CN201255596Y - 分离式热管热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种分离式热管热交换器，其特征在于：利用分离式热管原理，通过蒸汽上升管和液体下降管将位于上方的冷凝器与位于下方的蒸发器连接成一工作介质循环回路。工作时工质在蒸发段上受热蒸发，由液态变为汽态同时吸热。产生的蒸汽通过蒸汽上升管到达冷凝段释放出潜热而凝结成液体，在重力作用下，经液体下降管回到蒸发段，如此循环往复运动。本方案利用工质的相变过程进行传热，维系系统运行的是冷凝段与蒸发段的温差和高度差，因此与一般空气式热交换器相比具有热阻小，换热效率高，运行费用低，适用范围广等特点。

Description

分离式热管热交换器
技术领域
本实用新型涉及应用于工业及通信领域中的一种空气热交换器，特别涉及与基站、方仓、机柜配套的一种利用温差及高度差并结合热管原理而设计的空气式散热器。
背景技术
通信、电子设备等机柜中安置有大量的电子元器件，这些电子元器件在运行过程中会产生热量，如果热量不能及时、有效地散发，会对设备产生危害。目前常用的散热方式为强制对流，该方式使设备或机柜内的空气和环境中的空气发生对流(简单说就是通风)，将设备运行时产生的热量直接通过内外之间空气流动散发到外环境中。但是这种方式只能适用于普通电子设备机柜。对于大型通信等要求高的电子设备机柜，由于环境中的灰尘，水蒸汽会随着空气的强制对流进入设备之中，在换热过程中，由于水蒸汽的冷凝，灰尘的沉积会使设备的使用状态不稳定，使用期缩短。
中国专利于2007年8月8日公告了一件名称为《热交换器》，专利号为200620017681.3，公告号为CN2932928Y的实用新型专利，该专利提供了一种热交换器，它包括壳体和装在壳体中的叉流换热芯和风道构件，叉流换热芯与壳体通过风道构件形成面向电子设备内部的内循环风道，和面向电子设备的外风道，由于该实用新型的热交换器采用了两个以上的叉流换热芯，并且每个叉流换热芯都对应一个独立的内循环风道和一个独立的外循环风道。该实用新型在壳体和外环境之间仅发生热量的交换，壳体内部是一个密闭的系统，所以外环境中的灰尘、水蒸汽等不会对设备造成损害。但是该实用新型存在的缺陷是，为了加大换热的效果，采用了多个叉流换热芯并联的设计，这样随着叉流换热芯数量增加，对应在内循环风道和外循环风道上设置的风扇数目大大增加，因此不仅结构复杂、制造和使用成本高，而且热交换效率低。
发明内容
本实用新型提供一种分离式热管热交换器，其目的是要解决现有热交换器作为机柜散热器使用时存在结构复杂、制造和使用成本高，而且热交换效率低的问题。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种分离式热管热交换器，包括外循环空气流道、内循环空气流道以及至少一个分离式热管单元；
外循环空气流道的进口和出口与外部空间连通，外循环空气流道中设有外循环风扇，以此构成外部空气循环回路；
内循环空气流道的进口和出口与内部空间连通，内循环空气流道中设有内循环风扇，以此构成内部空气循环回路；
分离式热管单元由冷凝器、蒸发器、蒸汽上升管和液体下降管组成，其中，冷凝器由并联设置的若干根冷凝管和固定在冷凝管上的散热片构成，冷凝器设在外循环空气流道中；蒸发器由并联设置的若干根蒸发管和固定在蒸发管上的传热片构成，蒸发器设在内循环空气流道中；在使用状态下，以蒸发器进口的水平面为基准，蒸发器的出口高度大于蒸发器的进口高度，冷凝器的出口高度大于蒸发器出口与进口高度差的80％，冷凝器的进口高度大于冷凝器的出口高度；蒸汽上升管连接在蒸发器的出口与冷凝器的进口之间，液体下降管连接在冷凝器的出口与蒸发器的进口之间，以此构成密闭的循环回路，在该密闭的循环回路中装有随温度变化发生相变的工作介质。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述“内部空间”是指机柜柜内等安置电子元器件发热源的空间。而“外部空间”相对“内部空间”而言是指内部空间外围的空间，比如机柜外的空间。
