CN204630441U - 一种分离式高效热管换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分离式高效热管换热器，包括一级热管组、二级热管组以及三级热管组，可以根据需要做成N 级热管组，所述每一级热管组主要由蒸发器、冷凝器、蒸汽管以及液体管四个部分组成；蒸发器是多级的蒸发器，冷凝器是单级的冷凝器，冷凝器之间左右紧邻摆放，相互不挡风，蒸汽管的一端连通蒸发器的顶部，另一端与冷凝器的顶部连通；所述液体管的一端连通冷凝器的底部，另一端与蒸发器的底部连通；本实用新型的热管换热器能够最大限度的提高热能利用率，解决了现有热管换热温差损失大和总换热效率低的问题。

Description

一种分离式高效热管换热器

技术领域

本实用新型涉及热交换技术领域，具体的说，涉及一种新型的热管换热系统，特别是一种分离式高效热管换热器。

背景技术

信息机房、基站类建筑中, 室内设备的发热量非常大, 达200~ 1000W/ m²。而且室内IT 设备全年8760h运行, 因此大多数情况下全年需要供冷, 其空调能耗非常大, 常占到信息机房、基站整体能耗的40%~50%。传统机房空调采用压缩机制冷方式全年运行, 而实际上在冬天或者过渡季节室外温度低于室内温度时, 完全可以利用室外低温空气作为冷源对室内供冷, 而不需要压缩机。热管换热器就是一种利用温差驱动制冷剂循环实现热量传递的设备, 由于其不需要压缩机, 可凭借制冷剂的蒸发和冷凝过程传递热量, 具有超导热性和等温特性, 被广泛应用于航天航空、空调、化工、炼油等领域。将热管换热器应用在只有显热传递的信

息机房中, 可以大量减少压缩式制冷空调的运行时间, 其全年节能率可达50%。

申请人早先申请的专利申请号为201210247844.7、201210254213.8、201210257903.9、201210259692.2和201210279193.X的专利给出了为解决目前动力热管工作时存在的气液分离不彻底和循环动力不足的问题的几种单级热管结构，排风口的排放温度很高，热损失仍然很大。

热管换热器的总驱动温差为室内外温差, 单级热管换热器内部制冷剂的恒温特性导致热管换热装置热损失大, 本申请在前面的基础上，可通过增加热管级数将具有恒温特性的中间媒介改为具有变温特性的媒介是实现减少换热温差损失和提高总换热效率的有效途径。单级热管换热器改为多级形式，每一级热管中的制冷剂均视为恒温流体, 则多级热管能实现变温效果的换热装置，且每级换热器的换热面积相同，最终排放温度接近于环境温度，从而最大限度的提高热能利用率。

发明内容

本实用新型提供的一种分离式高效热管换热器，就是为了解决目前动力热管工作时换热温差损失大和总换热效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种分离式高效热管换热器，包括一级热管组、二级热管组以及三级热管组，可以根据需要做成N 级热管组，所述每一级热管组（11 ；12 ；13）主要由蒸发器（31 ；32 ；33）、冷凝器（41 ；42 ；43）、蒸汽管（51 ；52 ；53）以及液体管（61 ；62 ；63）四个部分组成；其特征在于：所述蒸发器（31 ；32 ；33）是多级的蒸发器，其相互并排摆放，组装于同一个壳体内，位于蒸发器风机（1）形成的风道内，共用一个蒸发器风机（1），各蒸发器（31 ；32 ；33）拥有自己独立的输入输出端；所述冷凝器（41 ；42 ；43）是单级的冷凝器，冷凝器（41 ；42 ；43）之间左右紧邻摆放，相互不挡风，组装于同一个壳体内，位于冷凝器风机（2）形成的风道内，共用一个冷凝器风机（2），各冷凝器（41 ；42 ；43）拥有自己独立的输入输出端；所述蒸汽管（51 ；52 ；53）的一端连通蒸发器（31 ；32 ；33）的顶部，另一端与冷凝器（41 ；42 ；43）的顶部连通；所述液体管（61 ；62 ；63）的一端连通冷凝器（41 ；42 ；43）的底部，另一端与蒸发器（41 ；42 ；43）的底部连通；冷凝器（41 ；42 ；43）位于蒸发器（31 ；32 ；33）的上部，且二者之间有一定高度差。

以上所述还包括二相流泵（71；72；73）和储液稳流器（81；82；83），所述二相流泵（71；72；73）和储液稳流器（81；82；83）均位于液体管（61 ；62 ；63）上，所述二相流泵（71；72；73）的输入端连接储液稳流器（81；82；83），其输出端连接与蒸发器（31 ；32 ；33）的输入端。

