CN101818999B - 用于低品位热能利用的脉动热管传热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于低品位热能利用的脉动热管传热装置。先将具有若干通道的单排多孔扁管弯曲成多层，在扁管的两端进一步加工后，可以形成不同的连接方式，使装置按照开路型或环路型脉动热管的机理工作。另外，在传热装置的冷却段和加热段的相邻两层扁管之间可以根据需要加装波纹翅片，以减小冷却段和加热段的传热热阻。使用时，加热流体通过该装置的一端，冷却流体通过装置的另一端，从而实现低品位热量的利用或冷却散热。本发明提出的脉动热管传热装置具有结构紧凑、重量轻、成本低、制作简单、传热效果好等优点。

Description

用于低品位热能利用的脉动热管传热装置
技术领域
本发明涉及一种脉动热管传热装置，它适用于低品位热量的利用和发热零部件的散热。
背景技术
随着经济的发展，能源的紧缺问题日趋严重。能源的合理利用，特别是低品位热量(如太阳能、工业余热等)的合理利用备受关注。热管的当量传热量是最优良的金属如银、铜、铝等的几百倍，甚至上千倍，因此有“近超导热体”之称。热管在一些低品位热量利用装置(如烟气余热回收等)中的应用，获得了一定的效果。但传统热管管内壁必须有吸液芯材料，因此使得热管尺寸大，重量增加，一定程度上限制了其应用的领域。脉动热管是Akachi于20世纪90年代初提出的一种新型热管，由没有毛细吸液芯的金属毛细管弯曲成蛇形结构组成，可分为环路型和开路型两种。脉动热管运行原理和传热特性与传统热管有很大的不同。脉动热管通道很细，在表面张力作用下，通道中形成许多封闭的液塞和气塞，在热作用下，气、液塞在加热段和冷却段之间做一种不稳定的、方向随机的脉动流动，实现热传递，并因此具有很高的散热能力。脉动热管与传统热管相比具有如下优点：体积小、结构简单、成本低、传热性能好，并可以根据需要制造出各种形状。用毛细管弯曲而成的脉动热管装置很难增设翅片，冷、热流体(特别为气体时)与脉动热管之间的传热热阻较大，传热量受到限制，不能充分发挥热管“近超导热体”的优势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种传热效果好的用于低品位热能利用的脉动热管传热装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供的用于低品位热量利用的脉动热管传热装置，由铝或铜质制成的中间由隔栅分割成许多通道且两端封闭的单排多孔扁管弯曲成多层，形成有加热段和冷却段，中间为绝热段，所述的单排多孔扁管中的每一个所述的通道都各自形成一条蛇形管道，各所述的蛇形管道内部抽真空，充注有体积百分比为30％～60％的工作介质。所有所述的蛇形管道可以在端部经加工形成不同的组合，从而形成开路型或环路型脉动热管。
在所述的加热段和冷却段，相邻两层单排多孔扁管之间钎焊有波纹形翅片。
所述的单排多孔扁管中的每一个所述的蛇形管道都各自形成一条开式的蛇形管道，每一条所述的蛇形通道都构成一个开路型脉动热管。
所述的单排多孔扁管中相邻的所述的蛇形管道顺次连通而形成一条开式蛇形管道，该所述的开式蛇形管道形成一个开路型脉动热管。
所述的单排多孔扁管中的每两个相邻的所述的蛇形管道两端相连成一个回路，这样形成若干个并联的封闭回路，每一个封闭回路形成一个环路型脉动热管。
所述的单排多孔扁管的材质为铜时所述的工作介质为水、R134a或R123，所述的单排多孔扁管的材质为铝时所述的工作介质为氨。
所有通道都为方形孔，更有利于脉动热管的传热。
采用上述技术方案的用于低品位热能利用的脉动热管传热装置，制作脉动热管的材料主要是由铝或铜拉制而成的单排多孔扁平管，多孔扁平管中间由隔栅分割成许多通道，所有通道都为方形孔，更有利于脉动热管的传热，相对于用毛细管弯曲而成蛇形结构的脉动热管，本发明提出的脉动热管传热装置具有结构紧凑、重量轻、成本低、制作简单、传热效果好等优点。
