专利名称：一种双循环动力热管系统的制作方法
技术领域：
本发明属于热交换技术领域，尤其涉及一种双循环动力热管系统。
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、导气管、冷凝器、储液罐、循环泵和导液管六个部分，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介质送入蒸发器，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、导液管、蒸发器、导气管、冷凝器内流动的是单一液相工作介质，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。发明内容本发明目的是给出一种双循环动力热管系统，以解决目前动力热管工作时存在的气液分离困难和循环动力不足的问题。。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下一种双循环动力热管系统，它包括蒸发器、蒸发器导液管、蒸发器导气管、冷凝器、冷凝器导液管、冷凝器导气管蒸发器循环泵、冷凝器循环泵、储液罐和电路控制部分；所述蒸发器、蒸发器导气管、储液罐、蒸发器循环泵、蒸发器导液管和蒸发器导气管按上述顺序连接成一个蒸发循环回路，蒸发器循环泵串接在蒸发器导液管上，蒸发器导液管和储液罐的接口位于储液罐内的工作介质液面之下处，蒸发器导气管和储液罐的接口位于储液罐内的工作介质液面之上处；所述冷凝器、冷凝器导液管、冷凝器循环泵、储液罐、冷凝器导气管按上述顺序连接成一个冷凝循环回路，冷凝器循环泵串接在冷凝器导液管上，冷凝器导气管和储液罐的接口位于储液罐内的工作介质液面之上处，冷凝器导液管和储液罐的接口位·于储液罐内的工作介质液面之下处；所述储液罐为蒸发循环回路与冷凝循环回路的接合点，它把两个循环连接为完整的热管循环；所述电路控制部分控制着蒸发器循环泵和冷凝器循环泵的电机开启和运转状态，从而控制热管的运行状态；此热管系统工作时，蒸发器循环泵把液态工作介质从储液罐吸入并经蒸发器导液管送至蒸发器，蒸发器同时与高温热源接触，液态工作介质在蒸发器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在高速流动中相互混合形成气液二相流体，它们从蒸发器流出经蒸发器导气管回到储液罐中，进入储液罐的气液二相流体在储液罐中完成气液分离，从而完成蒸发循环；在冷凝器循环泵的抽吸力作用下，储液罐中的气态工作介质通过冷凝器导气管进入冷凝器，冷凝器同时与低温热源接触，气态工作介质在冷凝器内受低温热源的冷却而冷凝为液体，并放出热量，冷凝形成的液体和部分没有液化的气体在高速流动中相互混合形成气液二相流体，它们从冷凝器流出经冷凝器导液管和冷凝器循环泵回到储液罐，进入储液罐的气液二相流体在储液罐中完成气液分离，从而完成冷凝循环；蒸发循环和冷凝循环同时进行，蒸发循环产生的气体工作介质进入冷凝循环，冷凝循环产生的液态工作介质进入蒸发循环，同时把热量从蒸发器搬运至冷凝器。以上所述储液罐为一外表面设有隔热层的耐高压密封容器。以上所述储液罐的容积大于蒸发器、蒸发器导气管和蒸发器导液管的总容积；而小于蒸发器、冷凝器和整个系统的导气、导液管的总容积。以上所述冷凝器循环泵和蒸发器循环泵应选用能够同时输送气体和液体的容积式气液二相流输送泵；所述冷凝器循环泵和蒸发器循环泵由同一个电机驱动或者分别两个电机来驱动；所述冷凝器循环泵和蒸发器循环泵的流量应相等或相近。以上所述冷凝器循环泵和蒸发器循环泵的输送泵可选择齿轮泵、罗茨泵、螺杆泵、转子活塞泵、往复式活塞泵。以上所述双循环动力热管系统在正常循环方向时具有单向传热功能；当双循环动力热管系统的工作介质循环方向反转时，热管系统的传热方向也跟着反转；其有两种方式要实现工作介质循环方向的反转一是冷凝器循环泵和蒸发器循环泵选择电机可反向转动、具有双向输送功能的齿轮泵、罗茨泵或螺杆泵；二是通过四通换向阀来实现循环反转。