一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置制造方法
【專利摘要】一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置，屬于暖通空調設備領域。所述裝置包含氣-液換熱芯體、換熱風扇和殼體；氣-液換熱芯體包括多組標準換熱板片和一對標準封頭；每組標準換熱板片由微陣列平板熱管、上蓋體和下蓋體組成；多組平行的標準換熱板片依次前后翻轉排布，使得相鄰蓋體中的間隙相互連通，形成了折流結構的液體流道（2）。該裝置還包括液體流道切換裝置，可選擇性切換液體從上/下液體流道流過，進而實現氣-液和液-氣傳熱。本發明具有換熱效率高、重量輕、體積小、安裝運輸方便等優勢，適用于作為室內小溫差換熱末端以及遠距離的熱回收等領域。
【專利說明】一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于暖通空調設備領域，涉及一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置，可實現多種液體和氣體的雙向高效換熱，也可用于氣-氣遠距離換熱。
【背景技術】
[0002]在暖通空調領域的很多場合需要氣-液熱交換，傳統的氣-液換熱裝置，如風機盤管、散熱片等裝置不僅耗材多、重量大，安裝運輸不便，而且由于肋化系數和肋片效率較低，使得熱交換效率不高。近年來，隨著建筑節能意識的提高，利用低品位能量(高溫冷水、低溫熱水)進行制冷/供熱的思想得到了行業的認可和倡導。然而在應用過程中發現，現有的氣-液換熱末端普遍存在著:換熱效率低導致換熱量不足、換熱形式單一難以實現冬夏季同時保障、以及營造環境舒適度低、滿意率差等不足之處。
[0003]相比之下，利用相變傳熱的熱管換熱器具有耗材少、換熱效率高的優勢，因此在機房自然冷卻、熱回收等領域得到了廣泛的應用。但是在應用中發現目前普遍采用的由銅管構成的熱管換熱器也存在著一些問題:例如傳統的熱管換熱器在安裝、維修過程中都需要在設備現場進行抽真空-充注制冷劑，在現場不僅容易出現制冷劑充注不準確(或抽真空不足)進而影響換熱器效率，而且耗費大量的人力、物力和安裝時間，使得安裝維護費用很高；另外，傳統的熱管換熱器大多為內部一體結構，即內部制冷劑相互連通，如一旦出現任何一點的制冷劑泄漏都會導致整個換熱器失效，存在著很高的運行安全隱患；另一方面，由于帶毛細結構的熱管制作工藝復雜，目前常用的重力式熱管沒有毛細結構而采用重力回液，這就使得這種重力式熱管只能單向傳熱，也多用于單向傳熱的場合(如機房冷卻等)，難以滿足雙向傳熱的要求。
[0004]申請號為CN200810225649.8的中國專利提出了一種板狀熱管技術方案，即在金屬材質(一般為鋁)的板片內部有許多平行的微孔管束，微孔管束內部充灌有可相變的工質，每個微孔管束兩段封閉形成獨立的熱管單元，即稱為微陣列平板熱管。這種板狀熱管具有重量輕、體積小、熱效率高的優點，在電子元件散熱，太陽能集熱器領域得到了廣泛應用。但是，目前單獨的微陣列平板熱管無法滿足暖通空調領域大規模的換熱的要求，也難以解決雙向傳熱的問題。因此開發一種方便、靈活、可靠、低成本的微陣列平板熱管組裝方式，以融合傳統氣-液換熱裝置和微陣列平板熱管的技術優勢，構成一種可雙向傳熱的高效氣-液換熱裝置，是本專利要解決的問題。

【發明內容】

[0005]針對上述現有技術的不足，本發明融合了傳統氣-液換熱裝置和微陣列平板熱管的技術優勢，把微陣列熱管板片作為傳統換熱器的翅片，大大提高了換熱管的肋化系數和肋片效率，構成了一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置，它不僅具有體積小、重量輕、熱效率高、換熱安全性高的優勢，而且安裝簡便，大大降低了施工安裝成本。
[0006]為了達到上述發明目的，本發明的技術方案以如下方式實現:[0007]—種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置，包含氣-液換熱芯體、換熱風扇、殼體，其特征在于:所述的氣-液換熱芯體包括多組平行的標準換熱板片、兩個標準封頭、液體流入通道切換裝置和液體流出通道切換裝置；兩個標準封頭分別位于多組標準換熱板片的兩側，在標準封頭上分別設有上液體進口、下液體進口和上液體出口、下液體出口 ；所述的每組標準換熱板片由微陣列平板熱管、上蓋體和下蓋體組成，上蓋體和下蓋體為上下前后面封閉、兩側敞開的中空結構；微陣列平板熱管固定在上蓋體和下蓋體之間；微陣列平板熱管的液體端分別插入上蓋體和下蓋體中，并且與蓋體后內壁面連接，與蓋體前內壁面留有間隙；多組平行的標準換熱板片依次前后翻轉排布，使得相鄰蓋體中的間隙相互連通，形成了折流結構的液體流道；相鄰的標準換熱板片的微陣列平板熱管之間的間隙構成了平行的氣體流道；所述的上液體進口和下液體進口通過液體流入通道切換裝置相連，所述的上液體出口和下液體出口通過液體流出通道切換裝置相連；當加熱氣體時，液體流入通道切換裝置與下液體進口連通，液體流出通道切換裝置與下液體出口連通；當冷卻氣體時，液體流入通道切換裝置與上液體進口連通，液體流出通道切換裝置與上液體出口連通。
