CN109974496A - 重力环路热管及制冷方法 - Google Patents

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张娣
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Abstract

本发明属于热控技术领域，具体公开了一种重力环路热管及利用其进行制冷的方法，旨在解决现有的重力环路热管在遇到集中冷源需要较大面积传递冷量时难以启动的问题。该重力环路热管通过使液体管线、蒸发器和气体管线三者的各部位中所处位置最高的部位高于冷凝器上的最低处部位，使气体管线的出气口高于液体管线的进液口，因此在遇到集中冷源需要较大面积传递冷量的情况下，也能保证气态的工质能够顺利进入冷凝器中，并在冷凝器内冷凝成液态工质，而后液态工质顺利从液体管线的进液口进入液体管线内，最终在自身重力作用下回流至蒸发器中维持工质供给，保证了工质按照一定的方向定向循环，使得该重力环路热管具有良好的启动性能。

Description

重力环路热管及制冷方法
技术领域
本发明属于热控技术领域，具体涉及一种重力环路热管及制冷方法。
背景技术
环路热管(Loop Heat Pipe，LHP)是一种蒸发器安装毛细芯体的回路闭合环型热管，主要由蒸发器、冷凝器以及将蒸发器和冷凝器连接在一起形成闭合回路的管道构成。其工作原理为：对蒸发器施加热载荷，工质在蒸发器内的毛细芯体外表面蒸发，产生的气态工质从蒸气槽道流出进入气体管线，继而进入冷凝器冷凝成液态工质并过冷，回流液态工质经液体管线进入液体干道对蒸发器内的毛细芯体进行补给，如此循环，而工质的循环由蒸发器内的毛细芯体所产生的毛细压力驱动，无需外加动力。
由于冷凝段和蒸发段分开，环路式热管广泛应用于能量的综合应用以及余热的回收，比如用于电子元器件散热、地暖采暖等。
环路热管有很多种不同的结构形式，如毛细芯环路热管、重力环路热管等。其中，重力环路热管也称为热虹吸管，与普通热管有所不同的是，现有的重力热管内没有毛细芯体，冷凝后的液态工质从冷凝段至蒸发段不是靠毛细芯体所产生的毛细力，而是靠液态工质自身的重力运动，因此重力热管的工作具有一定的方向性，蒸发段必须位于冷凝段的下方，这样才能靠液态工质自身的重力返回蒸发段。
重力环路热管虽然具有许多独到的优势，但一般应用于热量的传递，对集中热源进行散热，而不能解决将集中冷源通过热管分散到较大面积区域进行制冷的特定应用。
当面对集中冷源时，由于重力环路热管的冷凝器受冷，故整个环路热管内部工质大都以液体形态聚集于冷凝器中，要启动环路热管，使其内部工质循环流通起来，需要使管路内部的工质气化，且气化后的气态工质能够自动回到冷凝器，保证气态工质定向循环运行，而这仅仅依靠现有环路热管本身的结构是很难做到的。
发明内容
本发明提供了一种重力环路热管，旨在解决现有的重力环路热管在遇到集中冷源需要较大面积传递冷量时难以启动的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：重力环路热管，包括冷凝器、液体管线、蒸发器和气体管线；所述冷凝器的出液口与液体管线的进液口相连，所述液体管线的出液口与蒸发器的进液口相连，所述蒸发器的出气口与气体管线的进气口相连，所述气体管线的出气口与冷凝器的内腔连通，形成闭合环路；所述液体管线、蒸发器和气体管线三者的各部位中所处位置最高的部位高于冷凝器上的最低处部位，且气体管线的出气口高于液体管线的进液口。
进一步的是，该重力环路热管还包括与闭合环路相连通的工质抽灌口。
进一步的是，该重力环路热管还包括设置在冷凝器内腔中的毛细芯体。
进一步的是，所述冷凝器位于蒸发器的上方。
进一步的是，在闭合环路内设置有工质。
进一步的是，所述工质为沸点在200度以下的工质。
进一步的是，所述气体管线的出气口与液体管线的进液口之间的高度差为1～100cm。
进一步的是，所述气体管线的出气口与液体管线的进液口之间的高度差为1～50cm。
本发明还提供了一种制冷方法，其利用任意一种上述的重力环路热管进行制冷。
进一步的是，开始前，在重力环路热管内充注工质，并通过外部加热器加热气体管线和液体管线，使工质气化至饱和。
