×

关注微信公众号

热管技术及应用: 两相回路热虹吸管构造及其应用

[复制链接]
发表于 2020-11-15 16:41:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
自然相变循环具有传热性能好、可靠性高、成本低等优点,是解决热问题的有效途径。作为常用的自然相变循环,两相回路热虹吸管(TPLT)也称为闭环两相热虹吸管、热虹吸管环路等。从本质上讲,两相回路热虹吸管是由温差和重力驱动的两相传热装置,因TPLT不需要多孔芯,所以其结构比传统热管简单。由于其单向流动模式,它比热管具有更具竞争力的传热距离和传热极限。
TPLT通常由铜、不锈钢、铝合金、玻璃或其他具有良好导热性和耐压性的材料制成。它通常由蒸发器、冷凝器、蒸汽管路和液体管路组成,根据应用的需要,还可以包括其他部件。例如,可以在液体管线上采用蓄热器或与冷凝器和蒸发器集成,以优化可变工况下的传热性能;可以添加控制阀来主动调节传热能力。两相回路热虹吸管中可使用多种工作液,最常见的选择是水、丙酮、二氧化碳、乙醇、氢气和各种制冷剂。
两相回路热虹吸管的工作原理为:蒸发器从热源中吸收热量,同时热量通过冷凝器排出,冷凝器的高度比蒸发器高,以便形成重力驱动的自然流动循环。在关闭模式下,较重的工作液体停留在液体管线和蒸发器的底部,而工作气体填充剩余空间,从而维持TPLT中的饱和状态。一旦蒸发器和冷凝器之间有足够的温差,蒸发器中的工作液体将逐渐吸收热量并汽化,向上运动,通过蒸汽管路到达冷凝器;在将热量释放到热沉后冷凝,并通过液体管线回流至蒸发器从而关闭两相流循环。TPLT的工作原理与单管热管、环形热管和两相闭式热虹吸管有相似之处。
Snipaste_2020-11-15_16-44-34.png
图1 两相回路热虹吸管工作原理

根据TPLT的基本原理,在热虹吸管基础上进行必要改进,以达到实际应用过程的高效节能目的。下面介绍几种常见的两相回路热虹吸管应用案例。

1.   两相回路热虹吸管调节冰箱冷量应用
Snipaste_2020-11-15_16-44-52.png
图2 冰箱工作原理示意图
在家用冰箱中,常规制冷循环采用启停方式来控制生鲜食品仓的温度,压缩机的启停频率直接影响温度波动,频率越高对于新鲜食品的储存越好,却会大大降低循环效率。为了解决这个问题,人们构建了两相回路热虹吸管与冰箱耦合系统,将两相回路热虹吸管用于蒸汽压缩循环的冷/热释放。在这系统中,PCM被用作冷能量的蓄水池和缓冲器,制冷循环在稳定的工作状态下连续运行以提高效率,而TPLT则将冷量从PCM传递到新鲜食物舱,精确控制其温度。TPLT可以在两种模式下调节其传热:由蒸汽和/或液体管线上的电磁阀的开关控制的高频启停模式;以及由蒸汽管线上的调节阀控制的无级传热调节模式。

2.    两相回路热虹吸管在空调系统中应用
Snipaste_2020-11-15_16-45-02.png
(a)空调工作模式       (b) 两相回路热虹吸管工作模式
图3 空调系统工作原理
在两相回路热虹吸管与空调集成系统 (TPLT/AC)中,两相回路热虹吸管和蒸汽压缩循环共用同一流道、蒸发器和冷凝器。该系统蒸发器和冷凝器都是空气换热器,工作流体可以是空调中使用的各种制冷剂,如R22。当控制阀保持关闭时,系统正常运行在空调模式,如果控制阀打开,则切换到两相回路热虹吸管模式。采用低于所需室内温度5~10K的切换参考温度来确定两相回路热虹吸管的被动冷却能力是否足以满足室内降温。该系统有以下三种可能的运行模式:(1)夏季环境温度高于开关参考温度时,系统以AC运行,以保持足够高的制冷量;(2) 冬季环境温度始终低于开关参考温度时,系统以TPLT模式运行,以节约能源;(3)当环境温度在开关参考温度附近波动时,系统在AC和TPLT模式之间切换,一般出现在春季和秋季。

3.两相回路热虹吸管在热泵系统应用
Snipaste_2020-11-15_16-45-15.png
(a)TPLT模式                     (b)HP模式
图4 热泵系统工作原理
热泵循环是制冷循环的逆循环,其工作流体和关键部件相似。与传统的空调/热泵系统相比,两相回路热虹吸管与热泵集成系统(TPLT/HP)需要额外的控制阀、旁通管以及蒸发器和冷凝器的安装位置和管道结构的调整。基于TPLT/A系统的相同工作原理,两相回路热虹吸管与热泵集成系统一般采用两TPLT模式,将热源(如太阳能和空气源)的热量传递到水中,如果热源温度太接近或低于水温,则切换到HP模式。模式开关取决于热源与水之间的温差。由于热源温度和水温的变化比两相回路热虹吸管与空调集成系统系统大得多,因此不采用参考温度。
回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

快速回复 返回顶部 返回列表