CN101556121A - 扁平式热管换热器 - Google Patents

Abstract

一种扁平式热管换热器，其特征在于：由中间气液分离室、冷凝单元以及蒸发单元构成；冷凝单元由集气管、冷凝扁管组、换热片以及输气管组成；冷凝扁管组由连接在集气管与中间气液分离室顶部间的多根金属扁管构成；蒸发单元由集液管、蒸发扁管组、换热片以及输液管组成；中间气液分离室内对应顶部的各冷凝扁管组金属扁管的管口下方设横向挡板，以此在中间气液分离室中分隔形成导液通道；中间气液分离室内底部在输液管的管口外围以竖向挡板隔成蓄液腔；导液通道的通道口与蓄液腔上下相对布置；所述冷凝单元和蒸发单元经中间气液分离室连通，且整体对外密封，内部充有工质液体。本发明整体为一热管结构，封装更为方便，且液态和气态分行，换热效率高。

Description

扁平式热管换热器

技术领域

本发明涉及换热器，具体涉及一种扁平式热管换热器。该扁平式热管换热器特别适用于户外电力、通讯或电气控制机柜等密闭空间的降温散热，以及对使用空调的场所的节能换气。

背景技术

在电力、通讯或电气等行业，广泛使用到控制机柜，为了防止潮气、灰尘、有害气体进入机柜，机柜通常对外封闭，在运行中因机柜中器件自身发出热量或者户外阳光照射，机柜中温度会不断升高，如不及时散热势必会影响机柜中器件的正常工作，因此在电力、通讯或电气控制机柜中需配置专门的换热器对机柜内空气散热。

另一方面，在使用空调的场所，如商场、办公室、医院、住宅等，无论是夏天制冷，还是冬天制热，如果紧闭窗门，有利于保持室内温度，但这时室内的空气会逐渐污蚀，令人产生倦意，并不利健康。如果直接开窗、开门或用排风扇换气可使室内空气保持清新，但随之会导致冷量和热量的流失。若采用一种换热器将室内污蚀的空气与室外新鲜的空气进行热交换，这样室外的新鲜空气在夏天就会预冷后进入室内，在冬天会预热后进入室内，从而减少冷量(或热量)的损失，达到换气又节能的效果。

在目前换热器中，从性能上能满足以上两种使用场合要求的产品有板翅式换热器、错流板式换热器以及热管换热器。板翅式换热器制作工艺复杂，耗材多，重量又重，制作成本高导致售价高，将其用于上述两种场合基本不可行。而错流板式换热器的结构可参见中国专利公告于2009年4月1日公开的，公告号为CN201215454的实用新型专利，它具有质轻、体积小、生产工艺简单，制作成本低的优势，适用于上述两种使用场合，但是它具有温度梯度的损失，其换热效率仍有限，并且它需在热交换双方有一定温差(Δt较大)的条件下才能正常工作，如夏天室外温度高达45℃以上，而控制机柜中温度在50℃，此时错流板式换热器就不能正常工作了。而热管换热器结构如附图1所示，由十几或几十根截面为圆形的热管21、多块换热片22以及中间隔板23组成，换热片22及中间隔板23层层相距排列，中间隔板23位于中间位置，各换热片22间形成风道24，十几或几十根热管21阵列排列且垂直贯穿换热片22及中间隔板23，热管21与换热片22间通过胀管或焊接的方式固定，保证两者间接触传热。使用时，以隔热板为界一侧作为冷凝端，另一侧作为蒸发端。上述热管换热器目前应用于电焊机等电器设备上散热，因其采用热管技术，其换热效率比错流板式换热器要高，但是，它仍存在以下不足：

1、因采用多达几十根的独立热管，每根热管独立封装，其制作成本高，并且众多热管的封装质量也不易保征；

2、在将热管与换热片组装时，若以胀管方式则两者间热阻大影响换热效率，而若以焊接方式则限制了焊料及热管中工质液体的选择，选择不当，焊接时的高温即会导致热管的爆裂；

3、因采用阵列排列的截面圆形的热管，风道较长，且热管占用风道的截面积较多，使风阻增加，为此所配风机功率也需加大，能耗增加。

发明内容

本发明的目的是设计一种扁平式热管换热器，以解决制作成本降低、封装质量的保证、换热效率近一步提高以及降能耗的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种扁平式热管换热器，包括中间气液分离室、位于中间气液分离室上侧的冷凝单元以及位于中间气液分离室下侧的蒸发单元；

所述冷凝单元由集气管、冷凝扁管组、换热片以及输气管组成，所述集气管相距设于中间气液分离室的上侧；所述冷凝扁管组由排列成行的连接在集气管与中间气液分离室顶部间的多根金属扁管构成，各金属扁管以扁平面相对，其相对扁平面间连接所述换热片形成冷端多层换热风道；所述输气管连接在集气管与中间气液分离室之间；

所述蒸发单元由集液管、蒸发扁管组、换热片以及输液管组成，所述集液管相距设于中间气液分离室的下侧，所述蒸发扁管组由排列成行的连接在集液管与中间气液分离室顶部间的多根金属扁管构成，且各金属扁管以扁平面相对，其相对扁平面间连接所述换热片形成热端多层换热风道；所述输液管连接在集液管与中间气液分离室之间；

