U型熱管陣列裝置及包含其的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種U型熱管陣列裝置，包括兩個直臂部分和連接兩個直臂部分的彎曲部分，其中：兩個直臂部分一個為冷凝端，另一個為蒸發(fā)端，均包括多路水平管路；所述彎曲部分為多通管路，其用于連接冷凝端和蒸發(fā)端的水平管路；所述冷凝端遠(yuǎn)離彎曲部分一端還設(shè)置有一垂直的母管，該母管與冷凝端的多路水平管路連通；所述蒸發(fā)端的水平管路遠(yuǎn)離彎曲部分的端口通過連接管道兩兩連接。通過該設(shè)置該U型熱管陣列裝置，在空調(diào)、制冷、除濕、干燥等行業(yè)的空氣調(diào)節(jié)中，房間溫度控制不需要制備低溫的冷源進(jìn)行除濕，從而提高能源的利用率和房間舒適度。
【專利說明】
U型熱管陣列裝置及包含其的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及本實用新型涉及熱交換領(lǐng)域，進(jìn)一步涉及一種U形熱管陣列裝置， 以及包含該裝置的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]根據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(GB50189-2005)，夏季室內(nèi)溫度在25°C，相對濕度 40 %-60 %，按此要求空氣的露點溫度為16.6°C。由此，空調(diào)的任務(wù)可以看成是從25 °C環(huán)境中提取熱量排到室外環(huán)境，在16.6°C的露點溫度條件下對室內(nèi)空氣除濕。
[0003]目前空調(diào)的控溫和除濕都是采用低溫冷凍水對空氣進(jìn)行冷卻和冷凝除濕，再將冷卻干燥的空氣送入室內(nèi)，實現(xiàn)排熱排濕的目的。
[0004]在此過程中風(fēng)機(jī)盤管要同時起到了控溫和除濕的作用。由于采用冷凝除濕方法排除室內(nèi)余濕，冷凍水的溫度需要低于室內(nèi)空氣的露點溫度，在考慮傳熱溫差與介質(zhì)輸送溫差的情況下，要達(dá)到16.6°C的露點溫度需要約7°C的冷凍水。而在整個建筑中，占總負(fù)荷一半以上的顯熱負(fù)荷部分，可以采用高溫冷源帶走房間內(nèi)的熱量，但是為了達(dá)到除濕要求，卻與除濕一起共用7°C的低溫冷源進(jìn)行處理，導(dǎo)致制冷系統(tǒng)C0P大為降低，耗電負(fù)荷增加。而且，經(jīng)過冷凝除濕后的空氣雖然滿足濕度要求，但由于溫度過低，降低了房間的舒適性，而為了提高舒適性，有時還需要再加熱，由此造成了能源的進(jìn)一步浪費(fèi)與損失。
[0005]針對降溫除濕的技術(shù)缺陷，人們提出了一些帶有熱回收功能的除濕方案，其中熱管或熱虹吸管是熱回收的常用設(shè)備?，F(xiàn)有技術(shù)提供了一種U型熱虹吸管，表冷器夾在中間， 先對待除濕空氣進(jìn)行預(yù)降溫，再通過熱虹吸管回路將傳熱工質(zhì)吸收的熱量用于對冷卻降溫除濕后的空氣的加溫，最后再用加熱器將空氣加熱到要求的溫度。該實用新型中熱虹吸管充分利用空氣除濕過程中的降溫和升溫的熱量變化，可以在不附加額外動力和能源消耗的條件下充分利用除濕器前后空氣降溫和加熱的顯熱，實現(xiàn)空氣先降溫后加熱的雙重功效， 減少了除濕過程中的能耗。
[0006]根據(jù)上述分析可知，現(xiàn)有技術(shù)存在以下技術(shù)缺陷:
[0007]1.在對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)控的過程中，為了除濕的要求需要將冷凍水的溫度降低到 7°C以下，而房間的溫度控制不需要如此低溫的冷源，造成了能源品味的浪費(fèi)。[〇〇〇8] 2.經(jīng)過冷凝除濕后的空氣雖然濕度滿足要求，但由于溫度過低，降低了房間的舒適性，而為了提高舒適性，有時還需要再熱，造成了能源的進(jìn)一步浪費(fèi)與損失。
