CN110631301A - 一种浸没式自扰流管壳式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种浸没式自扰流管壳式换热器，所述换热器包括壳体、分液装置、自扰流装置和集液装置，所述壳体设有冷却液进液口和冷却液出液口，所述冷却液进液口和分液装置相连通，所述分液装置和自扰流装置相连通，所述集液装置位于壳体上部的冷却液液面下方，所述集液装置和冷却液出液口相连通，所述冷却液依次通过冷却液进液口、分液装置和自扰流装置进入到壳体内，通过集液装置从冷却液出液口流出，热源浸没在壳体内的冷却液内；所述分液装置包括分液母管，所述分液母管和冷却液进液口相连通。本发明通过液体出口温度控制，达到自动控制节约能源的作用，增强了壳体内冷却液流场的扰动强度。换热效率越高。

Description

一种浸没式自扰流管壳式换热器

技术领域

本发明涉及管壳式换热器领域，具体涉及一种浸没式管壳式换热器。

背景技术

管壳式换热器被广泛应用于化工、石油、制冷、核能和动力等工业，由于世界性的能源危机，为了降低能耗，工业生产中对换热器的需求量也越来越多，对换热器的质量要求也越来越高。近几十年来，虽然紧凑式换热器(板式、板翅式、压焊板式换热器等)、热管式换热器、直接接触式换热器等得到了迅速的发展，但由于管壳式换热器具有高度的可靠性和广泛的适应性，其仍占据产量和用量的统治地位，据相关统计，目前工业装置中管壳式换热器的用量仍占全部换热器用量的70％左右。

管壳式换热器结垢后，采取常规的蒸汽清扫、反冲洗等方式对换热器进行清洗，生产实践证明，效果不是很好。只能将换热器的封头拆卸下来，采用物理清理的方式，但采取该种方式进行清洗，操作复杂、耗时长，人力、物力投资较大，对连续化的工业生产带来极大的困难。

浸没式换热器，是间壁式换热器种类之一。它结构简单，制造、安装、清洗和维修方便，价格低廉，又特别适用于高压流体的冷却、冷凝，所以现代仍得到广泛应用。这种换热器多以金属管子绕成，或制成各种与容器相适应的情况，并沉浸在容器内的液体中。

研究和工程应用都表明，浸没式液冷和热管都各自有着优异的换热性能。除此以外，相变材料由于其吸热放热过程温度平稳，可以使得整个系统达到均温的效果，因而在换热领域得到广泛应用。

但是目前的浸没式换热器存在换热效率低等问题，因此一般情况下需要增加搅拌部件增加换热。换热效率相对较低。

发明内容

本发明的主要目的之一是提供一种管壳式换热器浸没式自扰流冷却技术，该技术通过“四角切圆”原理，增强了换热流体在水平方向上的扰动，从而提高液体浸没式管壳式换热器的换热性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种浸没式自扰流管壳式换热器，所述换热器包括壳体、分液装置、自扰流装置和集液装置，所述壳体设有冷却液进液口和冷却液出液口，所述冷却液进液口和分液装置相连通，所述分液装置和自扰流装置相连通，所述集液装置位于壳体上部的冷却液液面下方，所述集液装置和冷却液出液口相连通，所述冷却液依次通过冷却液进液口、分液装置和自扰流装置进入到壳体内，通过集液装置从冷却液出液口流出，热源浸没在壳体内的冷却液内；所述分液装置包括分液母管，所述分液母管和冷却液进液口相连通；

所述的自扰流装置是“四角切圆”自扰流装置，包括多根放置在壳体角部位置的竖直方向上的射流管，射流管下端开口和分液母管相连通，上端口密封；

所述射流管上竖直方向上开有一排射流孔，所述射流孔开口方向依次沿热源所在内切圆的切线方向，处于对角处的两根射流管上的射流孔的方向两两平行；所述冷却液出液口设置温度传感器，用于检测冷却液出口温度，所述冷却液进液口设置阀门，换热器包括控制器，控制器与温度传感器和阀门数据连接，控制器根据测量的温度数据自动控制阀门的开度。

