CN103776287A - 一种多通路脉动热管换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多通路脉动热管换热器，包括一个热源通道、一个冷源通道、一个隔板和一组多通路脉动热管，脉动热管换热器的加热端处于热源通中，冷凝端处于冷源通道中，其中冷源通道和热源通道平行放置，中间通过隔板分开；多通路脉动热管由多组上总管、多组下总管和上、下总管设置的多个支管；上、下总管以及支管的管充有工质材料，工质材料在表面张力的作用下以工质气塞和工质液塞的形式相间、均匀地分布于上、下总管以及支管形成的封闭回路中。本发明的制作工艺简单但不失灵活，在延长了换热器使用寿命的前提下提高了传热效率。

Description

一种多通路脉动热管换热器

技术领域

本发明涉及一种换热装置，具体涉及一种能够用于工业余热回收及建筑余能回收的多通路脉动热管换热器。

背景技术

脉动热管（pulsating heat pipe）最早由Akachi于上世纪90年代提出，现在已经成功用于电子设备冷却。作为热管家族的新成员，具有结构简单，成本低等优点。脉动热管是将细小的毛细铜管弯曲成蛇形结构，将脉动热管密封，抽真空后充入工质，工质在表面张力的作用下以液塞和气塞的形式存在，气塞和液塞在压力差的作用下会随机形成振荡流动，将热量由脉动热管的蒸发端流至冷凝端，从而达到传热的目的。脉动热管换热器是基于脉动热管传热元件，利用内部工质的气化潜热实现能量的转移。

现有技术的换热器主要是普通的热管式换热器，其中重力式热管换热器应用最广。但是重力热管换热器的冷凝段的安装位置必须高于蒸发段,因此只适合于冷源在上、热源在下的场合，因此在实际使用中安装位置对其在如工业余热及建筑余能的应用场所有所限制，除了适应性，其传热性能也亟需改善。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多通路脉动热管换热器，将高效的传热元件多通路型脉动热管应用于换热器中，制作工艺简单，传热性能稳定。

本发明采用的技术方案具体为：一种多通路脉动热管换热器，包括由平行设置的热源通道和冷源通道，所述热源通道和冷源通道由隔板隔开，换热器的加热端置于所述热源通道中，换热器的冷凝端端置于所述冷源通道中，可以通过调节所述隔板的位置改变所述加热端和冷凝端的换热面积；还包括一组多通路脉动热管，所述脉动热管包括横向分布的至少一组上总管和下总管，多组支管纵向排列于所述上总管和下总管之间；所述多组支管穿过所述隔板。

所述支管和上、下总管可采用异型管或者在管外添加翅片。

所述多组支管的排列方式为顺排或叉排。

所述上、下总管与支管相连通形成封闭回路，在所述脉动热管内部抽真空的情况下充注工质材料，所述工质材料在表面张力的作用下以所述工质气塞和工质液塞的形式相间、均匀地分布于所述封闭回路中。

采用双级旋片式真空泵对所述脉动热管内部抽真空。

所述热源通道内和冷源通道内由工质气塞和工质液塞组成的流体的流动方式为逆流或者顺流。

工质材料为包括丙酮、乙醇或去离子水的低沸点工质。

脉动热管的管材为与工质材料相容性强的铜或者不锈钢。

所述支管和上、下总管的管径D为1-3mm，满足：

$0.7\sqrt{\frac{\mathrm{\σ}}{({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lip}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{vap}})\·g}}\≤D\≤1.83\sqrt{\frac{\mathrm{\σ}}{({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lip}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{vap}})\·g}}$

其中σ为工质表面张力，ρ_lip为工质的液相密度，ρ_vap为工质的气相密度，g为重力加速度。

一种多通路脉动热管的制作方法，先将隔板上按照全部支管的排列位置进行打孔，然后将所述支管一一插入隔板的孔中，并按照设计的加热端和冷凝端的换热面积将隔板采用螺栓固定于冷源通道和热源通道之间；最后对隔板、上、下总管及支管进行焊接。

本发明产生的有益效果是：

多通路脉动热管换热器容易启动且运行稳定；通过调节隔板位置改变换热面积，制作工艺简单但不失灵活；采用异型管强化传热或者在管外添加翅片的方式增大传热面积，进一步提高了传热效率。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明多通路脉动热管换热器的结构示意图主视示意图；

图2为本发明多通路脉动热管换热器的多通路脉动热管元件的结构示意图主视示意图；

图3为本发明多通路脉动热管换热器的脉动热管元件俯视示意图；

图4为本发明多通路脉动热管换热器的工质在管路中的分布图。

图中：1、冷源通道2、热源通道3、隔板4、多通路脉动热管5、上总管6、支管7、下总管8、工质液塞9、工质气塞。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

如图1-4所示的一种多通路脉动热管换热器，包括一个热源通道2，一个冷源通道1，一个隔板3和一组多通路脉动热管4，脉动热管换热器的加热端处于热源通2中，冷凝端处于冷源通道1中，其中冷源通道1和热源通道2平行放置，中间通过隔板3分开；多通路脉动热管4由多组上总管5、多组下总管7和上、下总管设置的多个支管6；上、下总管以及支管的管充有工质材料，工质材料在表面张力的作用下以工质气塞9和工质液塞8的形式相间、均匀地分布于上、下总管以及支管形成的封闭回路中。

