CN113028868A - 一种驱动式分离热管换热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及换热设备技术领域，尤其是涉及一种驱动式分离热管换热系统，包括蒸发段、驱动装置、储液罐、汽液分离器、冷凝段和管道；所述蒸发段包括蒸发器，所述蒸发器上设置有进口集箱，所述蒸发器的进口集箱通过管道和调节阀与驱动装置的输出口连通，所述蒸发器上设置有出口集箱，所述蒸发器的出口集箱通过管道与汽液分离器的入口连通，所述蒸发器上的出口集箱与蒸发器上的进口集箱之间相互连通，本发明的分离热管换热系统冷热端可以远距离灵活布置、适应不同的热负荷以及冷凝段获得高效传热效率。

Description

一种驱动式分离热管换热系统
技术领域
本发明涉及换热设备技术领域，尤其是涉及一种驱动式分离热管换热系统。
背景技术
现有的冷热端分离式热管换热器，循环工质在系统中蒸发、流动和冷凝过程中，由于缺乏外部的动力驱动，在空间安装必须要求热端蒸发段在下、冷端冷凝段在上，利用冷热端高度差和汽液混合物产生的浮生力来克服系统的流动阻力，当冷热端的安装高度差不足时或冷热端在空间上相距较远时，由于驱动力不够换热器工作就不能稳定可靠地工作。然而在日常的工业生产和大型空调系统中，由于建筑物结构上的特点，热端蒸发段和冷端冷凝段往在空间上相距较远且高差不定。
同时随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，供、需热负荷在时间上会发生较大的偏差，不能很好地协调匹配，造成大量的能源浪费，因此在分离式热管换热器系统中采用蓄能调节技术具有较好的负荷适应性和较大的节能潜力。
通过在循环系统加装驱动装置，提供有效的动力源，循环工质在驱动装置的作用下，可以克服冷热端的高度差和远距离输送的阻力，以较大的流速稳定流动到换热器的蒸发段进行蒸发吸热，再经冷凝端冷凝后进入储液罐，驱动装置继续将工质送入蒸发端，完成下一个循环。
为了进一步调节冷热端的热负荷，在现有的换热管改装为带有相变蓄热材料的蓄热式换热管，从而更能适应冷热端负荷在时间上的匹配。
同时一般的热管换热器不设置汽液分离器，导致汽液两相工质同时进入冷凝段，液膜热阻会降低冷凝段的传热效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决冷热端布置不够灵活、能源供给不匹配及冷凝段传热效率低的问题，现提供了一种驱动式分离热管换热系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种驱动式分离热管换热系统，包括蒸发段、驱动装置、储液罐、汽液分离器、冷凝段和管道，所述蒸发段包括蒸发器，所述蒸发器上设置有进口集箱，所述蒸发器的进口集箱通过管道和调节阀与驱动装置的输出口连通，所述蒸发器上设置有出口集箱，所述蒸发器的出口集箱通过管道与汽液分离器的入口连通，所述蒸发器上的出口集箱与蒸发器上的进口集箱之间相互连通，所述冷凝段包括冷凝器，所述冷凝器上设置有进口集箱，所述冷凝器的进口集箱通过管道和调节阀与汽液分离器的汽出口的连通，所述冷凝器上设置有出口集箱，所述冷凝器的出口集箱通过管道与储液罐连通，所述冷凝器上的进口集箱与冷凝器上的出口集箱之间相互连通，所述汽液分离器的液出口通过管道与储液罐连通，所述储液罐通过管道与驱动装置的输入口连通。
所述蒸发器包括热流体出口通道、蒸发换热管和热流体进口通道，所述热流体出口通道与热流体进口通道相互连通，所述蒸发换热管的进口端与蒸发器上的进口集箱连通，所述蒸发换热管的出口端与蒸发器上的出口集箱连通。
所述冷凝器包括冷流体进口通道、冷凝换热管和冷流体出口通道，所述冷流体进口通道与冷流体出口通道相互连通，所述冷凝换热管的进口端与冷凝器上的进口集箱连通，所述冷凝换热管的出口端与冷凝器上的出口集箱连通。
为了解决冷热端热负荷在时间上不匹配问题，进一步地，所述蒸发换热管包括内换热管A、外套管A、相变蓄热材料A、外横向翅片A和内纵向翅片A，所述内换热管A套设在外套管A内，所述内纵向翅片A有多个且沿圆周均布在内换热管A与外套管A之间并形成封闭空间，所述相变蓄热材料A填充在封闭空间内，所述外横向翅片A有多个且轴向间隔分布固定在外套管A的外侧。
