專利名稱：熱管導冷裝置及帶有該裝置的蓄冷體和冷庫的制作方法
技術領域：
本發明屬于冷藏設備及其零部件，尤其涉及一種導冷換熱裝置及帶有該導冷換熱裝置的蓄冷體及帶有該蓄冷體的冷庫。
背景技術：
現有的蓄冷體及冷庫大部分是利用壓縮機制冷，但是，由于這種技術具有商品能耗大，運行成本高、運行不穩定、維護操作復雜，有害介質及噪音污染、對電力工程依賴性強等缺點，于是人們開始研究無須動力設備的制冷技術。申請號為91101569.8的中國發明專利申請公開說明書公開了一種風管式自然冷能冷庫，一個由風管和載冷劑輸液箱及貯冷體組成的供冷裝置。風管通過載冷劑輸液箱與載冷劑進行熱交換，載冷劑輸液箱和連通鋼管中的載冷劑與貯冷體進行熱交換。冬季利用風管中冷熱氣體形成的靜壓力差和風速自動輸入大氣層中的冷量，在貯冷體中利用水的相變潛熱貯存。夏季需要制冷時，通過供冷水管和載冷劑與貯冷體循環進行熱交換而釋放出冷量。
這種冷庫實現了無商品能耗的目的，但是由于它是利用風管進行換熱的，因此效率不高，另外風管在夏天也會形成傳導和對流，容易造成冷量散失。
發明內容
本發明的目的在于克服上述缺陷，提供一種不僅無商品能耗，而且熱效率高的導冷換熱裝置及帶有該導冷換熱裝置的蓄冷體及帶有該蓄冷體的冷庫。
為達到上述目的，本發明提供了一種到冷換熱裝置，它包括蒸發管和冷凝管，蒸發管和冷凝管至少各有兩根，分別通過聯集管并聯形成蒸發管組和冷凝管組，蒸發管組上聯集管與冷凝管組上聯集管通過上升管連通，蒸發管組下聯集管與冷凝管組下聯集管通過下降管連通，從而形成重力熱管循環回路。
冷凝管組高于蒸發管組，冷凝管組的下聯集管高于蒸發管組的上聯集管；蒸發管組的最低處下方設置連通的沉積管，該沉積管為盲管，用于沉淀熱管中的沉淀物；冷凝管組的最高處上方設置連通的集存管，該集存管為盲管，用于集存熱管中的雜質氣體。所述沉積管由下降管向下延伸一段形成；所述集存管由上升管向上延伸一段形成。
在蒸發管組的下聯集管內套裝輸冷管，其內有循環工質，構成另一閉合回路；
當冷凝端溫度等于蒸發端溫度時，熱管回路處于動平衡狀態，這時蒸發管組內大部分為液態的工質，液面之上及冷凝管組內充滿飽和蒸汽。
當冷凝端溫度低于蒸發端溫度時，熱管導冷裝置進入導冷狀態。這時外界冷空氣冷卻冷凝管組，冷凝管組內的汽態工質冷凝為液態，通過蒸發管組的下聯集管及下降管流回蒸發管組的下聯集管，下聯集管的連通作用保證各蒸發管液面等高，蒸發管組內工質蒸發補充蒸汽并帶走熱量，從而使蒸發管組內的工質及管壁降溫，如此自動循環，不斷將蒸發管組的工質及管壁降溫，直至蒸發管組的溫度降至冷凝管組的溫度。
當冷凝端溫度高于蒸發端溫度時，熱管導冷裝置無法循環，僅有管壁的傳導作用傳遞微少的熱量，因此本熱管導冷裝置具有單向導冷特性。
為了能將儲存的冷能均勻地取出利用，可在蒸發管組的下聯集管內套裝輸冷循環管，構成另一閉合回路；這樣做的優點是，不必另設分布于蓄冷體的蛇形管或平行管，利用已分布于蓄冷體的蒸發管組，和蒸發管組良好的向下導冷向上導熱性能，就可將蓄冷體的冷能均勻地取出。此循環既可借助循環泵實現，也可通過輸冷循環管的二級熱管的冷凝段串聯實現自動循環輸冷。
