分离式热管系统控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种分离式热管系统控制方法及装置，分离式热管系统包括蒸发器和冷凝器；所述蒸发器的出口与冷凝器的入口通过气相管连接；所述蒸发器的入口与所述冷凝器的出口通过液相管连接；所述气相管和/或液相管上安装有电磁阀；所述电磁阀与控制器电连接；通过调节所述分离式热管系统的启停周期，进而调节分离式热管系统的温度控制精度；和/或通过调节所述分离式热管系统的启动时间占比，进而调节分离式热管系统的换热量。本发明专利技术通过调节热管的启停频率以及启动时间占比，能够有效的控制分离式热管的载荷温度波动和平均换热速率，从而实现了分离式热管在不同工况下精确控温的目的。的目的。的目的。

【技术实现步骤摘要】
分离式热管系统控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及分离式热管
，特别是一种分离式热管系统控制方法及装置。

技术介绍

[0002]分离式热管是在普通热管技术的基础上发展而来旳一种高效传热技术。分离式热管的特点在于其蒸发段和冷凝段分开布置，通过管道连接组成闭合回路，不仅具有传统热管的反复相变传热和两相流动循环工作的特性，也同时具有其最显著的特点——冷凝段和蒸发段分开布置、蒸汽和冷凝回流液同方向流动。分离式热管的内部工质的循环是由重力作用和温度差导致的自然流动，其工作状态不受人为控制，在其正常运行时换热效率较为稳定。同时也说明传统分离式热管对温度的控制能力较弱，无法满足精确控温的需求。
[0003]在一些对控温精度要求较高的应用场景，如医用冷藏柜，主要用于药品、试剂、疫苗等长时间冷藏存放，较大的温度波动会影响储存试剂效用；精加工车间，热变形是影响加工精度的原因之一，机床受到车间环境温度的变化、电动机发热和机械运动摩擦发热的影响会造成机床各部的温升不均匀，会导致机床形态精度及加工精度的变化，因此提高温度精度有利于提高加工精度。
[0004]目前已有方案中采用温度传感器控制分离式热管启停运行的方式实现载荷温度控制，能够一定程度上满足较高精度的温控需求，但控温精度受限于温度传感器的测量误差，如一般热电偶的灵敏度为1℃左右、铂电阻温度传感器的灵敏度在0.2℃左右，且载荷局部位置的温度测量难以准确表征其各个部位的温度，导致最终载荷的温度波动常常超过0.5℃，难以满足精密仪器等有极高控温精度需求的特殊应用场景，而更高精度的温控器则会显著提升初投资，其较高的经济成本不利于该技术的大规模应用。
技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种分离式热管系统控制方法及装置，有效地控制分离式热管的载荷温度波动和平均换热速率。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种分离式热管系统控制方法，分离式热管系统包括蒸发器和冷凝器；所述蒸发器的出口与冷凝器的入口通过气相管连接；所述蒸发器的入口与所述冷凝器的出口通过液相管连接；所述气相管和/或液相管上安装有电磁阀；所述电磁阀与控制器电连接；该方法包括：
[0007]通过调节所述分离式热管系统的启停周期t，进而调节分离式热管系统的温度控制精度；和/或
[0008]通过调节所述分离式热管系统的启动时间占比，进而调节分离式热管系统的换热量；
[0009]其中，所述启停周期t设定为t＝t1+t2，t1、t2分别为所述电磁阀的启动时间和关闭时间。
[0010]本专利技术通过调节分离式热管的启停频率以及启动时间占比，借助不同启停频率对分离式热管蒸发器运行温度变化幅度的影响来调整分离式热管的温控精度，同时改变启动时间占比，使热管的换热时间延长或者缩短，从而增大或减小换热量。故本专利技术能够有效的
控制分离式热管的载荷温度波动和平均换热速率，从而实现了分离式热管在不同工况下精确控温的目的。
[0011]通过调节所述分离式热管系统的启动时间占比，进而调节分离式热管系统的换热量的具体实现过程包括：
[0012]设启停周期为t时温控精度为ΔT＝k(t)t，则，
[0013]将启停周期由t增大至mt，则温度控制精度ΔT增大至
[0014]将启停周期由t减小至nt，则温度控制精度ΔT减小至
[0015]其中，m、n分别为启停周期增大和减小的倍数；k(t)为经验控温系数，与系统结构和启停周期相关，反映了温控精度和启停周期变化的关系，可通过实验测试和计算确定。实验确定方法为：首先搭建分离式热管系统，具体系统尺寸可按实施例或实验环境具体分析设计。调节控制器，设置分离式热管系统启停周期t为2min、5min、10min、15min、20min、30min，设定系统控制温度22.5℃以及系统启动时间占比为0.5；待系统运行稳定，测量上述6组启停周期对应的温控精度ΔT的数据，并对数据进行计算处理，可获得相应的6组k(t)值。若要测定不同系统控制温度温或启动时间占比下的经验控温系数，可按上述方法多次测量计算，以形成k(t)值的数据库。