进一步地，所述冷凝换热管包括内换热管B、外套管B、相变蓄热材料B、外横向翅片B和内纵向翅片B，所述内换热管B套设在外套管B内，所述内纵向翅片B有多根且沿圆周均布在内换热管B与外套管B之间并形成封闭空间，所述相变蓄热材料B充填在封闭空间内，所述外横向翅片B有多个且轴向间隔分布固定在外套管B的外侧。
进一步地，所述蒸发段包括多个蒸发器并联运行，多个所述蒸发器的进口集箱分别通过调节阀进口总管连通，进口总管与驱动装置的输出口连通，多个所述蒸发器的出口集箱分别与气液分离器连通，所述冷凝段包括多个冷凝器并联运行，多个所述冷凝器的进口集箱分别通过调节阀进口总管连通，进口总管与气液分离器汽出口管连通，多个所述冷凝器的出口集箱分别与储液罐连通，所述储液罐与驱动装置的输入口连通，使用时，通过调节阀调节来分配各个蒸发器的热负荷，通过调节阀调节来分配各个冷凝器的运载负荷。
本发明的有益效果是：本发明一种驱动式分离热管换热系统在使用时：
1、在循环系统加装驱动装置来推动工质进行循环流动，使分离式热管换热器具有足够的驱动力，可以加大流速，增加换热强度，足以克服工质在管内的流动阻力，因而对冷热源之间的空间方位和距离具有极强的适应性。
2、蒸发段和冷凝段的为带有相变蓄热材料的换热管，可以有效调节蒸发段和冷凝段的换热量的变化，这样可以根据不同时段来调节热负荷的变化，使本发明更能适用于大型空调系统或其他工业生产系统。
3、通过汽液分离装置有效分离汽相、液相工质，这就使得工质的等温性良好，冷凝段的进出口温度基本一致，换热量显著提升。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明中的结构示意图；
图2是本发明中蒸发段换热管的结构示意图；
图3是图2中A-A的剖视图；
图4是本发明中冷凝段换热管的结构示意图；
图5是图4中B-B的剖视图；
图6是本发明中系统的整体示意图。
图中：1、蒸发段，1-11、热流体出口通道，1-12、蒸发换热管，1-121、内换热管A，1-122、外套管A，1-123、相变蓄热材料A，1-124、外横向翅片A，1-125、内纵向翅片A，1-13、出口集箱，1-14、进口集箱，1-15、热流体进口通道，2、驱动装置，3、储液罐，4、汽液分离器，5、冷凝段，5-11、冷流体进口通道，5-12、冷凝换热管，5-121、内换热管B，5-122、外套管B，5-123、相变蓄热材料B，5-124、外横向翅片B，5-125、内纵向翅片B，5-13、进口集箱，5-14、出口集箱，5-15、冷流体出口通道。
具体实施方式
本发明下面结合实施例作进一步详述：
本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-6所示，一种驱动式分离热管换热系统，包括蒸发段1、驱动装置2、储液罐3、汽液分离器4、冷凝段5和管道，所述蒸发段1包括蒸发器1-1，所述蒸发器1-1上设置有进口集箱1-14，所述蒸发器1-1的进口集箱1-14通过管道和调节阀F1与驱动装置2的输出口连通，所述蒸发器1-1上设置有出口集箱1-13，所述蒸发器1-1的出口集箱1-13通过管道与汽液分离器4的入口连通，所述蒸发器1-1上的出口集箱1-13与蒸发器1-1上的进口集箱1-14之间相互连通，所述冷凝段5包括冷凝器5-1，所述冷凝器5-1上设置有进口集箱5-13，所述冷凝器5-1的进口集箱5-13通过管道和调节阀F5与汽液分离器4的汽出口的连通，所述冷凝器5-1上设置有出口集箱5-14，所述冷凝器5-1的出口集箱5-14通过管道与储液罐3连通，所述冷凝器5-1上的进口集箱5-13与冷凝器5-1上的出口集箱5-14之间相互连通，所述汽液分离器4的液出口通过管道与储液罐3连通，所述储液罐3通过管道与驱动装置2的输入口连通。
所述蒸发器1-1包括热流体出口通道1-11、蒸发换热管1-12和热流体进口通道1-15，所述热流体出口通道1-11与热流体进口通道1-15相互连通，所述蒸发换热管1-12的进口端与蒸发器1-1上的进口集箱1-14连通，所述蒸发换热管1-12的出口端与蒸发器1-1上的出口集箱1-13连通。
所述冷凝器5-1包括冷流体进口通道5-11、冷凝换热管5-12和冷流体出口通道5-15，所述冷流体进口通道5-11与冷流体出口通道5-15相互连通，所述冷凝换热管5-12的进口端与冷凝器5-1上的进口集箱5-13连通，所述冷凝换热管5-12的出口端与冷凝器5-1上的出口集箱5-14连通。
