CN101619879A - 一种用于机房或机柜的带气泵分离式热虹吸管散热装置 - Google Patents

Abstract

一种用于机房或机柜的带气泵分离式热虹吸管散热装置，属换热装置热交换技术领域。该装置包括蒸发器(1)、冷凝器(4)、集液管(6)、蒸汽管(2)、气泵(3)和贮液弯(5)。冷凝器(4)位于蒸发器(1)上部，蒸发器(1)上部通过蒸汽管(2)和气泵(3)与冷凝器(4)连通，蒸发器(1)底部通过集液管和贮液弯与冷凝器底部连通，装置内形成密闭空间并充注流体工质。蒸发器吸热后，其内液体工质汽化，蒸汽经蒸汽管由气泵送至冷凝器，在冷凝器内散热给周围空气后变为液体，经贮液弯和集液管流回蒸发器。这样，就能将密闭机房内部的热量散发到大气中，且提高工质蒸汽动能和冷凝器利用率，在较大散热量范围内具有良好的散热性能。

Description

一种用于机房或机柜的带气泵分离式热虹吸管散热装置

技术领域

本发明涉及一种用于机房或机柜等需要冷却降温场合的散热装置，属于换热设备热交换技术领域。

背景技术

工业机房或机柜中，由于电气设备连续运行时间长，发热量大，需要专门的冷却降温设备将设备或元器件发热量散到大气中去，来维持机房或机柜内的环境温度，保证设备的正常工作运行。目前较为普遍的做法是采用空调设备来排除机房或机柜内部工作环境的热量，达到对机房或机柜冷却降温的目的。此种散热降温的方式虽然能够实现冷却控温的要求，但是空调设备运行能耗较大，导致系统运行成本较高。现有技术还有采用直接引入室外新风的方法对机房或机柜内部进行冷却换热，此种方式虽然能够实现散热冷却的目的，且运行能耗较低，但是室外新风中的灰尘、微粒以及湿气也一并引入机房或机柜内部，严重影响甚至破坏电气设备的正常安全运行，降低使用寿命。此外，图3所述的普通分离型热管机房排热装置，虽然可以解决上述换热降温过程中出现空气交换的问题，但该方案仍然存在一定的技术问题。由蒸发器1出来的工质蒸汽具有一定的流速和动能，并在热压效应作用下通过蒸汽管2进入冷凝器4，由于工质蒸汽在管路中流动需要克服一定的阻力，消耗一定的能量。如果工质蒸汽在蒸发器出口的动能偏小则可能会出现：(一)工质蒸汽在进入冷凝器4之前在蒸汽管2路内已经冷凝为液体，并且由于高度差在重力作用下回流至蒸发器1，导致热管管路内的自循环恶化，最终无法达到装置预期的排热降温的目的；(二)工质蒸汽能够达到冷凝器4的位置，但只进入到部分冷凝器4管路，即冷凝器4只有部分散热，另外一部分处于“无用”状态，使冷凝器4散热功能未被充分利用，造成整个装置的工作温差大、散热效果较差、成本较高。为解决上述普通分离型热管机房排热装置存在的问题，设计出本发明的技术方案。

发明内容

本发明提供一种用于机房或机柜的带气泵分离式热虹吸管散热装置，旨在降低机房或机柜的冷却散热能耗、提高其内部设备的可靠性、延长设备使用寿命，同时也从根本上解决普通分离型热管排热装置内工质蒸汽克服流动阻力的动能不足、散热效果不理想的技术问题，使其在较宽发热量范围内和较大热流量的情况下均具有良好的散热性能。

该装置由安装在机房或机柜内带风机的蒸发器1、安装在室外对流式换热的冷凝器4、集液管6、蒸汽管2，所述蒸发器1的上部通过蒸汽管2与冷凝器4的上部相连通，蒸发器1的底部通过集液管6与冷凝器4的底部相连通，使散热装置的内部形成密闭空间并充注一定量的流体工质；其特征是：在蒸发器出口至冷凝器进口管段上装有气泵，而在冷凝器出口至蒸发器进口管段上设有贮液弯。

本发明特征是：在蒸发器出口至冷凝器进口管段上装有气泵，而在冷凝器出口至蒸发器进口管段上设有贮液弯，气泵将蒸发器出来的蒸汽加速并提高其动能，快速地输送到冷凝器，贮液弯阻断冷凝器中的蒸汽流到蒸发器，并使冷凝器流出的液体适当降压后再流到蒸发器，从而有效地改善了分离式热虹吸管散热装置的散热能力。

所述的一种用于机房或机柜的分离式热虹吸管散热装置，其特征是：所述气泵为气泡泵、喷射泵或机械式气泵。

所述的一种用于机房或机柜的分离式热虹吸管散热装置，其特征是：所述机械式气泵可以是为旋片式、隔膜式、电磁式、涡旋式、转子式或活塞式等容积型气泵中的一种，也可以是离心式、轴流式或混流式等速度泵中的一种。

