[发明专利]一种多级动力热管系统

说明书

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，具体的说，涉及一种新型的热管换热系统，特别是一种多个独立动力热管装置并联而成的多级动力热管系统。

背景技术

信息机房、基站类建筑中, 室内设备的发热量非常大, 达200~ 1000W/ m²。而且室内IT 设备全年8760h运行, 因此大多数情况下全年需要供冷, 其空调能耗非常大, 常占到信息机房、基站整体能耗的40%~50%。传统机房空调采用压缩机制冷方式全年运行, 而实际上在冬天或者过渡季节室外温度低于室内温度时, 完全可以利用室外低温空气作为冷源对室内供冷, 而不需要压缩机。热管换热器就是一种利用温差驱动制冷剂循环实现热量传递的设备, 由于其不需要压缩机, 可凭借制冷剂的蒸发和冷凝过程传递热量, 具有超导热性和等温特性, 被广泛应用于航天航空、空调、化工、炼油等领域。将热管换热器应用在只有显热传递的信

息机房中, 可以大量减少压缩式制冷空调的运行时间, 其全年节能率可达50%。

申请人早先申请的专利申请号为201210247844.7、201210254213.8、201210257903.9、201210259692.2和201210279193.X的专利给出了为解决目前动力热管工作时存在的气液分离不彻底和循环动力不足的问题的几种单级热管结构，排风口的排放温度很高，热损失仍然很大。

热管换热器的总驱动温差为室内外温差, 单级热管换热器内部制冷剂的恒温特性导致热管换热装置热损失大, 本申请在前面的基础上，可通过增加热管级数将具有恒温特性的中间媒介改为具有变温特性的媒介是实现减少换热温差损失和提高总换热效率的有效途径。单级热管换热器改为多级形式，每一级热管中的制冷剂均视为恒温流体, 则多级热管能实现变温效果的换热装置，且每级换热器的换热面积相同，最终排放温度接近于环境温度，从而最大限度的提高热能利用率。

现在取多级动力热管换热系统与单级动力热管系统相同的总换热面积（相同的投入）进行分析, 蒸发器与冷凝器的传热能力（传热单元数均为NTU）相同。假定多级热管换热装置的级数为n, 且每级换热器的换热面积相同, 其传热单元数为NTU/ n, 则每级热管换热器的效率均相同，η₁ = η₂ = … = η_n = ε/2，ε = 1- exp（-NTU/n），多级热管换热装置的总换热效率为 η = ( n*η₁) /[1+(n-1)*η₁]。

即通过对多级热管换热装置的效率进行分析, 可以得到:

1) 当给定级数n, NTU趋向于无穷大时，η₁=1/2，整体换热效率η = n / ( n+1 )；

2) 当给定NTU, 级数n趋向于无穷大时, 整体换热效率 η = NTU / ( NTU+2 )；

3) 当级数n, NTU都趋于无穷大时, 整体换热效率η →1。

通过上述分析可以看出单级热管换热器改为多级形式, 在整体换热面积相同的情况下，减少了换热温差损失, 提高总换热效率。

发明内容

本发明提供的一种新型的热管换热装置技术——一种多级动力热管系统，就是为了解决目前动力热管工作时换热温差损失大和总换热效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种多级动力热管系统，包括一级动力热管单元、二级动力热管单元、三级动力热管单元、蒸发器风扇、冷凝器风扇、热交换器、连接管道以及电路控制元件，可以根据需要做成4—N级动力热管单元；其中一级动力热管单元、二级动力热管单元和三级动力热管单元分别都是一个独立的循环回路，相互并联；所述一级动力热管单元包括蒸发器一、冷凝器一、储液稳流器一以及循环泵一；所述二级动力热管单元包括蒸发器二、冷凝器二、储液稳流器二以及循环泵二；所述三级动力热管单元包括蒸发器三、冷凝器三、储液稳流器三以及循环泵三； 所述一级动力热管单元、二级动力热管单元和三级动力热管单元的蒸发器互并排摆放，分别有自己的独立输入输出端，组装于同一个壳体内并且位于蒸发器风扇形成的风道内，共用一个蒸发器风扇；所述一级动力热管单元、二级动力热管单元和三级动力热管单元的冷凝器互并排摆放，分别有自己的独立输入输出端，组装于同一个壳体内并且位于冷凝器风扇形成的风道内，共用一个冷凝器风扇。