作为优选，所述分液装置包括分液支管，所述分液支管平行排列，两端开口和分液母管侧壁相连通，所述分液母管和分液支管都是水平布置在壳体的底部；所述分液支管上管壁沿管长方向开有一行均匀排布的分流孔。

作为优选，所述射流管可以转动。

作为优选，所述集液装置由汇流管组成，所述汇流管内部为空心管状，外部呈现方框形，所述汇流管上的汇流管出液口和冷却液出液口相连通。

作为优选，所述汇流管外壁面紧贴壳体内壁面，汇流管四个内壁面开有均匀排列的汇流孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）本发明利用了“四角切圆”原理，在壳体四个角竖直方向上设置自扰流装置，射流孔喷射出的绝缘冷却液在水平方向上围绕热源形成了环形流动，形成的环形扰动和从壳体底部均匀上升的冷却液相混合，使冷却液围绕热源螺旋式上升，增强了壳体内冷却液流场的扰动强度。在一定程度上，扰动越强，换热性能越好，换热效率越高。

2）本发明“四角切圆”自扰流装置形成的环形扰动无需外加风扇或泵等装置，没有工作噪音，自身可以完成。

3）本发明分液装置由分液母管和分液支管组成，管形流道更有利于流体流动，阻力相对较小，更有利于冷却液均匀分布；分液支管均匀平铺于壳体底部，冷却液通过分流孔向上排出，使冷却液均匀向上流动，减少流动死区的出现。

4）本发明汇流管呈方形框状，外壁面紧贴壳体内壁，内壁面有一圈汇流孔，使同一水平面上的冷却液均匀快速到达汇流孔进入汇流管内，最后通过汇流管出液口流出进行下一步的循环，减少了流动死区的出现。

5）本发明根据大量的研究确定了沿着高度方向喷射孔密度尺寸的变化，能够使得换热更均匀，延长热源使用寿命。

6）本发明使用热管输运热源产生的热量，利用了液体相变传热，相较于常规的对流换热具有更快的换热响应速度，同时也有更高的换热效率，能够很好地解决高热流密度的热源的换热问题。

7）本发明将热源封装于填充有相变材料的热源封装壳体中，可以解决热源各部件产生的热流密度不相等的问题，使整个系统具有很好的均温性。同时由于热源封装壳体被浸没在绝缘冷却液中，免除了灰尘等对热源的影响，热源运行环境被极大优化，热源的计算性能和使用寿命都可以得到提高。