以上所述冷凝器有两种形式一是由一个换热器构成，二是由多个换热器通过分流管并联构成；所述蒸发器同样有两种形式一是由一个换热器构成，二是由多个换热器通过分流管并联构成；所述冷凝器和蒸发器能够根据接触热源的介质不同选用不同形式的换热器，如果热源的介质为液体或饱和气液二相流体，选择板式换热器或管式换热器，如果热源的介质为非冷凝气体，则选择盘管翅片换热器。以上所述蒸发器导气管、冷凝器导气管、蒸发器导液管、冷凝器导液管的外表面设有隔热层；所述蒸发器导气管和冷凝器导气管的管径必须足够大，以使在双循环动力热管系统为额定传热功率时，导气管内气体工作介质的流速小于气体工作介质音速的0. 4倍；所述蒸发器导液管和冷凝器导液管的管径应等于或小于蒸发器导气管和冷凝器导气管的 管径。以上该双循环动力热管系统的工作介质的选择是由它的工作温度范围决定的，工作介质的三相点必须低于工作温度，工作介质的临界点必须高于最高工作温度；所述双循环动力热管系统需要在抽真空后才加入工作介质；所述双循环动力热管系统内的液体工作介质所占的体积大于蒸发器及其导气、导液管的总容积，但小于蒸发器与储液罐的容积之和。本发明给出的双循环动力热管系统，很好的解决了目前动力热管存在的气液分离困难和循环动力不足的问题，同时具有循环动力强劲、可靠性高。稳定性强、可控性好的优点。适合大功率、远距离传输热量。这种热管系统，不仅适合用到各种余热利用的节能领域，而且在传统的传热传质设备领域中，它有替代循环水、循环油和水蒸气传热设备，并具有良好的节能效果。在环境温度较低时，这种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原件。
图I为本发明的双泵热管式换热设备的结构示意图。图2为该系统中加入了四通换向阀后的结构示意图。图3为该系统中加入了分流管后的简单结构示意图。图4为该系统未加入四通换向阀时的电路控制逻辑图。图5为该系统加入四通换向阀后的电路控制逻辑图。图中编号1_冷凝器；2-冷凝器循环泵；3-储液罐；4-蒸发器循环泵；5-蒸发器；6_冷凝器导气管；7_冷凝器导液管；8_蒸发器导液管；9_蒸发器导气管；10_四通换向阀；11-分流管；12-温度传感器；13-温度传感器；14_电路控制板；15-蒸发器循环泵控制板；16_冷凝器循环泵控制板；17_四通换向阀控制板。
具体实施方式
一下面结合图I和图4对本发明的具体结构及工作原理说明如下参见图1，一种双循环动力热管系统，它包括蒸发器(5)、蒸发器导液管(8)、蒸发器导气管(9)、冷凝器(I)、冷凝器导液管(7)、冷凝器导气管(6)蒸发器循环泵(4)、冷凝器循环泵(2)、储液罐(3)和电路控制部分；所述蒸发器(5)、蒸发器导气管(9)、储液罐(3)、蒸发器循环泵(4)、蒸发器导液管(8)和蒸发器导气管(9)按上述顺序连接成一个蒸发循环回路，蒸发器循环泵(4)串接在蒸发器导液管(8)上，蒸发器导液管(8)和储液罐(3)的接口(33)位于储液罐(3)内的工作介质液面之下处，蒸发器导气管(9)和储液罐(3)的接口(34)位于储液罐(3)内的工作介质液面之上处；所述冷凝器(I)、冷凝器导液管(7)、冷凝器循环泵(2)、储液罐(3)、冷凝器导气管(6)按上述顺序连接成一个冷凝循环回路，冷凝器循环泵(2)串接在冷凝器导液管(7)上，冷凝器导气管(6)和储液罐(3)的接口(31)位于储液罐(3)内的工作介质液面之上处，冷凝器导液管(7)和储液罐(3)的接口(32)位于储液罐
