一种利用热管散热的集装箱围护结构的制作方法

本发明属于热管散热技术领域，具体涉及一种利用热管散热的集装箱围护结构。

背景技术

集装箱模块化可以满足一些特殊的业务和数据中心选址的需求，企业不需要再经过空间租用、土地申请、机房建设、硬件部署等周期环节，可大大缩短机房部署周期，也可以迅速撤离现场，从而实现对设备灵活快速的部署。

目前，对于内置高密度发热工作装置的集装箱式机房，其内部的大量精密设备在运行期间会放出大量热量，为确保集装箱式机房的内部精密设备正常工作，需维持集装箱内部的温度在恒定的区间内，因此这类集装箱机房需要全年供冷，具有高能耗的特点，所以研发一种能耗低、适用于高密度发热对象的散热系统非常重要。

如中国专利文献cn104023507a公开了一种用热管换热器的集装箱，将热管分成两部分，一部分安装在集装箱的顶部，另一部分安装在集装箱内部由热管和翅片构成的换热器中的集装箱。该发明扩大了热管的换热面积，但需占据集装箱的内部空间。

又如中国专利文献cn105696725a公开了一种适用于高密度发热对象的散热型围护结构，利用直接蒸发器降低空气温度作为低温侧，室内的热环境作为高温侧，借助重力热管的单向导热性将高温侧的热量导向低温侧的散热型围护结构，该结构适用室内温度高于室外湿球温度2～6℃时，需要设置额外的水系统供直接蒸发器使用，占据空间较大。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种尺寸紧凑、低能耗、利用自然冷源、借助热管散热的集装箱围护结构，在集装箱顶部、背阳侧围护结构的内外壁面，底部、向阳侧围护结构的内壁面，安置热管散热模块，可在集装箱围护结构基本功能不受影响的情况下，增强集装箱内环境向箱外环境的辐射、对流散热，降低集装箱式机房的冷却能耗。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种利用热管散热的集装箱围护结构，围护结构包覆集装箱的顶部、底部和相对的两个侧面，平均日照时间较长的一侧面为向阳侧，平均日照时间较短的一侧面为背阳侧，围护结构包括热管散热模块，热管散热模块分别内置在集装箱的背阳侧围护结构的内外壁面、顶部围护结构的外壁面、向阳侧围护结构的内壁面和底部围护结构的内壁面；热管散热模块包括蒸发段和冷凝段，蒸发段置于围护结构内壁面，冷凝段置于围护结构外壁面；蒸发段包括蒸发段热管、包覆在围护结构内壁面的内侧板和包覆在蒸发段热管周围的导热材料，冷凝段包括冷凝段热管、包覆在围护结构外壁面的外侧板和包覆在冷凝段热管周围的导热材料，蒸发段和冷凝段之间的围护结构由绝热材料制成，蒸发段热管与冷凝段热管相连通。

本技术方案中，进一步地，设置有热管散热模块的围护结构的每一个侧面的面积与该侧面围护结构的总面积之比为0.1-1：1。

进一步地，热管散热模块包括四个模块，分别为第一模块、第二模块、第三模块和第四模块；第一模块，包括平铺在集装箱底部围护结构内壁面的第一蒸发段，竖向紧贴集装箱背阳侧围护结构外壁面下部设置的第一冷凝段；第二模块，包括竖向紧贴集装箱背阳侧围护结构内壁面下部设置的第二蒸发段，竖向紧贴集装箱背阳侧围护结构外壁面上部设置的第二冷凝段；第三模块，包括竖向紧贴集装箱的背阳侧围护结构内壁面上部设置的第三蒸发段，水平铺设在靠近该蒸发段的集装箱顶部围护结构的外壁面的第三冷凝段；第四模块，包括竖向紧贴集装箱的向阳侧围护结构内壁面上部设置的第四蒸发段，水平铺设在靠近该蒸发段的集装箱顶部围护结构的外壁面的第四冷凝段。

进一步地，第一蒸发段靠近背阳侧的一端高于远离背阳侧的一端；第三冷凝段靠近背阳侧的一端低于远离背阳侧的一端；第四冷凝段靠近向阳侧的一端低于远离背阳侧的一端，高度差不小于蒸发段热管或者冷凝段热管长度的千分之五。