以上所述还包括控制器，所述控制器能够被连接到网络，其控制整个换热器工作的开启与停止。

以上所述蒸发器（31 ；32 ；33）和冷凝器（41 ；42 ；43）为微通道换热器。

以上所述冷凝器（41 ；42 ；43）是一个微通道换热器经过在其上下集流管内对称放置隔流板而分割出来的拥有独立工作区域的冷凝器（41 ；42 ；43）。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优势：通过增加热管蒸发器级数的设计可以将具有恒温特性的中间媒介改为具有变温特性的媒介来实现减少换热温差损失和提高总换热效率的有效途径，并且节省机房的空调安装空间，冷凝器通过单级的设计，增大蒸发器和冷凝器的温差，使每一级的换热效率都实现最大化，进而提高了每次设备循环一周的换热效率，实现了整个系统循环的稳定性，再通过系统中加入的气液循环泵，给整个热管系统提供了运行动力，这也就解决了传统热管系统运行时两个热交换器的高低位置差以及输送距离问题，从而降低了设备的使用条件限制，大幅度提高热管的换热效率，并且所用整个系统装置结构简单，环境友好。

附图说明

图1为本实用新型的蒸发器结构示意图。

图2为本实用新型冷凝器结构示意图。

图3为本实用新型的实施方式一结构示意图。

图4为本实用新型的实施方式二结构示意图。

图中：（1）蒸发器风扇；（2）冷凝器风扇；（31）蒸发器一；（32）蒸发器二；（33）蒸发器三；（41）冷凝器一；（42）冷凝器二；（43）冷凝器三；（51）蒸汽管一；（52）蒸汽管二；（53）蒸汽管三；（61）液体管一；（62）液体管二；（63）液体管三；（71）二相流泵一；（72）二相流泵二；（73）二相流泵三；（81）储液稳流器一；（82）储液稳流器二；（83）储液稳流器三。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明，以下均以三级分离式高效热管换热器为例进行说明。

如图1所示本实用新型的蒸发器结构示意图，蒸发器（31 ；32 ；33）是微通道换热器，蒸发器（31 ；32 ；33）之间相互并排摆放，各级蒸发器拥有自己独立的输入输出端。

如图2所示本实用新型冷凝器结构示意图，冷凝器（41 ；42 ；43）是一个微通道换热器经过在其上下集流管内对称放置隔流板而分割出来的拥有独立工作区域的冷凝器（41 ；42 ；43），各个分冷凝器（41 ；42 ；43）拥有自己独立的输入输出端。

图3所示本实用新型的实施方式一结构示意图，本系统包括一级热管组、二级热管组以及三级热管组；所述每一级热管组（11 ；12 ；13）主要由蒸发器（31 ；32 ；33）、冷凝器（41 ；42 ；43）、蒸汽管（51 ；52 ；53）以及液体管（61 ；62 ；63）四个部分组成；蒸发器（31 ；32 ；33）之间相互并排摆放，组装于同一个壳体内，位于蒸发器风机（1）形成的风道内，共用一个蒸发器风机（1），各蒸发器（31 ；32 ；33）拥有自己独立的输入输出端；冷凝器（41 ；42 ；43）是单级的冷凝器，冷凝器（41 ；42 ；43）之间左右紧邻摆放，相互不挡风，组装于同一个壳体内，位于冷凝器风机（2）形成的风道内，共用一个冷凝器风机（2），各冷凝器（41 ；42 ；43）拥有自己独立的输入输出端；所述蒸汽管（51 ；52 ；53）的一端连通蒸发器（31 ；32 ；33）的顶部，另一端与冷凝器（41 ；42 ；43）的顶部连通；所述液体管（61 ；62 ；63）的一端连通冷凝器（41 ；42 ；43）的底部，另一端与蒸发器（41 ；42 ；43）的底部连通；冷凝器（41 ；42 ；43）位于蒸发器（31 ；32 ；33）的上部，且二者之间有一定高度差，能够使用重力来完成系统内制冷工质的循环，在系统不工作时，大部分制冷工质位于蒸发器蒸发器（31 ；32 ；33）里面；此系统工作时，蒸发器风扇（1）以及冷凝器风扇（2）同时开启，各级热管单元开始运转工作，蒸发和冷凝是连续进行的，从原理上分为以下几个环节：气化——冷凝——回液——再气化。

1)、液态工质在各级热管组的蒸发器（31；32；33）内受热气化：

热流体经各级热管组的蒸发器（31；32；33）的外壁后，各级热管组的蒸发器（31；32；33）内工作介质吸热由液态工质变为气态工质，并充满整个蒸发器（31；32；33），蒸汽膨胀扩散经蒸汽管（51；52；53）至各级热管组的冷凝器（41；42；43）；

2)、蒸汽在各级热管组的冷凝器（41；42；43）内凝结：

各级热管组的冷凝器（41；42；43）在冷流体作用下，气态工质冷凝至冷却成液态为止；

3)、冷凝后的工作液体回流到蒸发区：

各级热管组的冷凝器（41；42；43）内工质在冷流体作用冷凝成为液滴或液膜，在重力、毛细力等作用经每一级的液体管（61；62；63）回流至各级热管组的蒸发器（31；32；33）；