所述的一种用于机房或机柜的分离式热虹吸管散热装置，其特征是：所述贮液弯为集液管上加工出的U形、V形、W形或类似形状的弯节，或者类似形状的独立元件，或者是有相似功能的容器元件，容器元件内可以加装液位控制元件，如浮球阀等。

所述的一种用于机房或机柜的分离式热虹吸管散热装置，其特征是：所述分离式热虹吸管散热装置充注的工质是烷烃、烯烃及其卤代物等低沸点有机工质中的一种或若干种的混合物；也可以是水、氨、丙酮、甲醇、乙醇或乙二醇。

所述的一种用于机房或机柜的分离式热虹吸管散热装置，其特征是：所述安装场合和热源形式是机房、机柜这种空间热源或者机房、机柜中电子器件局部的点热源或面热源。蒸发器和冷凝器可以是机房或机柜结构的一部分。

所述的一种用于机房或机柜的分离式热虹吸管散热装置，其特征是：所述蒸发器和冷凝器，可以是管式结构，即由多根直管、多根绕翅片管、多根蛇形管外加翅片或多根直管套翅片等形式单一或组合使用；也可以是板式结构，即在复合平板上胀出流道。对于高热流密度的散热场合，如点热源或面热源等，蒸发器结构为容器状结构。

所述的一种用于机房或机柜的分离式热虹吸管散热装置，其特征是：所述对流式换热的蒸发器和冷凝器可以不带风机，采用自然对流换热；也可以带有风机，采用强制对流换热，强制对流换热时，蒸发器和冷凝器气流流动方式为吸入式或压入式。

对于上述的带气泵分离式热虹吸管散热装置，蒸发器吸收机房或机柜内的热量后，其内部的液体工质汽化，蒸汽经蒸汽管由气泵输送至冷凝器，在冷凝器内散热给周围的空气后重新变为液体，经贮液弯和集液管流回蒸发器。这样的过程重复循环，就可以在机房或机柜与外界密闭、仅消耗较小风机功率的情况下将其内部的热量散发大气中。采用该装置，有效解决了机房或机柜的散热问题，与空调设备相比，可大大降低能耗，提高设备的可靠性；与直接利用室外新风设备相比，防尘、防潮，能够延长设备的寿命；与普通分离热管相比，解决了工质蒸汽动能不足和冷凝器利用率不高的问题，在较大热流量范围内具有良好的散热性能。

本发明采用分离式热虹吸管，室内为热虹吸管的吸热段，室外为热虹吸管的散热段，当室内温度高于室外温度时，热虹吸管在室内吸收热量，通过工质传送到室外排出热量，有效解决了机房或机柜内部散热问题，与连续运行的空调设备相比，大大降低了散热的能耗，提高了设备的可靠性；与直接利用室外新风设备相比，避免了室外新风与室内气流的交叉混合，能够防灰、防尘、防潮，延长了设备的使用寿命；与普通分离型热管排热装置相比，有效解决了工质蒸汽动能不足造成液体回流至蒸发器和冷凝器利用率不高的问题，提高了分离式热虹吸管和整个散热装置的工作效率，使其在宽广的发热量范围内和较大热流量的情况下均具有良好的散热性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