所述蒸发换热管1-12包括内换热管A1-121、外套管A1-122、相变蓄热材料A1-123、外横向翅片A1-124和内纵向翅片A1-125，所述内换热管A1-121套设在外套管A1-122内，所述内纵向翅片A1-125有多个且沿圆周均布在内换热管A1-121与外套管A1-122之间并形成封闭空间，所述相变蓄热材料A1-123填充在封闭空间内，所述外横向翅片A1-124有多个且轴向间隔分布固定在外套管A1-122的外侧。
所述冷凝换热管5-12包括内换热管B5-121、外套管B5-122、相变蓄热材料B5-123、外横向翅片B5-124和内纵向翅片B5-125，所述内换热管B5-121套设在外套管B5-122内，所述内纵向翅片B5-125有多根且沿圆周均布在内换热管B5-121与外套管B5-122之间并形成封闭空间，所述相变蓄热材料B5-123充填在封闭空间内，所述外横向翅片B5-124有多个且轴向间隔分布固定在外套管B5-122的外侧。
所述蒸发段1包括多个蒸发器1-1并联运行，多个所述蒸发器1-1的进口集箱1-14分别通过调节阀F1进口总管连通，进口总管与驱动装置2的输出口连通，多个所述蒸发器1-1的出口集箱1-13分别与气液分离器4连通，所述冷凝段5包括多个冷凝器5-1并联运行，多个所述冷凝器5-1的进口集箱5-13分别通过调节阀F5进口总管连通，进口总管与气液分离器4汽出口管连通，多个所述冷凝器5-1的出口集箱5-14分别与储液罐3连通，所述储液罐3与驱动装置4的输入口连通，使用时，通过调节阀F1调节来分配各个蒸发器1-1的热负荷，通过调节阀F5调节来分配各个冷凝器5-1的运载负荷。
上述一种驱动式分离热管换热系统在使用时，此处的驱动装置2为循环泵，当然也可以为其他输送介质的装置，由驱动装置2将储液罐3内循环工质输送蒸发段1，由蒸发段1进口集箱1-14分配到各个蒸发换热管1-12内，工质吸热蒸发向上流动后，汽液混合物汇集到蒸发段1的出口集箱1-13，再在驱动力的作用下，汽水混合物以一定的速度进入汽液分离器4，分离下来的循环液工质回流到储液罐3内，而分离出的汽工质进入到冷凝段5的进口集箱5-13，经过再分配到各个冷凝换热管5-12，汽工质放热冷凝，冷凝液向下流动，再后汇集到冷凝段5的出口集箱5-14，再在驱动力的作用下回流到储液罐3内，冷凝液和分离液在储液罐3内混合后，再由驱动装置2加压后再进行下一个循环；
本发明蒸发段1的蒸发换热管1-12内填充有相变蓄热材料A1-123和冷凝段5的冷凝换热管5-12内填充有相变蓄热材料B5-123，蒸发换热管1-12和冷凝换热管5-12自身具有蓄热调节功能，其工作原理为：当冷凝段5的需要加热的流体的流量变小和停运时，多余的热量就被冷凝段5的冷凝换热管5-12内的相变蓄热材料B5-123吸收，相变蓄热材料B5-123由固相转变为液相进行蓄热过程；当冷凝段5加热流体的流量增加，输出的热负荷变大，不够的部分由相变蓄热材料B5-123储存的热量来提供，相变蓄热材料B5-123从液态变为固态进行释热过程；同样在蒸发段1的蒸发换热管1-12也是带有相变蓄热材料A1-123，通过调节阀F1可以调节蒸发段1的热负荷变化，这样通过蒸发段1和冷凝段5的蓄热调节过程，可以更大范围内适应冷热端外部热负荷的变化；
本发明采用变频器调节驱动装置2的转速调节工质循环流量，进而快速、大幅度地调节传热量，使热管的传热量与外部的热负荷相匹配，可根据冷热源温度的高低及其变化特性，优选适宜的工质，以取得最佳传热或余热回收效果。
上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种驱动式分离热管换热系统，包括蒸发段(1)、驱动装置(2)、储液罐(3)、汽液分离器(4)、冷凝段(5)和管道，其特征在于：所述蒸发段(1)包括蒸发器(1-1)，所述蒸发器(1-1)上设置有进口集箱(1-14)，所述蒸发器(1-1)的进口集箱(1-14)通过管道和调节阀(F1)与驱动装置(2)的输出口连通，所述蒸发器(1-1)上设置有出口集箱(1-13)，所述蒸发器(1-1)的出口集箱(1-13)通过管道与汽液分离器(4)的入口连通，所述蒸发器(1-1)上的出口集箱(1-13)与蒸发器(1-1)上的进口集箱(1-14)之间相互连通，所述冷凝段(5)包括冷凝器(5-1)，所述冷凝器(5-1)上设置有进口集箱(5-13)，所述冷凝器(5-1)的进口集箱(5-13)通过管道和调节阀(F5)与汽液分离器(4)的汽出口的连通，所述冷凝器(5-1)上设置有出口集箱(5-14)，所述冷凝器(5-1)的出口集箱(5-14)通过管道与储液罐(3)连通，所述冷凝器(5-1)上的进口集箱(5-13)与冷凝器(5-1)上的出口集箱(5-14)之间相互连通，所述汽液分离器(4)的液出口通过管道与储液罐(3)连通，所述储液罐(3)通过管道与驱动装置(2)的输入口连通。
