一种冷热循环动力导热系统的制作方法

本发明属于热交换技术领域，尤其涉及一种冷热循环动力导热系统。

背景技术：

热管作为高效导热元件，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，而且在传统的导热传质设备领域中，热管有替代循环水、循环油和水蒸汽导热的趋势。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。按液体媒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气化装置、导气管、热交换器、蓄液槽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，抽真空后加入媒介质就构成一个完整的动力热管。动力热管工作时，循环泵从蓄液槽抽出液态媒介质送入气化装置，液态媒介质在气化装置内受热蒸发变为气体，气体媒介质通过导气管进入热交换器，并在热交换器中冷却凝结成液体，液体媒介质再经导液管流回蓄液槽，从而完成热管循环，同时热量从气化装置端的高温热源流向热交换器端的低温热源。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，它的热交换器必须具有良好的气液分离功能。如果在热交换器中媒介质气液分离不充分，气体媒介质就会不断进入蓄液槽并形成积累。这种现象会造成两种结果：一是如果系统中的总气体媒介质体积小于蓄液槽容积，气体媒介质在蓄液槽中的积累，最终导致全部气态媒介质都积累到了蓄液槽，这时循环泵、导液管、气化装置、导气管、热交换器内流动的是单一液相媒介质，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导热功能，而且一旦形成液体循环状态不能在工作状态下恢复正常，只有停机再重新开机才能恢复正常。二是如果系统中的总气体媒介质体积大于蓄液槽容积，气体媒介质在蓄液槽中的积累，最终导致气态媒介质充满蓄液槽，这时循环泵将抽入气体，而动力热管系统的循环泵通常是为输送液体而设计的，气体的抽入会造成泵压急剧下降，从而造成循环动力不足，并造成气化装置供液困难。为了使热交换器具有完全的气液分离功能，热交换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。

技术实现要素：

本发明的目的是给出一种冷热循环动力导热系统，以解决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。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种冷热循环动力导热系统，它由气化装置（5）、气化装置导液管（8）、气化装置导气管（9）、热交换器（1）、热交换器导液管（7）、热交换器导气管（6）、气化装置循环泵（4）、热交换器循环泵（2）、蓄液槽（3）和电路控制元件；所述气化装置（5）、气化装置导气管（9）、蓄液槽（3）、气化装置循环泵（4）、气化装置导液管（8）依次连接成一个蒸发循环回路，气化装置循环泵（4）串联在气化装置导液管（8）上，气化装置导液管（8）和蓄液槽（3）的接口（33）位于蓄液槽（3）内的媒介质液面之下端，气化装置导气管（9）和蓄液槽（3）的接口（34）位于蓄液槽（3）内的媒介质液面之上端；所述热交换器（1）、热交换器导液管（7）、热交换器循环泵（2）、蓄液槽（3）、热交换器导气管（6）依次连接成一个冷凝循环回路，热交换器循环泵（2）串联在热交换器导液管（7）上，热交换器导气管（6）和蓄液槽（3）的接口（31）位于蓄液槽（3）内的媒介质液面之上端，热交换器导液管（7）和蓄液槽（3）的接口（32）位于蓄液槽（3）内的媒介质液面之下端；所述蓄液槽（3）为蒸发循环回路与冷凝循环回路的融合点，它把两个循环连接为完整的热管循环；所述电路控制元件控制着气化装置循环泵（4）和热交换器循环泵（2）的马达开启和运转状态，从而控制热管系统的运行状态；此热管系统工作时，气化装置循环泵（4）把液态媒介质从蓄液槽（3）抽入并经气化装置导液管（8）送至气化装置（5），气化装置（5）同时与高温热源相接触，液态媒介质在气化装置（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，它们从气化装置（5）流出经气化装置导气管（9）回到蓄液槽（3），进入蓄液槽（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；在热交换器循环泵（2）的抽吸力作用下，蓄液槽（3）中的气态媒介质通过热交换器导气管（6）进入热交换器（1），热交换器（1）同时与低温热源相接触，气态媒介质在热交换器（1）内受低温热源的冷却而冷凝为液体，并释放出热量，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，它们从热交换器（1）流出经热交换器导液管（7）和热交换器循环泵（2）回到蓄液槽（3），进入蓄液槽（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，蒸发循环产生的气体媒介质进入冷凝循环，冷凝循环产生的液态媒介质进入蒸发循环，同时把热量从气化装置输送至热交换器。

以上所述蓄液槽（3）为一外表面设有阻热板的耐压封闭器皿，蓄液槽（3）的功能是实现循环媒介质的气液分离和储存媒介质，并作为蒸发循环的液体媒介质的供应源和冷凝循环的气体媒介质的供应源；蓄液槽（3）实现气液分离的方式可以选择简单的重力沉降分离，也可以在气化装置导气管出口和热交换器导气管入口处设置筛网或挡板，以实现丝网分离或折流分离；蓄液槽这样设置，完全解决了动力热管气液分离困难的问题。