[0009]3.普通熱管陣列都是將獨立的熱管和熱虹吸管組合起來制成的，這些熱管和熱虹吸管都是單根結(jié)構(gòu)，無法做成復(fù)雜回路，不僅給大規(guī)模制造和充裝帶來不便，而且會存在溫濕度分布不均勻的問題。此外，在空調(diào)熱回收時又需要U型布置，這會對熱管和熱虹吸管的換熱性能產(chǎn)生不利影響。普通熱管內(nèi)的汽、液以逆流形式工作，U型結(jié)構(gòu)給回液造成困難。熱虹吸管以汽液兩相循環(huán)對流方式工作，U型結(jié)構(gòu)會增加流動阻力，且會造成工作不穩(wěn)定?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0010]有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種U型熱管陣列裝置及包含其的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實用新型的一方面，提供一種u型熱管陣列裝置，包括兩個直臂部分和連接兩個直臂部分的彎曲部分，其中，
[0012]所述兩個直臂部分一個為冷凝端，另一個為蒸發(fā)端，兩者均包括多路水平管路；
[0013]所述彎曲部分為多通管路，其用于連接冷凝端和蒸發(fā)端的水平管路；
[0014]所述冷凝端遠(yuǎn)離彎曲部分一端還設(shè)置有一垂直的母管，該母管與冷凝端的多路水平管路連通；
[0015]所述蒸發(fā)端的水平管路遠(yuǎn)離彎曲部分的端口通過連接管道兩兩連接。
[0016]根據(jù)本實用新型的一具體實施方案，所述蒸發(fā)端的多路水平管路包含蒸發(fā)端上部管路，所述蒸發(fā)端上部管路的至少部分管路被設(shè)置為一端連接多通管路，在蒸發(fā)端經(jīng)一個或多個折返另一端再連接至多通管路。
[0017]根據(jù)本實用新型的一具體實施方案，所述冷凝端的多路水平管路包含冷凝端下部管路，所述冷凝端下部管路的至少部分管路被設(shè)置為一端連接至多通管路，在冷凝端經(jīng)一個或多個折返另一端連接至多通管路。
[0018]根據(jù)本實用新型的一具體實施方案，所述母管設(shè)置有一換熱介質(zhì)充裝口。
[0019]根據(jù)本實用新型的一具體實施方案，所述冷凝端的水平管路經(jīng)過一段高度增加的連接管路連接至母管，以避免冷凝液回流。
[0020]根據(jù)本實用新型的一具體實施方案，所述母管為多根母管，分別與冷凝端的多路水平管路中的部分連通，使熱管陣列形成多個封閉環(huán)路。
[0021]根據(jù)本實用新型的一具體實施方案，所述多根母管為垂直分布的多根母管。
[0022]根據(jù)本實用新型的一具體實施方案，所述彎曲部分的多通管路高度與水平方向呈 1-30°的傾斜角度。
[0023]根據(jù)本實用新型的一具體實施方案，冷凝端和蒸發(fā)端的多路水平管路呈內(nèi)外多層分布。
[0024]根據(jù)本實用新型的一方面，提供一種空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括以上任意方案所述的U型熱管陣列裝置，且所述兩個直臂部分之間還設(shè)置有表面冷卻裝置。
[0025]通過上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果在于:
[0026](1)本實用新型帶母管環(huán)形熱管陣列換熱器與普通熱管或熱虹吸管相比，汽液對流干涉少，流動阻力小，利于U型布置，且蒸汽可以在整個換熱器內(nèi)彌漫，在冷源溫度低的地方冷凝量也多，溫度均勻性好，適應(yīng)局部熱源變化，適應(yīng)冷熱源分布不均勻的能力強(qiáng)；
[0027](2)通過設(shè)置帶母管環(huán)形熱管換熱器陣列，蒸汽可以在整個換熱器內(nèi)彌漫，在冷源溫度低的地方，蒸發(fā)端與冷凝端的壓差較大，冷凝量也多，溫度均勻性好，適應(yīng)局部熱量變化，適應(yīng)冷熱源分布不均勻的能力強(qiáng)；
[0028](3)冷凝端的水平管路經(jīng)過一段高度增加的連接管路連接至母管，以避免冷凝液回流，尤其可設(shè)計為與母管接觸的部分有一乙字形結(jié)構(gòu)，從而避免了冷凝液進(jìn)入到母管，在重力的作用下跌落到母管的底端，全部積聚到蒸發(fā)端的底部，影響熱管換熱器，同時也部分避免了汽液的逆向流動造成流動阻力增加，上述設(shè)計均減小了系統(tǒng)的熱阻；