(3)内的工作介质液面之下处；所述储液罐(3)为蒸发循环回路与冷凝循环回路的接合点，它把两个循环连接为完整的热管循环；所述电路控制部分控制着蒸发器循环泵(4)和冷凝器循环泵(2)的电机开启和运转状态。冷凝器(I)安装在室外，蒸发器(5 )安装在室内，由室内的温度传感器(12 )和室外的温度传感器(13)检测到温度信号转换为电信号，两个电信号在电路控制板(14)上进行逻辑比较，当室外温度高于室内温度时，电路控制板(14)对蒸发器循环泵控制板(15)和冷凝器循环泵控制板(16)给出不工作信号，该系统不进行工作；相反当室外温度低于室内温 度一定值时，电路控制板(14)对蒸发器循环泵控制板(15)和冷凝器循环泵控制板(16)给出工作信号，该系统正常运作。当热管系统工作时，蒸发器循环泵(4)把液态工作介质从储液罐(3)吸入并经蒸发器导液管(8)送至蒸发器(5)，蒸发器(5)同时与室内空气(高温热源)相接触，液态工作介质在蒸发器(5)内受室内空气(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在高速流动中相互混合形成气液二相流，它们从蒸发器(5)流出经蒸发器导气管(9)回到储液罐(3)，进入储液罐(3)的气液二相流体在重力作用下完成气液分离，从而完成蒸发循环；在冷凝器循环泵(2)的抽吸力作用下，储液罐(3)中的气态工作介质通过冷凝器导气管(6)进入冷凝器(I )，冷凝器(I)同时与室外空气(低温热源)相接触，气态工作介质在冷凝器(I)内受室外空气(低温热源)的冷却而冷凝为液体，并放出热量，冷凝形成的液体和部分没有液化的气体在高速流动中混合形成气液二相流体，它们从冷凝器(I)流出经冷凝器导液管(7)和冷凝器循环泵(2)回到储液罐(3)，进入储液罐(3)的气液二相流体在重力作用下完成气液分离，从而完成冷凝循环；蒸发循环和冷凝循环同时进行，在储液罐(3)交汇作用下，蒸发循环产生的气体工作介质进入冷凝循环，冷凝循环产生的液态工作介质进入蒸发循环，同时把热量从蒸发器(5)搬运至冷凝器(1)，这样在解决现有热管气液分离不全的同时完成了把室内多余热量搬运到室外去的目的。
具体实施方式
二该系统可以具有单向传热功能，也可以具有双向传热功能；对于单向传热功能的双泵热管式换热设备，冷凝器循环泵(2)和蒸发器循环泵(4)可以选择单向输送泵，例如具体实施方式
一所示；对于双向传热功能的双泵热管式换热设备，冷凝器循环泵(2)和蒸发器循环泵(4)可以选择电机可反向转动的、具有双向输送功能的齿轮泵、罗茨泵、螺杆泵。该系统除了把单向循环泵换成双向循环泵外，其它的结构连接和具体实施方式
一的结构连接一致。冷凝器(I)安装在室外，蒸发器(5)安装在室内，由室内的温度传感器(12)和室外的温度传感器(13)检测到温度信号转换为电信号，两个电信号在电路控制板(14)上进行比较，当室外温度高于室内温度时，而且用户需求把室外温度带入室内，电路控制板(14)对蒸发器循环泵控制板(15)和冷凝器循环泵控制板(16)给出反向工作信号，这样室外的冷凝器(I)就作为蒸发器进行工作，室内的蒸发器(5)就作为冷凝器进行工作，完成用户对于把室外温度带入室内的目的；相反当室外温度低于室内温度一定值时，而且用户需求把室内温度带到室外，电路控制板(14)对蒸发器循环泵控制板(15)和冷凝器循环泵控制板
(16)给出正向工作信号，该系统正常运作。该系统工作原理除了根据不同需求电路控制板控制着两个循环泵转向不同外，其它工作过程和具体实施方式
一运行相同。
具体实施方式
三该系统可以具有单向传热功能，也可以具有双向传热功能；对于单向传热功能的双泵热管式换热设备，冷凝器循环泵(2)和蒸发器循环泵(4)可以选择单向输送泵，例如具体实施方式
一所示；对于双向传热功能的双泵热管式换热设备，冷凝器循环泵(2)和蒸发器循环泵(4)可以选择双向输送泵，优选为电机可反向转动的齿轮泵、罗茨泵、螺杆泵，例如具体实施方式
二所示；除此之外，也可以在单向输送泵系统上加入四通换向阀(10)进行换 向操作。如图2和图5所示，四通换向阀(10)其中两个接口分别接在冷凝器(I)的出液端和蒸发器(5)的进液端，另外两个接口一个接在蒸发器循环泵(4)的出口端，一个接在冷凝器循环泵(2 )的进口端，其它系统装置和具体实施方式