8）本方案将热管冷凝端的冷却与浸没式液冷相结合，能够快速高效地冷却热管的冷凝端，提高整个热源的换热效率，保证热源长期高效稳定地运行。

9）本发明根据大量的研究确定了沿着高度方向热管冷凝端的长度变化，并确定了最优化的设计公式，能够使得换热更均匀，延长热源使用寿命。

10）本发明通过液体出口温度控制，达到自动控制节约能源的作用。

附图说明：

图1为壳体的整体结构示意图；

图2为壳体内部结构图；

图3为壳体内部结构俯视图；

图4为壳体内部结构侧视图；

图5为热源和分液支管叉排时结构示意图；

图6为热源和分液支管叉排时俯视图；

图7为分液装置结构示意图；

图8为集液装置结构示意图；

图9为射流管示意图；

图10为射流管射流孔喷射角度示意图；

图11为水平方向上“四角切圆”流动示意图；

图12为竖直方向上绝缘冷却液的流动示意图

图13为设置热源封装壳体的结构示意图；

图14为图13热源封装壳体A剖面的结构示意图。

图中：

1热源2壳体201壳体侧壁202壳体上盖板203壳体下底板204观察窗205气动弹簧 支撑杆206冷却液进液口207冷却液出液口

3分液装置301分液母管进液口302分液母管303分液支管304分流孔305射流管进液口

4 “四角切圆”自扰流装置401射流管402射流孔403射流管进液口404封盖

5集液装置501汇流管502汇流孔503汇流管出液口

6、封装壳体；7、冷凝端；8、蒸发端；9、相变材料、10、热管。

具体实施方式

图1-4展示了本发明的浸没式“四角切圆”自扰流冷却系统。如图1-4所示，所述系统包括热源1（或者热源封装壳体6）、壳体2、分液装置3、“四角切圆”自扰流装置4和集液装置5。所述壳体2设有冷却液进液口206和冷却液出液口207，所述冷却液进液口206位于壳体侧壁201下部，所述冷却液进液口206和分液装置3相连通，所述分液装置3和“四角切圆”扰流装置4相连通，所述集液装置5位于绝缘冷却液液面下方，所述集液装置5和冷却液出液口207相连通。所述绝缘冷却液通过冷却液进液口206后依次通过分液装置3和“四角切圆”扰流装置4进入到壳体2内，热源1（或者热源封装壳体6）浸没在壳体2内的绝缘冷却液内，绝缘冷却液带走热源1（或者热源封装壳体6）产生的热量后通过壳体侧壁201上部的集液装置5从冷却液出液口207流出。

所述分液装置3包括分液母管302，所述分液母管302和冷却液进液口206相连通；

所述的自扰流装置是“四角切圆”自扰流装置，包括四根射流管401放置在壳体2四个角的竖直方向上，射流管401下端开口和分液母管302相连通，上端口密封；

所述射流管401上竖直方向上开有一排射流孔402，所述射流孔402开口方向依次沿热源（或者热源封装壳体6）所在内切圆的切线方向，处于对角处的两根射流管上的射流孔402的方向两两平行。

作为优选，冷却液喷射角度通过以下方式确定：

如图10所示，从俯视图看去，壳体长为L,宽为W，热源组的长为M,宽为N，射流管直径为d，则其中两个喷射管冷却液喷射方向和壳体长度方向所成的角度为：

另外两个喷射管喷射方向和壳体长度方向所成的角度为：

其中，X=(L-d)/2，Y=(W-d)/2，a=M/2，b=N/2。

本发明利用了“四角切圆”原理，在壳体四个角竖直方向上设置自扰流装置，射流孔喷射出的绝缘冷却液在水平方向上围绕热源（或者热源封装壳体6）形成了环形流动，尤其是调整喷射孔角度，使其射流孔402开口方向依次沿热源（或者热源封装壳体6）所在内切圆的切线方向，更加充分的形成的环形扰动和从壳体底部均匀上升的冷却液相混合，使冷却液围绕热源（或者热源封装壳体6）螺旋式上升，增强了壳体内冷却液流场的扰动强度。在一定程度上，通过四角切圆的方式，使得扰动越强，换热性能越好，换热效率越高。

作为优选，热源（或者热源封装壳体6）是方形结构。进一步优选，所述热源设置在封装壳体6内，如图13所示。此时图1-12中的热源会设置在封装壳体6内，对封装壳体进行冷却。

热源1（或者热源封装壳体6）竖直放置于壳体内的固定支架上，热源1下部悬空，和分液装置保持一定距离。保证热源1下部也浸没在冷却液中，保证全方位的换热。

如图5所示，所述分液装置3包括分液母管302和分液支管303，分液支管303设置向上的分流孔。分液支管平行布置，管束两端开口和分液母管302侧壁相连通，形成“H”形布置。分液母管302中冷却液均匀分散到分液支管303中。分液母管302和分液支管303均是水平布置在壳体底部。通过分液支管303向上喷射，可以使得热源或者热源封装壳体6下部进行冷却，增加换热面积。

作为优选，分液支管只设置在热源或者热源封装壳体6下部，其它位置不设置。通过设置分液支管303的向上喷射，使得热源或者热源封装壳体6进行有效的冷却。

所述分液母管进液口301和壳体2上的冷却液进液口206相连通，分液母管进液口301有两个，位于分液装置3对角处，分液母管302四个直角上方有射流管进液口305。绝缘冷却液通过冷却液进液口206进入到分液母管302中，再通过分液母管302进入分液支管303和射流管401。

所述分液支管303上壁面开设有一排大小相等、分布均匀的分流孔304。分流孔304形状不作限定,可以根据具体需要可设置成如方孔、圆孔、正多边形孔。

作为一个改进，分液支管303上壁面开设有的分流孔304大小不相同，分布也不均匀。具体如下：

从热源或者热源封装壳体6的中心位置（如果是矩形，则是矩形的两条对角线的交点）开始向热源或者热源封装壳体6的四周的位置，分流孔304的分布密度逐渐变小。

上述的不均匀的设置，可以进一步有针对性的提高换热效率。因为一般热源的中心热量集中的最多，从中心向四周开始热量的集中就会逐渐的下降，通过如此设置能够进一步根据热量分布来使得冷却液的喷射量发生变化，使得中部冷却液分布最多，换热能力最强，从而整体提高换热能力。