2、上述方案中，所述冷凝器的出口高度大于蒸发器的出口高度较好。
3、上述方案中，所述若干根冷凝管由一组平行、并列的直管构成，并且倾斜设置在外循环空气流道中；所述若干根蒸发管由一组平行、并列的直管构成，并且倾斜设置在内循环空气流道中。其中，冷凝管和蒸发管倾斜设置的倾角，以水平面为基准，大于或等于20°较好。冷凝管和蒸发管可以采用圆管、方管或扁管，其中扁管更好。
4、上述方案中，所述冷凝管的直管为冷凝扁管，一组平行、并列的冷凝扁管两端分别设有垂直连通管，两个垂直连通管与一组平行、并列的冷凝扁管连接成并联分流冷凝通道；所述蒸发管的直管为蒸发扁管，一组平行、并列的蒸发扁管两端分别设有垂直连通管，两个垂直连通管与一组平行、并列的蒸发扁管连接成并联分流蒸发通道。
本实用新型工作原理是：如图1所示，利用蒸发段和冷凝段分开的分离式热管原理，通过蒸汽上升管和液体下降管将位于上方的冷凝器与位于下方的蒸发器连接成一工作介质循环回路。工作时，在热管内加入一定量的工作介质，这些工作介质汇集在蒸发段上，蒸发段受热后，工作介质蒸发，由液态变为汽态同时吸热。由于蒸发段内部蒸汽压力升高，产生的蒸汽通过蒸汽上升管到达冷凝段释放出潜热而凝结成液体，在重力作用下，经液体下降管回到蒸发段，如此循环往复运动。维系系统正常运动的因素是冷凝段和蒸发段的温差和高度差，因而不需用要外加动力。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
1、本实用新型热交换器内部主要靠工作介质的相变传热，热阻小，与一般空气式热交换器相比效率有很大的提高。
2、本实用新型工作介质的循环是依靠冷凝液的位差和密度差的作用，不需要外加动力，除了风扇而外无其它机械运动部件，增加了设备的可靠性，也极大地减少了运营费用。
3、本实用新型内部空间的空气热量是通过工作介质的相变过程与外部空间的空气进行热交换，对内部空间与外部空间之间空气流向没有要求，因此适用范围较宽。
附图说明
附图1为本实用新型原理图；
附图2为本实用新型相对机柜的顶式布局示意图；
附图3为本实用新型相对机柜的侧式布局示意图；
附图4为本实用新型实施例立体图(一)；
附图5为本实用新型实施例立体图(二)；
附图6为本实用新型实施例两个分离式热管单元立体图。
以上附图中：1、冷凝器；2、蒸发器；3、蒸汽上升管；4、液体下降管；5、外循环空气流道；6、内循环空气流道；7、外循环风扇；8、内循环风扇；9、发热元件。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例一：
如图2所示，一种用于通讯机柜的分离式热管热交换器，采用顶式安装布局设计。该分离式热管热交换器由一个外循环空气流道5、一个内循环空气流道6和两个分离式热管单元组成。其中，外循环空气流道5的进口和出口与外部空间连通，外循环空气流道5中设有外循环风扇7，以此构成外部空气循环回路。内循环空气流道6的进口和出口与内部空间连通，内循环空气流道6中设有内循环风扇8，以此构成内部空气循环回路。外循环风扇7采用轴流风扇，内循环风扇8采用离心风机。
