CN100340828C - 用于分离式热管的冷凝器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于分离式热管的冷凝器，包括沿竖直方向延伸的蒸汽集箱和液体集箱，蒸汽集箱的一端设有蒸汽入口，液体集箱的下端设有液体出口。多根冷凝管基本上是横向并联布置在蒸汽集箱和液体集箱之间。冷凝管的一端为进气端，该进气端与蒸汽集箱相连通，冷凝管的另一端为出液端，该出液端与液体集箱相连通；冷凝管通过一个倾斜的前端部分或者设于进气端的挡板来防止冷凝管内的液体向蒸汽集箱倒流。冷凝管还可以基本上是呈U形，其U形开口朝向水平方向，蒸汽集箱和液体集箱都布置在U形冷凝管的开口一侧。本发明的用于分离式热管的冷凝器平均换热热阻低，可以防止冷凝管中液体工质的倒流，自身结构紧凑而且使得热管的管路布置更加紧凑。

Description

用于分离式热管的冷凝器
技术领域
本发明涉及一种冷凝器，更具体地说，本发明涉及一种用于分离式热管的冷凝器。
背景技术
目前，已有的分离式热管的冷凝器结构不外乎有两种：
(1)并联竖直冷凝管冷凝器。并联的竖直冷凝管并联于蒸汽集箱和液体集箱之间，形成冷凝器。例如在文献[1]V.Dube，Effect of Non Condensable Gases on ThePerformance of Loop Thermosyphon Heat Exchangers，D6，12th Int.Heat Pipe Conference，Moscow，May 19-24，2002，Preprint Vol.2；文献[2]庄骏，张红，热管技术及其工程应用，化学工业出版社，2000.6，189-190；文献[3]靳明聪，陈远国，热管及热管换热器，重庆大学出版社，1986.8，179-185。对于这种竖直结构的冷凝器，其蒸汽集箱位于冷凝器的上部，而液体集箱位于冷凝器的下部，蒸汽从冷凝器的上方进入蒸汽集箱，然后进入冷凝管的上端，然后通过整个冷凝管凝结为液体向下流入液体集箱。在这个过程中，蒸汽在冷凝管中凝结成液体后，一般只在冷凝管上端的蒸汽进口附近形成液膜较薄的区域，这部分区域的热阻较小；而在冷凝管另外的较长部分，液膜较厚，热阻较大，这就使整个凝结管中平均热阻较大。另外，这种结构的每根冷凝管不能实现多蛇形管程布置，每根冷凝管只能是竖直布置，这样的结构不容易实现灵活、紧凑的目的。
(2)串联冷凝器。这种冷凝器沿蒸汽流动方向，其内的冷凝管路均为串联，例如专利号为ZL99100310.1的“采用环流式热管传导散热的温差电致冷器”和专利号为ZL98101096.2的“采用热管传导散热的温差电致冷器”中的分离式热管的冷凝器。在串联冷凝器中，由于整个流通截面非常小，相同的质量流率下，蒸汽的容积流率较大，使流动阻力较大，不利于工质的顺畅流动和换热；另外，大部分冷凝管中的凝结液会出现倒流，进入蒸发管，这会恶化流动和传热。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的并联竖直冷凝管冷凝器和串联冷凝器的缺点和不足，从而提供一种用于分离式热管的冷凝器。
本发明的技术方案为：
一种用于分离式热管的冷凝器，包括蒸汽集箱1和液体集箱2，以及并联在蒸汽集箱和液体集箱之间的多根冷凝管3；所述的蒸汽集箱1和液体集箱2基本上是沿竖直方向延伸；蒸汽集箱1的一端设有蒸汽入口4，液体集箱2的下端设有液体出口5；冷凝管3基本上是横向并联布置；冷凝管3的一端为进气端6，该进气端6与蒸汽集箱1相连通，冷凝管3的另一端为出液端7，该出液端7与液体集箱2相连通；冷凝管3的形状构造成可防止冷凝管3内的液体向蒸汽集箱1倒流。
为了防止冷凝管3内的液体工质向蒸汽集箱1倒流，从所述冷凝管3的进气端6延伸出来的冷凝管前端部分11向下倾斜，所述冷凝管前端部分11与水平方向的夹角α的范围为0＜α≤π/2弧度。
为了防止冷凝管3内的液体工质向蒸汽集箱1倒流，所述冷凝管3的进气端6设有一挡板10，所述挡板10位于进气端6的下部。
所述冷凝管3包括用于降低出液端7高度的拐角部分12。
所述冷凝管3基本上是横向延伸，蒸汽集箱1和液体集箱2分别设置在冷凝管3的两侧。
所述冷凝管3基本上是呈U形，其U形开口朝向水平方向；蒸汽集箱1和液体集箱2都布置在U形冷凝管3的开口一侧。所述的U形冷凝管3的弯曲部分13基本上位于整根冷凝管3的中部。