本发明的有益效果是：通过使液体管线、蒸发器和气体管线三者的各部位中所处位置最高的部位高于冷凝器上的最低处部位，使气体管线的出气口高于液体管线的进液口，因此在遇到集中冷源需要较大面积传递冷量的情况下，也能保证气态的工质能够顺利进入冷凝器中，并在冷凝器内冷凝成液态工质，而后液态工质顺利从液体管线的进液口进入液体管线内，最终在自身重力作用下回流至蒸发器中维持工质供给，保证了工质按照一定的方向定向循环，使得该重力环路热管具有良好的启动性能。另外，通过在冷凝器的内腔中设置毛细芯体，进入冷凝器中的气态的工质可在毛细芯体表面冷凝成液态工质，因此能够为环路热管内部的气液分布及定向运行提供启动力，进一步提升启动性能。
附图说明
图1是本发明的实施结构示意图；
图中标记为：冷凝器1、工质抽灌口2、液体管线3、蒸发器4、气体管线5、毛细芯体6、工质7。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，重力环路热管，包括冷凝器1、液体管线3、蒸发器4和气体管线5；冷凝器1的出液口与液体管线3的进液口相连，液体管线3的出液口与蒸发器4的进液口相连，蒸发器4的出气口与气体管线5的进气口相连，气体管线5的出气口与冷凝器1的内腔连通，形成闭合环路；液体管线3、蒸发器4和气体管线5三者的各部位中所处位置最高的部位高于冷凝器1上的最低处部位，且气体管线5的出气口高于液体管线3的进液口。
一般，在闭合环路内设置有工质7，工质7通常选择低沸点工质，其沸点小于等于家用采暖或制冷，例如：沸点在200度以下；优选沸点在100度以下的工质，进一步优选为沸点在0度以下的工质。
通常使冷凝器1高于蒸发器4设置形成一定的高度差，并使液体管线3、蒸发器4和气体管线5三者的各部位中所处位置最高的部位高于冷凝器1上的最低处部位，使气体管线5的出气口高于液体管线3的进液口，在制冷过程中，一方面可以有效阻止液态的工质7从气体管线5向蒸发器4反向流动，避免蒸发器4的换热面积减小，阻止了液态的工质7回流引起的传冷性能恶化，另一方面利于气态的工质7能够顺利进入冷凝器1中，并利于液体的工质7在自身重力作用下顺利流入液体管线3的进液口，保证蒸发器4产生的气态工质7只能按气体管路5向液体管路3形成定向循环。
优选使冷凝器4位于蒸发器7的上方；液体管线3、蒸发器4和气体管线5三者的各部位中所处位置最高的部位通常为气体管线5的出气口，一般还需使其高于冷凝器1内的液位线设置，优选将之设置在冷凝器1侧面的上部或将之穿入至冷凝器1的内腔上部。为了保证工质7定向循环的有效性，通常使气体管线5的出气口与液体管线3的进液口之间的高度差为1～100cm，优选使气体管线5的出气口与液体管线3的进液口之间的高度差为1～50cm。气体管线5全程需要一定的倾斜度，按气体流向方向管线标高越来越高，中间段可以接近水平，但坡度最好控制在百分之一以下，优选为千分之一以下；如此可以有效阻止液态的工质7从气体管线5向冷凝器4反向流动。
该重力环路热管通常还包括与闭合环路相连通的工质抽灌口2，工质抽灌口2用于对闭合环路抽灌工质7；由于闭合环路各处相通，工质抽灌口2设置在环路各处均可，通常设置在便于检修的部位；优选的，如图1所示，工质抽灌口2设于冷凝器1侧面的下部。
作为本发明的一种优选方案，再如图1所示，该重力环路热管通常还包括设置在冷凝器1内腔中的毛细芯体6。毛细芯体6是主要用于提供循环动力的部件，通过在冷凝器1的内腔中设置毛细芯体6，能够在制冷过程中更好地使气态的工质9液化并定向流动，进一步保证了该重力环路热管启动的有效性，降低了启动难度。
该重力环路热管的循环运行过程如下：液态工质7在蒸发器4内气化，吸收蒸发器4外的热量，产生的气态工质7从气体管线5流向冷凝器1，在冷凝器1中释放热量，并在冷凝器1内的毛细芯体6表面冷凝成液态，液态的工质7在自身重力作用下经液体管线3回流至蒸发器4中，维持对蒸发器4的供给。即实现：将冷凝器1端的冷量导向蒸发器4端，当冷源集中在冷凝器1端时，可以由蒸发器4的大量分布将冷量扩散。
本发明还提供了一种制冷方法，该方法利用任意一种上述的重力环路热管进行制冷。
优选的，通过上述方法进行制冷，开始前，在重力环路热管内充注工质7，并通过外部加热器加热气体管线5和液体管线3，使工质7气化至饱和。
通过外部加热器加热气体管线5和液体管线3，可使得该重力环路热管内部的工质7尽可能多的气化，气态的工质7会上升至冷凝器1内较高位置，这样通过提高管线内饱和温度和冷凝器1内的压力，促使冷凝器1内的液态工质7流向蒸发器4，对蒸发器4和液体管线3进行压力灌注；当液体管线3被液态工质7充满后，即达到了气体上行、液体下回的正常循环运行状态，即达到工质7气化至饱和状态。如此操作后，使得该重力环路热管即使在面对集中冷源时也能迅速启动，并使工质7定向循环。

