專利名稱：雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱管換熱器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種雙循環(huán)可控制換熱量的高效熱管換熱裝置，即雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)。
背景技術(shù)：
早在1942年，Gauler就提出了熱管的原理，但一直未能實(shí)施；自1965年Cotter首次提出較完整的熱管理論后，各國科學(xué)家們對熱管進(jìn)行了多方面的理論研究和推廣應(yīng)用，并將熱管作為一種具有很高傳熱性能的元件，廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，取得了非常好的節(jié)能效果。1985年，施國梁提出了“第二代熱管”的概念，并申請了國家發(fā)明專利(專利號(hào)CN 85102929)，該專利提出可采用電動(dòng)泵來輸送工作液，以解決熱管內(nèi)遇到的工作液輸送力不夠的問題，但由于所設(shè)計(jì)的電動(dòng)泵在熱管內(nèi)部，實(shí)施存在較大困難，該類熱管并沒有推廣應(yīng)用。
目前，熱管已由單根熱管演變?yōu)槎喔鶑?fù)合熱管，并由連體式熱管演變出分離式熱管。分離式熱管在工業(yè)應(yīng)用中具有布置靈活、易于實(shí)現(xiàn)大型化等優(yōu)點(diǎn)；然而，目前的分離式熱管存在工作液輸送力不夠、分液不均勻、使用效果遠(yuǎn)不如連體式熱管等問題，嚴(yán)重阻礙了其推廣應(yīng)用，迄今還沒有大規(guī)模商業(yè)化產(chǎn)品。熱管作為一種換熱設(shè)備，常常需要控制其加熱量或制冷量，但目前的熱管，僅能通過改變加熱源或冷卻源來實(shí)現(xiàn)，熱管自身無控制功能，這也影響了熱管的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服分離式熱管存在的工作液輸送力不夠、分液不均勻、使用效果遠(yuǎn)不如連體式熱管及自身無控制功能等問題，即提出一種新的“熱管系統(tǒng)”，將原來的“熱管元件”的蒸發(fā)段、冷凝段與其它幾個(gè)必要的部件有機(jī)連為一個(gè)整體，構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，以克服分離式熱管存在的缺點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種將熱管的蒸發(fā)器、冷凝器、氣液分離器(或氣液分離母管)、儲(chǔ)液器、溶液循環(huán)泵、分液器、相互間連接管道及相關(guān)控制部分等有機(jī)聯(lián)接為一個(gè)整體，構(gòu)成雙循環(huán)熱管系統(tǒng)。該熱管系統(tǒng)通過溶液循環(huán)泵、分液器、蒸發(fā)器及氣液分離器的有機(jī)組合，形成了相對獨(dú)立的工作液循環(huán)(雙循環(huán)中的小循環(huán))，解決了工作液輸送力不夠、分液不均勻的問題；而通過對該循環(huán)流量的控制實(shí)現(xiàn)了熱管換熱量的控制。
本發(fā)明的雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)有蒸發(fā)器和冷凝器兩類換熱器，每類換熱器為一個(gè)或2-10個(gè)并聯(lián)而成；整體系統(tǒng)包括冷凝液供液與分配、氣液兩相流動(dòng)與分離、氣相輸送與分配、液相收集與儲(chǔ)存、換熱量控制五個(gè)子系統(tǒng)，其總體技術(shù)方案及運(yùn)行過程是溶液循環(huán)泵從儲(chǔ)液罐中抽取液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)液體輸運(yùn)管輸送到分液器，經(jīng)分液器和等長度的分配管束，均勻地將液態(tài)工質(zhì)分配給蒸發(fā)器中的每個(gè)蒸發(fā)管路，在蒸發(fā)管路中，液態(tài)工質(zhì)吸收與其相接觸介質(zhì)的熱量，部分液體氣化，經(jīng)兩相流管進(jìn)入氣液分離器實(shí)現(xiàn)氣液分離，隨后，液態(tài)工質(zhì)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥和氣液分離器液體輸送管回到儲(chǔ)液罐，形成了液體工質(zhì)小循環(huán)；而氣相工質(zhì)則經(jīng)氣體管路進(jìn)入氣體分配母管，由均勻分配管將氣體輸送到冷凝器的每個(gè)管路中，在冷凝管路中實(shí)現(xiàn)完全冷凝后，由冷凝液回送管將冷凝液送回儲(chǔ)液罐，形成熱管工質(zhì)大循環(huán)；兩個(gè)循環(huán)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成雙循環(huán)熱管系統(tǒng)。