專利名稱：一種氣液兩相流能量輸運(yùn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能量輸運(yùn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用氣液兩相流將熱能從一個(gè)區(qū)域輸運(yùn)到另一區(qū)域的低能耗高密度能量輸運(yùn)方法，特別是一種氣液兩相流能量輸運(yùn)方法。
背景技術(shù)：
在人類的實(shí)際生活和生產(chǎn)過程中，常常存在將熱量從一個(gè)區(qū)域輸運(yùn)到另一區(qū)域的場合。如海水(江水或湖水)熱能的利用，海水(江水或湖水)所處位置和需要其熱能的用戶間往往有一段較遠(yuǎn)的距離；又如土壤熱源或地下水熱源的應(yīng)用，可以獲取該類冷、熱能量的地方也往往與用戶間存在一段較遠(yuǎn)的距離；再如生活廢水中冷、熱能的回收利用，廢水的排放位置與需要能量的位置有一段距離；還有工業(yè)廢水中冷、熱能的回收利用，廢水的排放位置與需要能量的位置常常有較遠(yuǎn)一段距離；此外，諸如中央空調(diào)系統(tǒng)的供冷、供熱，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、核能熱利用等領(lǐng)域也常常存在提供冷、熱能量的地方與使用冷、熱能量的地方有一段較遠(yuǎn)的距離的場合；再如通訊基站、各類電源柜、控制柜等機(jī)房，由于有內(nèi)熱源存在，一年四季都需要將內(nèi)熱源產(chǎn)生的熱量傳遞到外部環(huán)境中；等等，這些場合都必須將冷、熱能量從一個(gè)地方輸運(yùn)到另一個(gè)地方，即涉及到能量的輸運(yùn)問題。目前，人們廣泛應(yīng)用的冷、熱能量輸運(yùn)方法是利用某種液體工質(zhì)做媒介，在提供冷、熱能量的地方獲取能量后，用溶液泵將該液體工質(zhì)輸運(yùn)到需要冷、熱能量的地方，放出能量后又被送到提供冷、熱能量的地方再次獲取能量；如此循環(huán)，連續(xù)不斷地輸運(yùn)能量；這些方法的缺點(diǎn)一是由于利用液體的顯熱來攜帶熱量，在供熱與取熱兩個(gè)地方的換熱過程中都不可避免地存在較大的換熱溫差，這不僅產(chǎn)生了較大的不可逆損失，而且使需熱位置獲得的能量品質(zhì)降低，對于諸如海水(江水或湖水)熱能的利用、土壤熱源或地下水熱源的應(yīng)用、生活廢水中冷、熱能的回收利用等本身溫差較小的場合，應(yīng)用效果會(huì)大打折扣，有時(shí)甚至失去應(yīng)用價(jià)值；二是由于液體的顯熱是通過溫度升高或降低來攜帶能量的，溫度升高才能攜帶熱能，溫度降低才能攜帶冷能，為減小換熱溫差產(chǎn)生過大的不可逆損失，液體工質(zhì)的溫度升高或降低值往往不希望過大，又由于液體的比熱相對較小，故為帶走一定的能量， 需要有大量的液體工質(zhì)循環(huán)，這不僅增加了管道、保溫材料的初投資，而且也增大了輸運(yùn)過程中與外界環(huán)境的熱交換造成的能量損失，還增大了液體溶液泵，使其初投資和運(yùn)行費(fèi)用都較大。一般來說，能量的輸運(yùn)密度越大，等熱值的運(yùn)輸成本越低，利用液體工質(zhì)的顯熱實(shí)現(xiàn)能量輸運(yùn)的方法，能量輸運(yùn)密度相對較小；為了降低運(yùn)輸成本，期望能找到一種輸運(yùn)密度大的能量輸運(yùn)系統(tǒng)。熱管技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“潛熱”形式輸運(yùn)能量，是一種輸運(yùn)密度大的能量輸運(yùn)方法，為實(shí)現(xiàn)能量輸運(yùn)，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，普通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，一直沒有大規(guī)模商業(yè)化產(chǎn)品，為此，本發(fā)明人曾提出一種“雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)”(專利號200610045059. 8)，能夠徹底解決分離式熱管中存在的各種問題；本發(fā)明人又提出“一種雙向雙循環(huán)能量輸運(yùn)系統(tǒng)”(專利號200710013149. 