[0029](4)熱管陣列裝置共用一個充裝口，只需充裝一次，充裝工藝簡單，成本大幅降低，由于內(nèi)部容積大，充裝率精度易于保證，給工業(yè)設(shè)計和制造帶來方便；
[0030](5)通過設(shè)置含該U型熱管陣列裝置，在空調(diào)、制冷、除濕、干燥等行業(yè)的空氣調(diào)節(jié)中，房間的溫度控制不需要制備低溫的冷源進(jìn)行除濕，從而提高能源的利用率，提高房間舒適度；
[0031](6)通過設(shè)置多根母管的方案便于根據(jù)不同的工況要求進(jìn)行模塊化設(shè)計?！靖綀D說明】[〇〇32]圖1是本實用新型一實施例的U型熱管陣列裝置的原理圖。[〇〇33]圖2是本實用新型一實施例的U型熱管陣列裝置的三維視圖。
[0034]圖3是本實用新型一實施例的隱藏翅片的U型熱管陣列裝置示意圖。
[0035]圖4是圖3的冷凝端與母管的連接關(guān)系放大立體示意圖。
[0036]圖5是圖3的冷凝端與母管的連接關(guān)系放大截面示意圖。[〇〇37]圖6是本實用新型又一實施例的U型熱管陣列裝置的三維視圖。[〇〇38]圖7是本實用新型又一實施例的U型熱管陣列裝置的三維視圖。[〇〇39]圖8是本實用新型又一實施例的U型熱管陣列裝置的三維視圖。
[0040]圖9是本實用新型又一實施例的U型熱管陣列裝置的三維視圖。【具體實施方式】[0041 ]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。在說明書中，相同或相似的附圖標(biāo)號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本實用新型實施方式的說明旨在對本實用新型的總體實用新型構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對本實用新型的一種限制。
[0042]根據(jù)本實用新型總體上的構(gòu)思，提供一種U型熱管陣列裝置，包括兩個直臂部分和連接兩個直臂部分的彎曲部分，其中:
[0043]所述兩個直臂部分一個為冷凝端，另一個為蒸發(fā)端，兩者均包括多路水平管路；
[0044]所述彎曲部分為多通管路，其用于連接冷凝端和蒸發(fā)端的水平管路；
[0045]所述冷凝端遠(yuǎn)離彎曲部分一端還設(shè)置有一垂直的母管，該母管與冷凝端的多路水平管路連通；
[0046]所述蒸發(fā)端的水平管路遠(yuǎn)離彎曲部分的端口通過連接管道兩兩連接。
[0047]以下對各部件的設(shè)置結(jié)合附圖進(jìn)行具體說明。
[0048]如圖1所示，熱空氣首先經(jīng)過U型熱管陣列裝置1 (以下簡稱:熱管陣列)的蒸發(fā)側(cè) 101進(jìn)行預(yù)冷，此時熱空氣的溫度降低，相對濕度增加。繼續(xù)流動經(jīng)過表冷器2,此時熱空氣的溫度繼續(xù)降低，熱空氣達(dá)到露點溫度，到達(dá)飽和狀態(tài)，并析出其中的水分，然后空氣經(jīng)過熱管陣列1的冷凝側(cè)102吸收熱量，溫度升高，相對濕度下降。此時，將低溫干燥的空氣送入室內(nèi)。
[0049]在此過程中，熱管陣列的蒸發(fā)側(cè)101吸收熱空氣中攜帶的熱量，熱管陣列中的工質(zhì)吸收熱量后蒸發(fā)，進(jìn)入到冷凝側(cè)102,在冷凝側(cè)中，工質(zhì)冷凝釋放給空氣，提高空氣的溫度， 降低相對濕度。熱管陣列的應(yīng)用在保證室內(nèi)濕度的情況下，既節(jié)省了空氣再熱的熱量，也提高了房間的舒適性。
[0050]如圖2是熱管陣列的三維視圖。為了更清楚的說明本專利中熱管陣列的結(jié)構(gòu)，圖3 將蒸發(fā)側(cè)和冷凝側(cè)的翅片隱藏，并加以詳細(xì)說明。熱管陣列換熱器中的管路分為三部分，上部管路103-1、中部管路103-2、下部管路103-3三部分。三部分管路103-1、103-2、103-3通過母管104連接。