為了防止管路中的沉淀物和非工質氣體影響熱管的工作，在蒸發管組的最低處下方設置連通的沉積管，該沉積管為盲管，用于沉淀熱管中的沉淀物；冷凝管組的最高處上方設置連通的集存管，該集存管為盲管，用于集存熱管中的雜質氣體。作為一種優選方案，所述沉積管由下降管向下延伸一段形成；所述集存管由上升管向上延伸一段形成。
為了工質液面大致等高或簡化制作，所述熱管可以并聯串通使用，并聯串通循環回路由至少兩個基本回路組成，兩回路至少在蒸發管組或冷凝管組之一連通。
為了提高冷凝管組的換熱效率，冷凝管組可以設置換熱翅片；管壁采用與工質兼容性好、導熱性好的金屬或非金屬材料。
管組上設置至少一個開關閥和液位顯示裝置以方便工質的灌裝和液位的調節；為了取得較高的蒸發效率，工質液位一般低于蒸發管組上聯集管；管組設置安全閥調節管內壓力，以避免溫度過高時管內壓力過高造成管組損壞或人員受傷。
本發明還提供了一種帶有上述熱管導冷裝置的蓄冷體，它包括可盛裝蓄冷介質的開口或密閉容器，容器內盛有蓄冷介質，前述熱管導冷裝置的蒸發管組部分或全部地浸于蓄冷介質之中。
為了避免蓄冷介質凍脹損壞容器，容器應設置防凍脹措施所述容器采用可以吸納蓄冷介質凍脹變形的彈性體、柔性體或褶皺結構體；或者是容器由內外兩層組成，內層由可以包容蓄冷介質并吸納蓄冷介質凍脹變形的彈性體、柔性體或褶皺結構體構成，外層為由剛性材料構成用于支撐容納內層和蓄冷介質的支撐體。
為了防止熱量損失，在容器外設置保溫層容器殼體，或容器由保溫材料制成。
為了提高冷凝管組處的換熱效率，在容器外冷凝管組周圍設置導風板，以提高冷凝管處局部風速、加速換熱。
本發明還提供了一種帶有上述蓄冷體的冷庫，它包括保溫庫體和作為冷庫冷源的蓄冷體。可以有多種方式將蓄冷體所儲存的冷能散布到冷庫內所述蓄冷體有多個，蓄冷體表面至少一側作為散冷表面以輻射方式與庫體換熱，多個蓄冷體以按照庫溫需要的方式設置在庫體內部的頂部，或者側壁，或者底部；為控制蓄冷體的散冷量，蓄冷體周圍可設風機等強制對流設備，或者蓄冷體表面設置換熱面積調節裝置。
如果蓄冷體設置在庫體的外部，蓄冷體四周設置保溫層，以冷風循環的方式或管路循環的方式將蓄冷體所儲存的冷能導入庫體內部。采用空氣循環的方式時，蓄冷體與庫體之間設置連通的風管和風機，將蓄冷體表面或內部的冷空氣以循環對流方式導入庫體內部；采用管路循環的方式時，蒸發管組下聯集管內設置輸冷循環管，充有循環工質(工質可等同也可不同于蓄冷回路)，構成輸冷循環回路，輸冷循環回路中設置泵，將蓄冷體中的冷能通過循環帶出，再通過風機盤管以對流循環的方式，或通過地盤管或庫頂盤管以輻射的方式將冷能導入庫體內部。
本發明中熱管導冷裝置的熱管系統為環行集成循環回路，較之傳統的棒狀的熱管，用于蓄冷體或冷庫時，保溫層穿孔少，冷能損失少，另外結構簡單，效率高，可以節約大量的結構材料，易于安裝，維修和控制也更加方便。
本發明利用了熱管的高導熱性，并且設計了環行循環回路的熱管系統，提高了效率和穩定性，降低了冷庫運行成本，大大地節省了商品能源，具有很高的性價比；由于熱管的單向導熱性，在外界溫度高時，冷量也不容易散失，運行可靠；集存管、沉積管、安全閥、液位顯示裝置的設置，使得本發明更加完善，使用更加安全、方便。尤其性價比的提高，使得利用熱管建設冷庫技術的普及和推廣成為可能，較之傳統的蓄冷有了質的飛躍。輸冷循環管的設置，使得不用額外設置蛇形管或并行管組就能均勻地將儲存于蓄冷體中的冷能導入冷庫。