3)，實(shí)現(xiàn)了利用熱管原理以“潛熱”形式輸運(yùn)能量的過程，具有能量輸運(yùn)密度高等優(yōu)點(diǎn)，但該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，必須進(jìn)行全面的優(yōu)化設(shè)計(jì)和合理的控制手段，才能保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)提出一種利用氣液兩相流將熱能從一個(gè)區(qū)域輸運(yùn)到另一區(qū)域的低能耗高密度的高效能量輸運(yùn)系統(tǒng)方法，便于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制，解決目前冷、熱能量輸運(yùn)過程中存在的各種問題，解決利用現(xiàn)有熱管技術(shù)實(shí)現(xiàn)“潛熱”形式輸運(yùn)能量時(shí)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以實(shí)現(xiàn)全面優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明方法將蒸發(fā)器和冷凝器兩類換熱器分別放置在提供冷、熱能量的地方和使用冷、熱能量的地方，通過氣液兩相流母管、兩相流分配器、兩相流均流管、回液母管、儲液罐、循環(huán)溶液泵、溶液輸運(yùn)管、分液器和均液管有機(jī)聯(lián)接為一個(gè)整體， 構(gòu)成氣液兩相流能量輸運(yùn)系統(tǒng)，從蒸發(fā)器到冷凝器的熱能攜帶工質(zhì)處于氣液兩相流狀態(tài)， 不同于利用某種液體工質(zhì)做媒介的系統(tǒng)從加熱段到冷卻段的熱能攜帶工質(zhì)處于液相狀態(tài)，不同于熱管能量輸運(yùn)系統(tǒng)從蒸發(fā)器到冷凝器的熱能攜帶工質(zhì)為氣相狀態(tài)，形成氣液兩相流能量輸運(yùn)系統(tǒng)；通過溶液循環(huán)泵強(qiáng)制動(dòng)力作用，使蒸發(fā)器內(nèi)部換熱過程始終處于強(qiáng)制流動(dòng)的相變換熱，由于強(qiáng)制對流的影響，加熱面上形成的氣泡脫離直徑減小，脫離頻率增加，氣泡的表面發(fā)生變形，換熱過程相當(dāng)于單相流體和沸騰換熱的組合，強(qiáng)化蒸發(fā)換熱過程；在冷凝器內(nèi)部的換熱過程處于強(qiáng)制流動(dòng)的相變換熱，由于強(qiáng)制對流的影響，換熱面上形成的冷凝液體以較大的流速及時(shí)離開換熱表面，有效減小液膜熱阻，換熱過程相當(dāng)于單相流體和冷凝換熱的組合，強(qiáng)化冷凝換熱過程；設(shè)有的蒸發(fā)器和冷凝器兩類換熱器，每類換熱器為一個(gè)或兩個(gè)及以上并聯(lián)構(gòu)成；其能量輸運(yùn)系統(tǒng)裝置包括冷凝液供液與分配、氣液兩相流動(dòng)與分配、液相收集與儲存三個(gè)子系統(tǒng)；溶液循環(huán)泵從儲液罐中抽取液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)溶液輸運(yùn)管輸送到分液器，經(jīng)分液器和均液管，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)器管路中，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，形成氣液兩相流后，由氣液兩相流母管送入兩相流分配器和兩相流均流管、均勻地將氣液兩相流分配給冷凝器中的每個(gè)冷凝管路，在冷凝器管路中實(shí)現(xiàn)完全冷凝后，由回液母管將液態(tài)工質(zhì)送入儲液罐，再次由循環(huán)溶液泵供給蒸發(fā)器；如此循環(huán)往復(fù)，連續(xù)不斷地實(shí)現(xiàn)冷、熱能量輸運(yùn)過程。本發(fā)明涉及的各蒸發(fā)器與冷凝器的安裝高度無限制，儲液罐低于冷凝器，使冷凝液能夠順利回流到相應(yīng)的儲液罐便能正常工作；冷凝器安裝在相應(yīng)儲液罐下部時(shí)，在其相應(yīng)的換熱器下部加裝一個(gè)小型儲液罐和一個(gè)回流溶液泵。本發(fā)明在提供冷、熱能量的地方放置換熱器的數(shù)量為一個(gè)或兩個(gè)及以上，在接受冷、熱能量的地方放置的換熱器為一個(gè)，構(gòu)成多供一系統(tǒng)；若接受冷、熱能量的地方放置的換熱器為兩個(gè)及以上時(shí)，在提供冷、熱能量的地方放置的換熱器為一個(gè)，構(gòu)成一供多系統(tǒng)； 在提供冷、熱能量的地方放置的換熱器與接受冷、熱能量的地方放置的換熱器均為兩個(gè)及以上時(shí)，構(gòu)成多供多系統(tǒng)。