[0008]本發明所述的微陣列平板熱管由多個上下兩段封閉的微孔管束構成，所述微孔管束中充注有相變傳熱的工質。所述液體流道內流動的換熱液體為水、溶液或醇類；所述氣體流道內流動的換熱氣體為空氣、蒸氣或高溫煙氣。
[0009]本發明的技術特征還在于:處于上蓋體和下蓋體之間的微陣列平板熱管的兩側設有外翅片。
[0010]本發明所述的液體流入通道切換裝置和液體流出通道切換裝置采用三通閥或者兩個二通閥的組合。
[0011]采用上述技術方案后，具有如下顯著的技術特點:①上述的可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置不僅換熱效率高、體積小、重量輕、運輸搬運方便，而且不需要現場抽真空以及充注制冷劑，因此施工簡單、安裝成本低，僅需要水暖工就能進行安裝；②上述的可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置，可以實現空氣-水和水-空氣雙向傳熱，因此可以同時實現加熱和冷卻雙重作用上述的可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置中各個微熱管獨立運行、相互備份，制冷劑泄漏影響較小，換熱安全性較好；④上述的可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置采用模塊化結構，便于選型、拼裝，適用性廣，且研發和制造成本低。
[0012]綜上所述，本發明通過對已有的微陣列平板熱管進行巧妙的組裝，構成了高效、簡易、可靠的雙向氣-液換熱裝置，具有良好的應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1a和圖1b分別為本發明中可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置采用的單片微陣列平板熱管的正視圖和左視圖，圖1c為圖1a的A-A剖視圖。
[0014]圖2為本發明的一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置的正視圖。
[0015]圖3a為本發明的一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置中標準板片的正視圖，圖3b為圖3a的A-A剖視圖，圖3c為圖3a的B-B剖視圖)
[0016]圖4為本發明的一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置中氣-液換熱芯體的正視圖。[0017]圖5為圖4的A-A剖視圖。
[0018]圖6為本發明的一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置中氣-液換熱芯體的左視圖。
[0019]圖7為圖6的B-B剖視圖。
[0020]圖8為本發明的一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置的一種應用例的不意圖。
[0021]圖9為本發明的一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置的另一種應用例的示意圖。
[0022]圖中:1 一微陣列平板熱管；2 —液體流道；3 —上蓋體；4 一下蓋體；8 —標準板片；9 —氣體流道；11 —微陣列平板熱管外翅片；12 —微陣列平板熱管液體端；14 —微陣列平板熱管微管束；15 —換熱風扇；16_殼體；17-液體流入通道切換裝置；18-液體流出通道切換裝置；19_制冷劑泵；20_熱泵；21_液體流道間隙；22_排風；23_新風；51 —上液體進口 ；52 —下液體進口 ；61 —上液體出口 ；62 —下液體出口 ；81 —標準封頭。
【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖對本發明做進一步說明。
[0024]如圖1a-圖1c為單片微陣列平板熱管結構示意圖。微陣列熱管I為板片狀結構，板片內部有許多平行的微孔管束14 (圖1c所示)，微孔管束14內部充灌有可相變的工質，每個微孔管束兩端封閉形成獨立的熱管單元。用于可雙向傳熱的微陣列平板熱管上下兩端為液體端12，中間部分為氣體換熱部分，處于上蓋體3和下蓋體4之間的微陣列平板熱管的兩側設有外翅片U，以加強與空氣換熱。