[0051]如圖3上部103-1的結(jié)構(gòu)示意圖。在位于蒸發(fā)側(cè)101和冷凝側(cè)102中帶有翅片的部分，內(nèi)部的管路呈水平狀態(tài)，而在連接蒸發(fā)側(cè)101和冷凝側(cè)102的管路103-la和103-lb部分呈1°_30°的傾斜角度，保證凝結(jié)液體的順利回流。管路103-1在蒸發(fā)側(cè)多走一個回程，增加蒸發(fā)側(cè)的換熱面積。[〇〇52]如圖3中部103-2的結(jié)構(gòu)示意圖。在位于蒸發(fā)側(cè)101和冷凝側(cè)102中帶有翅片的部分，內(nèi)部的管路呈水平狀態(tài)，而在連接蒸發(fā)側(cè)101和冷凝側(cè)102的管路103-2a和103-2b部分呈1°_30°的傾斜角度，保證凝結(jié)液體的順利回流。[〇〇53]如圖3下部103-3的結(jié)構(gòu)示意圖。在位于蒸發(fā)側(cè)101和冷凝側(cè)102中帶有翅片的部分，內(nèi)部的管路呈水平狀態(tài)，而在連接蒸發(fā)側(cè)101和冷凝側(cè)102的管路103-3a和103-3b部分呈1°_30°的傾斜角度，保證凝結(jié)液體的順利回流。管路103-3在冷凝側(cè)多走一個回程，增加冷凝側(cè)的換熱面積。[〇〇54] 三部分管路103-1、103-2、103-3通過母管104連接，形成一個聯(lián)通的整體。在母管 104上安裝有用于抽真空和注液的封裝口。
[0055]管路103-1、103-2、103-3從冷凝側(cè)出來后經(jīng)過一高度逐漸增加的連接管路如圖4 所示(例如一乙字形結(jié)構(gòu)，如圖5所示)，使兩側(cè)形成一定的高差h達(dá)到或超過管徑的尺寸，并與母管相連。設(shè)計成兩側(cè)具有一定高差結(jié)構(gòu)的主要目的是防止冷凝液回流的時候進(jìn)入到母管，全部墜落到母管的底部，導(dǎo)致工質(zhì)不能在蒸發(fā)側(cè)內(nèi)部均勻的分布。[〇〇56]母管及乙字形過渡設(shè)計，使熱管陣列的工作方式與普通熱管和熱虹吸管有很大不同。冷凝液體在重力作用下流回蒸發(fā)測，但是蒸汽在壓力驅(qū)動下可從兩個方向流向冷凝側(cè)， 母管使蒸汽在整個熱管陣列內(nèi)彌漫，在冷凝側(cè)分布更加均勻。因此本熱管陣列內(nèi)汽液各以近乎獨立的方式工作，流動阻力小，彼此干涉效果小，有利于在U型布置下工作。[〇〇57]該熱管陣列的封裝工藝和工作機(jī)理是:[〇〇58](1)對熱管陣列1進(jìn)行超聲波清洗，去除表面的油污。
[0059](2)將熱管陣列1放入高溫干燥箱內(nèi)，去除熱管陣列內(nèi)部的水分。
[0060](3)通過母管上的封裝口抽真空，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部的壓力小于IPa時，關(guān)閉真空栗，并保持熱管陣列1處于真空狀態(tài)。[0061 ](4)在熱管陣列內(nèi)封裝一定量的液體工質(zhì)，這些工質(zhì)可以為:乙醇、R134a、R22、R410a、R113等多種有機(jī)工質(zhì)或氟利昂類工質(zhì)，根據(jù)工質(zhì)熱物性參數(shù)的不同，充液率在20%-80 %之間。
[0062]在熱管陣列1中的工質(zhì)相變過程如下:
[0063]工質(zhì)在蒸發(fā)側(cè)101中吸收熱量蒸發(fā)，通過蒸發(fā)側(cè)和冷凝側(cè)之間的連接管路103-la， 103-lb，103-2a，103-2b，103-3a，103-3b輸運(yùn)到冷凝側(cè)中，在冷凝側(cè)中冷凝通過103-la， 103-lb，103-2a，103-2b，103-3a，103-3b流回到蒸發(fā)側(cè)中。由于與母管接觸的部分有一乙字彎，從而避免了冷凝液進(jìn)入到母管后，導(dǎo)致在重力的作用下跌落到母管的底端，全部積聚到蒸發(fā)側(cè)的底部，影響熱管陣列1的性能。
[0064]1.熱管陣列內(nèi)U型管數(shù)量可以根據(jù)不同的工況要求進(jìn)行組合。
[0065] 2.根據(jù)不同的工況要求，可設(shè)計成內(nèi)外雙環(huán)路或多環(huán)路的結(jié)構(gòu)。如圖6為雙環(huán)路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0066] 3.除了在管路的一側(cè)設(shè)計一根母管的形式，還可在上部管路、中部管路、下部管路上各設(shè)計一根母管，如圖7所示。