圖1是本發明熱管導冷裝置實施例1結構示意圖；圖2是本發明熱管導冷裝置實施例2結構示意圖；圖3是本發明熱管導冷裝置實施例3結構示意圖；圖4是圖3所示I處放大的剖面結構示意圖；圖5是本發明蓄冷體實施例1結構示意圖；圖6是本發明蓄冷體實施例2結構示意圖；圖7是本發明冷庫實施例1結構示意圖；圖8是本發明冷庫實施例2結構示意圖；圖9是本發明冷庫實施例3結構示意圖；圖10是圖5所示b4的俯視圖。
具體實施例方式
熱管導冷裝置實施例1如圖1所示，它包括位于右上方的冷凝管組a2和左下方的蒸發管組a1，蒸發管組a1內包括五根蒸發管，冷凝管組a2內包括五根冷凝管，各組內的管分別通過聯集管并聯起來，然后蒸發管組上聯集管與冷凝管組上聯集管通過上升管a3連通，蒸發管組下聯集管與冷凝管組下聯集管通過下降管a4連通，從而形成重力熱管循環回路。為保證冷凝管組a2的工質順利地流回蒸發管組a1，冷凝管組a2高于蒸發管組a1，冷凝管組a2的下聯集管高于蒸發管組a1的上聯集管；為了增大換熱面積，提高換熱效率，在冷凝管a2的管壁上設置有翅片a8。
工作時，當冷凝管組a2所處位置的溫度低于冷凝管組a1所處位置的溫度時，熱管a自動開始工作，制冷工質在蒸發管組a1內蒸發并吸收熱量，通過上升管a3擴散至冷凝管組a2上部；然后在冷凝管組a2冷凝并釋放熱量，然后順著下降管a4流下，如此循環往復，直至蒸發管組a1所處位置的溫度與冷凝管組a2所處位置的溫度相同，停止工作。
下降管a4下部與蒸發管組a1連通，繼續向下延伸一段再封閉形成沉積管a9，沉積管a9是整個熱管最低的部分，這樣當冷凝后的制冷劑順著下降管流下時，其中的部分雜質就沉淀到沉積管a9內，這樣就能防止雜質堵塞管路，避免熱管導冷裝置失效；沉積管a9或其底端可以設置成可拆卸式，以便定期或根據需要排除雜質。沉積管a9也設置設置在其它位置，只要是整個熱管a最低的部分即可。
上升管a3上部與冷凝管組a2連通，繼續向上延伸一段再封閉形成沉積管集存管a6，集存管a6是整個熱管最高的部分，這樣當蒸發后的制冷工質沿著上升管a3上升時，其中的部分雜質氣體就集存到集存管a6內，這樣就能防止雜質氣體堵塞管路，避免熱管導冷裝置失效；集存管a6也可設置在其它位置，只要是整個熱管a最高的部分即可；集存管a6上還可以設置安全閥a7，在溫度異常升高，管路內壓力過大的時候，安全閥a7自動打開卸壓，以避免管路內壓力過大造成諸如爆炸等事故。該壓力值可通過調整安全閥a7進行設定。另外，可定期或根據情況手動打開安全閥a7釋放一下雜質氣體。另外在熱管導冷裝置管路任何需要的地方均可以設置開關閥等，以調節管路內的壓力、方便灌注等。
熱管導冷裝置實施例2如圖2所示，與實施例1相比較，冷凝管組a2位于蒸發管組a1的正上方，上升管a3處設置連通液位計a11，在集存管a6的上方設置安全閥a7和開關閥a10。開關閥可以方便灌注工質，并可根據需要打開開關閥排除雜質氣體。