使用时，将加热介质垂直流过本发明的加热段一端，冷却介质垂直流过本发明的另一端的冷却段，热量由加热段传到冷却段，从而实现零部件的冷却散热或低品位热量的利用。
综上所述，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、重量轻、成本低、制作简单、传热效果好的用于低品位热能利用的脉动热管传热装置，适用于低品位热量的利用和发热零部件的散热。
附图说明
图1是脉动热管传热装置(加装翅片结构)。
图2是脉动热管传热装置(不加翅片结构)。
图3是单排多孔扁管截面图。
图4是开路型脉动热管的扁管端部隔栅切削示意图。
图5是环路型脉动热管的扁管端部隔栅切削示意图。
图6是脉动热管的环路型基本方式。
图7是脉动热管的开路型基本方式。
图8是并联的若干开路型脉动热管的通道连接示意图。
图9是开路型脉动热管的通道连接示意图。
图10是并联的若干环路型脉动热管的通道连接示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在阅读了本发明所公布的内容之后，本领域技术人员对本发明所作的各种改动和修改，同样属于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1：
由铝质拉制而成的中间由隔栅14分割成许多通道且两端封闭的单排多孔扁管11弯曲成多层，形成有加热段17和冷却段15，中间为绝热段16，所有通道都为方形孔，更有利于脉动热管的传热，单排多孔扁管11中的每一个蛇形管道都各自形成一条开式的蛇形管道，这样形成并联的若干开路型脉动热管，各蛇形管道内部抽真空，充注有体积百分比为30％的氨，图8就是该种脉动热管的通道连接示意图，在加热段17和冷却段15，相邻两层单排多孔扁管11之间钎焊有加热段波纹形翅片13和冷却段波纹形翅片12，从而形成加翅片结构的脉动热管传热装置，见图1、图3。
使用时，将加热介质垂直流过本发明的一端的加热段17，冷却介质垂直流过本发明的另一端的冷却段15。工作介质-氨在表面张力的作用下，在蛇形通道内形成相互间隔的气塞和液塞，如图7所示。液塞在加热段受热蒸发一部分，使液塞减少或缩短，相应的气塞增加或变长。气塞在冷却段放热凝结一部分，使气塞减少或缩短，相应的液塞增加或变长。气塞和液塞在蛇形通道内振荡，在振荡过程中将热量由加热段传到冷却段。由于附加的加热段波纹形翅片13和冷却段波纹形翅片12强化了装置两端的换热，从而使本发明的传热效率大大提高，最终更好地实现低品位热能的利用或发热零部件的冷却散热。
实施例2：
由铜质拉制而成的中间由隔栅分割成许多通道且两端封闭的单排多孔扁管弯曲成多层，形成有加热段和冷却段，中间为绝热段16，所有通道都为方形孔，更有利于脉动热管的传热，单排多孔扁管11中的每一个通道都各自形成一条蛇形管道，然后通过进一步加工(以8通道为例说明，见图1)：将第一蛇形管道1与第二蛇形管道2、第三蛇形管道3与第四蛇形管道4、第五蛇形管道5与第六蛇形管道6、第七蛇形管道7与第八蛇形管道8之间的隔栅14在前端9削去一部分；同时，将第二蛇形管道2与第三蛇形管道3、第四蛇形管道4与第五蛇形管道5、第六蛇形管道6与第七蛇形管道7之间的隔栅14在尾端10削去一部分，使各相邻蛇形管道顺次相连，最后所有蛇形管道连通形成一条开式的蛇形管道，其通道连接如图9所示。然后抽真空，充注体积百分比为60％的水，将两端封闭，形成一个开路型脉动热管。在加热段17和冷却段15，相邻两层单排多孔扁管11之间钎焊有加热段波纹形翅片13和冷却段波纹形翅片12，从而形成加翅片结构的脉动热管传热装置，参见图1、图3和图4。
参见图6，使用时，其工作过程类同于实施例1。