如图4、图5和图6所示，分离式热管热交换器有两个相同的分离式热管单元，两个单元结构相同，叠加组合使用，但各自具有独立的工作循环回路，互不干涉。图4、图5和图6中用数字标注了位于上方的一个分离式热管单元，另一个分离式热管单元在图4、图5和图6中没有给出数字标注。现以给出数字标注的分离式热管单元加以说明：该分离式热管单元由冷凝器1、蒸发器2、蒸汽上升管3和液体下降管4组成。其中，冷凝器1由并联设置的若干根冷凝管和固定在冷凝管上的散热片构成，而若干根冷凝管由一组平行、并列的直管和分别位于直管两端的垂直连通管构成，冷凝器1倾斜设置在外循环空气流道5中，冷凝管倾斜设置的倾角，以水平面为基准，大于或等于20°。冷凝管的直管采用扁管。蒸发器2由并联设置的若干根蒸发管和固定在蒸发管上的传热片构成，而若干根蒸发管也由一组平行、并列的直管和分别位于直管两端的垂直连通管构成，蒸发器2也倾斜设置在内循环空气流道6中，蒸发管倾斜设置的倾角，以水平面为基准，大于或等于20°。蒸发管的直管也采用扁管。在使用状态下，以蒸发器2进口的水平面为基准，蒸发器2的出口高度大于蒸发器2的进口高度，冷凝器1的出口高度大于蒸发器2的出口高度，冷凝器1的进口高度大于冷凝器1的出口高度。蒸汽上升管3连接在蒸发器2的出口与冷凝器1的进口之间，液体下降管4连接在冷凝器1的出口与蒸发器2的进口之间，以此构成密闭的循环回路，在该密闭的循环回路中装有随温度变化发生相变的工作介质。
在本实用新型中，理论上冷凝器1的出口高度只要大于蒸发器2出口与进口高度差的80％就可以了，但在本实施例中，冷凝器1的出口高度大于蒸发器2的出口高度，即冷凝器1的出口高度大于蒸发器2出口与进口高度差的100％，这样更好。
本实施例中，分离式热管单元数量可以改为一个或三个，从而构成新的实施方式。
实施例二：
一种用于通讯机柜的分离式热管热交换器，采用侧式安装布局设计，具体见图3所示。其它内容与实施例一相同，这里不再重复描述。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1、一种分离式热管热交换器，其特征在于：包括外循环空气流道(5)、内循环空气流道(6)以及至少一个分离式热管单元；
外循环空气流道(5)的进口和出口与外部空间连通，外循环空气流道(5)中设有外循环风扇(7)，以此构成外部空气循环回路；
内循环空气流道(6)的进口和出口与内部空间连通，内循环空气流道(6)中设有内循环风扇(8)，以此构成内部空气循环回路；
分离式热管单元由冷凝器(1)、蒸发器(2)、蒸汽上升管(3)和液体下降管(4)组成，其中，冷凝器(1)由并联设置的若干根冷凝管和固定在冷凝管上的散热片构成，冷凝器(1)设在外循环空气流道(5)中；蒸发器(2)由并联设置的若干根蒸发管和固定在蒸发管上的传热片构成，蒸发器(2)设在内循环空气流道(6)中；在使用状态下，以蒸发器(2)进口的水平面为基准，蒸发器(2)的出口高度大于蒸发器(2)的进口高度，冷凝器(1)的出口高度大于蒸发器(2)出口与进口高度差的80％，冷凝器(1)的进口高度大于冷凝器(1)的出口高度；蒸汽上升管(3)连接在蒸发器(2)的出口与冷凝器(1)的进口之间，液体下降管(4)连接在冷凝器(1)的出口与蒸发器(2)的进口之间，以此构成密闭的循环回路，在该密闭的循环回路中装有随温度变化发生相变的工作介质。
2、根据权利要求1所述的分离式热管热交换器，其特征在于：所述冷凝器(1)的出口高度大于蒸发器(2)的出口高度。
3、根据权利要求1所述的分离式热管热交换器，其特征在于：所述若干根冷凝管由一组平行、并列的直管构成，并且倾斜设置在外循环空气流道(5)中；所述若干根蒸发管由一组平行、并列的直管构成，并且倾斜设置在内循环空气流道(6)中。
4、根据权利要求3所述的分离式热管热交换器，其特征在于：所述冷凝管和蒸发管倾斜设置的倾角，以水平面为基准，大于或等于20°。
5、根据权利要求3所述的分离式热管热交换器，其特征在于：所述冷凝管的直管为冷凝扁管，一组平行、并列的冷凝扁管两端分别设有垂直连通管，两个垂直连通管与一组平行、并列的冷凝扁管连接成并联分流冷凝通道；所述蒸发管的直管为蒸发扁管，一组平行、并列的蒸发扁管两端分别设有垂直连通管，两个垂直连通管与一组平行、并列的蒸发扁管连接成并联分流蒸发通道。
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