所述中间气液分离室内对应顶部的各冷凝扁管组金属扁管的管口下方设横向挡板，以此在中间气液分离室中分隔形成导液通道，并且横向挡板上开口或横向挡板端部与中间气液分离室端面间留缺口形成导液通道的通道口；所述中间气液分离室内底部在输液管的管口外围以竖向挡板隔成蓄液腔；所述导液通道的通道口与蓄液腔上下相对布置；

所述冷凝单元和蒸发单元经中间气液分离室连通，且整体对外密封，内部充有工质液体。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述“金属扁管”是指截面为长圆形、椭圆形或矩形的非圆形的金属管。所述“扁平面”即是指金属扁管上相比面积大的那两个侧面。

2、上述方案中，所述冷凝单元和蒸发单元中的换热片均为沿金属扁管的长度方向S形弯曲的翅片，该翅片以其S形弯曲的两侧拱起部与对应侧的金属扁管的扁平面连接。最佳是在翅片的翅片面上设有凸起，以此构成高效传热翅片。

3、上述方案中，所述输气管和输液管可以是一根也可以是多根，可以布置在冷凝扁管组/蒸发扁管组的扁管中间，也可以是布置在外侧。较佳方案是：所述输气管为两根，沿冷凝扁管组各扁管的排列方向布置于冷凝扁管组的两侧，所述输液管也为两根，沿蒸发扁管组各扁管的排列方向布置于蒸发扁管组的两侧。

4、上述方案中，所述“上”“下”“顶”“底”等方位是按附图2定义的，附图2的上即为上，下即为下。使用时，也要求将本换热器上下方向竖直放置着或稍倾斜着使用。

5、上述方案中，本换热器上可再加设进、出风通道或进、出风管、风扇等。

本发明的设计巧思为：本发明将金属扁管排成行组成冷凝扁管组和蒸发扁管组，在各金属扁管间加上换热片，并且，再设置了集气管、输气管、输液管、集液管、中间气液分离室，它们整体连通构成一个对外封闭的整体，其内部抽负压，内装工质液体，整体成为了一热管结构。并且，本发明独创设计了工质液体液态和气态分行的方式。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、由于本发明独特设计，整体为一热管结构，制作时是将各部件连接成一整体后，再对其封装充入工质液体，因此较为方便，封装质量好保证，并且，也不存在热管成型后再焊接易爆裂的问题。

2、由于本发明独特设计，采用排列成行的金属扁管，换热风道短，换热风道截面积也大，风阻小，从配设风机的角度来说，节约了能耗、降低了成本。

3、由于本发明采用了工质液体液态和气态分行的方式，避免了气态和液态在同管中行进相阻，加快了工质液体的循环速度，从而大幅提高了换热效率。

4、由于本发明设计了中间气液分离室，巧妙地在一室中完成气液的分离，使气液各行其道，使本发明结构更为紧凑，体积不增大。

附图说明

附图1为现有热管换热器的结构示意图；

附图2为本发明实施例结构示意图；

附图3为本发明实施例中间气液分离室处的局部结构示意图；

附图4为附图3的A-A向剖视示意图。

以上附图中：1、中间气液分离室；2、冷凝单元；3、蒸发单元；4、集气管；5、冷凝扁管组；6、换热片；7、输气管；8、金属扁管；9、集液管；10、蒸发扁管组；11、换热片；12、输液管；13、金属扁管；14、横向挡板；15、导液通道；16、导液通道的通道口；17、竖向挡板；18、蓄液腔；19、隔板；21、热管；22、换热片；23、中间隔板；24、风道；25、上管体；26、侧板；27、下半管体；28、封头。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：参见附图2～附图4所示，一种扁平式热管换热器，包括中间气液分离室1、位于中间气液分离室1上侧的冷凝单元2以及位于中间气液分离室1下侧的蒸发单元3。

所述冷凝单元2由集气管4、冷凝扁管组5、换热片6以及2根输气管7组成，所述集气管4相距平行设于中间气液分离室1的上侧；所述冷凝扁管组5由排形成一行的垂直连接在集气管4与中间气液分离室1顶部间的多根(图示为4根)金属扁管8构成，各金属扁管8以扁平面相对，其相对扁平面间连接所述换热片6形成冷端多层换热风道；所述2根输气管7连接在集气管4与中间气液分离室1之间，且2根输气管7沿冷凝扁管组各金属扁管8的排列方向布置于冷凝扁管组5两侧。输气管7的截面积大于各金属扁管8的截面积。

所述蒸发单元3由集液管9、蒸发扁管组10、换热片11以及2根输液管12组成，所述集液管9平行相距设于中间气液分离室1的下侧，所述蒸发扁管组10由排列成行的连接在集液管9与中间气液分离室1顶部间的多根(图示为4根)金属扁管13构成，且各金属扁管13以扁平面相对，其相对扁平面间连接所述换热片11形成热端多层换热风道；所述2根输液管12连接在集液管9与中间气液分离室1之间，且2根输液管12沿蒸发扁管组各金属扁管13的排列方向布置于蒸发扁管组10的两侧。