一中结构相同。冷凝器(I)安装在室外，蒸发器(5 )安装在室内，由室内的温度传感器(12 )和室外的温度传感器(13)检测到温度信号转换为电信号，两个电信号在电路控制板(14)上进行比较，当室外温度高于室内温度时，而且用户需求把室外温度带入室内，电路控制板(14)对蒸发器循环泵控制板(15)和冷凝器循环泵控制板(16)给出工作信号，电路控制板(14)对换向四通阀(10)给出工作信号并调整换向四通阀阀门方向，使冷凝器循环泵(2)的进口端和蒸发器(5)的进液口连接，蒸发器循环泵(4)的出口端和冷凝器(I)的出液口连接，这样室外的冷凝器(I)就作为蒸发器进行工作，室内的蒸发器(5 )就作为冷凝器进行工作，完成用户对于把室外温度带入室内的目的；相反当室外温度低于室内温度一定值时，而且用户需求把室内温度带到室外，电路控制板(14)对蒸发器循环泵控制板(15)和冷凝器循环泵控制板(16)给出工作信号，电路控制板(14)对换向四通阀(10)给出工作信号，并且调整四通换向阀阀门方向，使冷凝器循环泵(2)的进口端和冷凝器(I)的出液口连接，蒸发器循环泵(4)的出口端和蒸发器(5)的进液口连接，这样组成的系统就能完成用户对于把室内温度带出室内的工作目的。该实施方式除了控制电板对换向四通阀(10)的控制操作外，其它部分运行原理和具体实施方式
一中运行相同。
具体实施方式
四由于一些用户的需求，蒸发端和冷凝端不一定只要一个冷凝器(I)和蒸发器(5)，有时会需要多个散(吸)热端，为了满足用户需求，可以在具体实施方式
一、二、三的基础上进行改进，在蒸发器进液口、蒸发器出气口、冷凝器出液口和冷凝器进气口分别接入分流管
(11)使该系统散(吸)热端可以同时并联多个蒸发器和冷凝器，而其它系统设备根据用户需求选用单向传热或者双向传热。
权利要求1.一种双循环动力热管系统，包括蒸发器(5)、蒸发器导液管(8)、蒸发器导气管(9)、冷凝器(I)、冷凝器导液管(7)、冷凝器导气管(6)几个部分，其特征在于，它还包括蒸发器循环泵(4)、冷凝器循环泵(2)、储液罐(3)和电路控制部分；所述蒸发器(5)、蒸发器导气管(9)、储液罐(3)、蒸发器循环泵(4)、蒸发器导液管(8)和蒸发器导气管(9)按上述顺序连接成一个蒸发循环回路，蒸发器循环泵(4)串接在蒸发器导液管(8)上，蒸发器导液管(8)和储液罐(3)的接口(33)位于储液罐(3)内的工作介质液面之下处，蒸发器导气管(9)和储液罐(3)的接口(34)位于储液罐(3)内的工作介质液面之上处；所述冷凝器(I)、冷凝器导液管(7)、冷凝器循环泵(2)、储液罐(3)、冷凝器导气管(6)按上述顺序连接成一个冷凝循环回路，冷凝器循环泵(2)串接在冷凝器导液管(7)上，冷凝器导气管(6)和储液罐(3)的接口(31)位于储液罐(3)内的工作介质液面之上处，冷凝器导液管(7)和储液罐(3)的接口(32)位于储液罐(3)内的工作介质液面之下处；所述储液罐(3)为蒸发循环回路与冷凝循环回路的接合点，它把两个循环连接为完整的热管循环；所述电路控制部分控制着蒸发器循环泵(4)和冷凝器循环泵(2)的电机开启和运转状态，从而控制热管的运行状态；此热管系统工作时，蒸发器循环泵(4)把液态工作介质从储液罐(3)吸入并经蒸发器导液管(8)送至蒸发器(5)，蒸发器(5)同时与高温热源接触，液态工作介质在蒸发器(5)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在高速流动中相互混合形成气液二相流体，它们从蒸发器(5)流出经蒸发器导气管(9)回到储液罐(3)中，进入储液(3)的气液_■相流体在储液中完成气液分尚，从而完成蒸发循环；在冷凝器循环泵(2)的抽吸力作用下，储液罐(3)中的气态工作介质通过冷凝器导气管(6)进入冷凝器(1)，冷凝器(I)同时与低温热源接触，气态工作介质在冷凝器(I)内受低温热源的冷却而冷凝为液体，并放出热量，冷凝形成的液体和部分没有液化的气体在高速流动中相互混合形成气液二相流体，它们从冷凝器(I)流出经冷凝器导液管(7 )和冷凝器循环泵(2 )回到储液te (3),进入储液Sil (3)的气液_■相流体在储液中完成气液分尚，从而完成冷凝循环；蒸发循环和冷凝循环同时进行，蒸发循环产生的气体工作介质进入冷凝循环，冷凝循环产生的液态工作介质进入蒸发循环，同时把热量从蒸发器(5)搬运至冷凝器(I)。