熱管導冷裝置實施例3它相當于實施例1所示的兩個熱管在蒸發管組a1處對稱地連通對接起來。并且，如圖4所示，在蒸發管組a1的下聯集管內同心地穿過一根輸冷循環管a12，內裝循環工質a13，該工質可等同也可不同于蓄冷回路工質，構成輸冷循環回路，輸冷循環回路中設置泵，將蓄冷體中的冷能通過循環帶出，這樣可以將蓄冷體儲存的冷能送到需要冷能的遠距離的空間，也可以使輸冷循環管與二級熱管的冷凝端串聯構成熱管自動循環系統，將冷能輸送到二級熱管的蒸發端。
蓄冷體實施例1如圖5所示，它包括蓄冷介質，通常為水或水合物，采用化合物可調整介質的相變溫度，及盛裝蓄冷介質b1的殼體b2和導冷熱管a。殼體b2為混凝土結構，殼體b2內設置熱管a的蒸發管組a1，殼體b2內層設置由彈性保溫材料構成的保溫層b3，如彈性發泡材料，以吸收蓄冷介質b1的凍脹并保溫。
殼體b2也可由彩鋼苯板或彩鋼聚氨酯板或其它保溫材料構成，這時b3可以僅由彈性材料或柔性材料構成，蓄冷體體積較大時彩鋼苯板或彩鋼聚氨酯板還需鋼框架給以加強支撐。另外，在殼體外冷凝管組周圍設置用于提高冷凝管處局部風速、加速換熱的導風板b4，其結構如圖10所示。
當蓄冷體殼體b1體外的溫度低于蓄冷體內的溫度時，熱管a自動開始工作，制冷劑在蒸發管組a1內蒸發并吸收熱量，通過上升管a3擴散至冷凝管組a2上部；然后在冷凝管組a2冷凝并釋放熱量，然后順著下降管a4流下，如此循環往復，直至蓄冷體b內溫度與蓄冷體外溫度相同，停止工作，因此蓄冷介質溫度不斷下降，蓄冷介質逐步變為固態，達到其相變溫度時，全部變成固態，這樣蓄冷體就儲存了大量的冷能。
蓄冷體實施例2與實施例1相比較，蓄冷體不設保溫層，殼體b2為柔性或彈性材料，以吸納蓄冷體的凍脹變形，外設剛性支撐體b3支撐彈性或柔性殼體。
冷庫實施例1如圖7所示，它包括熱管導冷裝置a、蓄冷體b以及庫體c1，蓄冷體b采用蓄冷體實施例1的結構，其設置在c1的外部，自帶保溫層，庫體c1內壁設置保溫層c2，蓄冷體b內與庫體c1連通送風通道及回風通道，送風通道內設置風機c 3抽風，出風口處設置導流板c4調整風向。為保證蓄冷體的冷能更好地輸入庫體內，庫體和蓄冷體的出風口及回風口都要錯開布置，以形成大循環。
一般情況下，風口設置于蓄冷體的冰的表面。蓄冷體的冷傳到上面的空氣中，通過冷風循環將冷輸到庫體中貨架周圍。為了提高取冷效率并更均勻地從蓄冷體中將冷取出，可以在蓄冷介質內部設置風管。
冷庫實施例2如圖8所示，與實施例1相比較，蓄冷體b采用蓄冷體實施例2的結構，其設置在庫體c1內，蓄冷體表面有可調節的保溫層為了控制換熱功率和庫內溫度，熱管a的冷凝管組a2設置在庫體c1外，蓄冷體主要以輻射方式與庫體進行熱交換。
冷庫實施例3與實施例2相比較，庫體c1四壁及地板、頂板內埋設相互連通的若干循環盤管，庫體c1外表面設置保溫層c2，蓄冷體b內蒸發管組a1下聯集管穿過的輸冷循環管a12與循環盤管連通形成循環回路，并利用泵進行循環，將蓄冷體儲存的冷能均勻地取出并輸送到庫體c1的內壁、地板、屋頂，再以輻射方式輸送到庫內。