进一步优选，分流孔304的分布密度逐渐变小的幅度逐渐增加。这一规律是通过大量的数值模拟和实验得到的热源热量集中的规律，从而有规律性的设置分布密度。

从热源或者热源封装壳体6的中心位置（如果是矩形，则是矩形的两条对角线的交点）开始向热源或者热源封装壳体6的四周的位置，分流孔304的面积（圆形的话是直径）逐渐变小。进一步优选，分流孔304的面积（圆形的话是直径）逐渐变小的密度逐渐增加。具体理由参见分流孔密度的变化的分析。

作为优选，壳体侧壁201是双层壁面结构，设置内壁和外壁，内部和外壁的空间容纳冷却液。所述的进液口206与外壁连通，所述的分液母管进液口301与内壁连通，从而将冷却液从进液口206引入侧壁中，然后通过侧壁进入分液母管302。

通过设置双壁结构 的壳体侧壁201，可以使得充入少量的冷却液后就会使得冷却液液位在侧壁201中具有一定的高度，从而增加底部分液母管内的冷却液压强，从而提高冷却液的喷射力。此外还可以使得侧壁的冷却液也参与内部的换热，提高换热能力。

作为优选，所述的外壁的外部设置保温层。

作为优选，所述的冷却液的出液口207与外壁连通，所述的汇流管出液口503与内壁连通，从而使得冷却液从壳体侧壁的上部排出。

如图2、图3和图4所示，作为一种可行的实施方式，分液支管303和热源1（或者热源封装壳体6）顺向排布。分液支管303和分液支管303上分流孔304恰好正对相邻两个热源1（或者热源封装壳体6）之间的缝隙，冷却液通过分流孔304后流入热源1（或者热源封装壳体6）之间的缝隙内，不仅极大提高冷却效果，还减小了流动阻力。

如图5和图6所示，作为另外一种可行的实施方式，分液支管303和热源1（或者热源封装壳体6）叉向排布。热源1（或者热源封装壳体6）放置于分液支管上相邻两个分流孔304之间，分液支管上不同分液支管对应同一排的分流孔304正对于相邻的两个热源1（或者热源封装壳体6）之间的缝隙，绝缘冷却液通过分流孔304后流直接入热源1之间的缝隙内，不仅极大提高冷却效果，还减小了流动阻力。

如图2、图9和图11所示，“四角切圆”扰流装置4包括四根射流管401竖直固定在壳体2的四个角的竖直方向上，射流管401下端开口和分液母管302相连通。分液母管302内冷却液不仅流向分液支管，也通过射流管进液口403进入四根射流管401内。射流管401上端封口，在射流管401上均匀地开有一定数量的射流孔402。射流孔402上开口方向沿热源1（或者热源封装壳体6）内切圆的切线方向。通过四根射流管401上射流孔402射出的冷却液，一方面直接射在热源1（或者热源封装壳体6）上，增强了换热冷却效果，另一方面对从底部均匀流上来的冷却液在水平方向上产生了一个环形扰动，使冷却液在壳体内水平转动起来，从而加强了扰动，增强了换热冷却的效果。

所述射流管401可以转动，在壳体2内热源1（或者热源封装壳体6）数量改变时，通过转动射流管401改变射流孔402的方向。

如图8所示，所述集液装置5由汇流管501组成，所述汇流管501内部为空心管，首尾相连围成方框形，方框形汇流管501方框外侧紧贴壳体内壁面，方框内侧一周四个面开有均匀分布的汇流孔502。汇流管501浸没于冷却液液面以下，均匀分布的汇流孔502保证热源1（或者热源封装壳体6）放置腔内部的冷却液均匀地经过汇流孔502流入汇流管501并经汇流管出液口503流出，减少了流动死区的出现。汇流管出液口503也有两个，呈现对角分布，保证冷却液更均匀地流出。

