一种基于非共沸混合工质的多温冷却热虹吸管装置

技术领域

本发明属于热管节能技术领域，尤其涉及一种基于非共沸混合工质的多温冷却热虹吸管装置。

背景技术

我国正处于工业化、城镇化快速发展阶段，居民生活、交通等领域用能持续增长，能源消费将保持刚性增长态势，而其中通信行业将消耗全球20％的电力，在移动通信网络中，基站是耗电大户，大约80％的能耗来自广泛分布的基站，越加密集的基站意味着更高的能耗，因此，解决基站能耗变得至关重要。传统的基站冷却主要是使用单一的机械制冷来维持基站内部空气温度的恒定，全年工作能耗极高。

热虹吸管作为热管的其中一种，具有无运动部件、布置紧凑、不易泄露、可根据应用背景选取相适合的蒸发与冷凝换热器型式等优点，被广泛应用于电子设备冷却中。相较于传统的蒸汽压缩式冷却，热虹吸管能在秋冬季节室外温度低于室内时，利用室外低温作为天然冷源冷却室内空气，能够有效节约大量电能。然而，随着基站内服务器逐步增多，服务器之间功率差距逐步增大，传统的单蒸发器热虹吸管已不能满足需求。当采用单蒸发器对基站内空气进行散热时，高功率服务器处易出现局部热点。因此，为保证所有服务器的安全运行，需向基站提供最大冷量，造成了能源浪费。此外，基站内冷热空气混合也将造成冷量损失。

发明内容

为解决现有技术所存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种基于非共沸混合工质的多温冷却热虹吸管装置，可针对不同热负荷的服务器提供多温冷却，实现独立控温，按需冷却，避免局部热点出现，降低冷却能耗。

本发明是这样实现的，一种基于非共沸混合工质的多温冷却热虹吸管装置，该装置包括第一冷凝器、第二冷凝器、第一蒸发器、第二蒸发器、气分器；所述第一冷凝器出口与气分器进口通过管道连接，所述气分器的第一出口与第一蒸发器进口通过管道对接，所述气分器的第二出口与第二冷凝器进口通过管道连接，所述第二冷凝器出口与第二蒸发器进口通过管道对接，所述第一蒸发器出口、第二蒸发器出口通过管道对接所述第一冷凝器进口；其中，两相状态的非共沸混合工质在第一冷凝器进行放热冷凝为两相状态工质，该两相状态工质进入气分器中被分离为液相工质与气相工质；所述液相工质由第一出口进入第一蒸发器中进行吸热变为两相状态的非共沸混合工质；所述气相工质由第二出口进入第二冷凝器中放热变为饱和液相工质，该饱和液相工质进入第二蒸发器中吸热变为两相状态的非共沸混合工质；所述第一蒸发器、第二蒸发器的非共沸混合工质重新进入第一冷凝器中。

优选地，所述第一冷凝器出口通过第一水平管对接气分器进口，所述气分器的第一出口通过第一下降管对接第一蒸发器进口，所述气分器的第二出口通过第二水平管对接第二冷凝器进口，所述第二冷凝器出口通过第二下降管对接第二蒸发器进口，所述第一蒸发器出口通过第三水平管对接上升管进口，所述第二蒸发器出口通过第四水平管对接上升管进口，所述上升管出口对接第一冷凝器进口。

优选地，所述第一冷凝器的出口为两相混合工质出口；所述第二冷凝器的出口为饱和或过冷液体工质出口。

优选地，所述第一冷凝器和第二冷凝器为管翅换热器。

优选地，所述第一蒸发器、第二蒸发器为微通道换热器。

优选地，通过所述第一冷凝器的出口控制两相工质的干度。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明中，富含高沸点组分的液体工质进入第一蒸发器中，富含低沸点组分的气体工质经过第二冷凝器冷却为液体工质后进入第二蒸发器中，在同一压力下，富含高沸点组分的工质具有较高的饱和温度，富含低沸点组分的工质具有较低的饱和温度。因此，本发明可在第一蒸发器及第二蒸发器中提供不同的饱和温度对服务器进行冷却，实现多温冷却。

(2)在传统单蒸发器热虹吸管中，为避免出现局部热点，通常采用最大风量及冷却量对基站内服务器进行冷却，造成了能源浪费。本发明中，第一蒸发器与第二蒸发器中工质的流量由第一冷凝出口两相工质的干度所决定，通过调节第一冷凝器出口工质的干度，可控制第一蒸发器与第二蒸发器的制冷量，为高热负荷服务器单独提供大制冷量，有效降低了冷却能耗。

(3)传统热虹吸管通常利用蒸发器对基站内空气进行冷却，冷空气吸收了服务器的热量后再返回蒸发器中，冷热空气在基站内接触，造成冷量损失。本发明中，第一蒸发器与第二蒸发器均采用微通道换热器与服务器直接接触，对服务器进行直接冷却，避免了冷损，有效降低了冷却能耗。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明装置中第一蒸发器或第二蒸发器(即微通道换热器)的俯视结构示意图；

