CN1154467A - 使用热管对封闭室进行无源冷却 - Google Patents

Abstract

无源冷却封闭室的冷却系统包括至少一个具有在封闭室内延伸的蒸发器侧和在封闭室外延伸并与环境接触的冷凝器侧的斜热管。封闭室内的热存储装置具有邻近蒸发器侧延伸的第一部分和延伸在蒸发器侧内并大体与蒸发器侧同心的第二部分。能固液变化的材料密封在热存储装置内吸热能变液态。多个翅片可设在热存储装置第一部分和冷凝器侧上以增强封闭室内至外热量传送。多个内翅片可装到热存储装置第二部分上并浸在蒸发器侧内的工作流体内。

Description

使用热管对封闭室进行无源冷却

本发明总的涉及一种热交换方法，特别涉及一种通过使用多个热管对一封闭室进行冷却的无源冷却方法。

通常人们把电子通信设备和计算机设备等机器设置在建筑物或封闭室内以保护这些设备免于受到气候和风风雨雨的影响。但是，在很多情况中，这些机器会产生热量，而由于人们希望仅在某一限定温度范围内运转这些机器，因此必须将这些热量从所述封闭室中排出以避免产生任何不良后果。此外，由于还必须对容纳人或动物的建筑物或封闭室进行冷却以避免热量过高而产生不良后果，因此这种需要冷却的要求不仅仅限于是机器的需要。

一种用来实现这种冷却的方法(这是一种多年来采用的方法)是将一种诸如空气的冷却流体强行作用在热源上由此冷却热源。当然，为了避免热量积聚在封闭室内，还必须强行将这种冷却流体排出封闭室。

在那些需要将封闭室或设备保持成与周围环境相互隔热的情况中，则需要一些热交换器来将封闭室内产生的热量传送至封闭室外侧的冷却流体(空气)。在过去，人们采用诸如壳体(shell)和管子、板、热管等类型的热交换器，以分别地在封闭热源和室外冷却媒质之间传送热量。但是，为了能较好地进行工作，这些类型的热交换器均使用一个或多个风扇以迫使空气穿过热交换器的表面。在某些较困难的情况中，即不能进行这种简单的风扇冷却的地方，诸如在高环境温度区内，热量是通过传统制冷循环而排出所述封闭室的。但是，上述冷却方法和风扇冷却方法运行中均需要一电源并且需要移动部件以及电动机。在某些情况中，封闭室内可能没有电源可用或者人们很难接触到封闭室内需要替换的构件，因此就不能采用上述这些冷却方法。在这些情况中，人们需要一种不需要移动部件并且不需要任何外电源就可以保持最佳封闭室温度的无源冷却系统。

因此，本发明的一个目的在于提供一种无源冷却系统，这种冷却系统不需要用外来的电源。本发明的另一目的在于提供一种无源冷却系统，这种冷却系统没有移动部件不需要日常的保养和修理。本发明的又一目的在于提供一种冷却系统，这种冷却系统能自行调节因此能自动地吸收封闭室的热量而不需要有操作者介入。本发明的再一目的在于提供一种冷却封闭室的装置，它只允许将封闭室的热量排出而不让任何(即使有也是可忽略的极少量)热量进入所述封闭室内。本发明的又一目的在于提供一种自我再生并且不会用任何宝贵地面面积的系统。本发明的又一目的在于提供一种冷却系统，它能避免封闭室与周围环境相接触从而能获得一个清洁并相对无尘的封闭室。藉以下进一步的描述，本发明的这些和其它目的将变得更为清楚。

本发明涉及一种用来对封闭室进行冷却的无源冷却系统。它包括至少一个细长热管，所述热管具有一用来在封闭室内延伸的蒸发器侧以及一用来在封闭室外侧延伸、与周围环境接触的、设置在相对侧的冷凝器侧。一种工作流体容纳在所述热管的所述蒸发器侧内，所述工作流体一旦吸收热量，将从液态变化至气态。该系统还包括一热存储装置，所述热存储装置具有一延伸在热管的蒸发器侧的外面但紧邻所述热管的所述蒸发器侧的部分，热存储装置的其余部分延伸在所述热管的所述蒸发器侧内部并沿着蒸发器延伸。一种能产生固态至液态变化的材料容纳在所述热存储装置内，所述材料一旦吸收热量将从固态变化至液态。严格地说，由于所述热存储装置充满相变材料，因此所述热存储装置不能算是一种热管。因此，在热存储装置内不会产生任何蒸汽，而在普通热管内是往往会产生蒸汽的。最后，还设有将热管的蒸发器侧与热管的冷凝器侧相绝热的装置，以降低所述两侧之间的热传导。