在本实例中，各汇流孔502上可以设置过滤装置。

在本实例中，所述盖板上设有观察冷却液面的观察窗。

在本实例中，所述冷却液采用介电冷媒，如绝缘不导电的矿物油，硅油和电子氟化液等。

结合图11和图12描述冷却液流动流经途径：绝缘稳定的冷却液经过冷却换热器冷却达到预定温度后在循环泵的压力下通过冷却液进液口206进入壳体2，随后进入分液母管302内，然后通过分液母管302均匀流入和分液母管302相连通的水平分液支管303和射流管401内。分液支管303内冷却液在通过分液支管303上壁的分流孔304流出并向上涌动，进入热源1阵列的间隙去冷却热源1；与此同时，进入到射流管401内冷却液通过射流孔402喷射而出，四根射流管401喷射出的冷却液以“四角切圆”的方式形成了围绕热源1转动的环流。竖直方向上从底部来的均流和水平方向的环流相混合叠加，使壳体内冷却液的流场发生了改变，从而使热源1周围的冷却液螺旋式上升。冷却液到达距离液面下的汇流管501束的水平面，因为汇流孔502均匀分布在紧贴壳体的四周，冷却液均匀向四周的汇流孔502涌去，保证了所有冷却液均参与到冷却循环过程中，避免了流动死区的产生。汇流管501内冷却液经汇流管出液口503进入冷却液出液口207被排出，送往将冷却液冷却的外部换热系统，绝缘冷却液被冷却后再次进入冷却液进液口206，进而完成下一个循环。

作为优选，所述射流管可以转动，通过射流管的转动来调整角度，满足不同的尺寸的热源（或者热源封装壳体6）。

作为优选，沿着高度方向，射流孔402的分布密度不断增加。上述的结果是通过大量的数值模拟和实验得到的结论。能够使得换热更均匀，延长热源使用寿命。通过理论分析，一方面，因为封装壳体浸没在冷却液体中，因此封装壳体内的冷却液体因为对流会导致上部的液体的温度高于下部，因为上部与热管冷凝端的温差就变小，导致换热效果明显差于下部，通过设置射流孔402的分布密度不断增加，增加喷射流量，从而增加上部的换热量，使得整体上部下部换热量均匀，避免局部温度过高，造成局部损坏。另一方面，因为冷却液是从下部进入，下部本来压力就大，喷射量也大，因此通过设置上部的分布密度大于下部，也能进一步保证更多的冷却液进入上部喷射。上述的设置射流孔402的分布密度不断增加的技术特征是通过大量实验和数值模拟得到的结果，也是本申请的一个发明点，并不是本领域的公知常识。

进一步优选，沿着高度方向，设置射流孔402的分布密度不断增加的幅度越来越大。这一技术特征是通过大量实验和数值模拟得到的结果，符合液体温度的分布和冷却液分配规律，也是本申请的一个发明点，并不是本领域的公知常识。

作为优选，沿着高度方向，射流孔402的尺寸不断增加。上述的结果是通过大量的数值模拟和实验得到的结论。能够使得换热更均匀，延长热源使用寿命。通过理论分析，一方面，因为封装壳体浸没在冷却液体中，因此封装壳体内的冷却液体因为对流会导致上部的液体的温度高于下部，因为上部与热管冷凝端的温差就变小，导致换热效果明显差于下部，通过设置射流孔402的尺寸不断增加，增加喷射流量，从而增加上部的换热量，使得整体上部下部换热量均匀，避免局部温度过高，造成局部损坏。另一方面，因为冷却液是从下部进入，下部本来压力就大，喷射量也大，因此通过设置上部的分布密度大于下部，也能进一步保证更多的冷却液进入上部喷射。上述的设置射流孔402的尺寸不断增加的技术特征是通过大量实验和数值模拟得到的结果，也是本申请的一个发明点，并不是本领域的公知常识。

进一步优选，沿着高度方向，设置射流孔402的尺寸不断增加的幅度越来越大。这一技术特征是通过大量实验和数值模拟得到的结果，符合液体温度的分布和冷却液分配规律，也是本申请的一个发明点，并不是本领域的公知常识。

