一种串并联式环路两相热虹吸管

摘要

本发明公开了一种串并联式环路两相热虹吸管，可有效改善双蒸发器内工质流量分布不合理，增加系统的传热性能，提高系统的启动性能。所述串并联式环路两相热虹吸管，包括冷凝器，还包括气液分离器、第一蒸发器、第二蒸发器、液管、气管和第一两相管；冷凝器的第一出口和液管的进口连接；液管的第一出口和第一蒸发器的进口连接，第一蒸发器的出口和气液分离器的进口连接，气液分离器的第一出口通过气管和冷凝器的第一进口连接，气液分离器的第二出口和第二蒸发器的进口连接；液管的第二出口和第二蒸发器的进口连接；第二蒸发器的出口通过第一两相管和冷凝器的第一进口连接。

权利要求

1.一种串并联式环路两相热虹吸管，包括冷凝器（103），其特征在于：还包括气液分离器（104）、第一蒸发器（101）、第二蒸发器（102）、液管（105）、气管（106）和第一两相管（107）；

冷凝器（103）的第一出口和液管（105）的进口连接；液管（105）的第一出口和第一蒸发器（101）的进口连接，第一蒸发器（101）的出口和气液分离器（104）的进口连接，气液分离器（104）的第一出口通过气管（106）和冷凝器（103）的第一进口连接，气液分离器（104）的第二出口和第二蒸发器（102）的进口连接；

液管（105）的第二出口和第二蒸发器（102）的进口连接；第二蒸发器（102）的出口通过第一两相管（107）和冷凝器（103）的第一进口连接。

2.根据权利要求1所述的串并联式环路两相热虹吸管，其特征在于：还包括第二两相管（108），所述气管（106）的出口和第一两相管（107）的出口分别和第二两相管（108）的进口连接，第二两相管（108）的出口和冷凝器（103）的第一进口连接。

3.根据权利要求1所述的串并联式环路两相热虹吸管，其特征在于：所述第一蒸发器（101）和第二蒸发器（102）工作时，第一蒸发器（101）的热流密度低于第二蒸发器（102）的热流密度。

4.根据权利要求1所述的串并联式环路两相热虹吸管，其特征在于：所述冷凝器（103）为板式换热器，工质在冷凝器（103）中流动，冷却水在冷凝器（103）中逆向流动对工质进行冷却。

说明书

一种串并联式环路两相热虹吸管

技术领域

[0001] 本发明属于热管技术领域，具体来说，涉及一种串并联式环路两相热虹吸管。

背景技术

[0002] 随着信息机房的数量和投资规模的迅速增长，其耗电量也与日俱增，对企业和社会造成了巨大的资源负荷的同时，也制约了信息机房的升级与扩容。传统的信息机房冷却采用空调机组来进行散热。但由于信息机房的热负荷较大，要求空调机组全年与全天候供冷，使得基于单一的蒸气压缩制冷方法的空调电能消耗大，占总耗电量的45%。此外，在北方冬季及过渡季节，室外空气温度低于室内空气温度时，传统的蒸气压缩制冷方式无法利用此自然冷源对信息机房内空气进行冷却，从而造成了自然冷源的浪费。因此，探索利用室外低温空气为信息机房提供天然冷源以此降低运行能耗的自然冷却技术成为各类信息机房节能减排的发展方向之一。

[0003] 自然冷却技术的应用方式包括直接或间接的空气自然冷却方式、直接或间接的蒸发冷却方式及利用热管的自然冷却方式。环路两相热虹吸管作为热管中的一种，由于其能根据应用背景选取合适的蒸发与冷凝换热器型式，且安装更简易等优点被广泛应用于信息机房冷却中。目前应用于信息机房冷却的环路两相热虹管的换热模式主要有两种：环路两相热虹吸管与信息机房室内外空气进行换热以及环路两相热虹吸管多个蒸发器与信息机房内电子芯片直接接触进行换热。针对前者的相关研究较多且趋于成熟。然而，当环路两相热虹吸管与信息机房室内外空气进行换热时，为保证最大热流密度的芯片能正常工作，一般采用大温差送风从而导致冷却能耗较大。此外，当采用风冷对电子芯片进行冷却时，与芯片连接的翅片散热器底板与芯片的面积相差悬殊，导致了散热器底板温度梯度大，换热效果差等问题。而采用多个蒸发器与电子芯片直接接触进行换热能有效的改善以上问题。因此，针对多热源（多蒸发器）环路两相热虹吸管开展研究以提高信息机房冷却的性能，降低其能耗已成为大势所趋。