4)、各级热管组的蒸发器（31；32；33）内工质受热再气化：

各级热管组的蒸发器（31；32；33）内的工质受热再气化，循环往复。

如图4所示本实用新型的实施方式二结构示意图，主要由蒸发器（31 ；32 ；33）、冷凝器（41 ；42 ；43）、蒸汽管（51 ；52 ；53）、液体管（61 ；62 ；63）、二相流泵（71；72；73）、储液稳流器（81；82；83）、蒸发器风扇（1）以及冷凝器风扇（2）八个部分组成；所述蒸汽管（51 ；52 ；53）的一端连通蒸发器（31 ；32 ；33）的顶部，另一端与冷凝器（41 ；42 ；43）的顶部连通；所述液体管（61 ；62 ；63）的一端连通冷凝器（41 ；42 ；43）的底部，另一端与蒸发器（41 ；42 ；43）的底部连通；二相流泵（71；72；73）和储液稳流器（81；82；83）均位于液体管（61 ；62 ；63）上，二相流泵（71；72；73）的输入端连接储液稳流器（81；82；83），其输出端连接与蒸发器（31 ；32 ；33）的输入端；此系统工作时，二相流泵（71；72；73）、蒸发器风扇（1）以及冷凝器风扇（2）同时开启，各级热管单元开始运转工作；二相流泵（71；72；73）从储液稳流器（81；82；83）抽取制冷工质送入到蒸发器（31；32；33）中，蒸发器（31；32；33）与高温热源接触，液态工作介质在蒸发器（31；32；33）内受高温热源的加热而蒸发为气体，并吸收热量，蒸发形成的气体和部分没有蒸发的液体中间介质在高速流动中相互混合形成气液二相流体，它们从蒸发器（31；32；33）经蒸汽管（51；52；53）进入到冷凝器（41；42；43）中，冷凝器（41；42；43）与低温热源接触，气态工作介质在冷凝器（41；42；43）内受低温热源的冷却而部分冷凝为液体制冷工质，并放出热量，制冷工质在二相流泵（71；72；73）动力的带动下，从冷凝器（41；42；43）进入储液稳流器（81；82；83）中，气液制冷中间介质根据各自物理性质在储液稳流器内分离，这样就完成了整个循环。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种分离式高效热管换热器，包括一级热管组、二级热管组以及三级热管组，所述每一级热管组主要由蒸发器（31 ；32 ；33）、冷凝器（41 ；42 ；43）、蒸汽管（51 ；52 ；53）以及液体管（61 ；62 ；63）四个部分组成；其特征在于：所述蒸发器（31 ；32 ；33）是多级的蒸发器，其相互并排摆放，组装于同一个壳体内，位于蒸发器风机（1）形成的风道内，共用一个蒸发器风机（1），各蒸发器（31 ；32 ；33）拥有自己独立的输入输出端；所述冷凝器（41 ；42 ；43）是单级的冷凝器，冷凝器（41 ；42 ；43）之间左右紧邻摆放，相互不挡风，组装于同一个壳体内，位于冷凝器风机（2）形成的风道内，共用一个冷凝器风机（2），各冷凝器（41 ；42 ；43）拥有自己独立的输入输出端；所述蒸汽管（51 ；52 ；53）的一端连通蒸发器（31 ；32 ；33）的顶部，另一端与冷凝器（41 ；42 ；43）的顶部连通；所述液体管（61 ；62 ；63）的一端连通冷凝器（41 ；42 ；43）的底部，另一端与蒸发器（41 ；42 ；43）的底部连通。

2.根据权利要求1 所述的一种分离式高效热管换热器，其特征在于：还包括二相流泵（71；72；73）和储液稳流器（81；82；83），所述二相流泵（71；72；73）和储液稳流器（81；82；83）均位于液体管（61 ；62 ；63）上，所述二相流泵（71；72；73）的输入端连接储液稳流器（81；82；83），其输出端连接与蒸发器（31 ；32 ；33）的输入端。

3.根据权利要求1 所述的一种分离式高效热管换热器，其特征在于：还包括控制器，所述控制器能够被连接到网络，其控制整个换热器工作的开启与停止。

4.根据权利要求1 所述的一种分离式高效热管换热器，其特征在于： 所述蒸发器（31 ；32 ；33）和冷凝器（41 ；42 ；43）为微通道换热器。

5.根据权利要求1 所述的一种分离式高效热管换热器，其特征在于：所述冷凝器（41 ；42 ；43）是一个微通道换热器经过在其上下集流管内对称放置隔流板而分割出来的拥有独立工作区域的冷凝器（41 ；42 ；43）。