作为优选，所述集液装置由汇流管组成，所述汇流管内部为空心管状，外部呈现方框形，所述汇流管上的汇流管出液口和冷却液出液口相连通。

作为优选，所述汇流管外壁面紧贴壳体内壁面，汇流管四个内壁面开有均匀排列的汇流孔。

作为特殊实施的案例，优选尺寸如下：

热源长915mm,宽445mm，高75mm；

壳体长1500mm，宽500mm，高1000mm；

分液母管直径32mm，长1500mm，分液支管直径20mm，长440mm，

射流管直径20mm，高900mm；

集液管直径20mm，两边管长分别为1500mm和500mm。

本尺寸仅仅是在实验模拟过程中的参考尺寸，不能作为对本发明的限制，在不同热源尺寸与发热功率等因素改变时，均可改变所述尺寸以提供更高效良好的冷却效果。

图13展示了一种热源封装壳体，来代替前面附图的热源。所述封装壳体6中包括热源1和相变材料9，所述热源1被包围在相变材料9的内部，所述热管10的蒸发端8设置在相变材料9中，热管10的冷凝端7延伸穿出封装壳体6的外部。

本发明通过热管、相变材料与浸没式液冷三者相结合来对热源进行换热，使得热源产生的热量首先传递给相变材料，相变材料发生相变，然后热量通过热管蒸发端传递给冷凝端，由冷凝端向外传递蒸发端，然后蒸发端传递给冷却液体，从而实现热源快速的换热。

本发明通过设置相变材料包围热源，通过相变材料的相变换热，通过相变潜热吸收更多的热量，保证蓄热材料的温度恒定，从而可以保证热源的温度恒定。

本发明通过相变材料，可以使得热源的外壁面的不同位置保持与相变材料温差基本相同，保证整体的换热均匀，避免局部温差过大过小，造成换热不均匀，造成局部损坏。

本发明一方面使用热管输运热源产生的热量，利用了液体相变传热，相较于常规的对流换热具有更快的换热响应速度，同时也有更高的换热效率，能够很好地解决高热流密度的热源的换热问题。

本发明将热源封装于填充有相变材料的热源封装壳体中，可以解决热源各部件产生的热流密度不相等的问题，使整个系统具有很好的均温性。

本发明的应用范围广，可以使用极冷的极端环境。如果设置在急冷的极端环境，因为相变材料可以同时起到蓄热作用，通过停止冷却液体的循环，还可以起到一定的保温效果，避免热源在极端环境下停止运行。

作为优选，所述的封装壳体的外壁面是导热体，通过设置外壁面导热体以及绝缘冷却液，冷却液体也可以直接通过封装壳体的外壁面接触直接进行换热，更好的解决换热问题，提高换热效果。

作为优选，所述封装壳体6浸没于绝缘冷却液中，并由支架悬垂固定。由于热源封装壳体6被浸没在绝缘冷却液中，免除了灰尘等对热源的影响，热源运行环境被极大优化，热源的计算性能和使用寿命都可以得到提高。而且通过支架悬垂固定，保证封装壳体下部也浸没在冷却液中，保证全方位的换热。

进一步的，所述热源封装壳体内包含热源、热管、相变材料等。所述热源封装壳体内等间距布置若干热源。在相邻两热源的间隙及热源与热源封装壳体壁间都填充有相变材料，若干热管被插入这些相变材料中。其中所述热管的蒸发端布置在热源封装壳体内，所述热管的冷凝端布置在热源封装壳体外，热管与热源封装壳体接触处进行严格的密封处理，以实现热源封装壳体内部与外部的隔离。所述热源封装壳体内部布置的相变材料可用来使热源封装壳体内部具有良好的均温性。

进一步的，所述热管包括蒸发端、冷凝端等。所属热管采用优质导热材料如铜制造。所述热管蒸发端插入热源封装壳体内填充的相变材料中。所述热管的冷凝端位于热源封装壳体外部。所述热管内表面被设计成多孔结构或在所述热管内表面开若干槽道，以此来提供热管工质由冷凝端回流到蒸发端的动力。为进一步强化冷凝端的换热效果可以在冷凝端外表面实施其他辅助换热措施如：外加换热片等。所述热管工作工质可以选择液氨，水，丙烷、有机制冷剂等。