[0016]通过调节所述分离式热管系统的启动时间占比，进而调节分离式热管系统的换热量的具体实现过程包括：
[0017]在启停周期不变的工况下，设启动时间占比为时平均换热量为Q，则，
[0018]若启动时间占比由增大至换热量由Q增大至
[0019]若启动时间占比由减小至换热量由Q减小至
[0020]其中，w、l分别为启动时间占比增大和减小的倍数；为经验换热量修正系数，与系统结构和启动时间占比相关，反映了换热量和启动时间占比的关系，可通过实验测试和计算确定。实验确定方法为：首先搭建分离式热管系统，具体系统尺寸可按实施例或实验环境具体分析设计；调节控制器，设置分离时热管系统启停时间占比为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9，设定系统控制温度为22.5℃以及系统启停周期为10min；待系统运行稳定，测量上述9组启动时间占比和系统传热量Q的数据，并对数据进行计算处理，可获得相应的9组值。若要测定不同启停周期和不同控制温度温下的经验
换热系数，可按上述方法多次测量计算，以形成值的数据库。
[0021]本专利技术中，换热量与启动时间占比的关系式为：Q
m
为启停周期为t时的最大理论传热量。此关系式表明了在相同系统条件下换热量与启动时间占比成正比关系，充分说明通过调节启动时间占比可相应地改变热管的换热量。
[0022]所述电磁阀设置于所述气相管上端，和/或所述液相管下端。以中断分离式热管自发形成的两相对流换热循环，并停止其蒸发器和冷凝器之间的传热，且可使热管内部气压差充分增强，以及液相管中的液态工质充分积蓄，以提升分离式热管在电磁阀打开后恢复自发换热循环和传热能力的性能。
[0023]本专利技术还提供了一种分离式热管系统控制装置，其包括：
[0024]第一控制单元，用于通过调节所述分离式热管系统的启停周期t，进而调节分离式热管系统的温度控制精度；
[0025]和/或
[0026]第二控制单元，用于通过调节所述分离式热管系统的启动时间占比，进而调节分离式热管系统的换热量；
[0027]其中，所述启停周期t设定为t＝t1+t2，t1、t2分别为所述电磁阀的启动时间和关闭时间。
[0028]所述第一控制单元包括：
[0029]第一调整模块，用于在启停周期由t增大至mt时，将温度控制精度ΔT增大至
[0030]第二调整模块，用于将启停周期由t减小至nt时，将温度控制精度ΔT减小至
[0031]其中，m、n分别为启停周期增大和减小的倍数；k(t)为经验控温系数。
[0032]所述第二控制单元包括：
[0033]第一换热量调整模块，用于在启动时间占比由增大至时，将换热量由Q增大至
[0034]第二换热量调整模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分离式热管系统控制方法，分离式热管系统包括蒸发器和冷凝器；所述蒸发器的出口与冷凝器的入口通过气相管连接；所述蒸发器的入口与所述冷凝器的出口通过液相管连接；所述气相管和/或液相管上安装有电磁阀；所述电磁阀与控制器电连接；其特征在于，该方法包括：通过调节所述分离式热管系统的启停周期t，进而调节分离式热管系统的温度控制精度；和/或通过调节所述分离式热管系统的启动时间占比，进而调节分离式热管系统的换热量；其中，所述启停周期t设定为t＝t1+t2，t1、t2分别为所述电磁阀的启动时间和关闭时间。2.根据权利要求1所述的分离式热管系统，其特征在于，通过调节所述分离式热管系统的启动时间占比，进而调节分离式热管系统的换热量的具体实现过程包括：设启停周期为t时温控精度为ΔT＝k(t)t，则，将启停周期由t增大至mt，则温度控制精度ΔT增大至将启停周期由t减小至nt，则温度控制精度ΔT减小至其中，m、n分别为启停周期增大和减小的倍数；k(t)为启停周期为t时的经验控温系数，k(mt)为启停周期为mt时的经验控温系数，k(nt)为启停周期为nt时的经验控温系数。3.根据权利要求1所述的分离式热管系统，其特征在于，通过调节所述分离式热管系统的启动时间占比，进而调节分离式热管系统的换热量的具体实现过程包括：在启停周期不变的工况下，设启动时间占比为时换热量为Q，则，若启动时间占比由增大至换热量由Q增大至若启动时间占比由减小至换热量由Q减小至其中，w、l分别为启动时间占比增大和减小的倍数；n(t1)为启动时间占比为时的经验换热量修正系数,为启动时间占比为时的经验换热量修正系数，为启动时间占比为时的经验换热量修正系数；4.根据权利要求3所述的分离式热管系统，其特征在于，换热量与启动时间占...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹静宇，马有鹏，黄向健，黄威华，郑玲，彭晋卿，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：