技术领域

[0001] 本发明属于热交换技术领域， 尤其涉及一种多支路相变传热系统。

背景技术

[0002] 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。 在环境温度较低吋， 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。

[0003] 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， 热管可分为表面张力热管、 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。

[0004] 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。 动力热管工作吋， 循环泵从储液罐抽 出液态工作介质送入蒸发器， 液态工作介质在蒸发器内受热蒸发变为气体， 气 体工作介质通过导气管进入冷凝器， 并在冷凝器中冷却凝结成液体， 液体工作 介质再经导液管流回储液罐， 从而完成热管循环， 同吋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。

[0005] 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。 如果在冷凝器中工作介质气液分离不充分， 气体工作介质就会不 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 体工作介质体积小于储液罐容积， 气体工作介质在储液罐中的积累， 最终导致 全部气态工作介质都积累到了储液罐， 这吋循环泵、 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； 在液体 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 ， 只有停机再重新幵机才能恢复 正常。 二是如果系统中的总气体工作介质体积大于储 液罐容积， 气体工作介质 在储液罐中的积累， 最终导致气态工作介质充满储液罐， 这吋循环泵将吸入气 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、 循环回路气液比不平衡和热量分配不 均的问题。 为了使冷凝器具有完全的气液分离功能， 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， 体积较大， 且无法实现 一对多用户的需求。 总之， 目前的动力热管存在气液分离困难、 循环动力不足 、 循环回路气液比不平衡、 热量分配不均和无法实现一对多用户的问题。 正因 为这样， 动力热管并没有得到推广应用。

技术问题

[0006] 本发明的目的是给出一种多支路相变传热系统 ， 以解决目前动力热管存在气液 分离困难、 循环动力不足、 循环回路气液比不平衡、 热量分配不均和无法实现 一对多用户的问题， 该多支路相变传热系统采用储液罐将多个蒸发 循环支路和 多个冷凝循环支路相连接， 确保相变传热气液充分分离、 循环回路气液比平衡 和热量均匀分配， 可进行多用户、 大功率、 远距离传输热量。

问题的解决方案

技术解决方案

[0007] 本发明解决技术问题采用如下技术方案：

[0008] 一种多支路相变传热系统， 它包括蒸发循环支路 （I) 、 蒸发循环支路 （Π) ...

…蒸发循环支路 （M) 、 冷凝循环支路 （I) 、 冷凝循环支路 （Π) ......冷凝循环 支路 （N) 、 储液罐和电路控制系统， 其中 M与 N之间无数量关系； 所述蒸发循 环支路 （I) 包括蒸发器一、 蒸发器导气管一、 蒸发器循环泵一、 蒸发器导液管 -; 所述蒸发循环支路 （Π) 包括蒸发器二、 蒸发器导气管二、 蒸发器循环泵二 、 蒸发器导液管二； 所述蒸发循环支路 （M) 包括蒸发器 M、 蒸发器导气管 M、 蒸发器循环泵 M、 蒸发器导液管 M; 所述蒸发器循环泵一、 二 ...... M分别串接在 蒸发器导液管一、 二 ...... M上， 蒸发器导液管一、 二 ...... M的输入端位于储液罐 内工作介质液面的下部， 且相互独立， 蒸发器导气管一、 二 ...... M的输出端位于 储液罐内工作介质液面的上部， 且相互独立； 所述冷凝循环支路 （I) 包括所述 冷凝器一、 冷凝器导液管一、 冷凝器循环泵一、 冷凝器导气管一； 所述冷凝循 环支路 （Π) 包括所述冷凝器二、 冷凝器导液管二、 冷凝器循环泵二、 冷凝器导 气管二； 所述冷凝循环支路 （N) 包括所述冷凝器N、 冷凝器导液管 N、 冷凝器 循环泵 N、 冷凝器导气管 N; 所述储液罐为 M个蒸发循环支路与 N个冷凝循环支 路的接合点， 它把两种循环模式连接为完整的热管循环； 所述冷凝器循环泵一 、 二 ...... N分别串接在冷凝器导液管一、 二 ...... N上， 冷凝器导气管一、 二 ......

