热管换热器和换热方法

热管换热器具有换热效率高、温度均勻、可在小温差条件下换热等特点，在工程上得到了广泛的应用。常见的热管换热器中，用一层隔板将散热介质和集热介质隔离，在隔板上安装适当数量的热管，将热管的一端置于散热介质中，以吸收热量，将另一端置于集热介质中，以释放热量，散热介质和集热介质均在热管外部流动。

这种热管换热器的结构复杂，维护困难，使用寿命较短。发明内容

本发明提供一种热管换热器和换热方法，结构简单，便于维护。

本发明提供了一种热管换热器，包括

热管壳体，其包括单一的内空间，传热介质填充在所述内空间下部分；

至少一个散热器，其内填充有散热介质，所述散热器位于所述内空间下部分，并被所述传热介质完全浸没；

至少一个集热器，其内填充有集热介质，所述集热器位于所述内空间上部分，所述集热器位于所述传热介质液面上方；

保温层，其包裹在所述热管壳体外壁上；

排气充液口，其设置在所述热管壳体的顶部或侧壁上部，通过所述排气充液口向所述热管壳体内注入所述传热介质，并排出所述热管壳体中的气体。

在本发明的各实施例中，优选地，所述的热管换热器进一步包括

防爆安全阀，其安装在所述热管壳体的顶部或侧壁上部，所述防爆安全阀在检测到所述热管壳体内部的气压到达一定值时打开；和/或

再生排气阀，其安装在所述排气充液口处，通过所述再生排气阀向所述热管壳体内注入或补充所述传热介质，并排出所述热管壳体中的气体，其中，气体包括不凝结气体。

在本发明的各实施例中，优选地，所述再生排气阀包括全金属结构。

在本发明的各实施例中，优选地，所述热管壳体的形状包括圆筒盒状或方形盒状; 和/或，所述集热器和/或所述散热器包括缠绕成螺旋状的管道；和/或，所述集热器和/ 或所述散热器包括绕成连续波浪形的管道；和/或，所述集热器和/或所述散热器包括并联的多根管道。

在本发明的各实施例中，优选地，在所述散热器的管道外和/或所述集热器的管道外安装翼片；和/或，所述散热器的管道和/或所述集热器的管道为扁形管。

在本发明的各实施例中，优选地，所述的热管换热器进一步包括以下中的至少一种

压力传感器，其连接到所述热管壳体内部，通过所述压力传感器检测所述热管壳体内部的气压值；

温度传感器，其用于检测以下中的至少一种的温度所述传热介质、所述散热介质、所述集热介质、所述散热器、所述集热器；

至少一个控制阀门，其安装在所述散热器和/或所述集热器上，以控制安装有所述控制阀门的所述散热器中的散热介质和/或所述集热器中的集热介质的流量。

本发明还提供了应用前述热管换热器的一种换热方法，包括以下步骤

传热介质吸收散热介质的热量，并汽化、沸腾，变成蒸汽；

蒸汽状态的传热介质从热管壳体内部下方对流到所述热管壳体内部上方，将热量传递给集热介质，然后冷凝成液态；

液态的传热介质在重力作用下从所述热管壳体内部上方回流到所述热管壳体内部下方；

其中，传热介质的汽化、沸腾、对流、冷凝和回流在热管壳体的内空间中完成。

在本发明的各实施例中，优选地，根据以下中的至少一种控制所述散热介质和/ 或所述集热介质的流量以控制热管换热器的换热量

所述传热介质的材料、所述传热介质的温度、所述散热介质的温度、填充有所述散热介质的散热器的管道的材料、所述集热介质的温度、填充有所述集热介质的集热器的管道的材料。

在本发明的各实施例中，优选地，通过增大所述散热器的散热面积和/或增大所述集热器的集热面积来增大热量交换面积，以提高所述传热介质在所述散热器和所述集热器之间的传热效率。

通过本发明各实施例提供的热管换热器和换热方法，能够带来以下至少一种有益效果

1.热管换热器结构简单，便于维护。相对于传统的热管换热器来说，本发明的热管换热器采用单一的热管，将散热器和集热器包容在热管壳体内，不用再设置隔板将散热介质和集热介质隔离，也不用在隔板上安装热管，比传统热管换热器的结构简单，便于制造和维护。

2.热管换热器具有再生能力。当本发明的热管换热器内聚集的不凝结气体较多时，可以通过再生排气阀将其排除，恢复热管换热器的性能。

3.增大热交换面积。本发明提供的热管换热器不通过热管壳体换热，而通过热管壳体内散热器和集热器的表面换热，增大了热交换面积。

4.换热效率高，换热效果好，换热充分。本发明的热管换热器在热管壳体包容的相对封闭的内空间内进行换热，热量浪费少，换热效率高。同时，散热器表面上温度越高处传热介质汽化速度越快，使散热器有保持温度均勻的趋势，从而使散热介质的热量被充分地传输出来；集热器表面上温度越低处气相传热介质冷凝速度越快，使集热器有保持温度均勻的趋势，从而使集热介质能够充分地吸收热量。这一过程能够充分发挥热管的均温作用， 取得良好的换热效果。

5.具有双层壁热管换热器的特点。集热器和散热器被填充传热介质的空间隔离， 能够防止集热器内的集热介质和散热器内的散热介质发生相互渗漏，使热管换热器具备了双层壁热管换热器的特点，可以用于热泵等产品中。

6.能够用于高压介质之间的换热。当集热器和散热器都用承压管材制造时，热管换热器可以承受较高的压力，可用于高压介质之间的换热。

7.具有较长的使用寿命。因为接触传热介质的是热管壳体的内表面、集热器和散热器的外表面，这些表面都可以方便地进行清洗和适当的防护处理，从而改善它们与传热介质的相容性，延长热管换热器的使用寿命。

8.具有选择换热功能。当热管换热器含有多个散热器和多个集热器时，通过关闭或开启串联安装在散热器或集热器外部的阀门，可以根据需要让任意一个散热器或多个散热器释放的热量传输给任意一个集热器或多个集热器。