CN203561254U - 一种二相流动力热管装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种二相流动力热管装置，主要由冷凝器、二相流储液稳流器、二相流泵、蒸发器和电路控制元件构成；所述二相流储液稳流器能够实现气液二相流的收集、彻底分离与分流，使整个系统有一个稳定的气液二相流的循环；所述冷凝器和蒸发器是微通道换热器；所述二相流泵接入蒸发器的进液端和冷凝器出液端之间；所述电路控制元件控制着系统的运行状态；这种动力热管系统通过二相流储液稳流器和二相流泵的设计，解决了热管换热设备中气液分离不彻底以及循环动力不足的问题，提高热管工作效率和实用性，并且所用整个系统装置结构简单，环境友好。
Description
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，特别是一种带二相流泵的分体式二相流热管装置。
背景技术
热管作为高效传热元件，在工程中的应用日益普及。热管不仅在余热回收、电子元器件冷却等方面得到广泛的应用，而且在传统的传热传质设备领域中，热管有替代循环水、循环油和水蒸汽传热的趋势。在环境温度较低时，热管还可以替代目前的空调系统，作为电子设备、电力设备、计算机房、通信机房的散热控温元件。
热管有多种结构形式，也有多种分类方法。按液体工作介质的回流动力进行分类，热管可为表面张力热管、重力热管、离心热管、脉动热管和动力热管等几大类。表面张力热管靠吸液芯对液体产生的表面张力回流液体；重力热管靠重力回流液体；离心热管靠转动产生的离心力回流液体；脉动热管靠蒸发产生气泡的膨胀力推动循环；这些热管的共同特点是热管内部没有运动部件，其优点是结构简单，适合小型化、微型化，其缺点是循环动力较弱，不适合大功率、远距离传输热量。
动力热管是指外加循环驱动力的热管系统，这种驱动力通常表现为一种特定形式的流体循环泵。动力热管的基本结构包括蒸发器、冷凝器、储液罐、循环泵四个部分，它们相互连接构成一个封闭循环回路，抽真空后加入工作介质就构成一个完整的动力热管。动力热管工作时，循环泵从储液罐抽出液态工作质送入蒸发器，液态工作质在蒸发器内受热蒸发变为气体，气体工作质通过导管进入冷凝器，并在冷凝器中冷却凝结成液体，液体工作质再经导液管流回储液罐，从而完成热管循环，同时热量从蒸发器端的高温热源流向冷凝器端的低温热源。动力热管的优点是循环动力强大，适合大功率、远距离传输热量。
上述动力热管系统要想实现理想的工作状态下，它的冷凝器必须具有良好的气液分离功能。如果在冷凝器中工质气液分离不充分，气体工质就会不断进入储液罐并形成积累。这种现象会造成两种结果：一是如果系统中的总气体工作质体积小于储液罐容积，气体工质在储液罐中的积累，最终导致全部气态工作质都积累到了储液罐，这时循环泵、蒸发器、冷凝器内流动的是单一液相工质，整个系统形成液体循环状态；在液态循环状态下，没有蒸发和冷凝过程，系统也就没有了热管传热功能，而且一旦形成的液体循环状态不能在工作状态下恢复正常，只有停机再重新开机才能恢复正常。二是如果系统中的总气体工作质体积大于储液罐容积，气体工质在储液罐中的积累，最终导致气态工质充满储液罐，这时循环泵将吸入气体，而动力热管系统的循环泵通常是为输送液体而设计的，气体的吸入会造成泵压急剧下降，从而造成循环动力不足，并造成蒸发器供液困难。为了使冷凝器具有彻底的气液分离功能，冷凝器通常采用直径较大、相互并联、竖立排管结构，这种结构散热效率较低，且体积较大。总之，目前的动力热管存在气液分离困难和循环动力不足的问题。正因为这样，动力热管并没有得到推广应用。
发明内容
本实用新型提供的一种新型的热管换热装置技术——一种二相流动力热管装置，就是为了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。
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：
一种二相流动力热管装置，包括冷凝器、蒸发器、二相流储液稳流器、二相流泵、导气管、导液管和电路控制元件；所述冷凝器和蒸发器是铝制的微通道换热器；所述蒸发器的整个横向表面与水平面有一个倾斜角度放置；所述二相流泵是能够同时输送气体和液体的容积式小压缩机；所述二相流储液稳流器包括一个储液罐、两个外接端口和位于储液罐内部的气液二相配流管；所述二相流储液稳流器的两个外接端口，分别为制冷剂的流入端口和制冷剂的流出端口；所述气液二相配流管是一根两端开口的直管，气液二相配流管的管径上打有回流孔；所述气液二相配流管的一个端口连接于所述二相流储液稳流器的制冷剂流出端口，其另一个端口处于二相流储液稳流器内液态制冷工质的液面下部；所述气液二相配流管的回流孔处于二相流储液稳流器内液态制冷工质的液面上部。这样蒸发器、冷凝器、二相流储液稳流器及二相流泵通过相互间连接管道按上述顺序连接成一个单向循环的二相流动力热管装置。
针对现有热管必须考虑热管系统运行时两个热交换器的高低位置差问题和制冷剂远距离输送问题，该系统中加入了输送动力（二相流泵），在加入输送动力后，液态制冷剂和气态制冷剂的状态运行问题就得到了改善，整个热管的动力就不再是现有热管那种完全依靠气液自身属性产生的微小动力，而是二相流泵产生的机械动力——可以使气态制冷剂向管路下部运动，液态制冷剂向管路上部运动；加入二相流泵的同时也解决了热量传送距离的问题，因为有了输送动力，该系统远距离输送时的动力不再是靠系统内气态冷凝剂蒸发时产生的微小压差来实现，而是使用系统中加入的二相流泵产生的机械动力来运作，所以当系统中的蒸发器（高温端）和冷凝器（低温端）距离较远时，也可以采用较为节能的细导热管传递制冷剂。