[0004] 以双蒸发器为例，并联式双蒸发器环路两相热虹吸管在非均匀热流情况下存在高热流密度的蒸发器内工质流量过少导致其传热效果变差，而在低热流密度蒸发器内工质流量过多又造成了工质的浪费，双蒸发器内工质分布不合理等问题。此外，在启动过程中，该系统在非均匀热流情况下过冲温度和过冲压力较高，启动过程不稳定，启动性能有所衰减。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种串并联式环路两相热虹吸管，可有效改善双蒸发器内工质流量分布不合理，增加系统的传热性能，提高系统的启动性能。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明实施例采用以下技术方案：

[0007] 一种串并联式环路两相热虹吸管，包括冷凝器，还包括气液分离器、第一蒸发器、第二蒸发器、液管、气管和第一两相管；冷凝器的第一出口和液管的进口连接；液管的第一出口和第一蒸发器的进口连接，第一蒸发器的出口和气液分离器的进口连接，气液分离器的第一出口通过气管和冷凝器的第一进口连接，气液分离器的第二出口和第二蒸发器的进口连接；液管的第二出口和第二蒸发器的进口连接；第二蒸发器的出口通过第一两相管和冷凝器的第一进口连接。

[0008] 作为优选例，所述的串并联式环路两相热虹吸管，还包括第二两相管，所述气管的出口和第一两相管的出口分别和第二两相管的进口连接，第二两相管的出口和冷凝器的第一进口连接。

[0009] 作为优选例，所述第一蒸发器和第二蒸发器工作时，第一蒸发器的热流密度低于第二蒸发器的热流密度。

[0010] 作为优选例，所述冷凝器为板式换热器，工质在冷凝器中流动，冷却水在冷凝器中逆向流动对工质进行冷却。

[0011] 与现有技术相比，本发明实施例的串并联式环路两相热虹吸管，可有效改善双蒸发器内工质流量分布不合理，增加系统的传热性能，提高系统的启动性能。相比于常规的并联双蒸发器环路两相热虹吸管，本实施例通过在环路两相热虹吸管中增加气液分离器，使得第一蒸发器和第二蒸发器以串并联的方式连接。第一蒸发器出口的两相工质经过气液分离器气液分离后，一方面，仅气态工质进入气管中向上流动，其重力压降降低导致工质流动所需驱动力减小，系统启动性能一定程度上有所提高；另一方面，气液分离器出口的液态工质与液管中的一支路出口的液态工质混合后，进入第二蒸发器中，第二蒸发器中工质流量增大，使得传热性能提高，双蒸发器内工质流量分布更合理，有效提升系统的整体传热性能。

附图说明

[0012] 图1是本发明气液分离器辅助串并联式环路两相热虹吸管示意图；

[0013] 图2是本发明气液分离器结构示意图。

[0014] 图中有：第一蒸发器101、第二蒸发器102、冷凝器103、气液分离器104、液管105、气管106、第一两相管107、第二两相管108。

具体实施方式

[0015] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

[0016] 如图1和图2所示，本发明实施例的一种串并联式环路两相热虹吸管，包括冷凝器103、气液分离器104、第一蒸发器101、第二蒸发器102、液管105、气管106和第一两相管107。
冷凝器103的第一出口和液管105的进口连接。液管105的第一出口和第一蒸发器101的进口连接，第一蒸发器101的出口和气液分离器104的进口连接，气液分离器104的第一出口通过气管106和冷凝器103的第一进口连接，气液分离器104的第二出口和第二蒸发器102的进口连接。液管105的第二出口和第二蒸发器102的进口连接，第二蒸发器102的出口通过第一两相管107和冷凝器103的第一进口连接。