实施例3：
由铜质拉制而成的中间由隔栅14分割成许多通道且两端封闭的单排多孔扁管11弯曲成多层，形成有加热段17和冷却段15，中间为绝热段16，所有通道都为方形孔，更有利于脉动热管的传热，单排多孔扁管11中的每一个通道都各自形成一条蛇形管道，然后通过进一步加工(以8通道为例说明，见图1)：将第一蛇形管道1与第二蛇形管道2、第三蛇形管道3与第四蛇形管道4、第五蛇形管道5与第六蛇形管道6之间、第七蛇形管道7与第八蛇形管道8之间的隔栅14在前端9和尾端10同时削去一部分，这样，第一蛇形管道1和第二蛇形管道2连通成为一个封闭的蛇形管道，其它通道亦然，其通道连接如图10和图5所示。然后抽真空，充注体积百分比为45％的R134a或R123，将两端封闭。从而形成并联的若干环路型脉动热管。在加热段17和冷却段15，相邻两层单排多孔扁管11之间钎焊有加热段波纹形翅片13和冷却段波纹形翅片12，从而形成加翅片结构的脉动热管传热装置(见图1)。
使用时，其工作过程类似于实施例1，只是由于形成了封闭的蛇形管道，工质在热管中可以振荡流动或循环流动。
其它实施例
实施例1、实施例2和实施例3都采用了加装波纹翅片的结构，也可以不加翅片结构，使装置更加简单。其工作过程类似于加装翅片的脉动热管传热装置，只是热阻较大些，传热效果差些，参见图2。
当通道较少(如少于40个)时，受重力的影响，脉动热管具有“热二极管”的单向传热特性。但是，由于脉动热管运行的动力是通道内的压力脉动，而非重力，当通道很多时，压力脉动完全可以盖过重力的影响，使脉动热管可以工作于高端加热、低端冷却的工况，从而使脉动热管的安装角度不受限制。采用多层扁管的结构形式，很容易将通道数提高到40以上。使用者可以根据需要利用脉动热管的“热二极管”的单向传热特性，也可以通过增加通道数消除其“热二极管”单向传热特性，达到随意安装的目的。

Claims (7)

1.一种用于低品位热量利用的脉动热管传热装置，其特征在于：由铝或铜质制成的中间由隔栅(14)分割成许多通道且两端封闭的单排多孔扁管(11)弯曲成多层，形成有加热段(17)和冷却段(15)，中间为绝热段(16)，所述的单排多孔扁管中的每一个所述的通道都各自形成一条蛇形管道，各所述的蛇形管道内部抽真空，充注有体积百分比为30％～60％的工作介质，所有所述的蛇形管道经加工形成不同的组合，从而形成开路型或环路型脉动热管。
2.根据权利要求1所述的用于低品位热量利用的脉动热管传热装置，其特征在于：在所述的加热段(17)和冷却段(15)，相邻两层单排多孔扁管之间钎焊有波纹形翅片。
3.根据权利要求1或2所述的用于低品位热量利用的脉动热管传热装置，其特征在于：所述的单排多孔扁管中的每一个所述的蛇形管道都各自形成一条开式的蛇形管道，每一条所述的蛇形管道都构成一个开路型脉动热管。
4.根据权利要求1或2所述的用于低品位热量利用的脉动热管传热装置，其特征在于：所述的单排多孔扁管中相邻的所述的蛇形管道顺次连通而形成一条开式蛇形管道，所述的开式蛇形管道形成一个开路型脉动热管。
5.根据权利要求1或2所述的用于低品位热量利用的脉动热管传热装置，其特征在于：所述的单排多孔扁管中的每两个相邻的所述的蛇形管道两端相连成一个回路，这样形成若干个并联的封闭回路，每一个封闭回路形成一个环路型脉动热管。
6.根据权利要求1或2的用于低品位热量利用的脉动热管传热装置，其特征在于：所述的单排多孔扁管(11)的材质为铜时，所述的工作介质为水、R134a或R123，所述的单排多孔扁管(11)的材质为铝时，所述的工作介质为氨。
7.根据权利要求1或2的用于低品位热量利用的脉动热管传热装置，其特征在于：所述的单排多孔扁管(11)的所有通道都为方形孔。
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