小循環(huán)的作用是合理控制或增大蒸發(fā)器中液體工質(zhì)的循環(huán)量，解決了原有熱管工作液輸送力不夠、分液不均勻、蒸發(fā)器換熱面使用效率低等問題；大循環(huán)則使熱量從與蒸發(fā)器接觸的介質(zhì)中傳送到與冷凝器接觸的介質(zhì)中，完成了熱量傳遞過程?；氐絻?chǔ)液罐中的工質(zhì)經(jīng)溶液循環(huán)泵再次送入蒸發(fā)器中，又開始了下一次換熱過程；如此循環(huán)往復(fù)，連續(xù)不斷地實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞過程。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)熱管換熱量控制的技術(shù)方案是由溫度傳感器感應(yīng)被冷凝器加熱介質(zhì)的溫度，將信號(hào)傳遞給溫度控制器，該溫度控制器按照規(guī)定的控制算法再對溶液循環(huán)泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變蒸發(fā)器中的液體循環(huán)流量，從而改變了蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸氣量，這樣便調(diào)節(jié)了冷凝器中的冷凝量，實(shí)現(xiàn)了熱管換熱量的調(diào)節(jié)和加熱介質(zhì)溫度的控制；另外，也可將溫度傳感器安裝在被蒸發(fā)器冷卻的介質(zhì)中，實(shí)現(xiàn)熱管換熱量的調(diào)節(jié)和對蒸發(fā)器冷卻介質(zhì)溫度的控制。當(dāng)溶液循環(huán)泵停止運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)器中的工質(zhì)很快全部蒸發(fā)完畢，隨后，換熱過程完全停止，換熱量為零；隨著溶液循環(huán)泵流量從零逐步增大，蒸發(fā)器的產(chǎn)氣量漸漸變大，熱管換熱系統(tǒng)的換熱量也逐步增大，直到達(dá)到某一最大值。本發(fā)明正是利用這一變化過程，實(shí)現(xiàn)熱管換熱量的調(diào)節(jié)，形成了可控的熱管系統(tǒng)。
本發(fā)明通過安裝在液體輸送管上的溫度控制閥，直接控制小循環(huán)的液體工質(zhì)循環(huán)量，調(diào)節(jié)熱管換熱器的換熱量。
本發(fā)明中蒸發(fā)器與冷凝器的相對安裝高度不受限制，儲(chǔ)液罐低于兩個(gè)換熱器，保證冷凝液能夠順利回流到儲(chǔ)液罐便可正常工作。若冷凝器安裝在儲(chǔ)液罐下部，要在冷凝器回流管上安裝一個(gè)冷凝器回流溶液泵。
本發(fā)明中的氣液分離器是一個(gè)獨(dú)立部件，或?yàn)榕c蒸發(fā)器連為一體的氣液分離母管；氣相工質(zhì)母管是一個(gè)獨(dú)立的部件，或與均勻分氣管及冷凝器組合為一體。
本發(fā)明中的蒸發(fā)器有多個(gè)，冷凝器為一個(gè)，構(gòu)成多供一系統(tǒng)；冷凝器有多個(gè)蒸發(fā)器有一個(gè)，構(gòu)成一供多系統(tǒng)。
本發(fā)明的雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)取消系統(tǒng)中的換熱量控制子系統(tǒng)時(shí)，形成結(jié)構(gòu)更簡單、成本更低、換熱量基本穩(wěn)定的雙循環(huán)熱管系統(tǒng)。
溶液循環(huán)泵從儲(chǔ)液罐中抽取液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)液體輸運(yùn)管輸送到分液器，經(jīng)分液器和等長度的分配管束，均勻的將液態(tài)工質(zhì)分配給蒸發(fā)器中的每個(gè)蒸發(fā)管路，在蒸發(fā)管路中，液態(tài)工質(zhì)吸收與其相接觸介質(zhì)的熱量，部分液體氣化，經(jīng)兩相流管進(jìn)入氣液分離器實(shí)現(xiàn)氣液分離，隨后，液態(tài)工質(zhì)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥和氣液分離器液體輸送管回到儲(chǔ)液罐，形成了液體工質(zhì)小循環(huán)；氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)氣體管路進(jìn)入氣體分配母管，由均勻分配管將氣體輸送到冷凝器的每個(gè)管路中，在冷凝管路中實(shí)現(xiàn)完全冷凝后，由冷凝液回送管將冷凝液送入儲(chǔ)液罐，形成熱管工質(zhì)大循環(huán)；兩個(gè)循環(huán)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成雙循環(huán)熱管系統(tǒng)。