本發(fā)明適于海水、江水或湖水熱能的利用、土壤熱源或地下水熱源的利用和生活廢水中冷熱能的回收利用的溫差較小場合的能量輸運(yùn)場合；通過選用合理的循環(huán)工質(zhì)，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和核能熱利用的領(lǐng)域；特別適于通訊基站、各類電源柜和控制柜的機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)，能夠與壓縮制冷式空調(diào)或熱泵系統(tǒng)合二為一，構(gòu)成節(jié)能式復(fù)合制冷或空調(diào)系統(tǒng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)一是以“潛熱加顯熱”的形式輸運(yùn)能量，以潛熱為主，其能量輸運(yùn)密度遠(yuǎn)高于利用液體的顯熱來攜帶熱量的冷、熱能量輸運(yùn)方式，故帶走同樣的能量，需要的工質(zhì)循環(huán)量遠(yuǎn)小于以“顯熱”來攜帶熱量的輸運(yùn)方式，使連接提供冷、 熱能量的地方與使用冷、熱能量的地方間的兩根管路的直徑大幅度降低，這不僅了大幅度減小了管道、保溫材料的初投資，而且也減少了輸運(yùn)過程中與外界環(huán)境的熱交換造成的能量損失，還減小了液體溶液泵，使其初投資和運(yùn)行費(fèi)用都大幅度降低；二是在供熱與取熱兩個(gè)地方的換熱過程中，熱管內(nèi)部的工質(zhì)發(fā)生的都是幾乎等溫的相變換熱過程，相變換熱過程換熱系數(shù)大，有利于減小換熱器面積，同時(shí)兩個(gè)不同地方的換熱過程中系統(tǒng)內(nèi)部的工質(zhì)溫度幾乎保持不變，這不僅降低了換熱溫差產(chǎn)生的不可逆損失，而且使諸如海水(江水或湖水)熱能的利用、土壤熱源或地下水熱源的應(yīng)用、生活廢水中冷、熱能的回收利用等本身溫差較小場合的能量能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸利用，擴(kuò)展了人類使用各類小溫差能量的范圍， 并提高了能量輸運(yùn)與使用效率；三是無需吸液芯結(jié)構(gòu)，簡化了系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)大型化生產(chǎn)與規(guī)模化應(yīng)用，同時(shí)還降低了制造成本；四是蒸發(fā)段與冷凝段分別獨(dú)立形成蒸發(fā)器與冷凝器，這兩種換熱器可根據(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；五是增加了溶液循環(huán)泵、儲液罐、分液器、均液管等部件，徹底解決了原分離式熱管工作液輸送力不夠、分液不均勻等問題，大幅度提高了換熱效率；六是不僅具有一供一的能量輸運(yùn)方式，而且能夠方便地實(shí)現(xiàn)多供一、一供多和多供多等多種能量輸運(yùn)模式，即能夠方便地實(shí)現(xiàn)將多個(gè)不同位置的能量同時(shí)輸運(yùn)給一個(gè)大用戶，也可方便地實(shí)現(xiàn)將一個(gè)位置的能量同時(shí)輸運(yùn)給多個(gè)不同的用戶，還可同時(shí)從多個(gè)不同位置的能量輸運(yùn)給多個(gè)不同的用戶；七是結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制；冷凝器內(nèi)部換熱過程始終處于強(qiáng)制流動(dòng)的相變換熱，由于強(qiáng)制對流的影響，換熱面上形成的冷凝液體以較大的流速及時(shí)離開換熱表面，有效減小了液膜熱阻，換熱過程相當(dāng)于單相流體和冷凝換熱的組合，強(qiáng)化了冷凝換熱過程；八是適宜于諸如海水(江水或湖水) 熱能的利用、土壤熱源或地下水熱源的應(yīng)用、生活廢水中冷、熱能的回收利用等本身溫差較小場合的能量輸運(yùn)場合；而通過選用合理的循環(huán)工質(zhì)，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、核能熱利用等等領(lǐng)域；九是適宜于通訊基站、各類電源柜、控制柜等機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)，同時(shí)還能夠簡單方便地與壓縮制冷式空調(diào)或熱泵系統(tǒng)合二為一，構(gòu)成全年性高效節(jié)能的復(fù)合制冷或空調(diào)系統(tǒng)；十是與普通熱管實(shí)現(xiàn)的換熱過程相比，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)明涉及的第1種能量輸運(yùn)工作流程圖。圖2為本發(fā)明涉及的第2種能量輸運(yùn)工作流程圖。圖3為本發(fā)明涉及的第3種能量輸運(yùn)工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