[0067]4.當(dāng)設(shè)計成雙環(huán)路或多環(huán)路的結(jié)構(gòu)時，內(nèi)外環(huán)的母管可以在底部或上部聯(lián)通，也可以共用一根粗母管或與之等效的方腔，如圖8所示。
[0068] 5.當(dāng)設(shè)計成雙環(huán)路或多環(huán)路的結(jié)構(gòu)時，可以在上中下部各段分別共用母管或方腔，如圖9所示。[〇〇69]6.本實用新型中可采用的工質(zhì)包括:乙醇、1?134&、1?22、1?410&、1?113等多種有機(jī)工質(zhì)或氟利昂類工質(zhì)。
[0070]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種U型熱管陣列裝置，包括兩個直臂部分和連接兩個直臂部分的彎曲部分，其特征 在于:所述兩個直臂部分一個為冷凝端，另一個為蒸發(fā)端，兩者均包括多路水平管路；所述彎曲部分為多通管路，其用于連接冷凝端和蒸發(fā)端的水平管路；所述冷凝端遠(yuǎn)離彎曲部分一端還設(shè)置有一垂直的母管，該母管與冷凝端的多路水平管 路連通；所述蒸發(fā)端的水平管路遠(yuǎn)離彎曲部分的端口通過連接管道兩兩連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U型熱管陣列裝置，其特征在于，所述蒸發(fā)端的多路水平管路 包含蒸發(fā)端上部管路，所述蒸發(fā)端上部管路的至少部分管路被設(shè)置為一端連接多通管路， 在蒸發(fā)端經(jīng)一個或多個折返另一端再連接至多通管路。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U型熱管陣列裝置，其特征在于，所述冷凝端的多路水平管路 包含冷凝端下部管路，所述冷凝端下部管路的至少部分管路被設(shè)置為一端連接至多通管 路，在冷凝端經(jīng)一個或多個折返另一端連接至多通管路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U型熱管陣列裝置，其特征在于，所述母管設(shè)置有一換熱介質(zhì) 充裝口。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U型熱管陣列裝置，其特征在于，所述冷凝端的水平管路經(jīng)過 一段高度增加的連接管路連接至母管，以避免冷凝液回流。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U型熱管陣列裝置，其特征在于，所述母管為多根母管，分別與 冷凝端的多路水平管路中的部分連通，使熱管陣列形成多個封閉環(huán)路。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的U型熱管陣列裝置，其特征在于，所述多根母管為垂直分布的 多根母管。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的U型熱管陣列裝置，其特征在于，所述彎曲部分的多通管路高 度與水平方向呈1-30°的傾斜角度。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U型熱管陣列裝置，其特征在于，冷凝端和蒸發(fā)端的多路水平 管路呈內(nèi)外多層分布。10.—種空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括權(quán)利要求1-9任意一項所述的U型熱管陣列裝置，且所述兩 個直臂部分之間還設(shè)置有表面冷卻裝置。
【文檔編號】F24F13/30GK205679101SQ201620338897
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月21日 公開號201620338897.3, CN 201620338897, CN 205679101 U, CN 205679101U, CN-U-205679101, CN201620338897, CN201620338897.3, CN205679101 U, CN205679101U
【發(fā)明人】姜玉雁, 郭朝紅, 趙建忠, 郭聰, 王濤
【申請人】中國科學(xué)院工程熱物理研究所, 青島舒元恒溫技術(shù)研發(fā)有限公司