N的输入端位于储液罐内工作介质液面的上� �， 且相互独立， 冷凝器导液管一、 二 ...... N的输出端位于储液罐内工作介质液面的下部� � 且相互独立； 此热管系统 工作吋， 蒸发器循环泵一、 二 ...... M分别把液态工作介质从储液罐吸入并经蒸发 器导液管一、 二 ...... M送至蒸发器一、 二 ...... M， 蒸发器一、 二 ...... M同吋与高 温热源相接触， 液态工作介质在蒸发器一、 二 ...... M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 ， 进 入储液罐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 冷凝器循环泵一、 二 ...... N的抽吸力作用下， 储液罐中的气态工作介质分别通过 冷凝器导气管一、 二 ...... N进入冷凝器一、 二 ...... N， 冷凝器一、 二 ...... N同吋 与低温热源相接触， 气态工作介质在冷凝器一、 二 ...... N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 中混合成气液二相流体， 它们从冷凝器一、 二 ...... N流出经冷凝器导液管一、 二

...... N和冷凝器循环泵一、 二 ...... N回到储液罐， 进入储液罐的气液二相流体在 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吋进行 ， 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， 同吋把热量从蒸发器搬运至冷凝器。

[0009] 以上所述蒸发循环支路 （I) 、 蒸发循环支路 （Π) ......蒸发循环支路 （M) 和 冷凝循环支路 （I) 、 冷凝循环支路 （Π) ......冷凝循环支路 （N) 分别都是一个 独立的循环支路， 有独立循环泵， 其工作运行吋互相不影响。

[0010] 以上所述电路控制系统控制着蒸发器循环泵一 、 二 ...... M和冷凝器循环泵一、 二 ...... N的电机幵启数量和运转状态， 从而控制热管系统的运行状态， 根据用户 需要， 可以幵启任意一个蒸发器循环泵和任意一个冷 凝器循环泵， 可以幵启任 意一个蒸发器循环泵和多个冷凝器循环泵， 也可以幵启多个蒸发器循环泵和任 意一个冷凝器循环泵， 即实现蒸发器与冷凝器一对一、 一对多和多对一的工作 模式。

[0011] 以上所述冷凝器一、 二 ...... N的安装位置高于储液罐吋， 可将冷凝循环支路中 的一个、 多个或全部支路的冷凝器循环泵去掉， 使冷凝液体在重力的作用下回 流到储液罐 （3) 中， 用重力热管工作模式代替动力热管工作模式。

发明的有益效果

有益效果

[0012] 本发明给出的多支路相变传热系统， 很好的解决了目前动力热管存在单一用户 、 气液分离困难、 循环回路气液比不平衡和热量分配不均的问题 ， 同吋具有循 环动力强劲和可控性好的优点， 适合多用户、 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， 它可替代循环水、 循环油和水蒸汽传热设备， 并具有良好的节能效 果。 在环境温度较低吋， 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元件。

对附图的简要说明

附图说明

[0013] 图 1为多支路相变传热系统的实施方式结构示意� �。

[0014] 图中： （11) 冷凝器一； （12) 冷凝器二； （1N) 冷凝器 N; (21) 蒸发器一 ； (22) 蒸发器二； （2M) 蒸发器 M; (3) 储液罐； （41) 冷凝器循环泵一； (42) 冷凝器循环泵二； （4N) 冷凝器循环泵 N; (51) 蒸发器循环泵一； （52 ) 蒸发器循环泵二； （5M) 蒸发器循环泵 M; (61) 冷凝器导气管一； （62) 冷凝器导气管二； （6N) 冷凝器导气管 N; (71) 冷凝器导液管一； （72) 冷凝 器导液管二； （7N) 冷凝器导液管 N; (81) 蒸发器导气管一； （82) 蒸发器导 气管二； （8M) 蒸发器导气管 M; (91) 蒸发器导液管一； （92) 蒸发器导液 管二； （9M) 蒸发器导液管 M。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

图 1所示是一种多支路相变传热系统， 它包括蒸发循环支路 （I) 、 蒸发循环支 路 （Π) ......蒸发循环支路 （M) 、 冷凝循环支路 （I) 、 冷凝循环支路 （Π) ...

