CN112611241A - 一种可调节流动阻力的分离式热管系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节流动阻力的分离式热管系统及使用方法，解决了热管系统中因流体流速增大导致关闭沿程阻力增大，导致热管系统失效的问题，具有可实现沿程阻力调整、方便对上升管或下降管更换的有益效果，具体方案如下：一种可调节流动阻力的分离式热管系统，包括蒸发器、冷凝器、上升管部件和下降管部件，冷凝器的位置高于蒸发器，蒸发器与冷凝器之间一侧通过上升管部件连接，另一侧通过下降管部件连接，上升管部件和下降管部件各自包括并列的可连通的多根管路，上升管部件和下降管部件各管路之间通过阀门连接，且上升管部件中各管路的流阻相异，下降管部件中各管路的流阻相异。

Description

一种可调节流动阻力的分离式热管系统及使用方法

技术领域

本发明涉及热管领域，尤其是一种可调节流动阻力的分离式热管系统及使用方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

热管在电子产品和日常生活中的应用越来越广泛。分离式热管由于其蒸发器和冷凝器可分离性，相较于传统的整体式热管应用范围更加广泛，可以应用于热源和冷源相距较远，或冷源和热源分别处于室内外的情况，同时，可以实现冷热端分别与不同的流体换热，防止冷热端流体相互泄露的问题。

但是分离式热管同样存在一定的传热极限，发明人发现，在高热流密度的情况下，热管中的蒸汽流量和冷凝液流量增大，流体的流速提升，导致管壁沿程阻力的增大，工质循环受阻，可能出现热管中工质下降的重力不足以驱动工质流动的情况，使整个热管系统失效；或使热管蒸发器处管壁温度长时间过高或长期处于波动的状态，造成局部管壁的疲劳或损伤，导致热管系统失效。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种可调节流动阻力的分离式热管系统，当热管系统处于换热工况存在较大变化的情况下，可以采用可调节流动阻力的分离式热管系统，起到维持热管正常平稳运行的目的，同时方便拆卸、更换和调整上升管或下降管，方便整个系统的维护。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种可调节流动阻力的分离式热管系统，包括蒸发器、冷凝器、上升管部件和下降管部件，冷凝器的位置高于蒸发器，蒸发器与冷凝器之间一侧通过上升管部件连接，另一侧通过下降管部件连接，上升管部件和下降管部件各自包括并列的可连通的多根管路，上升管部件和下降管部件各管路之间通过阀门连接，且上升管部件中各管路的流阻相异，下降管部件中各管路的流阻相异。

上述的热管系统中，上升管部件和下降管部件各设有多根管路，多根管路的流阻相异，通过阀门的开断，可实现热管系统流动阻力的调节，而且方便各管路的拆卸和更换，相应保证热管系统的使用寿命。

如上所述的一种可调节流动阻力的分离式热管系统，所述上升管部件包括多根并列设置的上升管，相邻两上升管之间间隔设定距离设置。

如上所述的一种可调节流动阻力的分离式热管系统，所述下降管部件包括多根并列设置的下降管，相邻两下降管之间间隔设定距离设置。

如上所述的一种可调节流动阻力的分离式热管系统，所述上升管部件包括至少两根所述的上升管，其中一根上升管的两端分别与蒸发器、第一连接管通过三通阀连通，第一连接管与冷凝器连通，相邻两上升管之间通过三通阀或角阀连通。

如上所述的一种可调节流动阻力的分离式热管系统，所述下降管部件包括至少两根所述的下降管，其中一根下降管的两端分别与冷凝器、第二连接管通过三通阀连通，相邻两下降管之间通过三通阀或角阀连通，第二连接管与蒸发器连通。

如上所述的一种可调节流动阻力的分离式热管系统，所述管路的流阻大小通过改变其内部的管径、毛细结构和管型实现。

如上所述的一种可调节流动阻力的分离式热管系统，所述阀门为电磁阀，电磁阀与控制器连接，控制器还与安装于第一连接管和/或第二连接管内的流速传感器连接，通过流速传感器对热管系统内流速进行检测，以由控制器控制上升管部件和下降管部件中管路的通断。

一种可调节流动阻力的分离式热管系统的使用方法，包括如下内容：

当流速传感器检测到流速增大或减小一定程度时，发送信息给控制器，控制器控制上升管部件和下降管部件中另外的上升管和/或另外的下降管导通，原导通的上升管和原导通的下降管关闭或继续开启。

当热管系统的热流量突然增大，导致内部的传热工质流速增大，原上升管和下降管的流阻骤增，可能导致热管系统内部动力不足，从而达到传热极限，使整个热管系统失效；或因热流量增大，蒸发器处气液界面存在较大波动，从而导致该处管壁疲劳或损坏，也会使热管系统失效。因此通过本发明提供的热管系统，常态下一根或多根上升管和下降管导通，在热管系统工况发生较大变化时，可以通过控制器对阀门的控制，导通不同流动阻力的上升管和/或下降管来进行调节；另外还可以通过导通更多的上升管和/或下降管来调节。