图1是实施例一——换热器强制对流的带气泵分离式热虹吸管散热装置的结构示意图；

图2是实施例一换热器强制对流的带气泵分离式热虹吸管散热装置的换热效果图；

图3是实施例二——换热器自然对流的带气泵分离式热虹吸管散热装置的结构示意图；

图4是实施例二换热器自然对流的带气泵分离式热虹吸管散热装置的换热效果图；

图5是对比专利——普通分离型热管机房排热装置结构示意图；

以上图中：1-蒸发器，2-蒸汽管，3-气泵，4-冷凝器，5-贮液弯，6-集液管，7-机房或机柜，8-发热元器件。

具体实施方式

实施例一：换热器强制对流的带气泵分离式热虹吸管散热装置如图1所示，该装置包括安装在机房或机柜7内带风机的蒸发器1、安装在室外的强制对流式冷凝器4和安装在蒸汽管2上的气泵3；蒸发器1的上部通过蒸汽管2和气泵3与冷凝器4的上部相连通；冷凝器4的底部通过集液管6和U形贮液弯5与蒸发器1底部相连通；在蒸发器1和冷凝器4上都装有风机，采用强制对流换热。该装置运行时，蒸发器1风机启动，机房或机柜7内的热空气流过蒸发器1，加热蒸发器1使其中的工质吸热沸腾，与此同时，流过蒸发器1的热空气被冷却降温。蒸发器1内沸腾产生的气态工质，由蒸汽管2被气泵3吸入；气态工质经过气泵3，其压力和流速得到提升，流速和动能均增加，之后流入冷凝器4，冷凝器4为强制对流换热器；在冷凝器4中气态工质散热，被流过的空气冷却，凝结成液态，由冷凝器4底部连接管，经过U形贮液弯5和集液管6，又流回到蒸发器1中，完成一次循环。这样重复循环，就可以在机房或机柜与外界密闭、仅消耗较小风机功率的情况下将其内部的热量散发大气中。实施例一的换热效果如图2所示，机房内部环境温度保持恒定，随着外部环境温度的降低，以外部环境温度为15℃的换热量为额定基准，实际换热量与额定换热器的比值逐渐增大。与普通分离式热虹吸管散热装置相比，同等尺寸条件下，作为本发明的带气泵分离式热虹吸管散热装置，提高了蒸汽动能和冷凝器利用率，其换热量相比普通分离式热虹吸管散热装置提高了约30％。

实施例二：换热器自然对流的带气泵分离式热虹吸管散热装置如图3所示，该装置包括安装在机房或机柜7内带风机的蒸发器1、安装在室外的自然对流式冷凝器4和安装在蒸汽管2上的气泵3；蒸发器1的上部通过蒸汽管2和气泵3与冷凝器4的上部相连通；冷凝器4的底部通过集液管6和U形贮液弯5与蒸发器1底部相连通；在蒸发器1上装有风机；冷凝器4不带风机，采用自然对流换热，如采用平板式换热器。该装置运行时，蒸发器1风机启动，机房或机柜7内的热空气流过蒸发器1，加热蒸发器1，蒸发器1内的工质吸热后沸腾，相变成为蒸汽；同时，流过蒸发器1的空气被冷却。蒸发器1内沸腾产生的气态工质，由蒸汽管2流入气泵3，在气泵3内获得能量，流速增加，之后流入冷凝器4，冷凝器4为自然对流换热器，在冷凝器4中气态工质散热，被周围空气冷却，凝结成液态，由冷凝器4底部连接管，经过U形贮液弯5，流入集液管6，最终流回蒸发器1中，完成工作循环。实施例二的换热效果如图4所示，机房内部环境温度保持恒定，以外部环境温度为15℃的换热量为额定基准，随着外部环境温度的降低，实际换热量与额定换热器的比值逐渐增大。与普通分离式热虹吸管散热装置相比，同等尺寸条件下，作为本发明的带气泵分离式热虹吸管散热装置，提高了蒸汽动能和冷凝器利用率，其换热量相比普通分离式热虹吸管散热装置提高了15％左右。

以上所述，仅是本发明较佳可行的实施例，不能因此即局限本发明的权利范围，对熟悉本领域的普通技术人员来说，举凡运用本发明的技术方案和技术构思做出其他各种相应的改变和变形都应属在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于机房或机柜的带气泵分离式热虹吸管散热装置，该装置包括安装在机房或机柜的蒸发器、冷凝器、集液管和蒸汽管，所述蒸发器的上部通过蒸汽管与冷凝器的上部相连通，蒸发器的底部通过集液管与冷凝器的底部相连通，使散热装置的内部形成密闭空间并充注一定量的流体工质；其特征是：在蒸发器出口至冷凝器进口管段上装有气泵，而在冷凝器出口至蒸发器进口管段上设有贮液弯，气泵将蒸发器出来的蒸汽加速并提高其动能，快速地输送到冷凝器；贮液弯阻断冷凝器中的蒸汽流到蒸发器，并使冷凝器流出的液体降压后再流到蒸发器。

2.根据权利要求1所述的一种用于机房或机柜的分离式热虹吸管散热装置，其特征是：所述气泵为气泡泵、喷射泵或机械式气泵。

3.根据权利要求2所述的一种用于机房或机柜的分离式热虹吸管散热装置，其特征是：所述机械式气泵是为旋片式、隔膜式、电磁式、涡旋式、转子式或活塞式的一种，或者是离心式、轴流式或混流式的一种。

4.根据权利要求1所述的一种用于机房或机柜的分离式热虹吸管散热装置，其特征是：所述贮液弯为集液管上加工出的U形、V形、W形的弯节或者独立元件。

5.根据权利要求1所述的一种用于机房或机柜的分离式热虹吸管散热装置，其特征是：所述分离式热虹吸管散热装置充注的工质是烷烃、烯烃及其卤代物的一种或若干种的混合物；或者是水、氨、丙酮、甲醇、乙醇或乙二醇。

6.根据权利要求1所述的一种用于机房或机柜的分离式热虹吸管散热装置，其特征是：所述蒸发器和冷凝器，是多根直管、多根绕翅片管、多根蛇形管外加翅片或多根直管套翅片单一或组合使用；或者是板式结构，即在复合平板上胀出流道；对于点热源或面热源，蒸发器结构为容器状结构。

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