Claims (10)

1.重力环路热管，包括冷凝器(1)、液体管线(3)、蒸发器(4)和气体管线(5)；其特征在于：所述冷凝器(1)的出液口与液体管线(3)的进液口相连，所述液体管线(3)的出液口与蒸发器(4)的进液口相连，所述蒸发器(4)的出气口与气体管线(5)的进气口相连，所述气体管线(5)的出气口与冷凝器(1)的内腔连通，形成闭合环路；所述液体管线(3)、蒸发器(4)和气体管线(5)三者的各部位中所处位置最高的部位高于冷凝器(1)上的最低处部位，且气体管线(5)的出气口高于液体管线(3)的进液口。
2.如权利要求1所述的重力环路热管，其特征在于：还包括与闭合环路相连通的工质抽灌口(2)。
3.如权利要求1所述的重力环路热管，其特征在于：还包括设置在冷凝器(1)内腔中的毛细芯体(6)。
4.如权利要求1所述的重力环路热管，其特征在于：所述冷凝器(1)位于蒸发器(4)的上方。
5.如权利要求1所述的重力环路热管，其特征在于：在闭合环路内设置有工质(7)。
6.如权利要求5所述的重力环路热管，其特征在于：所述工质(7)为沸点在200度以下的工质。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的重力环路热管，其特征在于：所述气体管线(5)的出气口与液体管线(3)的进液口之间的高度差为1～100cm。
8.如权利要求7所述的重力环路热管，其特征在于：所述气体管线(5)的出气口与液体管线(3)的进液口之间的高度差为1～50cm。
9.制冷方法，其特征在于：利用如权利要求1至8中任意一项所述的重力环路热管进行制冷。
10.如权利要求9所述的制冷方法，其特征在于：开始前，在重力环路热管内充注工质(7)，并通过外部加热器加热气体管线(5)和液体管线(3)，使工质(7)气化至饱和。
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