进一步地，热管散热模块中的蒸发段热管和冷凝段热管为分离式热管。

进一步地，热管散热模块的第一蒸发段、第二蒸发段、第三蒸发段、第四蒸发段分别与相应的第一蒸发段上联箱、第二蒸发段上联箱、第三蒸发段上联箱、第四蒸发段上联箱和第一蒸发段下联箱、第二蒸发段下联箱、第三蒸发段下联箱、第四蒸发段下联箱相连；第一冷凝段、第二冷凝段、第三冷凝段、第四冷凝段与第一冷凝段上联箱、第二冷凝段上联箱、第三冷凝段上联箱、第四冷凝段上联箱和第一冷凝段下联箱、第二冷凝段下联箱、第三冷凝段下联箱、第四冷凝段下联箱相连，第一蒸发段上联箱、第二蒸发段上联箱、第三蒸发段上联箱、第四蒸发段上联箱和第一冷凝段下联箱、第二冷凝段下联箱、第三冷凝段下联箱、第四冷凝段下联箱通过液体下降管相连，第一蒸发段下联箱、第二蒸发段下联箱、第三蒸发段下联箱、第四蒸发段下联箱和第一冷凝段上联箱、第二冷凝段上联箱、第三冷凝段上联箱、第四冷凝段上联箱通过蒸汽上升管相连，液体下降管置于围护结构的外壁面，蒸汽上升管置于围护结构的内壁面。

进一步地，液体下降管上设置有流量控制阀。

进一步地，第一冷凝段上联箱、第二冷凝段上联箱、第三冷凝段上联箱、第四冷凝段上联箱上焊接有不凝结气体分离管，不凝结气体分离管的上方装有排气阀。

进一步地，热管散热模块中的蒸发段热管和冷凝段热管为整体式热管。

进一步地，热管散热模块的第一蒸发段、第二蒸发段、第三蒸发段、第四蒸发段中的每一根蒸发段热管分别与第一冷凝段、第二冷凝段、第三冷凝段、第四冷凝段中的相对应位置的一根冷凝段热管通过绝热管相连，形成一个循环回路，绝热管与蒸发段热管和冷凝段热管一体成型，绝热管为弯曲管，置于围护结构的绝热材料中。

进一步地，蒸发段热管和冷凝段热管的当量管径不低于6mm，蒸发段热管和冷凝段热管的间距不低于50mm。

进一步地，蒸发段热管和冷凝段热管内部装有工作介质，工作介质采用单质或混合制冷剂，工作介质的装填率不大于蒸发段热管和冷凝段热管内部体积的60％。

集装箱式机房工作时，设备内散热风扇和冷却装置的运行，使得集装箱内形成一定的气流组织，并且集装箱的内壁面面积较大，合理利用该面积与该气流组织，通过对流散热，可获得不小的散热量，因此本技术方案中，集装箱的围护结构包覆集装箱的顶部、底部和相对的两个侧面，热管散热模块内置于围护结构中，热管的换热面积大，换热效率较高，且不需要占据集装箱的内部空间，使得集装箱的内部空间可以被充分有效利用。

在晴朗的夜晚，天空温度比较低，地球上温度较高的表面通过长波辐射将热量散向温度较低的天空，自身温度降低，获得冷量，集装箱的背阳侧因太阳辐射强度弱，温度较低，与该侧对流散热时，能获得更大的散热量，因此本技术方案中，热管散热模块内置在集装箱的背阳侧围护结构的内外壁面、顶部围护结构的外壁面，向阳侧、底部围护结构的内壁面，可在集装箱围护结构基本功能不受影响的情况下，增强集装箱内环境向箱外环境的辐射、对流散热，降低集装箱式机房的冷却能耗。

本技术方案中，热管散热模块中可以采用分离式热管，集装箱内部的温度传感器分别和液体下降管的流量控制阀以及中央控制器相连接，当传感器温度低于设定区间的温度时，通过中央控制器，调节流量控制阀的开度，减小分离式热管的工质流量，达到节能的效果。

本技术方案中，热管散热模块中可以采用整体式热管，热管散热模块中蒸发段的每一根蒸发段热管分别与冷凝段中的相应位置的一根冷凝段热管通过绝热管相连，形成一个循环回路，多个单独的循环回路，便于出现故障时单独维修，不影响整个热管散热模块的正常运行。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为围护结构内的蒸发段热管和冷凝段热管摆放方式示意图。