所述蒸汽入口4位于蒸汽集箱1的下端。
所述的冷凝管3上布置有翅片14。
本发明的优点在于：(1)并联冷凝器的管路结构采用横向布置，与竖直冷凝管相比，每根冷凝管中的凝结换热条件得到改善：一方面每根冷凝管内的流量会降低到冷凝管数量的倒数倍，相应的蒸汽流速也随着降低，这样流入每根冷凝管中的蒸汽可以有充分的时间和空间凝结；另一方面，在重力的作用下，每根横向管中的上部为薄液膜区，与竖直冷凝管相比，薄液膜区的面积范围扩大很多，相应地，下部厚液膜的范围缩小很多，于是平均换热热阻降低很多；(2)各并联冷凝管中蒸汽凝结的热阻可以都比较小，克服了串联冷凝管中只有在上端蒸汽进口处的冷凝管的冷凝热阻较小，沿着串联冷凝管，凝结液不断增多，凝结热阻不断增大、沿串联冷凝管换热性能越来越差的缺点；3)蒸汽可以沿蒸汽管路从下向上进入蒸汽集箱，再分配进入各冷凝管，减小了多数情况下串联冷凝管中蒸汽必须从上部进入，使管路布置不紧凑的缺点；(4)可以使冷凝管外更容易布置扩展换热面，例如翅片等；(5)可防止冷凝管中液体工质的倒流。
附图说明
图1是本发明的冷凝器的结构示意图；
图2是使用一部分倾斜的冷凝管来防止倒流的冷凝器的结构示意图；
图3是冷凝管整体倾斜的冷凝器的结构示意图；
图4中的(a)是图1中冷凝管与蒸汽集箱的接口处的正视剖面图；
图4中的(b)是图2沿A-A线提取的剖面图；
图4中的(c)是图2沿B-B线提取的剖面图；
图5是具有拐角的冷凝器的结构示意图；
图6是具有U形冷凝管的冷凝器的结构示意图；
图7是另一个具有U形冷凝管的冷凝器的结构示意图；
图8是与图7的冷凝器结构相似的一种优选冷凝器的结构示意图。
图面说明：
蒸汽集箱1    液体集箱2    冷凝管3       蒸汽入口4     液体出口5
进气端6      出液端7      蒸汽工质8     液体工质9     挡板10
冷凝管前端部分11          拐角部分12    弯曲部分13    翅片14
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
如图1所示的冷凝器，包括竖直放置的蒸汽集箱1和液体集箱2。多根冷凝管3以并联的方式连接在蒸汽集箱1和液体集箱2之间，冷凝管3基本上是横向布置的。蒸汽集箱1的一端设有蒸汽入口4，用于接收由蒸发器(图中未示出)输送来的蒸汽工质8，蒸汽入口4的位置可根据冷凝器与蒸发器的位置关系而设于蒸汽集箱1的上端或者下端。液体集箱2的下端设有液体出口5，用于向蒸发器输送冷凝后的液体工质9。冷凝管3的一端为进气端6，与蒸汽集箱1相连通；冷凝管3的另一端为出液端7，与液体集箱2相连通。
从蒸发器来的蒸汽工质8通过蒸汽入口4进入蒸汽集箱1，再由蒸汽集箱1将蒸汽工质8分配给冷凝管3，蒸汽工质8从进气端6流入冷凝管3，在流动过程中与冷凝管3换热并冷凝为液体，冷凝后的液体工质9从出液端7进入液体集箱2，最后从液体集箱2的液体出口5流出并再次进入蒸发器，从而完成一个换热循环过程。
从图1中还可以看出，蒸汽入口4位于蒸汽集箱1的下端时有着特别的优点。蒸汽工质8从冷凝器的下部进入，而液体工质9也同样从冷凝器的下部流出，这样当冷凝器与蒸发器连接时，连接管路可以相对紧凑地布置。而在现有技术中，多数情况下连接管路必须与位于冷凝器上部的蒸汽集箱连通，从而使得管路的布置不够紧凑。
为了防止冷凝管3内的液体工质向蒸汽集箱1倒流，保证冷凝管3内的液体工质从进气端6到出液端7正向流动。一种可选择的方法是使得靠近进气端6处的冷凝管前端部分11向下倾斜，如图2所示，从进气端6延伸出来的一部分冷凝管向下倾斜，该倾斜部分被称为冷凝管前端部分11，冷凝管前端部分11与水平方向的夹角α在大于0弧度小于等于π/2弧度之间取值。冷凝管3内的液体工质被冷凝管前端部分11阻挡，在重力的作用下流向液体集箱2，从而防止了液体倒流。虽然在图2中，冷凝管前端部分11只是冷凝管3的一部分，但是在不超出本发明范围的情况下，冷凝管前端部分11的长度是可以根据应用而变化的，例如在图3中，冷凝管前端部分11也就是整根冷凝管3，冷凝管3整体向下倾斜。
另一种优选的防止倒流的方法是在冷凝管3的进气端6设一挡板10。在图4(a)、图4(b)和图4(c)中，可以清楚地看出挡板10的结构。挡板10位于进气端6的下部，进气端6的上部与蒸汽集箱1保持连通。蒸汽集箱1中的蒸汽工质10从进气端6的上部进入冷凝管3，而冷凝管3内的液体工质9被挡板10阻挡，从而防止其倒流回到蒸汽集箱1。