小循環(huán)的作用是合理控制或增大蒸發(fā)器中液體工質(zhì)的循環(huán)量，解決原有熱管工作液輸送力不夠、分液不均勻、蒸發(fā)器換熱面使用效率低等問題；大循環(huán)使熱量從與蒸發(fā)器接觸的介質(zhì)中傳送到與冷凝器接觸的介質(zhì)中，完成熱量傳遞過程?；氐絻?chǔ)液罐中的工質(zhì)經(jīng)溶液循環(huán)泵再次送入蒸發(fā)器中，開始進(jìn)行下一次換熱過程；如此循環(huán)往復(fù)，連續(xù)不斷的實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞過程。本發(fā)明擴(kuò)大了熱管的應(yīng)用范圍和應(yīng)用方式，應(yīng)用于中央空調(diào)、太陽能熱利用、空氣冷能回收、各類鍋爐或動(dòng)力機(jī)的余熱或其他廢熱的回收、空氣對流干燥的動(dòng)力源、核能熱利用、海水熱能利用、海水淡化、地?zé)崮荛_發(fā)利用等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)大型化，便于和各類大型工程相匹配。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)一是蒸發(fā)段與冷凝段分別獨(dú)立形成蒸發(fā)器與冷凝器，可根據(jù)需要以任意方式(水平、垂直或按某一傾角)、在任意相對位置分別放置，解決了原重力式熱管布置形式受限的問題，大幅度擴(kuò)大了熱管的使用范圍；二是無需吸液芯結(jié)構(gòu)，簡化了熱管內(nèi)部結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)大型化生產(chǎn)與應(yīng)用，降低了熱管制造成本；三是能夠方便地實(shí)現(xiàn)熱管換熱量的連續(xù)調(diào)節(jié)和控制，增強(qiáng)了熱管的控制功能；四是增加了溶液循環(huán)泵，而且還增設(shè)了氣液分離器(母管)、儲(chǔ)液罐、分液器、等長度均液管、氣相工質(zhì)母管、均勻分氣管等部件，形成了完整的熱管系統(tǒng)，解決了工作液輸送力不夠、分液不均勻等問題，提高了分離式熱管的換熱效率；五是能夠方便地實(shí)現(xiàn)多供一或一供多的換熱模式，擴(kuò)大了熱管的使用范圍；六是蒸發(fā)器與冷凝器的結(jié)構(gòu)形式可以參照現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)中蒸發(fā)器與冷凝器的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，既能節(jié)省研發(fā)的時(shí)間和費(fèi)用，還能獲得高效的換熱效果；七是溶液循環(huán)泵安裝在儲(chǔ)液罐的下部，既保證了工作過程中始終有足夠的溶液供泵使用，順利實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)過程，避免了氣蝕現(xiàn)象，延長了泵的使用壽命；八是小循環(huán)過程的液體工質(zhì)循環(huán)量通常大于或等于大循環(huán)的工質(zhì)循環(huán)量，在調(diào)節(jié)過程中，會(huì)短時(shí)間出現(xiàn)小循環(huán)過程的液體工質(zhì)循環(huán)量小于大循環(huán)的工質(zhì)循環(huán)量的情況。正是這種變化的循環(huán)量，保證了蒸發(fā)器的高效工作，實(shí)現(xiàn)了換熱量的調(diào)節(jié)；九是由于是相變傳熱，具有傳熱溫差小、換熱效率高的特點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)了冷熱介質(zhì)遠(yuǎn)距離不接觸高效傳熱，故在廢熱回收及對人體有危害的區(qū)域的能量回收應(yīng)用中，有更大的優(yōu)勢；十是擴(kuò)大了熱管的應(yīng)用范圍和應(yīng)用方式，可應(yīng)用于中央空調(diào)、太陽能熱利用、空氣冷能回收、各類鍋爐或動(dòng)力機(jī)的余熱或其它廢熱的回收、空氣對流干燥的動(dòng)力源、核能熱利用、海水熱能利用、海水淡化、地?zé)崮荛_發(fā)利用等領(lǐng)域，更容易實(shí)現(xiàn)大型化，便于和各類大型工程相匹配。


圖1為本發(fā)明第1種實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)及工作流程示意圖；圖2為本發(fā)明第2種實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)及工作流程示意圖；圖3為本發(fā)明第3種實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)及工作流程示意圖；圖4為本發(fā)明第4種實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)及工作流程示意圖；圖5為本發(fā)明第5種實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