上述本发明的有益效果如下：

1)本发明通过将上升管或下降管均设置为多根并列的管路，各管路流阻相异，通过阀门的设置，可实现上升管部件或下降管部件流阻的调整，从而实现上升管部件或下降管部件沿程阻力的调整，使得热管系统处于换热工况较大变化的情况，通过不同上升管或下降管的开通或调整，可维护热管系统的正常平稳运行。

2)本发明通过将上升管或下降管设置为多根管路，可方便对上升管的拆卸、更换和调整，相应有利于延长热管系统的使用寿命。

3)本发明通过三通阀和角阀的设置，不仅可实现上升管部件中上升管与第一连接管的连接，上升管与蒸发器的连接，还可实现相邻两上升管的连接；在下降管部件中可实现相邻两下降管的连接，下降管与冷凝器，下降管与第二连接管的连接。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种可调节流动阻力的分离式热管系统的平面示意图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。

其中：1.蒸发器2.上升管部件(2-1.第一上升管2-2.第n-1上升管2-3.第n上升管)3.第一连接管4.冷凝器5.下降管部件(5-1.第一下降管5-2.第二下降管5-3第n下降管)6.三通阀7.角阀8.第二连接管。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术热管系统中因流体流速增大导致关闭沿程阻力增大，导致热管系统失效的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种可调节流动阻力的分离式热管系统。

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1所示，一种可调节流动阻力的分离式热管系统，包括蒸发器1、冷凝器4、上升管部件2和下降管部件5，冷凝器的位置高于蒸发器，蒸发器与冷凝器之间一侧通过上升管部件连接，另一侧通过下降管部件连接。

上升管部件和下降管部件各自包括并列的多根管路，如上升管部件包括并列的至少两根上升管，且上升管部件中上升管的流阻相异；具体地，上升管部件包括2根及以上的上升管，分别为第一上升管2-1、第二上升管或第n-1上升管2-2和第n上升管2-3，n为自然数，多根上升管的流阻依次增大，其中三段上升管之间间隔设定的距离设置，另外的相邻上升管通过阀门连接。

进一步地，蒸发器的出口侧通过管路连接到上升管部件，上升管部件通过第一连接管3与冷凝器的入口侧连接。本实施例中，设置3根上升管，第一上升管的两端、第二上升管的两端分别设置三通阀，第三上升管的两端设置角阀，通过三通阀或角阀的设置实现相邻两上升管的连通，且第一上升管的两端分别与蒸发器、第一连接管连通。

下降管部件包括并列的多根下降管，分别为第一下降管5-1、第二下降管5-2和第n下降管5-3，n根下降管的流阻依次增大；本实施例中，设置三根下降管，同样地，相邻两下降管之间间隔设定距离设置，第一下降管的两端分别设置三通阀6，并与冷凝器和第二连接管连通，第二下降管的两端分别设置三通阀，第三下降管的两端设置角阀，通过三通阀或角阀的设置实现相邻两下降管的连通。

在本实施例中，与蒸发器1和第一连接管3距离最短的第一上升管流阻最小，连接冷凝器和第二连接管连接最短的第一下降管流阻最小，即第一上升管和第一下降管的管径最大，内壁管壁最光滑，优选为直管；与蒸发器和冷凝器最远的连接管路为第n上升管和第n下降管，第三上升管和第三下降管流阻最大，即管径最小或内壁表面最粗糙，且第三上升管、第三下降管与相应段的水平管连接可成为加强流阻的蛇形管等管型。

此外，第一连接管3和第二连接管8的设置形式根据具体的安装空间进行设置。

在使用时，首先确定热管系统工作的热流密度，选择合适的上升管部件和下降管部件，然后打开对应三通阀，保持上升管部件和下降管部件与冷凝器和蒸发器之间的三通阀阀门水平方向打开的状态，关闭其他所有阀门，最后将热管系统中的压力抽为系统内传热工质的饱和压力。

工质传热的机理为：饱和状态下的传热工质在蒸发器内受热蒸发，蒸汽依次经上升管和第一连接管进入到冷凝器，在冷凝器中进行热交换，冷凝成液体进入下降管，然后依次经冷凝管和第二连接管回到蒸发器，完成一个闭合循环。