作为本发明的进一步改进，冷凝管3包括一个用于降低出液端7高度的拐角部分12，如图5所示。通过拐角部分12，使得同一根冷凝管3的出液端7低于其进气端6，进一步保证了冷凝管3内的液体工质从进气端6到出液端7的正向流动。在图5中，拐角部分12两侧的冷凝管水平延伸，其进气端6设有如图4所示的防倒流挡板10。
在图1、图2、图3和图5这四个冷凝器的实施例中，冷凝管3基本上是横向延伸，而蒸汽集箱1和液体集箱2分别设置在冷凝管3的两侧。
如图6和图7所示，作为本发明的进一步改进，冷凝管3基本上是呈U形，其U形开口朝向水平方向，蒸汽集箱1和液体集箱2都布置在冷凝管3的开口的那一侧。其中，图6基本上是图3所示的冷凝器横向对折后的形状，而图7基本上是图5所示的冷凝器横向对折后的形状，U形冷凝管3的弯曲部分13基本上位于整根冷凝管3的中部。由于图5的拐角部分12也基本上位于冷凝管3的中部，所以图7中的弯曲部分13基本上是对应着图5的拐角部分12。采用U形冷凝管3的冷凝器占有空间小，使得其结构更加紧凑。
图8更详细地示出了一个依照本发明原理的冷凝器，该冷凝器的结构与图7基本相似。图8分为三部分，中间一部分是该冷凝器的正视图，左边一部分是该冷凝器的右视图，右边一部分是该冷凝器的左视图。多根U形冷凝管3横向且以并联的方式连接在蒸汽集箱1和液体集箱2之间，冷凝管3通过弯曲部分13来形成这样的U形。蒸汽集箱1和液体集箱2竖直放置，且设置在冷凝管3的U形开口的同一侧。蒸汽集箱1的下端设有蒸汽入口4，用于接收由蒸发器(图中未示出)输送来的蒸汽工质8。液体集箱2的下端设有液体出口5，用于向蒸发器输送冷凝后的液体工质9。冷凝管3的一端为进气端6，与蒸汽集箱1相连通，且该进气端6设如图4所示的挡板10；冷凝管3的另一端为出液端7，与液体集箱2相连通。冷凝管3上面布置有用于扩展换热面的翅片14。
在说明书附图中给出的各种不同结构的冷凝器示意图中，为了更加清楚地表明本发明的冷凝器结构，图中仅仅画出了少量的冷凝管。但这并不是要去限制本发明的冷凝器中冷凝管的个数，在不超出本发明范围的情况下，冷凝管的数量可以在实际应用中加以变化。

Claims (9)

1、一种用于分离式热管的冷凝器，包括蒸汽集箱(1)和液体集箱(2)，以及并联在蒸汽集箱和液体集箱之间的多根冷凝管(3)；其特征在于，所述的蒸汽集箱(1)和液体集箱(2)是沿竖直方向延伸；蒸汽集箱(1)的一端设有蒸汽入口(4)，液体集箱(2)的下端设有液体出口(5)；冷凝管(3)是横向并联布置；冷凝管(3)的一端为进气端(6)，该进气端(6)与蒸汽集箱(1)相连通，冷凝管(3)的另一端为出液端(7)，该出液端(7)与液体集箱(2)相连通；所述冷凝管(3)的进气端(6)设有一挡板(10)，所述挡板(10)位于进气端(6)的下部。
2、根据权利要求1所述的用于分离式热管的冷凝器，其特征在于，从所述冷凝管(3)的进气端(6)延伸出来的冷凝管前端部分(11)向下倾斜。
3、根据权利要求2所述的用于分离式热管的冷凝器，其特征在于，所述冷凝管(3)前端部分(11)与水平方向的夹角α的范围为0＜α≤π/2弧度。
4、根据权利要求1所述的用于分离式热管的冷凝器，其特征在于，所述冷凝管(3)包括用于降低出液端(7)高度的拐角部分(12)。
5、根据权利要求1～4中的任一项所述的用于分离式热管的冷凝器，其特征在于，所述冷凝管(3)是横向延伸，蒸汽集箱(1)和液体集箱(2)分别设置在冷凝管(3)的两侧。
6、根据权利要求1～4中的任一项所述的用于分离式热管的冷凝器，其特征在于，所述冷凝管(3)是呈U形，其U形开口朝向水平方向；蒸汽集箱(1)和液体集箱(2)都布置在U形冷凝管(3)的开口一侧。
7、根据权利要求6所述的用于分离式热管的冷凝器，其特征在于，所述的U形冷凝管(3)的弯曲部分(13)位于整根冷凝管(3)的中部。
8、根据权利要求1所述的用于分离式热管的冷凝器，其特征在于，所述蒸汽入口(4)位于蒸汽集箱(1)的下端。
9、根据权利要求1所述的用于分离式热管的冷凝器，其特征在于，所述的冷凝管(3)上布置有翅片(14)。
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