图1是本发明的示意图。

图2是沿一封闭室的屋顶或天花板进行安装的本发明的示意图。

图3是沿图2中线3-3截取的、局部剖开的剖视图。

图4是本发明的又一实施例的示意图，该实施例具有许多翅片以加强热量的聚集和散热。

图5是沿图4中线5-5截取的剖视图。

首先请参阅图1。图1示出了一无源冷却系统10。所述冷却系统10具有密封式热存储装置12，所述热存储装置具有一与封闭室18的封闭环境16直接接触的第一部分14。热存储装置12的第二部分20延伸在向上倾斜的热管24的蒸发器一侧22的内部。通常，热存储装置12与热管24同心，并容纳有市售的水合盐26或其它一些能在较低的室温下发生固态至液态变化的物质。通常，水合盐26将充满热存储装置12从而能不让蒸汽出现或积聚在其内。

可以想象，热管24的蒸发器侧22位于封闭室18内部，而热管24的升高的冷凝器侧28则位于封闭室18外并与周围环境30接触。对于热管24的运行来说重要的是热管应该自蒸发器侧22起朝着冷凝器侧28向上倾斜。并且，要将热存储装置12密封以防止容纳在其内的水合盐26与容纳在热管24内部的工作流体32(通常是水、甲醇或氨水)相混合。热管24的较低的蒸发器侧仅仅部分地充有工作流体32，但容纳在其内的工作流体32的容量足以完全遍及或遍及热存储装置12的第二部分20。热管24的蒸发器侧22的这种只局部充满工作流体32是为了能使热管正常工作(即，使热管蒸发并冷凝工作流体32从而能分别进行吸热和散热)。

在运行过程中，容纳在热存储装置12内的水合盐26诸如通过第一部分14从封闭的环境16中吸收热量Q(参见箭头34)。这些热量Q可能是由容纳在封闭室18内部的机器或设备(未示)产生的。由于吸收了这些热量Q，水合盐26在热存储装置12内从固态变化到液态。这些被吸收的热量Q随后通过热存储装置12的第二部分20而传送至热管24的蒸发器侧22内的工作流体32(见箭头36)。这些被传送的热量Q使得蒸发器侧22内部的工作流体32蒸发。然后，蒸发后的工作流体32向上流动流至冷凝器侧28直到所述工作流体32冷凝在冷凝器侧28的内壁上。依靠这种冷凝作用，将热量Q排放到周围环境30中。

当然，如果冷凝器侧28的温度高于蒸发器侧22的温度，则不会有任何热量Q可以传送至冷凝器侧28因此也不会排放至周围环境30中。但是，热存储装置12的水合盐26仍能吸收并保存热量Q直到这些热量Q可以被传送至冷凝器侧28的时候。这种情况可能出现在白天的工作过程中。但是，在这个时候，这种较高的冷凝器侧28温度不会影响热存储装置12的性能，它可以继续吸收来自于封闭室18内部的热量。当冷凝器侧28的温度再次下降到低于蒸发器侧22的温度时，热量Q将会被再次自动传送至冷凝器侧28以便于最终将热量排放至周围环境30中。

由于热存储装置12只将热量Q传递给蒸发器侧22，因此热管24起着一热二极管的作用，即只允许将热量Q从封闭室18传出。在本文中所使用的所述类型的热管24中，热量Q从蒸发器侧22经过工作流体32的持续不断的蒸发和冷凝作用而传送至冷凝器侧28。只要蒸发器侧22或封闭环境16的温度高于冷凝器侧28或环境30的温度，这种循环将持续不断地重复进行。当冷凝器侧28或环境30的温度高于蒸发器侧28或封闭环境16的温度时，热管24将处于平衡状态。在这种情况下，热量Q不能传送进入封闭室18内也不能从封闭室18传出。但是，有极少量的热量仍会通过热传导穿过热管24的管壁而进入封闭室18内。

但是，为了进一步将冷凝器侧28与蒸发器侧22绝热地隔开，可以将一绝热环38设置在冷凝器侧28和蒸发器侧22之间，所述绝热环可由任何一种适于实现此目的的绝热材料制成。这种绝热环38能降低藉热传导穿过热管24进入封闭室18的热流(换句话说，绝热环38防止热量穿过热管24的管壁)。

从以上可知，热管24显然是一种重力热虹吸管式热管，因为它不包括一能利用毛细作用抵抗重力抽吸工作流体32的芯子。在任何一种情况中，为了能正常工作，热管24的蒸发器侧22的温度必须高于冷凝器新8的温度从而使得工作流体32能在蒸发器侧22内蒸发并向上流动至冷凝器侧28内进行冷凝由此将这些吸收来的热量Q排放到周围环境30中。依靠冷凝作用，工作流体32以液体状态返回到蒸发器侧22以为下一次的循环作好准备。