通常情况下，在一些具体示例中，第一上升管和第一下降管两端的三通阀导通；另外，在第一连接管、第二连接管内设置流速传感器，三通阀、角阀均为电磁阀，通过电磁阀实现相邻两上升管或两下降管之间的导通，或者上升管与第一连接管和蒸发器，或下降管与第二连接管和冷凝器的导通；蒸发器和冷凝器均与控制器连接，控制器还与流速传感器、三通阀和角阀分别连通，这样当流速传感器检测到热管系统内流速发生变化如增大时，可由控制器控制上升管部件、下降管部件中部分三通阀和角阀的导通，改变上升管部件、下降管部件的流阻，从而满足于不同工况使用。

当热管工作工况发生变化时，根据热流密度等因素选择合适的上升管和下降管。

一种可调节流动阻力的分离式热管系统的使用方法，包括如下内容：

当流速传感器检测到流速增大或减小一定程度时，发送信息给控制器，控制器控制上升管部件和下降管部件中另外的上升管和/或另外的下降管导通，原导通的上升管和原导通的下降管关闭或继续开启。

这样根据热管系统内工质的流速变化来调整具有不同流阻上升管、下降管的导通，可有效满足热管系统的使用工况，避免热管系统发生失效的情况。

上升管和下降管的流阻的不同通过管路内部的毛细结构和/或管径/或管型(直管或蛇形管或其他形式)的相异来实现不同实现的。

首先，通过减小管径提高上升管和下降管中工质的流动阻力，适用于热流密度小的工况；增大管径将有效降低工质流动过程中的流动阻力，适合热流密度较大的工况。

其次，可以通过改变不同上升管和不同下降管内部的毛细结构增大或减小流阻。若增加毛细结构，将会导致流阻增大，同时毛细结构可以增加管内毛细力，给工质提供循环的动力，适合在热管处于低热流密度的工况下使用；若减少毛细结构，将降低管内流阻，适合上升管内的蒸汽和下降管内的液体工质流速较大，即热流密度较大的工况，内部流动阻力过大会导致热管达到传热极限。

上升管和下降管的流阻还可以通过改变管材、改变长度和倾斜度来进行调整，最终每根上升管和下降管的流动阻力可以综合地考虑这些因素，选择适合热管系统工作工况的流动阻力。

总的来说，为了实现上升管或下降管的流阻相异，从一侧到另一侧，不同上升管或下降管的管径依次减小，使得多根上升管或多根下降管的流阻依次增大；或者，从一侧到另一侧，不同上升管或下降管的毛细结构依次减小，使得多根上升管或多根下降管的流阻依次减小，常态下导通第一上升管，若流速增大，可依次考虑导通第二上升管、第三上升管等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可调节流动阻力的分离式热管系统，其特征在于，包括蒸发器、冷凝器、上升管部件和下降管部件，冷凝器的位置高于蒸发器，蒸发器与冷凝器之间一侧通过上升管部件连接，另一侧通过下降管部件连接，上升管部件和下降管部件各自包括并列的可连通的多根管路，上升管部件和下降管部件各管路之间通过阀门连接，且上升管部件中各管路的流阻相异，下降管部件中各管路的流阻相异。

2.根据权利要求1所述的一种可调节流动阻力的分离式热管系统，其特征在于，所述上升管部件包括多根并列设置的上升管，相邻两上升管之间间隔设定距离设置，且相邻的上升管之间通过阀门连接。

3.根据权利要求1所述的一种可调节流动阻力的分离式热管系统，其特征在于，所述下降管部件包括多根并列设置的下降管，相邻两下降管之间间隔设定距离设置，且相邻的下降管之间通过阀门连接。

4.根据权利要求2所述的一种可调节流动阻力的分离式热管系统，其特征在于，所述上升管部件包括至少两根所述的上升管，其中一根上升管的两端分别与蒸发器、第一连接管通过三通阀连通，第一连接管与冷凝器连通，相邻两上升管之间通过三通阀或角阀连通。

5.根据权利要求4所述的一种可调节流动阻力的分离式热管系统，其特征在于，所述下降管部件包括至少两根所述的下降管，其中一根下降管的两端分别与冷凝器、第二连接管通过三通阀连通，相邻两下降管之间通过三通阀或角阀连通，第二连接管与蒸发器连通。

6.根据权利要求1所述的一种可调节流动阻力的分离式热管系统，其特征在于，不同所述管路的流阻大小通过管路内部的管径和/或毛细结构和/或管型的相异来实现。

7.根据权利要求5所述的一种可调节流动阻力的分离式热管系统，其特征在于，所述阀门为电磁阀，电磁阀与控制器连接，控制器还与安装于第一连接管和/或第二连接管内的流速传感器连接。

8.根据权利要求5所述的一种可调节流动阻力的分离式热管系统的使用方法，其特征在于，包括如下内容：

当流速传感器检测到流速增大时，发送信息给控制器，控制器控制上升管部件和下降管部件中另外的上升管和/或另外的下降管导通，原导通的上升管和原导通的下降管关闭或继续开启。

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