本發明冷庫在工作時，當蓄冷體殼體b1內的溫度低于蓄冷體外溫度時(一般在冬季)，熱管a自動開始工作，進行蓄冷，制冷劑在蒸發管組a1內蒸發并吸收熱量，通過上升管a3擴散至冷凝管組a2上部；然后在冷凝管組a2冷凝并釋放熱量，然后順著下降管a4流下，如此循環往復，直至蓄冷體b內溫度與蓄冷體外溫度相同，停止工作，因此蓄冷介質溫度不斷下降，逐漸達到其相變溫度，直至全部發生相變成為固體，當天氣轉暖，氣溫升高時，蓄冷體以上述方式向庫體內輸送冷量，保持庫溫度始終在所需的溫度。如果當地氣候條件不足，可以以制冷機輔助制冷。
熱管的工作原理和其獨特的單向導熱性、高效性為公知技術，在此不再贅述，本發明熱管不局限于實施例列舉的類型，所有能夠應用在此處起相似作用的熱管都包括在內。
在實際應用過程中，蓄冷體b可以有多個，根據實際需要確定其具體數量和進行分布，如在冷庫c上方均勻分布若干個，或者是它們的蒸發管組連通并作出適當間隔以釋放凍脹力，或者同時在冷庫c側邊或底部設置。總之，以能夠合理地滿足冷庫c的需要為依據進行設計。
本發明中熱管導冷裝置的熱管系統為循環回路，較之傳統的棒狀的熱管，其結構簡單，節約大量的鋼材，效率有很大的提高，安裝方式更加靈活，施工也變的簡單，維修和控制也更加的方便。
本發明利用了熱管的高導熱性，并且設計了環行循環回路的熱管系統，大大地節省了商品能源，提高了效率和穩定性，降低了運行成本；由于熱管的單向導熱性，在外界溫度高時，冷量也不容易散失，運行可靠；集存管和沉積管的設置，使得本發明更加完善，提高了產品的耐用性和安全性。使得其技術性和經濟性均能夠滿足工程要求，使得利用熱管建設冷庫技術的普及和推廣成為可能，較之傳統的蓄冷、換熱技術有了質的飛躍。
自然冷能自動蓄冷裝置的多種結構形式及其與冷庫的靈活布置方式使得產品技術性與經濟性極其優越，使得利用本發明普及自然冷能冷庫以及利用自然冷能自動蓄冷裝置對已建機械冷庫進行節能改造在技術及經濟上均成為可能，可以大大減少能耗及二氧化碳和氟里昂的排放，抑制全球溫室效應和臭氧層的破壞，造福人類。
權利要求
1.一種熱管導冷裝置，它包括蒸發管和冷凝管，其特征在于蒸發管和冷凝管至少各有兩根，分別通過聯集管并聯形成蒸發管組和冷凝管組，蒸發管組上聯集管與冷凝管組上聯集管通過上升管連通，蒸發管組下聯集管與冷凝管組下聯集管通過下降管連通，從而形成重力熱管閉合循環回路。
2.根據權利要求1所述的熱管導冷裝置，其特征在于冷凝管組高于蒸發管組，冷凝管組的下聯集管高于蒸發管組的上聯集管。
3.根據權利要求1所述的熱管導冷裝置，其特征在于在蒸發管組的下聯集管內套裝輸冷循環管，構成另一閉合回路。
4.根據權利要求1所述的熱管導冷裝置，其特征在于蒸發管組的最低處下方設置連通的沉積管，該沉積管為盲管，用于沉淀熱管中的沉淀物；冷凝管組的最高處上方設置連通的集存管，該集存管為盲管，用于集存熱管中的雜質氣體。
5.根據權利要求4所述的熱管導冷裝置，其特征在于所述沉積管由下降管向下延伸一段形成；所述集存管由上升管向上延伸一段形成。
6.根據權利要求1、2、3或4所述的熱管導冷裝置，其特征在于所述熱管循環回路有至少兩個組成，兩回路至少在蒸發管組或冷凝管組之一連通。