图3是本发明装置中气液分离器的结构示意图。

图中：第一冷凝器-101、第一水平管-102、气分器-103、第二水平管-104、第二冷凝器-105、第二下降管-106、第二蒸发器-107、第四水平管-108、第一下降管-109、第一蒸发器-110、第三水平管-111、上升管-112。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～3所示，其中，图1是本发明装置的结构示意图；图2是本发明装置中第一蒸发器、第二蒸发器(即微通道换热器)的俯视结构示意图；图3是本发明装置中气液分离器的结构示意图。

本发明实施例公开了一种基于非共沸混合工质的多温冷却热虹吸管装置，该装置包括第一冷凝器101、第二冷凝器105、第一蒸发器110、第二蒸发器107、气分器103；所述第一冷凝器101出口与气分器103进口通过管道连接，所述气分器103的第一出口与第一蒸发器110进口通过管道对接，所述气分器103的第二出口与第二冷凝器105进口通过管道连接，所述第二冷凝器105出口与第二蒸发器107进口通过管道对接，所述第一蒸发器110出口、第二蒸发器107出口通过管道对接所述第一冷凝器101进口；其中，两相状态的非共沸混合工质在第一冷凝器101进行放热冷凝为两相状态工质，该两相状态工质进入气分器103中被分离为液相工质与气相工质；所述液相工质由第一出口进入第一蒸发器110中进行吸热变为两相状态的非共沸混合工质；所述气相工质由第二出口进入第二冷凝器105中放热变为饱和液相工质，该饱和液相工质进入第二蒸发器107中吸热变为两相状态的非共沸混合工质；所述第一蒸发器110、第二蒸发器107的非共沸混合工质重新进入第一冷凝器101中。

在本发明实施例中，各管路上可根据需要设置阀门(图中省略视图)。

在本发明实施例中，气分器103即气液分离器，将进入气液分离器的两相工质完美分离为气相工质与液相工质。

在本发明实施例中，可实现本发明技术构思的现有放热装置可以用于解释本发明的第一冷凝器101和第二冷凝器105。优选地，所述第一冷凝器101和第二冷凝器105为为管翅换热器。

在本发明实施例中，可实现本发明技术构思的现有吸热装置可以用于解释本发明的第一蒸发器110、第二蒸发器107。在本发明实施例中，优选地，所述第一蒸发器110、第二蒸发器107为微通道换热器。

在本发明实施例中，优选地，所述第一冷凝器101出口通过第一水平管102对接气分器103进口，所述气分器103的第一出口通过第一下降管109对接第一蒸发器110进口，所述气分器103的第二出口通过第二水平管104对接第二冷凝器105进口，所述第二冷凝器105出口通过第二下降管106对接第二蒸发器107进口，所述第一蒸发器110出口通过第三水平管111对接上升管112进口，所述第二蒸发器107出口通过第四水平管108对接上升管进口，所述上升管出口对接第一冷凝器101进口。在本发明实施例中，上述水平管在实际装置装配后呈水平放置状态，上升管、下降管在在实际装置装配后呈竖直状态，这些管道的放置状态也表明了第一冷凝器101、第二冷凝器105、第一蒸发器110、第二蒸发器107、气分器103之间的空间位置关系。

在进一步的实施过程中，为实现多温冷却的功能，在本发明实施例中，优选地，所述第一冷凝器101的出口为两相混合工质出口，所述第二冷凝器105的出口为饱和或过冷液体工质出口。在本发明实施例中，富含高沸点组分的液体工质进入第一蒸发器110中，富含低沸点组分的气体工质经过第二冷凝器105冷却为液体工质后进入第二蒸发器107中，在同一压力下，富含高沸点组分的工质具有较高的饱和温度，富含低沸点组分的工质具有较低的饱和温度。因此，本发明可在第一蒸发器110及第二蒸发器107中提供不同的饱和温度对服务器进行冷却，实现多温冷却。

在进一步的实施过程中，为便于控制第一蒸发器110与第二蒸发器107的制冷量，在本发明实施例中，优选地，该装置通过所述第一冷凝器101的出口控制两相工质的干度。在本发明实施例中，第一蒸发器110与第二蒸发器107中工质的流量由第一冷凝出口两相工质的干度所决定，通过调节第一冷凝器101出口工质的干度，可控制第一蒸发器110与第二蒸发器107的制冷量，为高热负荷服务器单独提供大制冷量，有效降低了冷却能耗。

在本发明的实际应用过程中，将第一蒸发器110及第二蒸发器107以直接接触的方式安装机房内的服务器上，第一冷凝器101、第二冷凝器105置于机房外露天处，富含高沸点组分的液体工质进入第一蒸发器110中，富含低沸点组分的气体工质经过第二冷凝器105冷却为液体工质后进入第二蒸发器107中，在同一压力下，富含高沸点组分的工质具有较高的饱和温度，富含低沸点组分的工质具有较低的饱和温度，通过第一蒸发器110及第二蒸发器107中提供不同的饱和温度对服务器进行冷却，实现多温冷却。此外，第一蒸发器110与第二蒸发器107中工质的流量由第一冷凝出口两相工质的干度所决定，通过调节第一冷凝器101出口工质的干度，可控制第一蒸发器110与第二蒸发器107的制冷量，为高热负荷服务器单独提供大制冷量，有效降低了冷却能耗。此外，本发明第一蒸发器110与第二蒸发器107均采用微通道换热器，通过对服务器进行直接冷却，避免了冷损，有效降低了冷却能耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。