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下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明。實(shí)施例本實(shí)施例涉及的能量輸運(yùn)裝置系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)包括第一冷凝器1、兩相流均流管2、 兩相流分配器3、氣液兩相流母管4、第一蒸發(fā)器5、均液管6、回液母管7、儲液罐8、溶液輸運(yùn)管9、分液器10、溶液循環(huán)泵11、第二蒸發(fā)器12、溶液調(diào)節(jié)閥13、第二冷凝器14和兩相流調(diào)節(jié)閥15 ；設(shè)有蒸發(fā)器5和/或12與冷凝器1和/或14兩類換熱器，每類換熱器根據(jù)需要是一個(gè)或兩個(gè)以上；按功能分為冷凝液供液與分配、氣液兩相流動(dòng)與分配、液相收集與儲存三個(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5和12 通過分液器10及均液管6，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，形成的兩相流經(jīng)氣液兩相流母管4送入冷凝器1、14 ；其功效是吸收所處環(huán)境的熱能，并將該熱能能量轉(zhuǎn)變?yōu)檠h(huán)工質(zhì)的相變潛能和部分顯熱；冷凝器1和14 通過兩相流分配器3、兩相流均流管2、冷凝器1和14的各管路均勻獲得兩相流工質(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)完全凝結(jié)為液體后，由回液母管7送入儲液罐8中；其功效是將蒸發(fā)器中獲得的相變潛能和部分顯熱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11從儲液罐8中抽取液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)溶液輸運(yùn)管9輸送到分液器10中，經(jīng)分液器10和均液管6，均勻地將液態(tài)工質(zhì)分配給蒸發(fā)器5、12 中的每個(gè)蒸發(fā)管路；其功效是將冷凝器1、14中冷凝的液體工質(zhì)送到蒸發(fā)器5、12中，完成循環(huán)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)與分配子系統(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4送入兩相流分配器3和兩相流均流管2，均勻地將氣液兩相工質(zhì)分配給冷凝器1、14中的每個(gè)冷凝管路；其功效是及時(shí)收集和輸送從蒸發(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)， 將氣液兩相流均勻地分配給冷凝器中的每個(gè)冷凝管路；液相收集與儲存子系統(tǒng)在冷凝器1、14中冷凝下來的液態(tài)工質(zhì)經(jīng)回液母管7流回到儲液罐8中；該子系統(tǒng)的功效是及時(shí)收集與儲存液態(tài)工質(zhì)，保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正常的循環(huán)過程。實(shí)施例1 第一種氣液兩相流能量輸運(yùn)的工作流程如圖1所示，其主要部件包括第一蒸發(fā)器5和第一冷凝器1 ；還包括由溶液循環(huán)泵11、溶液輸運(yùn)管9、分液器10和均液管 6構(gòu)成的冷凝液供液與分配子系統(tǒng)；由氣液兩相流母管4、兩相流分配器3和兩相流均流管 2構(gòu)成的氣液兩相流動(dòng)與分配子系統(tǒng)；由回液母管7，儲液罐8構(gòu)成的液相收集與儲存子系統(tǒng)；其能量輸運(yùn)系統(tǒng)裝置的啟動(dòng)與運(yùn)行過程如下先將其一種氣液兩相流能量輸運(yùn)系統(tǒng)按圖1所示安裝完畢，抽空后充入適量循環(huán)工質(zhì)，啟動(dòng)溶液循環(huán)泵11，讓第一蒸發(fā)器5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11從儲液罐8中抽取液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)溶液輸運(yùn)管 9輸送到分液器10，經(jīng)分液器10和均液管6，均勻地將液態(tài)工質(zhì)分配給第一蒸發(fā)器5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，形成氣液兩相流后，由氣液兩相流母管4送入兩相流分配器3和兩相流均流管2、均勻地將氣液兩相流分配給冷凝器1中的每個(gè)冷凝管路，在冷凝器管路中實(shí)現(xiàn)完全冷凝后，由回液母管7將液態(tài)工質(zhì)送入儲液罐8，再次由循環(huán)溶液泵11供給蒸發(fā)器5 ；如此循環(huán)往復(fù)，連續(xù)不斷地實(shí)現(xiàn)冷、熱能量的輸運(yùn)過程。