[0025]圖2所不為微熱管陣列氣-液換熱裝置，包含氣-液換熱芯體，換熱風扇15和殼體16，并組裝成一個整體結構。氣-液換熱芯體上設有上液體進口 51、下液體進口 52、上液體出口 61、下液體出口 62。
[0026]可雙向傳熱的微熱管陣列氣-液換熱裝置的氣-液換熱芯體由多組標準換熱板片8和兩側的標準封頭81瓶裝組成。圖3a-圖3d為組成氣-液換熱芯體的標準換熱板片8示意圖。如圖所示，所述的每組標準換熱板片8由微陣列平板熱管1、上蓋體3和下蓋體4組成，上蓋體3和下蓋體4為上下前后面封閉、兩側敞開的中空結構；微陣列平板熱管I固定在上蓋體3和下蓋體4之間；微陣列平板熱管I的液體端12分別插入上蓋體3和下蓋體4中，并且與蓋體后內壁面連接，與蓋體前內壁面留有間隙21。多組平行的標準換熱板片8依次前后翻轉排布，使得相鄰蓋體中的間隙21相互連通，形成了折流結構的液體流道2 ;相鄰的標準換熱板片8的微陣列平板熱管I之間的間隙構成了平行的氣體流道9。
[0027]圖4-圖7為微熱管陣列氣-液換熱裝置中氣-液換熱芯體的示意圖，如圖4所示，氣-液換熱芯體由圖3所示的多組標準換熱板片8和左右一對標準封頭81組成。左標準封頭上設有上液體進口 51、下液體進口 52，右標準封頭上設有上液體出口 61、下液體出口62。如圖5所示，多組平行的標準換熱板片8依次前后翻轉排布，使得微陣列平板熱管和蓋體內壁面的間隙21依次處于前后不同的端面上，進而形成了折流結構的液體流道2。而多組平行的微陣列平板熱管I介于上蓋體3和下蓋體4之間的間隙部分形成了平行的氣體流道9。[0028]最后，多組換熱板片8和兩側的標準封頭81通過螺栓或者焊接連接成一個整體，形成了氣-液換熱芯體。氣液換熱芯體和換熱風扇15順次置于殼體16內，構成了微陣列熱管氣-液換熱裝置。
[0029]本發明還包括液體流入通道切換裝置17和液體流出通道切換裝置18 (如圖2所示)，液體流入通道切換裝置17與上液體進口 51和下液體進口 52連接，液體流出通道切換裝置18與上液體出口 61和下液體出口 62連接。當加熱氣體時，液體流入通道切換裝置17與下液體進口 52連通，液體流出通道切換裝置18與下液體出口 62連通。高溫的液體從下液體進口 52進入液體流道2，加熱微陣列平板熱管維管束14內部的相變工質蒸發沸騰，氣態工質上升并被較低溫度的空氣換熱，空氣被加熱而氣態工質被冷凝為液態，液態工質受重力的作用流回到液體端進行下一次換熱，而液體流道2內被冷卻的液體從液體出口 62流出，完成換熱過程；當冷卻氣體時，液體流入通道切換裝置17與上液體進口 51連通，液體流出通道切換裝置18與上液體出口 61連通，低溫液體從上液體進口 51進入液體流道2，高溫氣體流過氣體流道9，加熱微陣列平板熱管維管束14內部的相變工質蒸發沸騰，氣態工質上升聚集到上部液體，12，并與液體流道2內低溫液體換熱，氣態相變工質冷凝回流，而被加熱的液體從上液體出口 61流出，完成換熱過程。
[0030]本發明所述的可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置有多種應用方式，可以單獨作為室內換熱末端為室內空氣加熱和冷卻，也可以并聯、串聯等多種方式靈活組合使用，以滿足不同的換熱要求。下面結合附圖介紹本發明所述的可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置兩種典型的應用例。
[0031]應用例I
[0032]如圖8所示，本發明所述的一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置可以作為低品位能量室內換熱末端。供冷季時，熱泵20產生高溫冷水(10-18°C)，通過載冷劑泵19加壓進入微陣列熱管氣-液換熱裝置上液體進口 51，為室內降溫，并由上液體出口 61流出。因為冷水溫度較高，熱泵20可以保持較高的制冷效率，而且室內基本不會產生凝露現象，另一方面，由于微陣列熱管氣-液換熱裝置具有較高的效率，供應較高溫度的冷水也可以保障室內冷卻要求，并且維持較高的熱舒適性。當然，由于換熱末端換熱效率高，其它低品位能量的冷水(如冷卻塔自然供冷、地下水或地埋管水直接供冷)也可以滿足室內冷卻要求，這樣就可以充分利用自然冷源，減低建筑能耗。
[0033]在供熱季時，熱泵20產生低溫熱水(30_45°C)，通過載冷劑泵19加壓進入微陣列熱管氣-液換熱裝置下液體進口 52,為室內加熱,并由下液體出口 62流出。因為熱水溫度較低，熱泵20可以保持較高的制冷效率，并且對于風冷熱泵來說，可以擴展其應用范圍，提高系統能源利用效率。