图2为围护结构各热管散热模块布置方式示意图。

图3为实施例1中第一模块分离式热管的布置方式示意图。

图4为实施例1中第二模块分离式热管的布置方式示意图。

图5为实施例1中第三模块分离式热管的布置方式示意图。

图6为实施例1中第四模块分离式热管的布置方式示意图。

图7为实施例2中蒸发段热管和冷凝段热管与绝热管连接结构示意图。

附图中：

1、蒸发段101、第一蒸发段1011、第一蒸发段上联箱

1012、第一蒸发段下联箱102、第二蒸发段1021、第二蒸发段上联箱

1022、第二蒸发段下联箱103、第三蒸发段1031、第三蒸发段上联箱

1032、第三蒸发段下联箱104、第四蒸发段1041、第四蒸发段上联箱

1042、第四蒸发段下联箱2、冷凝段201、第一冷凝段

2011、第一冷凝段上联箱2012、第一蒸发段下联箱202、第二冷凝段

2021、第二冷凝段上联箱2022、第二冷凝段下联箱203、第三冷凝段

2031、第三冷凝段上联箱2032、第三冷凝段下联箱204、第四冷凝段

2041、第四冷凝段上联箱2042、第四冷凝段下联箱301、蒸发段热管

302、冷凝段热管4、内侧板5、外侧板

6、导热材料7、绝热材料8、液体下降管

9、蒸汽上升管10、流量控制阀11、不凝结气体分离管

12、绝热管

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1和图2所示，一种利用热管散热的集装箱围护结构，围护结构包覆集装箱的顶部、底部和相对的两个侧面，平均日照时间较长的一侧面为向阳侧，平均日照时间较短的一侧面为背阳侧，围护结构包括热管散热模块，热管散热模块分别内置在集装箱的背阳侧围护结构的内外壁面、顶部围护结构的外壁面、向阳侧围护结构的内壁面和底部围护结构的内壁面；热管散热模块包括蒸发段1和冷凝段2，蒸发段1置于围护结构内壁面，冷凝段2置于围护结构外壁面；蒸发段1包括蒸发段热管301、包覆在围护结构内壁面的内侧板4和包覆在蒸发段热管301周围的导热材料6，冷凝段2包括冷凝段热管302、包覆在围护结构外壁面的外侧板5和包覆在冷凝段热管302周围的导热材料6，蒸发段1和冷凝段2之间的围护结构由绝热材料7制成，蒸发段热管301与冷凝段热管302相连通。

设置有热管散热模块的围护结构的每一个侧面的面积与该侧面围护结构的总面积之比为0.1-1：1。

如图2所示，热管散热模块包括四个模块，分别为第一模块、第二模块、第三模块和第四模块；第一模块，包括平铺在集装箱底部围护结构内壁面的第一蒸发段101，竖向紧贴集装箱背阳侧围护结构外壁面下部设置的第一冷凝段201；第二模块，包括竖向紧贴集装箱背阳侧围护结构内壁面下部设置的第二蒸发段102，竖向紧贴集装箱背阳侧围护结构外壁面上部设置的第二冷凝段202；第三模块，包括竖向紧贴集装箱的背阳侧围护结构内壁面上部设置的第三蒸发段103，水平铺设在靠近该蒸发段的集装箱顶部围护结构的外壁面的第三冷凝段203；第四模块，包括竖向紧贴集装箱的向阳侧围护结构内壁面上部设置的第四蒸发段104，水平铺设在靠近该蒸发段的集装箱顶部围护结构的外壁面的第四冷凝段204。

第一蒸发段101靠近背阳侧的一端高于远离背阳侧的一端；第三冷凝段203靠近背阳侧的一端低于远离背阳侧的一端；第四冷凝段204靠近向阳侧的一端低于远离背阳侧的一端，高度差不小于蒸发段热管301或者冷凝段热管302长度的千分之五。