)及工作流程示意圖；圖6為本發(fā)明第6種實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)及工作流程示意圖；圖7為本發(fā)明第7種實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)及工作流程示意圖；圖8為本發(fā)明第8種實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)及工作流程示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施中涉及的蒸發(fā)器、冷凝器、溶液循環(huán)泵、分液器、氣液分離器(或氣液分離母管)、儲(chǔ)液罐等部件及控制環(huán)節(jié)為本發(fā)明的必備部分，系統(tǒng)的主要部件包括溫度傳感器(或感溫包)1，冷凝器2，均勻分氣管3，氣相工質(zhì)母管4，氣相工質(zhì)輸送管5，兩相流輸送管束6，蒸發(fā)器7，等長度均液管8，溫度信號(hào)傳輸線(管)9，冷凝器凝結(jié)液輸送管10，儲(chǔ)液罐11，氣液分離器液體輸送管12，壓力調(diào)節(jié)閥13，氣液分離器14，循環(huán)溶液輸送管15，分液器16，溫度控制器17，溶液循環(huán)泵18，溫度控制閥19，冷凝器凝結(jié)液輸送泵20，氣液分離母管21，循環(huán)溶液調(diào)節(jié)閥22，第n個(gè)蒸發(fā)器23，第k個(gè)冷凝器24，感溫包25，溫度信號(hào)傳輸管26，溫度控制閥27。
本發(fā)明共有蒸發(fā)器7、23和冷凝器2、24兩類換熱器，每類換熱器是1個(gè)或多個(gè)；該系統(tǒng)包括冷凝液供液與分配、氣液兩相流動(dòng)與分離、氣相輸送與分配、液相收集與儲(chǔ)存、換熱量控制五個(gè)子系統(tǒng)，各換熱器與子系統(tǒng)的工作原理及功效為蒸發(fā)器7、23通過分液器16及等長度均液管8，蒸發(fā)器的各管路中均勻獲得液態(tài)工質(zhì)，這些工質(zhì)吸收與蒸發(fā)器接觸的介質(zhì)的熱量而發(fā)生氣化，產(chǎn)生蒸發(fā)過程，形成的兩相流由兩相流輸送管束6送入氣液分離器14或氣液分離母管21；其功效是吸收所處環(huán)境的熱能，并將該能量轉(zhuǎn)變?yōu)檠h(huán)工質(zhì)的相變潛能。
冷凝器2、24通過氣相工質(zhì)母管4、均勻分氣管3，冷凝器2、24的各管路均勻獲得氣相工質(zhì)，這些工質(zhì)在冷凝器中將熱量傳遞給與冷凝器接觸的介質(zhì)而發(fā)生相變，凝結(jié)為液體后，由冷凝器凝結(jié)液輸送管10，回流到儲(chǔ)液罐11中；其功效是將蒸發(fā)器中獲得的相變潛能傳遞到需要熱量的介質(zhì)中，完成高效的熱量傳遞過程。
冷凝液供液與分配子系統(tǒng)溶液循環(huán)泵18從儲(chǔ)液罐11中抽取液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)液體輸運(yùn)管15輸送到分液器16中，經(jīng)分液器16和等長度的分配管束8，均勻地將液態(tài)工質(zhì)分配給蒸發(fā)器7、23中的每個(gè)蒸發(fā)管路；其功效是將氣液分離器14分離出的液態(tài)工質(zhì)再次均勻地送到蒸發(fā)器7、23中進(jìn)行蒸發(fā)，形成小循環(huán)，以保證蒸發(fā)器的高效運(yùn)行；同時(shí)，將冷凝器2冷凝的液體工質(zhì)也送到蒸發(fā)器7、23中，形成大循環(huán)，完成熱管所必需的液態(tài)工質(zhì)從冷凝器到蒸發(fā)器的輸送工作。
氣液兩相流動(dòng)與分離子系統(tǒng)從蒸發(fā)器出來的兩相流，在溶液循環(huán)泵提供的壓力作用下，由兩相流輸送管束6送入氣液分離器14或氣液分離母管21，氣液分離后，液體送到儲(chǔ)液罐中，氣體進(jìn)入冷凝器中；其功效是及時(shí)收集從蒸發(fā)器中流出的氣液兩相流，使蒸發(fā)器換熱面的液態(tài)工質(zhì)厚度保持在一定范圍內(nèi)，達(dá)到高效換熱的效果，同時(shí)，完成氣液分離的任務(wù)，形成氣、液兩個(gè)通路，構(gòu)成本發(fā)明的雙循環(huán)系統(tǒng)。
氣相輸送與分配子系統(tǒng)在溶液循環(huán)泵18的動(dòng)力作用下，氣液分離器14或氣液分離母管21分離出來的氣體有一定的余壓，使氣相工質(zhì)經(jīng)輸送管5、氣相工質(zhì)母管4、均勻分氣管3均勻地進(jìn)入冷凝器中的每一根換熱管；該子系統(tǒng)的功效是使蒸發(fā)器中產(chǎn)生的氣相工質(zhì)均勻地分配到冷凝器的每根換熱管中，實(shí)現(xiàn)高效的冷凝換熱過程。
