[实用新型]工质相变换热设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及热传递或热交换设备，具体地指一种适合于在二种不同温度的冷、热源之间进行热传递或热交换的工质相变换热设备。

背景技术

目前，在热传递或热交换技术领域，热管依靠自身内部制冷剂的相变来实现高效率的传热，其导热能力已远远超过了任何一种已知的金属。按热管原理制作的传热、换热设备也已广泛地应用于生产和生活中的各个领域。但工程技术人员发现，已有的热管传热、换热设备仍然存在以下局限性：其绝大多数是由单根或一组各自独立的单根热管组成，在每一根热管内部仅使用吸液芯或依靠重力自冷端向热端传递液态制冷剂，热管换热受限于吸液芯的传递能力，或其冷端位置必须高于热端位置，故热管换热并不适合于大功率、冷热源距离较远、或者热源位置较冷源位置高的情形。同时，热管的设计和加工工艺复杂，需专业厂商先在其工厂内生产，再根据应用现场情况进行加工，且大量的管材浪费在多根热管冷热端之间的绝热传输管段上，大幅增加了其制造成本。

发明内容

本实用新型的目的旨在解决上述现有技术中的诸多局限，提供一种结构简单、成本低廉、具有高导热能力、能够实现大功率、远距离、高效率热传递的工质相变换热设备。

为实现上述目的，本实用新型所设计的工质相变换热设备，至少包括一个用于接触热源的蒸发器和一个与其配套的用于接触冷源的冷凝器，所述蒸发器的工质出口与冷凝器的工质进口之间通过一条回气管道相连，所述冷凝器的工质出口与蒸发器的工质进口之间通过一条供液管道相连，由此构成一个封闭循环管路，该封闭循环管路内充注有能够进行蒸发和冷凝相变的工质。

本实用新型的工作原理是这样的：将蒸发器置于温度较高的热源环境中，其内的液态工质将会吸收热源的热量而蒸发，蒸发后的气态工质经过回气管道进入冷凝器中。同时，将冷凝器置于温度较低的冷源环境处，其内的气态工质会向冷源放热并凝结，凝结后的液态工质在重力的作用下经过供液管道重新回到蒸发器内。由此完成整个工质的相变循环过程，并将热量由高温热源传递到低温冷源。这一过程周而复始地不断循环，即可实现本实用新型的高效传热换热目的。

进一步地，当液态工质不能在重力作用下流回蒸发器时，所述供液管道上可以设置工质泵。由于所述蒸发器和冷凝器之间由回气管道直接连通，起到了均压的作用，故工质在其中基本上处于等压状态，工质泵的压头仅用于克服工质液柱的高差和工质循环的摩擦阻力。常用的工质如水、氟利昂等的单位质量制冷量或蒸发潜热都很大，而其流量则较小，因而工质泵所需的容量和功率都很小。工质泵传递的换热量与其自身的耗功量比值极大，通常大于1000，即其能效比大于1000倍，故工质泵自身的耗功量与其传递的换热量相比，几乎可以忽略不计。这样，与传统的热管式换热器相比较，本实用新型用工质泵替代热管内的吸液芯或重力流实现自冷源向热源传递液态制冷剂，可以使蒸发器和冷凝器不受冷热源位置和距离的限制，热交换功率可以直接通过控制工质泵的运行来调节。

本实用新型的工质相变换热设备与传统的制冷循环装置相比，虽然亦由蒸发器、冷凝器和工质循环管路组成，但其最大的区别在于：传统的制冷循环装置是从低温热源向高温热源主动传热，需要设置压缩机和节流阀强制做功，而本工质相变换热设备却是简单地从高温热源向低温热源被动传热，无需压缩机和节流阀，工质在循环管路内虽有相变，却并无压力变化。

本实用新型的优点在于：所设计的换热设备充分利用了工质在循环管路内相变产生高导热能力的原理，由于工质在相变时的温度一定而换热系数极高，即使蒸发器和冷凝器所处的冷热源之间的温差不大，工质亦能在一定距离内实现冷热源之间的高效传热，因此本换热设备完全可以实现大功率、远距离、高效率的热传递。并且，所设计换热设备的蒸发器和冷凝器在冷热源之间仅通过连接成一条封闭回路的供液管道和回气管道进行循环，省去了多根热管的绝热段，既简化了结构，又节省了大量的管材。而蒸发器和冷凝器可以方便地选用市场上各种现成的产品，无须专业厂商生产，可大幅降低制造成本。而所设计在供液管道上的工质泵，既不增加多少功耗，又能调控热交换的功率，还可确保蒸发器和冷凝器的布置不受冷热源距离和位置的限制。

综上所述，本实用新型的换热设备具有极高的导热性、优良的等温性、大功率热传递性和热传递可调性，其生产工艺简单、安置布置方便，适用范围极广，尤其适用于各行业的制冷、空调、除湿过程的废热回收，进而实现节能降耗的效果。

附图说明

图1为本实用新型的工质相变换热设备的结构示意图；

图2为传统制冷空调系统对空气进行冷却除湿的原理示意图；