热管散热模块中的蒸发段热管301和冷凝段热管302为分离式热管。

如图3、图4、图5、图6所示，热管散热模块的第一蒸发段101第二蒸发段102、第三蒸发段103、第四蒸发段104分别与相应的第一蒸发段上联箱1011、第二蒸发段上联箱1021、第三蒸发段上联箱1031、第四蒸发段上联箱1041和第一蒸发段下联箱1012、第二蒸发段下联箱1022、第三蒸发段下联箱1032、第四蒸发段下联箱1042相连；第一冷凝段201、第二冷凝段202、第三冷凝段203、第四冷凝段204与第一冷凝段上联箱2011、第二冷凝段上联箱2021、第三冷凝段上联箱2031、第四冷凝段上联箱2041和第一冷凝段下联箱2012、第二冷凝段下联箱2022、第三冷凝段下联箱2032、第四冷凝段下联箱2042相连，第一蒸发段上联箱1011、第二蒸发段上联箱1021、第三蒸发段上联箱1031、第四蒸发段上联箱1041和第一冷凝段下联箱2012、第二冷凝段下联箱2022、第三冷凝段下联箱2032、第四冷凝段下联箱2042通过液体下降管8相连，第一蒸发段下联箱1012、第二蒸发段下联箱1022、第三蒸发段下联箱1032、第四蒸发段下联箱1042和第一冷凝段上联箱2011、第二冷凝段上联箱2021、第三冷凝段上联箱2031、第四冷凝段上联箱2041通过蒸汽上升管9相连，液体下降管8置于围护结构的外壁面，蒸汽上升管9置于围护结构的内壁面。

液体下降管8上设置有流量控制阀10。

第一冷凝段上联箱2011、第二冷凝段上联箱2021、第三冷凝段上联箱2031、第四冷凝段上联箱2041上焊接有不凝结气体分离管11，不凝结气体分离管11的上方装有排气阀。

蒸发段热管301和冷凝段热管302的当量管径不低于6mm，蒸发段热管301和冷凝段热管302的间距不低于50mm。

蒸发段热管301和冷凝段热管302内部装有工作介质，工作介质采用单质或混合制冷剂，工作介质的装填率不大于蒸发段热管301和冷凝段热管302内部体积的60％。

在集装箱内部，安装温度传感器，温度传感器分别和液体下降管的流量控制阀以及中央控制器相连接；当传感器温度低于设定区间的温度时，通过中央控制器，调节流量控制阀的开度，减小分离式热管的工质流量；当传感器温度高于设定区间的温度时，通过中央控制器，开启集装箱内部的制冷设备，以保证集装箱内部的温度恒处于设定的温度区间。

集装箱式机房工作时，设备内散热风扇和冷却装置的运行，使得集装箱内形成一定的气流组织，并且集装箱的内壁面面积较大，合理利用该面积与该气流组织，通过对流散热，可获得不小的散热量，因此本实施例中，集装箱的围护结构包覆集装箱的顶部、底部和相对的两个侧面，热管散热模块内置于围护结构中，热管的换热面积大，换热效率较高，且不需要占据集装箱的内部空间，使得集装箱的内部空间可以被充分有效利用。

在晴朗的夜晚，天空温度比较低，地球上温度较高的表面通过长波辐射将热量散向温度较低的天空，自身温度降低，获得冷量，集装箱的背阳侧因太阳辐射强度弱，温度较低，与该侧对流散热时，能获得更大的散热量，因此本实施例中，热管散热模块内置在集装箱的背阳侧围护结构的内外壁面、顶部围护结构的外壁面，向阳侧、底部围护结构的内壁面，可在集装箱围护结构基本功能不受影响的情况下，增强集装箱内环境向箱外环境的辐射、对流散热，降低集装箱式机房的冷却能耗。

本实施例中，热管散热模块采用分离式热管，集装箱内部的温度传感器分别和液体下降管的流量控制阀以及中央控制器相连接，当传感器温度低于设定区间的温度时，通过中央控制器，调节流量控制阀的开度，减小分离式热管的工质流量，达到节能的效果。