液相收集與儲(chǔ)存子系統(tǒng)液相收集分兩部分一部分是氣液分離器14中冷凝的液態(tài)工質(zhì)經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥13和氣液分離器液體輸送管12流入儲(chǔ)液罐，另一部分是在冷凝器中冷凝下來的工質(zhì)經(jīng)冷凝器凝結(jié)液輸送管10回到儲(chǔ)液罐中；該子系統(tǒng)的功效是收集與儲(chǔ)存液態(tài)工質(zhì)，通過壓力調(diào)節(jié)閥13，使兩條收集回路達(dá)到壓力平衡，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。
換熱量控制子系統(tǒng)通過溫度傳感器(或感溫包)1從要控制溫度的對象所處位置獲得溫度信號(hào)(圖中假設(shè)與冷凝器接觸的介質(zhì)為控制對象)，由溫度信號(hào)傳輸線(管)9將該信號(hào)傳遞給溫度控制器17或溫度控制閥19，溫度控制器17發(fā)出控制信號(hào)改變?nèi)芤貉h(huán)泵18的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)循環(huán)溶液量的調(diào)節(jié)，溫度控制閥19則直接改變閥門開度調(diào)節(jié)循環(huán)溶液量，該循環(huán)溶液量的變化，改變了蒸發(fā)器的產(chǎn)氣量，即改變了進(jìn)入冷凝器的蒸氣量，實(shí)現(xiàn)了熱管換熱量的調(diào)節(jié)；該子系統(tǒng)的功效是使本發(fā)明的熱管系統(tǒng)具有換熱量調(diào)節(jié)功能。
本發(fā)明若要控制蒸發(fā)器側(cè)介質(zhì)的溫度，應(yīng)把溫度傳感器(或感溫包)1安裝在蒸發(fā)器7或23所處的介質(zhì)中；另外，對于蒸發(fā)器側(cè)是高溫介質(zhì)的場合，如鍋爐爐膛內(nèi)部介質(zhì)或核反應(yīng)堆介質(zhì)，必須保證蒸發(fā)器內(nèi)始終有一定的循環(huán)工質(zhì)，以避免高溫?zé)龤Q熱器，這時(shí)，溶液循環(huán)泵18或溫度控制閥19必須有最小流量控制功能。
實(shí)施例1為本發(fā)明的第1種實(shí)施例結(jié)構(gòu)及工作流程，其主要部件包括蒸發(fā)器7和冷凝器2；還包括由溶液循環(huán)泵18、液體輸運(yùn)管15、分液器16、等長度的分配管束8等構(gòu)成的冷凝液供液與分配子系統(tǒng)；由兩相流輸送管束6、氣液分離器14構(gòu)成的氣液兩相流動(dòng)與分離子系統(tǒng)；由氣相工質(zhì)經(jīng)輸送管5、氣相工質(zhì)母管4、均勻分氣管3構(gòu)成的氣相輸送與分配子系統(tǒng)；由壓力調(diào)節(jié)閥13、氣液分離器液體輸送管12、冷凝器凝結(jié)液輸送管10和儲(chǔ)液罐11構(gòu)成的液相收集與儲(chǔ)存子系統(tǒng)；由溫度傳感器(或感溫包)1、溫度信號(hào)傳輸線9、溫度控制器17構(gòu)成的換熱量控制子系統(tǒng)。上述蒸發(fā)器7和冷凝器2與五個(gè)子系統(tǒng)有機(jī)聯(lián)系起來，連續(xù)不斷地將熱量從與蒸發(fā)器接觸的介質(zhì)中傳遞到與冷凝器接觸的介質(zhì)中，而其換熱量的多少還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
該系統(tǒng)裝置的啟動(dòng)與運(yùn)行過程如下先將雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)安裝完畢，抽空后充入熱管循環(huán)工質(zhì)，啟動(dòng)液態(tài)工質(zhì)循環(huán)泵，讓蒸發(fā)器7內(nèi)有一定量的液態(tài)工質(zhì)循環(huán)，再打開蒸發(fā)器的加熱源系統(tǒng)和冷凝器的冷卻源系統(tǒng)，熱管便進(jìn)入正常工作階段。在正常工作過程中，溶液循環(huán)泵18從儲(chǔ)液罐11中抽取液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)液體輸運(yùn)管15輸送到分液器16，經(jīng)分液器16和等長度分配管束8，均勻地將液態(tài)工質(zhì)分配給蒸發(fā)器7中的每個(gè)蒸發(fā)管路，在蒸發(fā)管路中，液態(tài)工質(zhì)吸收與其相接觸介質(zhì)的熱量，部分液體氣化，經(jīng)兩相流管6進(jìn)入氣液分離器14實(shí)現(xiàn)氣液分離，隨后，液態(tài)工質(zhì)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥13和氣液分離器液體輸送管12回到儲(chǔ)液罐11，形成了液體工質(zhì)小循環(huán)；而氣相工質(zhì)則經(jīng)氣體管路5進(jìn)入氣體分配母管4，由均勻分配管3將氣體均勻輸送到冷凝器2的每個(gè)管路中，在冷凝管路中實(shí)現(xiàn)完全冷凝后，由冷凝液回送管10將冷凝液送入儲(chǔ)液罐11，形成熱管工質(zhì)大循環(huán)；兩個(gè)循環(huán)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成雙循環(huán)熱管系統(tǒng)。