具体见附图3、附图4所示，所述中间气液分离室1内对应顶部的各冷凝扁管组金属扁管8的管口下方设一块横向挡板14，以此在中间气液分离室1中分隔形成导液通道15，并且横向挡板14两端部与中间气液分离室1端面间留缺口形成导液通道的两通道口16；所述中间气液分离室1内底部在2根输液管9的管口外围设一竖向挡板17，从而隔成蓄液腔18；所述导液通道的两通道口16与两蓄液腔18一对一上下相对布置。所述竖向挡板17可以是沿垂直方向设也可以是稍稍倾斜(如图3示)，使蓄液腔18成为漏斗状。具体，中间气液分离室1由一上管体25、两侧板26、下半管体27、隔板19以及封头28构成，上管体25的左右侧部上焊接上两侧板26，两侧板26下端焊接在隔板19上，隔板19上对应有通口，隔板19的下方焊接下半管体27，然后两端头上再封有封头28，上管体25的两端头下半部去除即形成导液通道的通道口16，而上管体25的整个下半部即作为横向挡板14。

所述冷凝单元2和蒸发单元3经中间气液分离室1连通，且整体对外密封，内抽成负压充入工质液体。

所述冷凝单元2和蒸发单元3中的换热片6、11均为沿金属扁管8、13的长度方向S形弯曲的翅片，该翅片以其S形弯曲的两侧拱起部与对应侧的金属扁管8、13的扁平面连接。并且，翅片的翅片面上设有凸起，以此构成高效传热翅片。

工作时，工质液体的循环线路如附图2和附图3所示，气态和液态分行，空心箭头代表气态工质液体；实心箭头代表液态工质液体。如附图2、3所示，工作时，蒸发单元3的蒸发扁管组10中的工质液体受热汽化上行(见空心箭头)，进入中间气液分离室1，因输气管7较各金属扁管8对气体阻力小，气态工质液体(见空心箭头)会自行经输气管7进入集气管4，然后再至冷凝扁管组5中遇冷凝结液化，再下落至中间气液分离室1中，由导液通道15导向落入蓄液腔18中，再经由输液管12回至集液管9中，周而反始，热量会在工质液体汽化上升过程中从蒸发单元3传导至冷凝单元3，由冷凝单元3上的换热片6向外快速散出。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1、一种扁平式热管换热器，其特征在于：包括中间气液分离室(1)、位于中间气液分离室(1)上侧的冷凝单元(2)以及位于中间气液分离室(1)下侧的蒸发单元(3)；

所述冷凝单元(2)由集气管(4)、冷凝扁管组(5)、换热片(6)以及输气管(7)组成，所述集气管(4)相距设于中间气液分离室(1)的上侧；所述冷凝扁管组(5)由排列成行的连接在集气管(4)与中间气液分离室(1)顶部间的多根金属扁管(8)构成，各金属扁管(8)以扁平面相对，其相对扁平面间连接所述换热片(6)形成冷端多层换热风道；所述输气管(7)连接在集气管(4)与中间气液分离室(1)之间；

所述蒸发单元(3)由集液管(9)、蒸发扁管组(10)、换热片(11)以及输液管(12)组成，所述集液管(9)相距设于中间气液分离室(1)的下侧，所述蒸发扁管组(10)由排列成行的连接在集液管(9)与中间气液分离室(1)顶部间的多根金属扁管(13)构成，且各金属扁管(13)以扁平面相对，其相对扁平面间连接所述换热片(11)形成热端多层换热风道；所述输液管(12)连接在集液管(9)与中间气液分离室(1)之间；

所述中间气液分离室(1)内对应顶部的各冷凝扁管组金属扁管(8)的管口下方设横向挡板(14)，以此在中间气液分离室(1)中分隔形成导液通道(15)，并且横向挡板(14)上开口或横向挡板(14)端部与中间气液分离室端面间留缺口形成导液通道的通道口(16)；所述中间气液分离室(1)内底部在输液管(9)的管口外围以竖向挡板(17)隔成蓄液腔(18)；所述导液通道的通道口(16)与蓄液腔(18)上下相对布置；

所述冷凝单元(2)和蒸发单元(3)经中间气液分离室(1)连通，且整体对外密封，内部充有工质液体。

2、根据权利要求1所述的扁平式热管换热器，其特征在于：所述冷凝单元(2)和蒸发单元(3)中的换热片(6、11)均为沿金属扁管(8、13)的长度方向S形弯曲的翅片，该翅片以其S形弯曲的两侧拱起部与对应侧的金属扁管(8、13)的扁平面连接。

3、根据权利要求2所述的扁平式热管换热器，其特征在于：所述翅片的翅片面上设有凸起，以此构成高效传热翅片。

4、根据权利要求1所述的扁平式热管换热器，其特征在于：所述输气管(7)为两根，沿冷凝扁管组各金属扁管(8)的排列方向布置于冷凝扁管组(5)的两侧，所述输液管(12)也为两根，沿蒸发扁管组各金属扁管(13)的排列方向布置于蒸发扁管组(10)的两侧。

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