實(shí)施例2 圖2為第2種氣液兩相流能量輸運(yùn)的工作流程圖，其第一冷凝器1及液相收集與儲存子系統(tǒng)與實(shí)施例1完全相同，但第一蒸發(fā)器5和冷凝液供液與分配子系統(tǒng)、氣液兩相流動(dòng)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)施例有兩個(gè)以上蒸發(fā)器(圖2中僅畫出2個(gè))，冷凝液供液與分配子系統(tǒng)、氣液兩相流動(dòng)與分配子系統(tǒng)有多條通道，在冷凝液供液與分配子系統(tǒng)的每條通道上安裝有溶液調(diào)節(jié)閥13，根據(jù)相應(yīng)蒸發(fā)器的熱負(fù)荷進(jìn)行流量調(diào)節(jié)；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)多供一的供熱方式，對復(fù)合式或組合式供熱。本實(shí)施例的啟動(dòng)與運(yùn)行過程與實(shí)施例1基本相同，只需采用某種控制手段合理調(diào)節(jié)和控制溶液調(diào)節(jié)閥13的開度，使各蒸發(fā)器的供液量與其用戶的需冷量形成較好的平衡， 保證各蒸發(fā)器都高效地工作，滿足不同用戶的供冷需求或高效地從多個(gè)熱源處獲取熱量。實(shí)施例3 圖3為第3種能量輸運(yùn)方法的工作流程圖，其第一蒸發(fā)器5及冷凝液供液與分配子系統(tǒng)與實(shí)施例1基本相同，冷凝器、氣液兩相流動(dòng)與分配子系統(tǒng)、液相收集與儲存有所不同；實(shí)施例1中只有一個(gè)冷凝器，本實(shí)施例有兩個(gè)以上冷凝器(圖3中僅畫出2 個(gè))，冷凝液收集與儲存、氣液兩相流動(dòng)與分配子系統(tǒng)有多條通道，在氣液兩相流動(dòng)與分配子系統(tǒng)的每條通道上安裝有兩相流調(diào)節(jié)閥15，根據(jù)相應(yīng)冷凝器的熱負(fù)荷進(jìn)行流量調(diào)節(jié)；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)一供多的熱能輸運(yùn)方式。本實(shí)施例的啟動(dòng)與運(yùn)行過程與實(shí)施例1基本相同，只需采用某種控制手段合理調(diào)節(jié)和控制兩相流調(diào)節(jié)閥15的開度，使進(jìn)入各冷凝器的氣液兩相流與其用戶的供熱需求形成平衡，保證各冷凝器都高效地工作，滿足不同用戶的供熱需求或高效地將熱量排放到多個(gè)不同的區(qū)域。
權(quán)利要求
1.一種氣液兩相流能量輸運(yùn)方法，其特征在于將蒸發(fā)器和冷凝器兩類換熱器分別放置在提供冷、熱能量的地方和使用冷、熱能量的地方，通過氣液兩相流母管、兩相流分配器、兩相流均流管、回液母管、儲液罐、循環(huán)溶液泵、溶液輸運(yùn)管、分液器和均液管有機(jī)聯(lián)接為一個(gè)整體，構(gòu)成氣液兩相流能量輸運(yùn)系統(tǒng)，從蒸發(fā)器到冷凝器的熱能攜帶工質(zhì)處于氣液兩相流狀態(tài)，不同于利用某種液體工質(zhì)做媒介的系統(tǒng)；從加熱段到冷卻段的熱能攜帶工質(zhì)處于液相狀態(tài)，不同于熱管能量輸運(yùn)系統(tǒng)；從蒸發(fā)器到冷凝器的熱能攜帶工質(zhì)為氣相狀態(tài)，形成氣液兩相流能量輸運(yùn)系統(tǒng)；通過溶液循環(huán)泵強(qiáng)制動(dòng)力作用，使蒸發(fā)器內(nèi)部換熱過程始終處于強(qiáng)制流動(dòng)的相變換熱，由于強(qiáng)制對流的影響，加熱面上形成的氣泡脫離直徑減小，脫離頻率增加，氣泡的表面發(fā)生變形，換熱過程相當(dāng)于單相流體和沸騰換熱的組合，強(qiáng)化蒸發(fā)換熱過程；在冷凝器內(nèi)部的換熱過程處于強(qiáng)制流動(dòng)的相變換熱，由于強(qiáng)制對流的影響，換熱面上形成的冷凝液體以較大的流速及時(shí)離開換熱表面，有效減小液膜熱阻，換熱過程相當(dāng)于單相流體和冷凝換熱的組合，強(qiáng)化冷凝換熱