小循環(huán)的作用是合理控制或增大蒸發(fā)器7中液體工質(zhì)的循環(huán)量，解決原有熱管工作液輸送力不夠、分液不均勻、蒸發(fā)器換熱面使用效率低等問題；大循環(huán)則使熱量從與蒸發(fā)器7接觸的介質(zhì)中傳送到與冷凝器2接觸的介質(zhì)中，完成熱量傳遞過程。回到儲(chǔ)液罐11中的工質(zhì)經(jīng)溶液循環(huán)泵18再次送入蒸發(fā)器中，又開始了下一次換熱過程，如此循環(huán)往復(fù)，連續(xù)不斷地實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞過程。本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)熱管換熱量控制的技術(shù)方案是由溫度傳感器1感應(yīng)被冷凝器2加熱介質(zhì)的溫度，由信號(hào)傳遞線9將信號(hào)傳遞給溫度控制器17，該溫度控制器17按照規(guī)定的控制算法對溶液循環(huán)泵18進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變蒸發(fā)器7中的液體循環(huán)流量，從而改變了蒸發(fā)器7中產(chǎn)生的蒸氣量，這樣便改變了冷凝器2中的冷凝量，實(shí)現(xiàn)了熱管換熱量的調(diào)節(jié)。當(dāng)溶液泵停止運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)器7中的工質(zhì)很快全部蒸發(fā)完畢，隨后，換熱過程完全停止，換熱量為零；隨著溶液泵流量從零逐步增大，蒸發(fā)器7的產(chǎn)氣量漸漸增大，熱管換熱系統(tǒng)的換熱量也逐步增大，直到達(dá)到某一最大值。本發(fā)明正是利用這一變化過程，實(shí)現(xiàn)熱管換熱量的調(diào)節(jié)，形成了可控的熱管系統(tǒng)。
實(shí)施例2為本發(fā)明的第2種實(shí)施例結(jié)構(gòu)及工作流程，其蒸發(fā)器7和冷凝器2及冷凝液供液與分配、氣液兩相流動(dòng)與分離、氣相輸送與分配、液相收集與儲(chǔ)存四個(gè)子系統(tǒng)與實(shí)施例1完全相同，但換熱量控制子系統(tǒng)有所不同。實(shí)施例1采用溫度控制器17來控制溶液循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)液體工質(zhì)流量的調(diào)節(jié)，本實(shí)施例是在循環(huán)溶液輸送管15上安裝溫度調(diào)節(jié)閥19，通過該閥門的感溫包1、溫度信號(hào)傳輸管9直接進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)。
本實(shí)施例的啟動(dòng)與運(yùn)行過程與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3為本發(fā)明的第3種實(shí)施例結(jié)構(gòu)及工作流程，其蒸發(fā)器7和冷凝器2及冷凝液供液與分配、氣液兩相流動(dòng)與分離、氣相輸送與分配及換熱量控制四個(gè)子系統(tǒng)與實(shí)施例1完全相同，但液相收集與儲(chǔ)存有所不同。實(shí)施例1中冷凝器2的凝結(jié)液靠重力作用直接流入儲(chǔ)液罐11中，故要求儲(chǔ)液器的安裝高度必須低于冷凝器的最低點(diǎn)，而本實(shí)施例則通過在冷凝液回送管10上加裝一個(gè)溶液泵20，便允許冷凝器2的安裝高度比儲(chǔ)液器11低，使冷凝器的安裝與布置更為靈活。
本實(shí)施例的啟動(dòng)與運(yùn)行過程與實(shí)施例1相同，在冷凝器中形成凝結(jié)液后要啟動(dòng)溶液泵20，使冷凝器2保持高效工作狀態(tài)。
實(shí)施例4為本發(fā)明的第4種實(shí)施例結(jié)構(gòu)及工作流程，其蒸發(fā)器7和冷凝器2及冷凝液供液與分配、氣液兩相流動(dòng)與分離、氣相輸送與分配及換熱量控制四個(gè)子系統(tǒng)與實(shí)施例2完全相同，但液相收集與儲(chǔ)存有所不同。實(shí)施例2中冷凝器2的凝結(jié)液靠重力作用直接流入儲(chǔ)液罐11中，故要求儲(chǔ)液器的安裝高度必須低于冷凝器的最低點(diǎn)，而本實(shí)施例則通過在冷凝液回送管10上加裝一個(gè)溶液泵20，便允許冷凝器2的安裝高度比儲(chǔ)液器11低，使冷凝器的安裝與布置更為靈活。
本實(shí)施例的啟動(dòng)與運(yùn)行過程與實(shí)施例2相同，在冷凝器中形成凝結(jié)液后要啟動(dòng)溶液泵20，使冷凝器2保持高效工作狀態(tài)。