实施例2

如图1和图2所示，一种利用热管散热的集装箱围护结构，围护结构包覆集装箱的顶部、底部和相对的两个侧面，平均日照时间较长的一侧面为向阳侧，平均日照时间较短的一侧面为背阳侧，围护结构包括热管散热模块，热管散热模块分别内置在集装箱的背阳侧围护结构的内外壁面、顶部围护结构的外壁面、向阳侧围护结构的内壁面和底部围护结构的内壁面；热管散热模块包括蒸发段1和冷凝段2，蒸发段1置于围护结构内壁面，冷凝段2置于围护结构外壁面；蒸发段1包括蒸发段热管301、包覆在围护结构内壁面的内侧板4和包覆在蒸发段热管301周围的导热材料6，冷凝段2包括冷凝段热管302、包覆在围护结构外壁面的外侧板5和包覆在冷凝段热管302周围的导热材料6，蒸发段1和冷凝段2之间的围护结构由绝热材料7制成，蒸发段热管301与冷凝段热管302相连通。

设置有热管散热模块的围护结构的每一个侧面的面积与该侧面围护结构的总面积之比为0.1-1：1。

如图2所示，热管散热模块包括四个模块，分别为第一模块、第二模块、第三模块和第四模块；第一模块，包括平铺在集装箱底部围护结构内壁面的第一蒸发段101，竖向紧贴集装箱背阳侧围护结构外壁面下部设置的第一冷凝段201；第二模块，包括竖向紧贴集装箱背阳侧围护结构内壁面下部设置的第二蒸发段102，竖向紧贴集装箱背阳侧围护结构外壁面上部设置的第二冷凝段202；第三模块，包括竖向紧贴集装箱的背阳侧围护结构内壁面上部设置的第三蒸发段103，水平铺设在靠近该蒸发段的集装箱顶部围护结构的外壁面的第三冷凝段203；第四模块，包括竖向紧贴集装箱的向阳侧围护结构内壁面上部设置的第四蒸发段104，水平铺设在靠近该蒸发段的集装箱顶部围护结构的外壁面的第四冷凝段204。

第一蒸发段101靠近背阳侧的一端高于远离背阳侧的一端；第三冷凝段203靠近背阳侧的一端低于远离背阳侧的一端；第四冷凝段204靠近向阳侧的一端低于远离背阳侧的一端，高度差不小于蒸发段热管301或者冷凝段热管302长度的千分之五。

热管散热模块中的蒸发段热管301和冷凝段热管302为整体式热管。

如图7所示，热管散热模块的第一蒸发段101、第二蒸发段102、第三蒸发段103、第四蒸发段104中的每一根蒸发段热管301分别与第一冷凝段201、第二冷凝段202、第三冷凝段203、第四冷凝段204中的相对应位置的一根冷凝段热管302通过绝热管12相连，形成一个循环回路，绝热管12与蒸发段热管301和冷凝段热管302一体成型，绝热管12为弯曲管，置于围护结构的绝热材料中。

蒸发段热管301和冷凝段热管302的当量管径不低于6mm，蒸发段热管301和冷凝段热管302的间距不低于50mm。

蒸发段热管301和冷凝段热管302内部装有工作介质，工作介质采用单质或混合制冷剂，工作介质的装填率不大于蒸发段热管301和冷凝段热管302内部体积的60％。

集装箱式机房工作时，设备内散热风扇和冷却装置的运行，使得集装箱内形成一定的气流组织，并且集装箱的内壁面面积较大，合理利用该面积与该气流组织，通过对流散热，可获得不小的散热量，因此本实施例中，集装箱的围护结构包覆集装箱的顶部、底部和相对的两个侧面，热管散热模块内置于围护结构中，热管的换热面积大，换热效率较高，且不需要占据集装箱的内部空间，使得集装箱的内部空间可以被充分有效利用。

在晴朗的夜晚，天空温度比较低，地球上温度较高的表面通过长波辐射将热量散向温度较低的天空，自身温度降低，获得冷量，集装箱的背阳侧因太阳辐射强度弱，温度较低，与该侧对流散热时，能获得更大的散热量，因此本实施例中，热管散热模块内置在集装箱的背阳侧围护结构的内外壁面、顶部围护结构的外壁面，向阳侧、底部围护结构的内壁面，可在集装箱围护结构基本功能不受影响的情况下，增强集装箱内环境向箱外环境的辐射、对流散热，降低集装箱式机房的冷却能耗。

本实施例中，热管散热模块采用整体式热管，热管散热模块中蒸发段的每一根蒸发段热管分别与冷凝段中的相应位置的一根冷凝段热管通过绝热管相连，形成一个循环回路，多个单独的循环回路，便于出现故障时单独维修，不影响整个热管散热模块的正常运行。