一种使用半渗透膜和离子液体的分离式热管和运行方法与流程

本发明涉及热管散热领域，尤其涉及一种使用半渗透膜和离子液体的分离式热管和运行方法。

背景技术：

1、近年来随着全球信息通信技术的快速发展，数据中心作为数字经济时代最重要的基础设施，其数量和规模都在逐年增加，与之对应的能源消耗也在不断增大。为保证数据中心全年不间断地稳定高效运行，冷却系统发挥着至关重要的作用。但传统蒸汽压缩式制冷系统能耗约占数据中心总能耗的40％，存在较大的优化和改造空间，是数据中心提高能源利用效率的重点环节。

2、分离式热管是一种利用自然冷源的高效传热设备，拥有能效比高、传热距离远、结构简单等优点，在数据机房中有着广泛的应用前景。但其循环驱动力完全来源于冷凝器和蒸发器之间的液位高度差，在实际应用过程中，当换热器高度差不足或循环阻力较大时，分离式热管的换热效率将急剧下降。

3、要解决传统重力型分离式热管因循环驱动力不足而导致的性能下降问题，在热管的液相或气相加压，构成机械驱动的动力型分离式热管是一种常见方法。但这种方法增加了运动部件，增大了能耗的同时还存在气蚀或液击的风险，导致系统不稳定并降低可靠性。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何不通过增加机械驱动的方式增加分离式热管的循环驱动力。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种使用半渗透膜和离子液体的分离式热管，其采用以下技术方案：

3、一种使用半渗透膜和离子液体的分离式热管，包括蒸发器、气体上升管、冷凝器和液体下降管；其特征在于，所述分离式热管还包括半渗透膜设置管路，所述半渗透膜设置管路、蒸发器、气体上升管、冷凝器和液体下降管依次串联形成制冷剂回路，所述分离式热管设置制冷剂和离子液体工质对；

4、所述半渗透膜设置管路安装在液体下降管和蒸发器之间，能够流通制冷剂，半渗透膜设置管路内设置半渗透膜；所述半渗透膜允许分子量较小的制冷剂通过而不允许分子量较大的离子液体通过；

5、所述离子液体充注在蒸发器中，在分离式热管工作温度范围内维持液态，并且不与制冷剂发生反应，对制冷剂局具有溶解能力；所述半渗透膜与制冷剂和离子液体工质对相互配合，利用半渗透膜对透过物质的选择性，在蒸发器中分子量较大的离子液体的渗透压作用下，液体下降管中分子量较小的制冷剂能够克服阻力通过半渗透膜，向离子液体渗透，从而为制冷剂循环提供额外的驱动力。

6、所述离子液体蒸汽压极低，几乎不挥发；有较高的热稳定性和较宽液程，可以在分离式热管工作温度范围内维持液态；有较高的化学稳定性，不与制冷剂发生反应；对制冷剂表现出良好的溶解能力，如[bmim]pf6、[hmim]tf2n等；所述制冷剂安全环保，相变温度与分离式热管冷热源温度相匹配，通过蒸发和冷凝过程完成热量传递，如r134a、co2等。

7、所述半渗透膜可采用如反渗透膜、纳滤膜等。

8、进一步地，所述蒸发器和冷凝器采用翅片管式换热器、微通道换热器或板式换热器。

9、进一步地，所述气体上升管和液体下降管的材质为金属材质，如铜、铝或不锈钢。

10、根据本发明的第二方面，本发明提供了上述使用半渗透膜和离子液体的分离式热管的运行方法：分离式热管不运行时，制冷剂不断向离子液体渗透，直到渗透压与阻力平衡，系统稳定；当分离式热管运行时，制冷剂在蒸发器中吸热蒸发，通过气体上升管进入冷凝器冷凝，随后进入液体下降管，由于此时离子液体中溶解的制冷剂减少，渗透压大于阻力，液体下降管中的制冷剂持续通过半渗透膜向离子液体渗透，提供制冷剂循环的驱动力。

11、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益技术效果：

12、本发明利用半渗透膜对透过物质的选择性，在传统重力型分离式热管的液体下降管和蒸发器之间安装半渗透膜，在蒸发器中充注离子液体，在分子量较大的离子液体的渗透压作用下，分子量较小的制冷剂将克服阻力通过半渗透膜，向离子液体渗透，从而提供了制冷剂循环所需的驱动力；这种驱动方式不仅能完全克服系统的循环阻力，提高分离式热管的换热效率，而且不增加额外能耗、可靠性高、初投资少，在数据中心机房冷却等方面具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种使用半渗透膜和离子液体的分离式热管，包括蒸发器、气体上升管、冷凝器和液体下降管；其特征在于，所述分离式热管还包括半渗透膜设置管路，所述半渗透膜设置管路、蒸发器、气体上升管、冷凝器和液体下降管依次串联形成制冷剂回路，所述分离式热管设置制冷剂和离子液体工质对；

2.如权利要求1所述的一种使用半渗透膜和离子液体的分离式热管，其特征在于，所述离子液体包括[bmim]pf6、[hmim]tf2n。

3.如权利要求1所述的一种使用半渗透膜和离子液体的分离式热管，其特征在于，所述蒸发器和冷凝器采用翅片管式换热器、微通道换热器或板式换热器。

4.如权利要求1所述的一种使用半渗透膜和离子液体的分离式热管，其特征在于，所述半渗透膜包括反渗透膜、纳滤膜。

5.如权利要求1所述的一种使用半渗透膜和离子液体的分离式热管的运行方法，其特征在于分离式热管不运行时，制冷剂不断向离子液体渗透，直到渗透压与阻力平衡，系统稳定；当分离式热管运行时，制冷剂在蒸发器中吸热蒸发，通过气体上升管进入冷凝器冷凝，随后进入液体下降管，由于此时离子液体中溶解的制冷剂减少，渗透压大于阻力，液体下降管中的制冷剂持续通过半渗透膜向离子液体渗透，提供制冷剂循环的驱动力。

技术总结
本发明公开了一种使用半渗透膜和离子液体的分离式热管，包括依次串联形成制冷剂回路的半渗透膜设置管路、蒸发器、气体上升管、冷凝器和液体下降管；所述分离式热管设置制冷剂和离子液体工质对；由于半渗透膜对透过物质具有选择性，因此在分子量较大的离子液体的渗透压作用下，分子量较小的制冷剂能够克服阻力通过半渗透膜，向离子液体渗透，从而为制冷剂循环提供驱动力。

技术研发人员：荣杨一鸣,苏卫涛,杜博闻,李成军
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12