…冷凝循环支路 （N) 、 储液罐和电路控制系统， 其中 M与 N之间无数量关系； 所述蒸发循环支路 （I) 包括蒸发器一 （21) 、 蒸发器导气管一 （81) 、 蒸发器 循环泵一 （51) 、 蒸发器导液管一 （91) ； 所述蒸发循环支路 （Π) 包括蒸发器 二 （22) 、 蒸发器导气管二 （82) 、 蒸发器循环泵二 （52) 、 蒸发器导液管二

(92) ； 所述蒸发循环支路 （M) 包括蒸发器 M (2M) 、 蒸发器导气管 M (8M ) 、 蒸发器循环泵 M (5M) 、 蒸发器导液管 M (9M) ； 所述蒸发器循环泵 （51 ； 52； ......； 5M) 分别串接在蒸发器导液管 （91 ; 92； ......； 9M) 上， 蒸发器 导液管 （91 ; 92； ......； 9M) 的输入端位于储液罐 （3) 内工作介质液面的下部

， 且相互独立， 蒸发器导气管 （81 ; 82； ......； 8M) 的输出端位于储液罐 （3) 内工作介质液面的上部， 且相互独立； 所述冷凝循环支路 （I) 包括所述冷凝器 一 (11) 、 冷凝器导液管一 （71) 、 冷凝器循环泵一 （41) 、 冷凝器导气管一

(61) ； 所述冷凝循环支路 （Π) 包括所述冷凝器二 （12) 、 冷凝器导液管二 ( 72) 、 冷凝器循环泵二 （42) 、 冷凝器导气管二 （62) ； 所述冷凝循环支路 （N ) 包括所述冷凝器 N (1N) 、 冷凝器导液管 N (7N) 、 冷凝器循环泵 N (4N) 、 冷凝器导气管 N (6N) ； 所述冷凝器循环泵 （41 ; 42； ......； 4N) 分别串接在 冷凝器导液管 （71 ; 72； ......； 7N) 上， 冷凝器导气管 （61 ; 62； ......； 6N) 的输入端位于储液罐 （3) 内工作介质液面的上部， 且相互独立， 冷凝器导液管

(71； 72； ......； 7N) 的输出端位于储液罐 （3) 内工作介质液面的下部， 且相 互独立； 所述储液罐 （3) 为 M个蒸发循环支路与 N个冷凝循环支路的接合点， 它把两种循环模式连接为完整的热管循环； 所述电路控制系统控制着蒸发器循 环泵 （51; 52； ......； 5M) 和冷凝器循环泵 （41; 42； ......； 4N) 的电机幵启 数量和运转状态， 从而控制热管系统的运行状态， 根据用户需要， 可以幵启任 意一个蒸发器循环泵和任意一个冷凝器循环泵 ， 可以幵启蒸发器循环泵 （51; 5 2； ......； 5M) 中任意一个或多个和冷凝器循环泵 （41; 42； ......； 4N) 中任 意一个或多个， 即实现蒸发器 （21; 22； ......； 2M) 与冷凝器 （11; 12； ......

； 1N) 一对一、 一对多和多对一的工作模式。

当热管系统工作吋， 蒸发器循环泵 （51; 52； ......； 5M) 分别把液态工作介 质从储液罐 （3) 吸入并经蒸发器导液管 （91; 92； ......； 9M) 送至蒸发器 （21

； 22； ......； 2M) ， 蒸发器 （21; 22； ......； 2M) 同吋与高温热源相接触， 液 态工作介质在蒸发器 （21; 22； ......； 2M) 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 （21; 22； ......； 2M) 流出经蒸发器导气管

(81； 82； ......； 8M) 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 （41; 42； ...

4N) 的抽吸力作用下， 储液罐 （3) 中的气态工作介质分别通过冷凝器导气 管 （61; 62； ·.··.·； 6N) 进入冷凝器 （11; 12； ·.··.·； 1N) ， 冷凝器 （11; 12 ； ......； 1N) 同吋与低温热源相接触， 气态工作介质在冷凝器 （11; 12； ......

； 1N) 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混合成气液二 相流体， 它们从冷凝器 （11; 12 ； ......； 1N) 流出经冷凝器导液管 （71; 72； ......； 7N) 和冷凝器循环泵 （41

； 42； ......； 4N) 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吋进行， 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， 同吋把热量从蒸发器 （21; 22； ......； 2M) 搬运至冷凝器 （11; 12