2.根据权利要求1所述的一种驱动式分离热管换热系统，其特征在于：所述蒸发器(1-1)包括热流体出口通道(1-11)、蒸发换热管(1-12)、出口集箱(1-13)、进口集箱(1-14)和热流体进口通道(1-15)，所述热流体出口通道(1-11)与热流体进口通道(1-15)相互连通，所述蒸发换热管(1-12)的进口端与蒸发器(1-1)上的进口集箱(1-14)连通，所述蒸发换热管(1-12)的出口端与蒸发器(1-1)上的出口集箱(1-13)连通。
3.根据权利要求1所述的一种驱动式分离热管换热系统，其特征在于：所述冷凝器(5-1)包括冷流体进口通道(5-11)、冷凝换热管(5-12)、进口集箱(5-13)、出口集箱((5-14)和冷流体出口通道(5-15)，所述冷流体进口通道(5-11)与冷流体出口通道(5-15)相互连通，所述冷凝换热管(5-12)的进口端与冷凝器(5-1)上的进口集箱(5-13)连通，所述冷凝换热管(5-12)的出口端与冷凝器(5-1)上的出口集箱((5-14)连通。
4.根据权利要求2所述的一种驱动式分离热管换热系统，其特征在于：所述蒸发换热管(1-12)包括内换热管A(1-121)、外套管A(1-122)、相变蓄热材料A(1-123)、外横向翅片A(1-124)和内纵向翅片A(1-125)，所述内换热管A(1-121)套设在外套管A(1-122)内，所述内纵向翅片A(1-125)有多个且沿圆周均布在内换热管A(1-121)与外套管A(1-122)之间并形成封闭空间，所述相变蓄热材料A(1-123)填充在封闭空间内，所述外横向翅片A(1-124)有多个且轴向间隔分布固定在外套管A(1-122)的外侧。
5.根据权利要求3所述的一种驱动式分离热管换热系统，其特征在于：所述冷凝换热管(5-12)包括内换热管B(5-121)、外套管B(5-122)、相变蓄热材料B(5-123)、外横向翅片B(5-124)和内纵向翅片B(5-125)，所述内换热管B(5-121)套设在外套管B(5-122)内，所述内纵向翅片B(5-125)有多根且沿圆周均布在内换热管B(5-121)与外套管B(5-122)之间并形成封闭空间，所述相变蓄热材料B(5-123)充填在封闭空间内，所述外横向翅片B(5-124)有多个且轴向间隔分布固定在外套管B(5-122)的外侧。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种驱动式分离热管换热系统，其特征在于：所述蒸发段(1)包括多个蒸发器(1-1)并联运行，多个所述蒸发器(1-1)的进口集箱(1-14)分别通过调节阀(F1)与进口总管连通，进口总管与驱动装置(2)的输出口连通，多个所述蒸发器(1-1)的出口集箱(1-13)分别与气液分离器(4)连通，所述冷凝段(5)包括多个冷凝器(5-1)并联运行，多个所述冷凝器(5-1)的进口集箱(5-13)分别通过调节阀(F5)进口总管连通，进口总管与气液分离器(4)汽出口管连通，多个所述冷凝器(5-1)的出口集箱(5-14)分别与储液罐(3)连通，所述储液罐(3)与驱动装置(4)的输入口连通，使用时，通过调节阀(F1)调节来分配各个蒸发器(1-1)的热负荷，通过调节阀(F5)调节来分配各个冷凝器(5-1)的运载负荷。
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CN114459266A (zh) * 2022-04-14 2022-05-10 北京中矿赛力贝特节能科技有限公司 一种气液两相动力型分离式热管装置

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