實(shí)施例5為本發(fā)明的第5種實(shí)施例結(jié)構(gòu)及工作流程，其蒸發(fā)器7和冷凝器2及冷凝液供液與分配、氣相輸送與分配、液相收集與儲(chǔ)存及換熱量控制四個(gè)子系統(tǒng)與實(shí)施例1完全相同，但氣液兩相流動(dòng)與分離子系統(tǒng)有所不同。實(shí)施例1采用兩相流輸送管束6、氣液分離器14構(gòu)成的氣液兩相流動(dòng)與分離子系統(tǒng)，本實(shí)施例則采用兩相流輸送管束6、氣液分離母管21構(gòu)成的氣液兩相流動(dòng)與分離子系統(tǒng)，該實(shí)施例的特點(diǎn)是兩相流輸送管束6的管路較短，氣液分離母管21與蒸發(fā)器7相距較近，有時(shí)兩相流輸送管束6、氣液分離母管2與蒸發(fā)器7直接連為一體，結(jié)構(gòu)更為緊湊。
本實(shí)施例的啟動(dòng)與運(yùn)行過程與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例6為本發(fā)明的第6種實(shí)施例結(jié)構(gòu)及工作流程，其蒸發(fā)器7和冷凝器2及冷凝液供液與分配、氣相輸送與分配、液相收集與儲(chǔ)存三個(gè)子系統(tǒng)與實(shí)施例1完全相同，但換熱量控制子系統(tǒng)、氣液兩相流動(dòng)與分離有所不同。本實(shí)施例的換熱量控制子系統(tǒng)與實(shí)施例2相同，而氣液兩相流動(dòng)與分離子系統(tǒng)與實(shí)施例5相同。
本實(shí)施例的啟動(dòng)與運(yùn)行過程與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例7為本發(fā)明的第7種實(shí)施例結(jié)構(gòu)及工作流程，其冷凝器2及氣液兩相流動(dòng)與分離、氣相輸送與分配、液相收集與儲(chǔ)存、換熱量控制四個(gè)子系統(tǒng)與實(shí)施例1完全相同，但蒸發(fā)器7和冷凝液供液與分配子系統(tǒng)有所不同。實(shí)施例1中只有一個(gè)蒸發(fā)器，本實(shí)施例有多個(gè)蒸發(fā)器(圖中僅畫出2個(gè))，故冷凝液供液與分配子系統(tǒng)也有多條通道。應(yīng)用本實(shí)施例能夠從多個(gè)熱源取熱，輸送給一個(gè)用戶，實(shí)現(xiàn)了多供一的供熱方式，對復(fù)合式或組合式供熱非常適用。
本實(shí)施例的啟動(dòng)與運(yùn)行過程與實(shí)施例1相同，需合理調(diào)節(jié)閥門22的開度，使各蒸發(fā)器的供液量與其熱源可供熱量形成較好的平衡，保證各蒸發(fā)器都高效地工作。
實(shí)施例8為本發(fā)明的第8種實(shí)施例結(jié)構(gòu)及工作流程，其蒸發(fā)器7及冷凝液供液與分配、氣液兩相流動(dòng)與分離兩個(gè)子系統(tǒng)與實(shí)施例1基本相同，但冷凝器、液相收集與儲(chǔ)存、氣相輸送與分配、換熱量控制子系統(tǒng)有所不同。實(shí)施例1中只有一個(gè)冷凝器，本實(shí)施例有多個(gè)冷凝器(盡管圖2中僅畫出2個(gè))，故冷凝液收集與儲(chǔ)存、氣相輸送與分配子系統(tǒng)也有多條通道，換熱量控制子系統(tǒng)除了有與實(shí)施例1相同的冷凝器2的溫度控制系統(tǒng)外，還有由感溫包25、溫度信號(hào)傳輸管26及溫度調(diào)節(jié)閥27構(gòu)成的換熱器24的溫度控制系統(tǒng)。應(yīng)用本實(shí)施例能夠從一個(gè)熱源取熱，輸送給多個(gè)用戶，實(shí)現(xiàn)一供多的供熱方式。本實(shí)施例的啟動(dòng)與運(yùn)行過程與實(shí)施例1相同，運(yùn)行中多個(gè)冷凝器同時(shí)向不同用戶供熱。
權(quán)利要求
1.一種雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)，包括冷凝液供液與分配、氣液兩相流動(dòng)與分離、氣相輸送與分配、液相收集與儲(chǔ)存、換熱量控制五個(gè)子系統(tǒng)，其特征在于將熱管的蒸發(fā)器、冷凝器、氣液分離器或氣液分離母管、儲(chǔ)液器、溶液循環(huán)泵、分液器、相互間連接管道及相關(guān)控制部分有機(jī)聯(lián)接為一個(gè)整體，通過溶液循環(huán)泵、分液器、蒸發(fā)器及氣液分離器的有機(jī)組合，形成了相對獨(dú)立的工作液循環(huán)，通過對該循環(huán)流量的控制實(shí)現(xiàn)熱管換熱量的控制；有蒸發(fā)器和冷凝器兩類換熱器，每類換熱器為一個(gè)或2-10個(gè)并聯(lián)而成；由溫度傳感器感應(yīng)被冷凝器加熱介質(zhì)的溫度，將信號(hào)傳遞給溫度控制器，該溫度控制器按照控制算法再對溶液循環(huán)泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變蒸發(fā)器中的液體循環(huán)流量，從而改變了蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸氣量，調(diào)節(jié)冷凝器中的冷凝量，實(shí)現(xiàn)熱管換熱量的調(diào)節(jié)和加熱介質(zhì)溫度的控制；或?qū)囟葌鞲衅靼惭b在被蒸發(fā)器冷卻的介質(zhì)中，實(shí)現(xiàn)熱管換熱量的調(diào)節(jié)和對蒸發(fā)器冷卻介質(zhì)溫度的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)，其特征在于通過安裝在液體輸送管上的溫度控制閥，直接控制小循環(huán)的液體工質(zhì)循環(huán)量，調(diào)節(jié)熱管換熱器的換熱量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)，其特征在于氣液分離器是獨(dú)立部件，或?yàn)榕c蒸發(fā)器連為一體的氣液分離母管；氣相工質(zhì)母管是獨(dú)立的部件，或與均勻分氣管及冷凝器組合為一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)，其特征在于蒸發(fā)器有多個(gè)，冷凝器為一個(gè)，構(gòu)成多供一系統(tǒng)；冷凝器有多個(gè)蒸發(fā)器有一個(gè)，構(gòu)成一供多系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)，其特征在于溶液循環(huán)泵從儲(chǔ)液罐中抽取液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)液體輸運(yùn)管輸送到分液器，經(jīng)分液器和等長度的分配管束，將液態(tài)工質(zhì)分配給蒸發(fā)器中的每個(gè)蒸發(fā)管路，在蒸發(fā)管路中，液態(tài)工質(zhì)吸收與其相接觸介質(zhì)的熱量，部分液體氣化，經(jīng)兩相流管進(jìn)入氣液分離器實(shí)現(xiàn)氣液分離，隨后，液態(tài)工質(zhì)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥和氣液分離器液體輸送管回到儲(chǔ)液罐，形成了液體工質(zhì)小循環(huán)；氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)氣體管路進(jìn)入氣體分配母管，由均勻分配管將氣體輸送到冷凝器的每個(gè)管路中，在冷凝管路中實(shí)現(xiàn)完全冷凝后，由冷凝液回送管將冷凝液送入儲(chǔ)液罐，形成熱管工質(zhì)大循環(huán)；兩個(gè)循環(huán)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成雙循環(huán)熱管系統(tǒng)；小循環(huán)控制或增大蒸發(fā)器中液體工質(zhì)的循環(huán)量；大循環(huán)使熱量從與蒸發(fā)器接觸的介質(zhì)中傳送到與冷凝器接觸的介質(zhì)中；回到儲(chǔ)液罐中的工質(zhì)經(jīng)溶液循環(huán)泵再次送入蒸發(fā)器中，進(jìn)行下一次換熱過程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)，其特征在于應(yīng)用于中央空調(diào)、太陽能熱利用、空氣冷能回收、各類鍋爐或動(dòng)力機(jī)的余熱或其他廢熱的回收、空氣對流干燥的動(dòng)力源、核能熱利用、海水熱能利用、海水淡化、地?zé)崮荛_發(fā)利用領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙循環(huán)的可控制換熱量的高效熱管換熱系統(tǒng)，有蒸發(fā)器和冷凝器兩類換熱器，每類換熱器是1個(gè)，或多個(gè)并聯(lián)而成；本系統(tǒng)包括冷凝液供液與分配、氣液兩相流動(dòng)與分離、氣相輸送與分配、液相收集與儲(chǔ)存、換熱量控制五個(gè)子系統(tǒng)；將熱管的蒸發(fā)器、冷凝器、氣液分離器、儲(chǔ)液器、溶液循環(huán)泵、分液器、相互間連接管道及相關(guān)控制部分等有機(jī)連接為一個(gè)整體，構(gòu)成雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)，通過溶液泵、分液器、蒸發(fā)器及氣液分離器的有機(jī)組合，形成獨(dú)立的工作液循環(huán)解決了工作液輸送力不足、分液不均勻等問題；通過對熱管工作液體循環(huán)流量的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了熱管換熱量的控制。
文檔編號(hào)F28D15/02GK1896673SQ200610045059
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月20日
發(fā)明者田小亮, 孫暉 申請人:青島大學(xué)