液体管道17和载冷剂泵18进入低温侧的气-液换热装置22，在其中液体把热量传递给低温气体，进而完成气-气换热。
[0037]位于低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置和位于高温气体侧的微阵列热管气-液换热装置可以分别采用一个，也可以分别采用两个以上的微阵列热管气-液换热装置串联或者并联使用，以满足各种换热需求。
[0038]值得一提的是，本实用新型公开的“一种微阵列热管气-液换热装置”特别适用于数据机房、信息基站等全年需要降温，且安全性要求较高的场合。一方面，本实用新型公开的“一种微阵列热管气-液换热装置”具有换热效率高、体积小、重量轻、便于安装的优势，可以方便灵活的进行现场安装、节能改造、设备扩容改造等工程，且可以利用过渡季和冬季的自然冷水为基站或机房冷却，大大节约了制冷能耗。另一方面，本实用新型公开的“一种微阵列热管气-液换热装置”每个微型热管独立运行、相互备份，制冷剂泄漏影响较小，换热安全性较好；而且进入机房的水和机房内空气通过热管内制冷剂为媒介进行换热，大大减小了水直接进入数据机房带来的安全隐患，使得机房安全性得到有效保障。
【权利要求】
1.一种微阵列热管气-液换热装置，包含气-液换热芯体、换热风扇(15)和壳体(16),在壳体(16)上设有液体进口(5)和液体出口 ￠);其特征在于:所述的气-液换热芯体含有多片微阵列平板热管(I)、液侧换热箱体(3)和固定架(4)，多片微阵列平板热管(I)平行错列固定在液侧换热箱体(3)和固定架(4)之间；每片微阵列平板热管(I)的液体端(12)插入液侧换热箱体(3)中，相邻的两片微阵列平板热管(I)的液体端(12)的一侧分别与液侧换热箱体(3)的前内壁面和后内壁面连接，另一侧分别与后内壁面和前内壁面留有间隙(21)，该间隙(21)在液侧换热箱体(3)内形成了折流结构的液体流道(2);每片微阵列平板热管(I)的气体端(12)插入固定架(4)中，两两相邻的微阵列平板热管(I)之间的间隙构成了平行的气体流道(9)。
2.—种微阵列热管气-液换热装置，包含气-液换热芯体、换热风扇(15)和壳体(16),其特征在于:所述的气-液换热芯体包括多组平行的标准换热板片(8)和分别带有液体进口(5)和液体出口(6)的两个标准封头(81)； 所述的每组标准换热板片(8)由微阵列平板热管(I)、中空结构且上下前后面封闭、两侧敞开的第一盖体(31)和第二盖体(41)组成，微阵列平板热管固定在第一盖体(31)和第二盖体(41)之间；微阵列平板热管⑴的液体端(12)插入到第一盖体(31)中，并且与第一盖体(31)后内壁面连接，而与第一盖体(31)的前内壁面留有间隙(21);微阵列平板热管(I)的气体端(13)插入到第二盖体(41)中； 多组平行的标准换热板片(8)依次前后翻转排布，使得相邻第一盖体(31)中的间隙(21)相互连通，形成了折流结构的液体流道(2);所述的两个标准封头(81)固定在多组平行布置的标准换热板片(8)的两侧，拼装成气-液换热芯体； 相邻的标准换热板片(8)的微阵列平板热管(I)之间的间隙构成了平行的气体流道(9)。
3.根据权利要求1或2所述的微阵列热管气-液换热装置，其特征在于:所述的微阵列平板热管(I)由多个上下两端封闭的微孔管束(14)构成，所述微孔管束中充注有相变传热的工质。
4.根据权利要求1或2所述的微阵列热管气-液换热装置，其特征在于:处于液侧换热箱体(3)和固定架(4)之间的微阵列平板热管的两侧设有外翅片(11)。
5.一种采用如权利要求1或2所述的微阵列热管气-液换热装置的气-气换热装置，其特征在于:所述的气-气换热装置含有两个微阵列热管气-液换热装置，两个微阵列热管气-液换热装置分别位于低温气体侧和高温气体侧，位于低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置(22)倒置；位于高温气体侧的微阵列热管气-液换热装置(23)的液体出口(6a)与位于低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置(22)的液体进口(5b)通过液体管道连接；位于高温气体侧的微阵列热管气-液换热装置(23)的液体进口(5a)与位于低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置(22)的液体出口 ^b)通过液体管道连接。
6.根据权利要求5所述的气-气换热装置，其特征在于:位于低温气体侧的微阵列热管气-液换热装置和位于高温气体侧的微阵列热管气-液换热装置分别采用一个，或分别采用两个以上的微阵列热管气-液换热装置串联或者并联使用。
7.根据权利要求5所述的气-气换热装置，其特征在于:在液体管道上设有载冷剂泵(18)。
【文档编号】F28D15/02GK204085270SQ201420122463
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】石文星, 张朋磊, 王宝龙, 沈翀, 李先庭 申请人:清华大学