7.根據權利要求1、2、3或4所述的熱管導冷裝置，其特征在于冷凝管組設置換熱翅片。
8.根據權利要求1、2、3或4所述的熱管導冷裝置，其特征在于管壁采用與工質兼容性、導熱性好的金屬或非金屬材料。
9.根據權利要求1、2、3或4所述的熱管導冷裝置，其特征在于管組上設置至少一個開關閥、安全閥以及液位顯示裝置，工質液位低于蒸發管組上聯集管。
10.一種采用上述任一權利要求所述熱管導冷裝置的蓄冷體，其特征在于它包括可盛裝蓄冷介質的開口或密閉容器，容器內盛有蓄冷介質，前述熱管導冷裝置的蒸發管組部分或全部地浸于蓄冷介質之中。
11.根據權利要求10所述的蓄冷體，其特征在于所述容器設置可以吸納蓄冷介質凍脹變形的彈性體、柔性體或褶皺結構體。
12.根據權利要求10所述的蓄冷體，其特征在于容器由內外兩層組成，內層由可以包容蓄冷介質并吸納蓄冷介質凍脹變形的彈性體、柔性體或褶皺結構體構成，外層為由剛性材料構成用于支撐容納內層和蓄冷介質的支撐體。
13.根據權利要求10所述的蓄冷體，其特征在于在該容器殼體由保溫材料制成或在容器外設置保溫層。
14.根據權利要求10、11、12或13所述的蓄冷體，其特征在于在殼體外冷凝管組周圍設置用于提高冷凝管處局部風速、加速換熱的導風板。
15.一種采用上述權利要求10、11、12、13或14所述蓄冷體的冷庫，其特征在于它包括庫體和作為冷庫冷源的蓄冷體。
16.根據權利要求15所述的冷庫，其特征在于所述蓄冷體有多個，蓄冷體表面至少一側作為散冷表面以輻射方式與庫體換熱，多個蓄冷體以按照庫溫需要的方式設置在庫體內部的頂部，或者側壁，或者底部。
17.根據權利要求15或16所述的冷庫，其特征在于蓄冷體表面設置換熱面積調節裝置或在蓄冷體周圍設置可調節控制的通風裝置。
18.根據權利要求15所述的冷庫，其特征在于蓄冷體設置在庫體的外部，蓄冷體四周設置保溫層，其與庫體之間設置連通的風管，將蓄冷體表面或內部的冷空氣以循環對流方式導入庫體內部。
19.根據權利要求15所述的冷庫，其特征在于蓄冷體的冷通過蒸發管組下聯集管內的輸冷循環管、風機盤管或地盤管或庫頂板盤管導入庫體內部。
全文摘要
本發明涉及一種熱管導冷裝置、蓄冷體及冷庫。熱管導冷裝置包括蒸發管和冷凝管，蒸發管和冷凝管至少各有兩根，分別通過聯集管并聯形成蒸發管組和冷凝管組，蒸發管組上聯集管與冷凝管組上聯集管連通，蒸發管組下聯集管與冷凝管組下聯集管連通，形成循環回路蓄冷體包括可盛裝蓄冷介質的閉容器，容器內盛有蓄冷介質，熱管導冷裝置的蒸發管組浸于蓄冷介質之中。冷庫包括保溫庫體和作為冷庫冷源的蓄冷體。本發明利用了熱管的高導熱性，并且設計了環行循環回路，提高了效率和穩定性，降低了冷庫運行成本，大大地節省了商品能源，具有很高的性價比；由于熱管的單向導熱性，在外界溫度高時，冷量也不容易散失。
文檔編號F25D3/00GK1554920SQ20031011457
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月27日 優先權日2003年12月27日
發明者宋基盛, 尹學軍 申請人:尹學軍, 宋基盛