2.根据权利要求I所述的一种双循环动力热管系统，其特征在于，所述储液罐(3)为一外表面设有隔热层的耐高压密封容器。
3.根据权利要求2所述的一种双循环动力热管系统，其特征在于，所述储液罐(3)的容积大于蒸发器(5)、蒸发器导气管(9)和蒸发器导液管(8)的总容积；而小于蒸发器(5)、冷凝器(I)和整个系统的导气、导液管的总容积。
4.根据权利要求I所述的一种双循环动力热管系统，其特征在于，所述冷凝器循环泵(2)和蒸发器循环泵(4)应选用能够同时输送气体和液体的容积式气液二相流输送泵；所述冷凝器循环泵(2)和蒸发器循环泵(4)由同一个电机或者分别两个电机来驱动；所述冷凝器循环泵(2)和蒸发器循环泵(4)的流量应相等或相近。
5.根据权利要求4所述的一种双循环动力热管系统，其特征在于，所述冷凝器循环泵(2)和蒸发器循环泵(4)的输送泵选择齿轮泵、罗茨泵、螺杆泵、转子活塞泵或往复式活塞栗。
6.根据权利要求I所述的一种双循环动力热管系统，其特征在于，所述双循环动力热管系统在正常循环方向时具有单向传热功能；当双循环动力热管系统的工作介质循环方向反转时，热管系统的传热方向也跟着反转；其有两种方式要实现工作介质循环方向的反转一是冷凝器循环泵(2)和蒸发器循环泵(4)选择电机可反向转动、具有双向输送功能的齿轮泵、罗茨泵或螺杆泵；二是通过四通换向阀来实现循环反转。
7.根据权利要求I所述的一种双循环动力热管系统，其特征在于，所述冷凝器(I)有两种形式一是由一个换热器构成，二是由多个换热器通过分流管(11)并联构成；所述蒸发器(5)同样有两种形式一是由一个换热器构成，二是由多个换热器通过分流管(11)并联构成；所述冷凝器和蒸发器能够根据接触热源的介质不同选用不同形式的换热器，如果热源的介质为液体或饱和气液二相流体，选择板式换热器或管式换热器，如果热源的介质为非冷凝气体，则选择盘管翅片换热器。
8.根据权利要求I所述的一种双循环动力热管系统，其特征在于，所述蒸发器导气管(9)、冷凝器导气管(6)、蒸发器导液管(8)以及冷凝器导液管(7)的外表面设有隔热层；所述蒸发器导气管(9)和冷凝器导气管(6)的管径必须足够大，以使在双循环动力热管系统为额定传热功率时，导气管内气体工作介质的流速小于气体工作介质音速的0. 4倍；所述蒸发器导液管(8)和冷凝器导液管(7)的管径应等于或小于蒸发器导气管(9)和冷凝器导气管(6)的管径。
9.根据权利要求I所述的一种双循环动力热管系统，其特征在于，该双循环动力热管系统的工作介质的选择是由它的工作温度范围决定的，工作介质的三相点必须低于工作温度，工作介质的临界点必须高于最高工作温度；所述双循环动力热管系统需要在抽真空后才加入工作介质；所述双循环动力热管系统内的液体工作介质所占的体积大于蒸发器(5)及其导气、导液管的总容积，但小于蒸发器(5)与储液罐(3)的容积之和。
专利摘要本实用新型公开了一种双循环动力热管系统，主要由冷凝器、冷凝器循环泵、储液罐、蒸发器循环泵、蒸发器、连接管道和电路控制部分组成；所述冷凝器、冷凝器循环泵、冷凝器连接管道和储液罐组成一个冷凝循环回路，冷凝器的进气口通过冷凝器导气管接入储液罐，冷凝器的出液口通过冷凝器导液管串接冷凝器循环泵后，接入储液罐；所述蒸发器、蒸发器循环泵、蒸发器连接管道和储液罐组成一个蒸发循环回路，蒸发器的进液口通过蒸发器导液管串接蒸发器循环泵后接入储液罐，蒸发器的出气口通过蒸发器导气管也接入储液罐中；所述电路控制部分控制着系统的运行动作。这种热管系统可以实现远距离、大功率和低温差传热，并根据需要调节传热量。
文档编号F28D15/02GK202793117SQ20122035687
公开日2013年3月13日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年3月19日
发明者祝长宇, 丁式平 申请人:北京德能恒信科技有限公司