以上所述蓄液槽（3）容积大小应与气化装置（5）和热交换器（1）的容积相匹配，其最佳选择范围是大于气化装置（5）及其导气管、导液管的总容积，而小于气化装置（5）、热交换器（1）和整个系统的导气、导液管的总容积；以上蓄液槽（3）容积的最佳选择范围，是在考虑系统的稳定性和可靠性的前提下，再考虑到经济性而给出的。

以上所述热交换器循环泵（2）和气化装置循环泵（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；；两个循环泵选用容积式气液二相流输送泵，完全解决了目前动力热管存在的循环动力不足的问题，保证了热管在任何条件下都可以稳定可靠地工作；所述热交换器循环泵（2）和气化装置循环泵（4）可以由同一个马达驱动，也可以由两个马达分别驱动；所述热交换器循环泵（2）和气化装置循环泵（4）的流量最好相等或相近，循环动力导热系统的最大导热功率等于或小于两个循环泵的流量的较小值与液体媒介质蒸发潜热的乘积；循环动力导热系统可以通过调节循环泵流量来实现调节系统导热量。

所述热交换器循环泵（2）和气化装置循环泵（4）通常选择为齿轮泵、罗茨泵、螺杆泵、转子活塞泵或往复式活塞泵。

以上所述双循环动力系统在正常循环方向时具有单向导热功能；当系统的媒介质循环方向反转时，热管系统的导热方向也跟着反转；要实现媒介质循环方向反转，可以选择两种方式，一是热交换器循环泵（2）和气化装置循环泵（4）可以选择马达可反向转动的、具有双向输送功能的齿轮泵、罗茨泵、螺杆泵；二是可以通过四通变向开关（10）来实现循环反转；热管的双向导热功能对许多应用场合是非常重要的，例如热管作为中央空调入户终端导热装置，要求既能供热又能供冷，双向导热是必须的。

以上所述热交换器（1）可以是一个蒸发器，也可以是多个蒸发器通过分流管（11）并联；所述气化装置（5）同样可以是一个蒸发器，也可以是多个蒸发器通过分流管（11）并联；所述气化装置（5）和热交换器（1）可以根据接触的热源的介质的不同选用不同形式的蒸发器；如果热源的介质为液体或饱和气液二相流体，可选择板式蒸发器或管式蒸发器；如果热源的介质为非冷凝气体，可选择螺旋管蒸发器；需要特别说明的是，由于循环动力导热系统的气液分离过程是在蓄液槽内进行的，所以气化装置和热交换器并不要求具有气液分离功能，其结构形式根据导热需要可以有多种选择，因而使动力热管的应用范围大为拓宽。

以上所述气化装置导气管（9）、热交换器导气管（6）、气化装置导液管（8）、热交换器导液管（7）的外表面设有阻热板；所述气化装置导气管（9）和热交换器导气管（6）的内径应足够大，以使在循环动力导热系统为额定导热功率时，导气管内气体媒介质的流速小于气体媒介质音速的0.4倍，按照热管设计规范通常取音速的0.2倍；所述气化装置导液管（8）和热交换器导液管（7）的内径应等于或小于气化装置导气管（9）和热交换器导气管（6）的内径。

所述循环动力导热系统的媒介质的选择是由它的工作温度范围决定的，媒介质的三相点应低于最低工作温度，媒介质的临界点应高于最高工作温度；所述循环动力导热系统需要在抽真空后才能加入媒介质；所述循环动力导热系统内的液体媒介质所占的体积的应是大于气化装置（5）及其导气、导液管的总容积，但小于气化装置（5）与蓄液槽（3）的容积之和。

以上所述电路控制元件包括温度传感器、逻辑控制元件、电子开关、继电器、转速控制元件、显示装置、手动控制装置等；温度传感器测量蒸发端热源和冷凝端热源的温度，逻辑控制元件根据温度传感器的数值和人为设定程序来控制循环泵马达的开关状态、转速大小和正反转状态，从而可以达到自动控温的目的。

本发明给出的循环动力导热系统，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，而且在传统的导热传质设备领域中，它有替代循环水、循环油和水蒸汽导热设备，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元件。

附图说明

图1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变向开关后的结构示意图；

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变向开关时的电路控制逻辑图；

图5为该系统加入四通变向开关后的电路控制逻辑图；

图中编号：1-热交换器；2-热交换器循环泵；3-蓄液槽；4-气化装置循环泵；5-气化装置；6-热交换器导气管；7-热交换器导液管；8-气化装置导液管；9-气化装置导气管；10-四通变向开关；11-分流管；12-温度传感器；13-温度传感器；14-电路控制板；15-气化装置循环泵控制板；16-热交换器循环泵控制板；17-四通变向开关控制板。