图2和图3示出了与以上所揭示的冷却系统有所不同的冷却系统10的一个实施例。在这些附图中，示出了一弯曲热管24而不是一个简单的倾斜式热管。如图所示，这种弯曲型热管24的较低的蒸发器侧22位于封闭室18内部，而较高的冷凝器侧28诸如通过沿着封闭室18的屋顶倾斜设置而与周围环境30接触。采用这种方式，不需要占用任何地面面积并且蒸发器侧22位于封闭环境16的较暖或较热的区域内(由于来自于热源42的热量Q不断增加)。当然，如果需要，可以将多个弯曲型热管24沿着天花板进行安装从而能尽可能多地吸收来自于封闭室18内部的热量而不会占用任何宝贵的地面面积。

图4和图5示出了本发明的又一实施例，它也可以用在图2和图3所示的实施例中。根据图4和图5，沿着热管24的冷凝器侧28的外侧并沿着热存储装置12的第一部分14安装有呈诸翅片形式的延伸表面44。这些外翅片44增强了吸热面积也增加了从冷却系统10的放热。同样，如果需要，也可以在热存储装置12的第二部分20设置内翅片46以加强从所述第二部分20至位于热管24的蒸发器侧22内部的工作流体32的热量Q的传送。此外，通过使用这些翅片44和/或46，在图2和图3所示实施例中就可以使用较少的热管24。

此外，如图所示，所有这些实施例均设有减压阀48，因此如果热管24内的压力增长太大，就能安全地释放这种压力，而不必担心会发生爆炸。

以上所述的冷却系统10的优点包括：所述系统是一种不需要移动机械部件的无源系统。因此，将维修作业减至最小或不需要任何维修作业。同样，由于采用的是无源冷却系统，对于运行来说，不需要任何电联结装置或电源，因此，可以在没有电源或供电成本太高的偏远地方使用这种冷却系统10。此外，由于这种材料根据其所含热量的大小，仅在其固态/液态(对于水合盐26来说)或液态/气态(对于工作流体32来说)之间来回变化，因此通过使用工作流体32和水合盐26，冷却系统10是可自我再生的(self-regenerative)。此外，冷却系统10不占用任何地面面积就可以进行工作，因此能腾出地面给其他设备或机械42使用。如上所述，冷却系统10可以安装在墙壁或屋顶上。此外，采用这种结构，冷却系统10起着一热二极管或一单向阀的作用，只能将热量从封闭室18内释放或排放出来，而不会允许有任何热量(或仅仅极少量的热量)进入封闭室18内。此外，采用这种结构，该冷却系统10能冷却一封闭室18而不需要使所述封闭室18开放或与周围环境30相接触。

Claims (9)

1.一种用来冷却一封闭室的无源冷却系统，它包括：

(a)至少一个细长热管，所述热管具有一用来在封闭室内延伸的蒸发器侧以及一用来在封闭室外延伸、与周围环境接触的、设置在相对侧的冷凝器侧；

(b)一种容纳在所述热管的所述蒸发器侧内的工作流体，所述工作流体一旦吸收热量，将从液态变化至气态；

(c)一具有第一部分和第二部分的热存储装置，所述第一部分延伸在所述热管的所述蒸发器侧的外侧并紧邻所述热管的蒸发器延伸，所述第二部分延伸在所述热管的所述蒸发器侧内部并沿着热管的蒸发器延伸；

(d)在所述热存储装置内装有可以从固态变化为液态的材料，所述材料一旦吸收热量后将从固态变化至液态；

(e)位于所述热管的所述蒸发器侧和所述冷凝器侧之间、用来降低沿着所述热管发生的热传导的绝热装置。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热管的所述蒸发器侧内的所述工作流体遍及所述热存储装置的所述第二部分全部或其大部分。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述热存储装置被密封以防止所述能从固态变化至液态的材料与所述工作流体相混合。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述热管自所述蒸发器侧向所述冷凝器侧向上倾斜。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述热存储装置的所述第二部分与所述热管的所述蒸发器侧同心设置。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括多个固定于所述热存储装置的所述第一部分上的外翅片，以及多个固定于所述热管的所述冷凝器侧上的类似翅片。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括多个固定于所述热存储装置的所述第二部分上并浸没在所述热管的所述蒸发器侧内的所述工作流体内部的内翅片。

8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述热管在其长度的中间部分是弯曲的。

9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括一固定于所述热管的所述冷凝器侧的减压阀。

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