過程；設(shè)有的蒸發(fā)器和冷凝器兩類換熱器，每類換熱器為一個(gè)或兩個(gè)及以上并聯(lián)構(gòu)成；其能量輸運(yùn)系統(tǒng)裝置包括冷凝液供液與分配、氣液兩相流動(dòng)與分配、液相收集與儲存三個(gè)子系統(tǒng)；溶液循環(huán)泵從儲液罐中抽取液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)溶液輸運(yùn)管輸送到分液器，經(jīng)分液器和等長度均液管，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)器管路中，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，形成氣液兩相流后，由氣液兩相流母管送入兩相流分配器和兩相流均流管、均勻地將氣液兩相流分配給冷凝器中的每個(gè)冷凝管路，在冷凝器管路中實(shí)現(xiàn)完全冷凝后，由回液母管將液態(tài)工質(zhì)送入儲液罐，再次由循環(huán)溶液泵供給蒸發(fā)器；如此循環(huán)往復(fù)，連續(xù)不斷地實(shí)現(xiàn)冷、熱能量輸運(yùn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣液兩相流能量輸運(yùn)方法，其特征在于涉及的各蒸發(fā)器與冷凝器的安裝高度無限制，儲液罐低于冷凝器，使冷凝液能夠順利回流到相應(yīng)的儲液罐；冷凝器安裝在相應(yīng)儲液罐下部時(shí)，在其相應(yīng)的換熱器下部加裝一個(gè)小型儲液罐和一個(gè)回流溶液泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣液兩相流能量輸運(yùn)方法，其特征在于在提供冷、熱能量的地方放置換熱器的數(shù)量為一個(gè)或兩個(gè)及以上，在接受冷、熱能量的地方放置的換熱器為一個(gè)，構(gòu)成多供一系統(tǒng)；在接受冷、熱能量的地方放置的換熱器為兩個(gè)及以上，在提供冷、熱能量的地方放置的換熱器為一個(gè)，構(gòu)成一供多系統(tǒng)；在提供冷、熱能量的地方放置的換熱器與接受冷、熱能量的地方放置的換熱器均為兩個(gè)及以上，構(gòu)成多供多系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣液兩相流能量輸運(yùn)方法，其特征在于適于海水、江水或湖水熱能的利用、土壤熱源或地下水熱源的利用和生活廢水中冷熱能的回收利用的溫差較小場合的能量輸運(yùn)場合；通過選用合理的循環(huán)工質(zhì)，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和核能熱利用的領(lǐng)域；特別適于通訊基站、各類電源柜和控制柜的機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)，能夠與壓縮制冷式空調(diào)或熱泵系統(tǒng)合二為一，構(gòu)成節(jié)能式復(fù)合制冷或空調(diào)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明屬于能量輸運(yùn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氣液兩相流能量輸運(yùn)方法，將蒸發(fā)器和冷凝器兩類換熱器分別放置在提供冷、熱能量的地方和使用冷、熱能量的地方，通過氣液兩相流母管、兩相流分配器、兩相流均流管、回液母管、儲液罐、循環(huán)溶液泵、溶液輸運(yùn)管、分液器和均液管有機(jī)聯(lián)接為一個(gè)整體，構(gòu)成氣液兩相流能量輸運(yùn)系統(tǒng)，從蒸發(fā)器到冷凝器的熱能攜帶工質(zhì)處于氣液兩相流狀態(tài)，從加熱段到冷卻段的熱能攜帶工質(zhì)處于液相狀態(tài)，不同于熱管能量輸運(yùn)系統(tǒng)；從蒸發(fā)器到冷凝器的熱能攜帶工質(zhì)為氣相狀態(tài)，形成氣液兩相流能量輸運(yùn)方法；如此循環(huán)往復(fù)，連續(xù)不斷地實(shí)現(xiàn)冷、熱能量輸運(yùn)；其運(yùn)送原理可靠，使用設(shè)備簡單，熱效率高，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益好。
文檔編號F28D15/02GK102519288SQ20121000457
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者劉春濤, 劉瑞璟, 王兆俊, 王宗偉, 田小亮 申請人:青島大學(xué)