[0034]應用例2
[0035]如圖9所示，本發明所述的一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置可以實現新、排風遠距離熱回收。動物房、潔凈廠房、手術室等對潔凈度要求較高的場合的空調系統通常采用直流系統，且換熱次數較高，這就導致了空調能耗巨大。熱回收技術可以有效的利用排風中的能量，大大降低空調能耗。但是在應用中發現，為了防止交叉感染，新排風通常距離很遠，傳統的熱管換熱器難以有效工作，而且熱管換熱器只能單向傳熱，難以滿足冬夏季都進行熱回收的要求。[0036]而利用本發明所述的一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置可以實現冬夏季遠距離熱回收。如圖9所示，在新風風道23和排風風道22各安裝一臺微陣列熱管氣-液換熱裝置，通過載冷劑管道和載冷劑泵19連接。冬季時，排風22處的微陣列熱管氣-液換熱裝置的上液體進口 51和上液體出口 61與載冷劑管道連通，新風處的微陣列熱管氣-液換熱裝置的下液體進口 51和下液體出口 62與載冷劑管道連通，高溫的排風加熱載冷劑，載冷劑加熱低溫的新風，實現遠距離的熱回收。夏季時，排風22處的微陣列熱管氣-液換熱裝置的下液體進口 52和下液體出口 62與載冷劑管道連通，新風處的微陣列熱管氣-液換熱裝置的上液體進口 51和上液體出口 61與載冷劑管道連通，實現新風的預冷。
[0037]上述方案可以方便高效的實現新、排風的遠距離熱回收，并且設備造價低廉、安裝簡便，是一種行之有效的熱回收方式。
【權利要求】
1.一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置，包含氣-液換熱芯體、換熱風扇(15)、殼體(16)，其特征在于:所述的氣-液換熱芯體包括多組平行的標準換熱板片(8)、兩個標準封頭(81)、液體流入通道切換裝置(17)和液體流出通道切換裝置(18);兩個標準封頭(81)分別位于多組標準換熱板片(8)的兩側，在標準封頭(81)上分別設有上液體進口(51)、下液體進口(52)和上液體出口(61)、下液體出口(62);所述的每組標準換熱板片(8)由微陣列平板熱管(I)、上蓋體(3)和下蓋體(4)組成,上蓋體(3)和下蓋體(4)為上下前后面封閉、兩側敞開的中空結構；微陣列平板熱管(I)固定在上蓋體(3)和下蓋體(4)之間；微陣列平板熱管(I)的液體端(12)分別插入上蓋體(3)和下蓋體(4)中，并且與蓋體后內壁面連接，與蓋體前內壁面留有間隙(21);多組平行的標準換熱板片(8)依次前后翻轉排布，使得相鄰蓋體中的間隙(21)相互連通，形成了折流結構的液體流道(2);相鄰的標準換熱板片(8)的微陣列平板熱管(I)之間的間隙構成了平行的氣體流道(9)； 所述的上液體進口(51)和下液體進口(52)通過液體流入通道切換裝置(17)相連，所述的上液體出口(61)和下液體出口(62)通過液體流出通道切換裝置(18)相連；當加熱氣體時，液體流入通道切換裝置(17)與下液體進口(52)連通，液體流出通道切換裝置(18)與下液體出口(62)連通；當冷卻氣體時，液體流入通道切換裝置(17)與上液體進口(51)連通，液體流出通道切換裝置(18)與上液體出口(61)連通。
2.根據權利要求1所述的一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置，其特征在于:所述的微陣列平板熱管(I)由多個上下兩段封閉的微孔管束(14)構成，所述微孔管束中充注有相變傳熱的工質。
3.根據權利要求1所述的一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置，其特征在于:處于上蓋體(3)和下蓋體(4)之間的微陣列平板熱管的兩側設有外翅片(11)。
4.根據權利要求1所述的一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置，其特征在于:所述液體流道(2)內流動的換熱液體為水、溶液或醇類；所述氣體流道(9)內流動的換熱氣體為空氣、蒸氣或高溫煙氣。
5.根據權利要求1所述的一種可雙向傳熱的微陣列熱管氣-液換熱裝置，其特征在于:所述的液體流入通道切換裝置(17)和液體流出通道切換裝置(18)是三通閥或者兩個二通閥的組合。
【文檔編號】F24F13/00GK103837027SQ201410100476
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】李先庭, 石文星, 張朋磊, 王寶龍, 沈翀 申請人:清華大學