[0017] 上述实施例中，从冷凝器103流出的工质进入液管105，从液管105流出。从液管105流出的工质分为两个支路：第一支路中，工质进入第一蒸发器101，第一蒸发器101出口与气液分离器104进口连接，气液分离器104气态工质出口与气管106进口连接；气管106出口与第一两相管107出口相连接，从气管106流出的工质和从第一两相管107流出的工质混合后，进入冷凝器103中；第二支路中，工质与从气液分离器104液态工质出口流出的工质混合后，进入第二蒸发器102；第二蒸发器102出口与第一两相管107进口连接。

[0018] 上述实施例中，第一蒸发器101和第二蒸发器102采用串并联方式进行连接。

[0019] 气液分离器104有一个进口，两个出口。两相工质在气液分离器104中气液分离，气态工质经气管106进入冷凝器103中，液态工质与从液管105流出的一支路的液态工质相混合后，进入第二蒸发器102中。

[0020] 作为优选例，所述的串并联式环路两相热虹吸管，还包括第二两相管108，所述气管106的出口和第一两相管107的出口分别和第二两相管108的进口连接，第二两相管108的出口和冷凝器103的第一进口连接。

[0021] 作为优选例，工作时，第一蒸发器101和第二蒸发器102，第一蒸发器101的热流密度低于第二蒸发器102的热流密度。在工作时，可采用加热块对第一蒸发器101和第二蒸发器102进行加热，提供高低不同的热流密度。基于第一蒸发器101和第二蒸发器102不同的热流密度，使第一蒸发器101中未蒸发的液态工质进入第二蒸发器102中进一步蒸发，增大第二蒸发器102内工质的流量，从而提高第二蒸发器102的传热性能，解决在非均匀热流密度条件下，双蒸发器内工质流量分布不均问题，实现提高系统整体性能的目的。

[0022] 作为优选例，所述冷凝器103为板式换热器，工质在冷凝器103中流动，冷却水在冷凝器103中逆向流动对工质进行冷却。冷凝器103上设有第二进口和第二出口，冷却水从第二进口进入冷凝器103，吸收工质热量后，从第二出口流出。

[0023] 上述实施例，根据第一蒸发器101和第二蒸发器102两个蒸发器热流密度比，可有效调节两个蒸发器内工质流量，提高系统传热性能和启动性能。在并联式双蒸发器环路两相热虹吸管中，当高低热流密度蒸发器的热流密度比高达15倍时，其双蒸发器内工质的流量比仅1.67倍。在此基础上，高热流密度蒸发器的传热性能急剧衰减。而采用本实施例的气液分离器辅助串并联环路两相热虹吸管，当第一蒸发器101与第二蒸发器102的热流密度比为1:15时，第一蒸发器101与第二蒸发器102内工质流量比至少可达到1:3。因此，采用该新型系统，双蒸发器内工质流量可获得有效调节，提高整体系统传热性能。

[0024] 该实施例利用气液分离器将低热流密度蒸发器（即第一蒸发器101）出口的两相工质进行气液分离。一方面，在气管106中，仅气态工质向上流动，进入冷凝器103中，相较于两相工质，气管106中的气态工质向上流动所受到的重力压降有所降低，使得气态工质在气管106中向上流动所需驱动力减小，从而有效提高了系统的启动性能。另一方面，在第二支路中，从冷凝器103流出的部分工质和从气液分离器104流出的液态工质混合后，进入高热流密度蒸发器（即第二蒸发器102）内，第二支路中的工质流量增大，其传热性能随之升高，使双蒸发器内工质的流量分布更为合理，且提高了系统的整体传热性能。这对于多热源环路两相热虹吸管技术（将更多的蒸发器串联或并联入该系统）及信息机房冷却技术的进一步发展，都将具有积极的应用价值，同时也会带来较好的社会效益和经济效益。

[0025] 上述实施例，通过气液分离器分离低热流密度蒸发器（即第一蒸发器101）的两相工质，使得高热流密度蒸发器（即第二蒸发器102）内工质流量增大，同时降低系统启动所需的总驱动力。该实施例能有效提高多热源环路两相热虹吸管的性能。

[0026] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。