进一步的，所述热管可以采用顺排或叉排等排布方式。

进一步的，所述绝缘冷却液流出壳体后可通过外部的换热系统，如空调、换热器等进行冷却，冷却后的绝缘冷却液由动力泵驱动重新回到冷媒源。

作为优选，热管的冷凝端垂至于封装壳体6的壁面设置。

作为优选，封装壳体的每个壁面都设置热管冷凝端。

作为优选，所述热源沿着高度设置，所述的相变材料也沿着高度方向设置。热管沿着高度方向布置多个。

作为优选，沿着高度方向，所述热管设置为多个，沿着高度方向，伸出封装壳体的热管冷凝端的长度不断增加。上述的结果是通过大量的数值模拟和实验得到的结论。能够使得换热更均匀，延长热源使用寿命。通过理论分析，因为封装壳体浸没在冷却液体中，因此封装壳体内的冷却液体因为对流会导致上部的液体的温度高于下部，因为上部与热管冷凝端的温差就变小，导致换热效果明显差于下部，通过设置热管冷凝端的长度不断增加，使得整体增加换热面积，从而增加上部的换热量，使得整体上部下部换热量均匀，避免局部温度过高，造成局部损坏。上述的热管冷凝端的长度不断增加的技术特征是通过大量实验和数值模拟得到的结果，也是本申请的一个发明点，并不是本领域的公知常识。

进一步优选，沿着高度方向，热管冷凝端的长度不断增加的幅度越来越大。这一技术特征是通过大量实验和数值模拟得到的结果，符合液体温度的分布，也是本申请的一个发明点，并不是本领域的公知常识。

作为优选，封装壳体的高度为H，沿着高度方向，封装壳体最低端的热管的冷凝端长度是L，则距离封装壳体最低端距离为h位置的热管的冷凝端长度l规律如下：

l＝L+b*L*（h/H）^a，其中a、b是系数，满足如下要求：

1.23<a<1.45,0.35<b <0.38。

作为优选，随着h/H增加，a、b逐渐增加。

作为优选，1.30<a<1.38,0.36<b <0.37。

作为优选沿着高度方向，所述热管设置为多个，沿着高度方向，伸出封装壳体的热管冷凝端的分布数量不断增加。上述的结果是通过大量的数值模拟和实验得到的结论。能够使得换热更均匀，延长热源使用寿命。通过理论分析，因为封装壳体浸没在冷却液体中，因此封装壳体内的冷却液体因为对流会导致上部的液体的温度高于下部，因为上部与热管冷凝端的温差就变小，导致换热效果明显差于下部，通过设置热管冷凝端的分布密度不断增加，使得整体增加换热面积，从而增加上部的换热量，使得整体上部下部换热量均匀，避免局部温度过高，造成局部损坏。上述的热管冷凝端的长度不断增加的技术特征是通过大量实验和数值模拟得到的结果，也是本申请的一个发明点，并不是本领域的公知常识。

进一步优选，沿着高度方向，热管冷凝端的分布密度不断增加的幅度越来越大。这一技术特征是通过大量实验和数值模拟得到的结果，符合液体温度的分布，也是本申请的一个发明点，并不是本领域的公知常识。

作为优选，封装壳体的高度为H，沿着高度方向，封装壳体最低端的热管的冷凝端分布密度是D，则距离封装壳体最低端距离为h位置的热管的冷凝端分布密度d规律如下：

d＝D+b*D*（h/H）^a，其中a、b是系数，满足如下要求：

1.3<a<1.5,0.34<b <0.37。

作为优选，随着h/H增加，a、b逐渐增加。

作为优选，1.38<a<1.42,0.35<b <0.36。

作为优选，所述热源是服务器。将浸没式液冷和热管及相变材料结合应用到服务器换热系统中，实现从整体到局部的服务器换热优化。

作为优选，所述热源是电加热热源。优选是电加热部件。

作为优选，沿着高度方向，电加热部件的单位高度的加热功率不断的减少。通过设置电加热部件的加热功率不断的减少，保证下部的流体快速加热，然后热流体通过自然对流到了上部，能够进一步提高加热效率。经过大量的实验和数值模拟，经过上述的电加热部件加热功率的变化，能够进一步提高10%左右的加热效率，节省加热时间。