具体实施方式一

下面结合图1和图4对本发明的具体结构及工作原理说明如下：

参见图1，一种冷热循环动力导热系统，它由气化装置（5）、气化装置导液管（8）、气化装置导气管（9）、热交换器（1）、热交换器导液管（7）、热交换器导气管（6）、气化装置循环泵（4）、热交换器循环泵（2）、蓄液槽（3）和电路控制元件；所述气化装置（5）、气化装置导气管（9）、蓄液槽（3）、气化装置循环泵（4）、气化装置导液管（8）依次连接成一个蒸发循环回路，气化装置循环泵（4）串联在气化装置导液管（8）上，气化装置导液管（8）和蓄液槽（3）的接口（33）位于蓄液槽（3）内的媒介质液面之下端，气化装置导气管（9）和蓄液槽（3）的接口（34）位于蓄液槽（3）内的媒介质液面之上端；所述热交换器（1）、热交换器导液管（7）、热交换器循环泵（2）、蓄液槽（3）、热交换器导气管（6）依次连接成一个冷凝循环回路，热交换器循环泵（2）串联在热交换器导液管（7）上，热交换器导气管（6）和蓄液槽（3）的接口（31）位于蓄液槽（3）内的媒介质液面之上端，热交换器导液管（7）和蓄液槽（3）的接口（32）位于蓄液槽（3）内的媒介质液面之下端；所述蓄液槽（3）为蒸发循环回路与冷凝循环回路的融合点，它把两个循环连接为完整的热管循环；所述电路控制元件控制着气化装置循环泵（4）和热交换器循环泵（2）的马达开启和运转状态，从而控制热管系统的运行状态。

热交换器（1）安装在室外，气化装置（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）对气化装置循环泵控制板（15）和热交换器循环泵控制板（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）对气化装置循环泵控制板（15）和热交换器循环泵控制板（16）给出工作信号，该系统正常运作。

此热管系统工作时，气化装置循环泵（4）把液态媒介质从蓄液槽（3）抽入并经气化装置导液管（8）送至气化装置（5），气化装置（5）同时与室内空气（高温热源）相接触，液态媒介质在气化装置（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体，它们从气化装置（5）流出经气化装置导气管（9）回到蓄液槽（3），进入蓄液槽（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；在热交换器循环泵（2）的抽吸力作用下，蓄液槽（3）中的气态媒介质通过热交换器导气管（6）进入热交换器（1），热交换器（1）同时与室外空气（低温热源）相接触，气态媒介质在热交换器（1）内受室外空气（低温热源）的冷却而冷凝为液体，并释放出热量，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，它们从热交换器（1）流出经热交换器导液管（7）和热交换器循环泵（2）回到蓄液槽（3），进入蓄液槽（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，在蓄液槽（3）交汇作用下，蒸发循环产生的气体媒介质进入冷凝循环，冷凝循环产生的液态媒介质进入蒸发循环，同时把热量从气化装置输送至热交换器，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输送到室外去的目的。

具体实施方式二

该系统可以具有单向导热功能，也可以具有双向导热功能；对于单向导热功能的双泵热管式换热设备，热交换器循环泵（2）和气化装置循环泵（4）可以选择单向输送泵，例如具体实施方式一所示；对于双向导热功能的双泵热管式换热设备，热交换器循环泵（2）和气化装置循环泵（4）可以选择马达可反向转动的、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。

热交换器（1）安装在室外，气化装置（5）安装在室内，由室内安装的温度传感器（12）和室外安装的温度传感器（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）对气化装置循环泵控制板（15）和热交换器循环泵控制板（16）给出反向工作信号，这样室外的热交换器（1）就作为气化装置进行工作，室内的气化装置（5）就作为热交换器进行工作，完成用户对于把室外热量带入室内的目的；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）对气化装置循环泵控制板（15）和热交换器循环泵控制板（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导热功能，也可以具有双向导热功能；对于单向导热功能的双泵热管式换热设备，热交换器循环泵（2）和气化装置循环泵（4）可以选择单向输送泵，例如具体实施方式一所示；对于双向导热功能的双泵热管式换热设备，热交换器循环泵（2）和气化装置循环泵（4）可以选择双向输送泵，优选为马达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变向开关（10）进行换向操作。

如图2和图5所示，四通变向开关（10）其中两个接口分别接在热交换器（1）的出液端和气化装置（5）的进液端，另外两个接口一个接在气化装置循环泵（4）的出口端，一个接在热交换器循环泵（2）的进口端，其它系统装置和具体实施方式一中结构相同。

热交换器（1）安装在室外，气化装置（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）对气化装置循环泵控制板（15）和热交换器循环泵控制板（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，使热交换器循环泵（2）的进口端和气化装置（5）的进液口连接，气化装置循环泵（4）的出口端和热交换器（1）的出液口连接，这样室外的热交换器（1）就作为气化装置进行工作，室内的气化装置（5）就作为热交换器进行工作，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）对气化装置循环泵控制板（15）和热交换器循环泵控制板（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，并且调整四通变向开关阀门方向，使热交换器循环泵（2）的进口端和热交换器（1）的出液口连接，气化装置循环泵（4）的出口端和气化装置（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热交换器（1）和气化装置（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，在气化装置进液口、气化装置出气口、热交换器出液口和热交换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气化装置和热交换器，而其它系统设备根据用户需求选用单向导热或者双向导热。