为了解决加入二相流泵以后出现的因气液分离不彻底而产生的效率低下问题，该系统中加入了二相流储液稳流器，通过二相流储液稳流器中的储液罐对系统管路中气液混合制冷剂进行过滤，通过二相流储液稳流器中的回流孔对处于不同环境中的整个系统有一个稳定的二相流循环，这样在实现气液分离、储存和分流的同时提高了热管效率。
通过加入二相流储液稳流器和各个设备接管问题的设计就解决了现有热管中气液制冷剂分离不彻底的问题，不仅提高了每次设备循环一周的换热效率，而且实现了整个系统循环的稳定性，再通过系统中加入的气液二相流泵，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为该系统的实施方式结构示意图。
图中：（1）冷凝器；（2）蒸发器；（3）二相流储液稳流器；（4）二相流泵；（31）储液罐；（32）二相流储液稳流器的制冷剂的流入端口；（33）二相流储液稳流器的制冷剂的流出端口；（34）气液二相配流管；（341）气液二相配流管上的回流孔。
具体实施方式
如图1所示一种二相流动力热管装置，包括冷凝器（1）、蒸发器（2）、二相流储液稳流器（3）、二相流泵（4）、导气管、导液管和电路控制元件；所述冷凝器（1）和蒸发器（2）是铝制的微通道换热器；所述蒸发器（2）的整个横向表面与水平面有一个倾斜角度放置；所述二相流泵（4）是能够同时输送气体和液体的容积式小压缩机；所述二相流储液稳流器（3）包括一个储液罐（31）、两个外接端口（32；33）和位于储液罐内部的气液二相配流管（34）；所述二相流储液稳流器的两个外接端口（32；33），分别为制冷剂的流入端口（32）和制冷剂的流出端口（33）；所述气液二相配流管（34）是一根直管，其主要由两个端口（342；343）和位于气液二相配流管上的回流孔（341）构成；所述气液二相配流管（34）的一个端口（343）连接于所述二相流储液稳流器的制冷剂流出端口（33），其另一个端口（342）处于二相流储液稳流器内液态制冷工质的液面下部；所述气液二相配流管（34）的回流孔（341）处于二相流储液稳流器内液态制冷工质的液面上部。这样蒸发器（2）、冷凝器（1）、二相流储液稳流器（3）及二相流泵（4）通过相互间连接管道按上述顺序连接成一个单向循环的二相流动力热管装置。
当此二相流动力热管循环系统工作时，二相流泵（4）从二相流储液稳流器的储液罐（31）内抽取大量液态制冷工质和通过回流孔（341）的部分补充整个循环稳定的少量气态制冷工质，经蒸发器导液管进入蒸发器（2），蒸发器（2）与高温热源接触，液态工作介质在蒸发器（2）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，直接经二相流管输送至冷凝器（1），冷凝器（1）与低温热源接触，气态工作介质在冷凝器（1）内受低温热源的冷却而冷凝为液体，并放出热量，冷凝形成的液体工作介质经冷凝器导液管进入二相流储液稳流器的储液罐（31）中，其进行气液分离，然后气液制冷中间介质经气液二相配流管（34）的作用，合理分配循环回路中的液体工作介质和气体工作介质的流量比例，这样就可以在所述二相流动力热管循环系统的循环回路中形成稳定的工作介质二相流，提高了整个系统的工作效率。
Claims (1)
1.一种二相流动力热管装置，其特征在于，包括冷凝器（1）、蒸发器（2）、二相流储液稳流器（3）、二相流泵（4）、导气管、导液管和电路控制元件；所述冷凝器（1）和蒸发器（2）是铝制的微通道换热器；所述蒸发器（2）的整个横向表面与水平面有一个倾斜角度放置；所述二相流泵（4）是能够同时输送气体和液体的容积式小压缩机；所述二相流储液稳流器（3）包括一个储液罐（31）、两个外接端口（32；33）和位于储液罐内部的气液二相配流管（34）；所述二相流储液稳流器的两个外接端口（32；33），分别为制冷剂的流入端口（32）和制冷剂的流出端口（33）；所述气液二相配流管（34）是一根两端开口的直管，气液二相配流管（34）的管径上打有回流孔（341）；所述气液二相配流管（34）的一个端口连接于所述二相流储液稳流器的制冷剂流出端口（33），其另一个端口处于二相流储液稳流器内液态制冷工质的液面下部；所述气液二相配流管（34）的回流孔（341）处于二相流储液稳流器内液态制冷工质的液面上部。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2016086503A1 (zh) * | 2014-12-02 | 2016-06-09 | 北京空间飞行器总体设计部 | 重力驱动两相流体回路相容性试验装置及方法 |
| CN112503663A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-16 | 依米康科技集团股份有限公司 | 一种双动力热管系统及控制方法 |
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- 2013-06-24 CN CN201320361253.2U patent/CN203561254U/zh not_active Expired - Lifetime
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