作为优选，沿着高度方向，电加热部件的单位长度的加热功率不断的减少的幅度不断的增加。

经过大量的实验和数值模拟，经过上述的电加热部件加热功率幅度的变化，能够进一步提高5%加热效率，进一步节省加热时间。

作为优选，电加热部件在高度方向上分为多段，沿着高度方向，不同段的单位长度的加热功率不同。其中沿着高度方向，不同段的单位长度的加热功率不断的降低。进一步优选，降低的幅度不断的增加。

作为优选，每段的长度相同。

作为优选，每段的单位长度的加热功率相同。

具体理由如上。

通过设置分段，可以进一步使得制造简单方便。

作为优选，所述冷却液出液口设置温度传感器，用于检测冷却液出口温度，所述冷却液进液口设置阀门，换热器包括控制器，控制器与温度传感器和阀门数据连接，控制器根据测量的温度数据自动控制阀门的开度。

作为优选，如果检测的温度传感器的出口温度高于一定温度，则控制器增加阀门开度，增加进入壳体内的冷却液流体流量，如果检测的温度传感器的出口温度低于一定温度，则控制器减小阀门开度，减小进入壳体内的冷却液流体流量。

通过控制出液口温度可以保证出液口换热达到预定的效果，避免热量的浪费。

作为优选，所述热源表面设置第二温度传感器，所述第二温度传感器与控制器数据连接。控制器根据检测的温度数据自动控制阀门的开度。作为优选，如果检测的热源表面温度高于一定温度，则控制器增加阀门开度，增加进入壳体内的冷却液流体流量，如果检测的热源表面温度低于一定温度，则控制器减小阀门开度，减小进入壳体内的冷却液流体流量。通过控制热源表面温度可以避免热源温度过高或者过低，避免热量的浪费。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (6)

1.一种浸没式自扰流管壳式换热器，所述换热器包括壳体、分液装置、自扰流装置和集液装置，所述壳体设有冷却液进液口和冷却液出液口，所述冷却液进液口和分液装置相连通，所述分液装置和自扰流装置相连通，所述集液装置位于壳体上部的冷却液液面下方，所述集液装置和冷却液出液口相连通，所述冷却液依次通过冷却液进液口、分液装置和自扰流装置进入到壳体内，通过集液装置从冷却液出液口流出，热源浸没在壳体内的冷却液内；所述分液装置包括分液母管，所述分液母管和冷却液进液口相连通；

所述的自扰流装置是“四角切圆”自扰流装置，包括多根放置在壳体角部位置的竖直方向上的射流管，射流管下端开口和分液母管相连通，上端口密封；

所述射流管上竖直方向上开有一排射流孔，所述射流孔开口方向依次沿热源所在内切圆的切线方向，处于对角处的两根射流管上的射流孔的方向两两平行；

所述冷却液出液口设置温度传感器，用于检测冷却液出口温度，所述冷却液进液口设置阀门，换热器包括控制器，控制器与温度传感器和阀门数据连接，控制器根据测量的温度数据自动控制阀门的开度。

2.如权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于，所述分液装置包括分液支管，所述分液支管平行排列，两端开口和分液母管侧壁相连通，所述分液母管和分液支管都是水平布置在壳体的底部；所述分液支管上管壁沿管长方向开有一行均匀排布的分流孔。

3.如权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于，所述热源是电加热部件，沿着高度方向，电加热部件的单位高度的加热功率不断的减少。

4.如权利要求3所述的管壳式换热器，其特征在于，所述集液装置由汇流管组成，所述汇流管内部为空心管状，外部呈现方框形，所述汇流管上的汇流管出液口和冷却液出液口相连通。

5.如权利要求4所述的管壳式换热器，其特征在于，所述汇流管外壁面紧贴壳体内壁面，汇流管四个内壁面开有均匀排列的汇流孔。

6.一种热管，包括封装壳体，所述封装壳体内具有热源和相变材料，所述热源包围在相变材料的内部，所述热管的蒸发端设置在相变材料中，热管的冷凝端延伸穿出到封装壳体的外部。

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