为了保证脉动热管4的流动可靠性和传热效率，每个支管6和上总管5、下总管7的管径D需满足：

$0.7\sqrt{\frac{\mathrm{\σ}}{({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lip}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{vap}})\·g}}\≤D\≤1.83\sqrt{\frac{\mathrm{\σ}}{({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lip}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{vap}})\·g}}$

其中σ为工质表面张力，ρ_lip为工质液塞的密度，ρ_vap为工质气塞的密度，为重力加速度。

按照上式确定的管径D具体为1～3mm，按照该管径范围对多通路脉动热管的总管及支管进行加工。

在满足上述设计尺寸的前提下，上总管5、支管6和下总管7可以优选采用异型管达到强化传热的目的，或者采用在管外添加翅片的方式来增大传热面积。

脉动热管4管材的选择需要考虑工质和管材的相容性，相容性越强则越适合，一般优先选用铜材或不锈钢。

多通路脉动热管4在充注工质材料前需要对其真空度进行检测。具体的检测方式优选为采用双级旋片式真空泵（可将系统的绝对压力抽至0.2Pa）对系统抽真空，观测外接真空表的示数，达到真空度要求时关闭真空泵并监测真空表示数，如果经过6个小时真空表指针没有变化，说明系统气密性良好，否则需要检漏。在抽真空后，向脉动热管内部充注工质材料，工质材料在表面张力的作用下以工质气塞9和工质液塞8的形式相间、均匀地分布于上、下总管以及支管相连通而形成的封闭回路中。

进一步地，本发明的多通路脉动热管换热器的换热面积可以通过调节隔板3的相对位置进行改变，从而提高传热效率；支管6的排列方式可以是顺排或叉排，但叉排工况下传热效果最佳；热源通道2和冷源通道1内流体（指的是由相间的工质气塞9和工质液塞8组成的流柱）的流动方式为逆流或顺流，但逆流方式传热效果最佳。

多通路脉动热管4在制作时，先将隔板3上按照所需全部支管6的排列位置进行打孔，然后将支管6一一插入隔板3的孔中，按照换热器的设计要求固定好隔板3的位置，对隔板3、上总管5、下总管7进行焊接，冷源通道1和热源通道2采用螺栓方式与中间的隔板3进行固定。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明。显然，只要实质上没有脱离本发明点的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多通路脉动热管换热器，其特征在于，包括由平行设置的热源通道和冷源通道，所述热源通道和冷源通道由隔板隔开，换热器的加热端置于所述热源通道中，换热器的冷凝端端置于所述冷源通道中，可以通过调节所述隔板的位置改变所述加热端和冷凝端的换热面积；还包括一组多通路脉动热管，所述脉动热管包括横向分布的至少一组上总管和下总管，多组支管纵向排列于所述上总管和下总管之间；所述多组支管穿过所述隔板。

2.根据权利要求1所述的一种多通路脉动热管换热器，其特征在于，所述支管和上、下总管可采用异型管或者在管外添加翅片。

3.根据权利要求1所述的一种多通路脉动热管换热器，其特征在于，所述多组支管的排列方式为顺排或叉排。

4.根据权利要求1所述的一种多通路脉动热管换热器，其特征在于，所述上、下总管与支管相连通形成封闭回路，在所述脉动热管内部抽真空的情况下充注工质材料，所述工质材料在表面张力的作用下以所述工质气塞和工质液塞的形式相间、均匀地分布于所述封闭回路中。

5.根据权利要求4所述的一种多通路脉动热管换热器，其特征在于，采用双级旋片式真空泵对所述脉动热管内部抽真空。

6.根据权利要求1所述的一种多通路脉动热管换热器，其特征在于，所述热源通道内和冷源通道内由工质气塞和工质液塞组成的流体的流动方式为逆流或者顺流。

7.根据权利要求1所述的一种多通路脉动热管换热器，其特征在于，工质材料为包括丙酮、乙醇或去离子水的低沸点工质。

8.根据权利要求1所述的一种多通路脉动热管换热器，其特征在于，脉动热管的管材为与工质材料相容性强的铜或者不锈钢。

9.根据权利要求1所述的一种多通路脉动热管换热器，其特征在于，所述支管和上、下总管的管径D为1-3mm，满足：

$0.7\sqrt{\frac{\mathrm{\σ}}{({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lip}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{vap}})\·g}}\≤D\≤1.83\sqrt{\frac{\mathrm{\σ}}{({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lip}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{vap}})\·g}}$

其中σ为工质表面张力，ρ_lip为工质的液相密度，ρ_vap为工质的气相密度，g为重力加速度。

10.一种多通路脉动热管的制作方法，其特征在于，先将隔板上按照全部支管的排列位置进行打孔，然后将所述支管一一插入隔板的孔中，并按照设计的加热端和冷凝端的换热面积将隔板采用螺栓固定于冷源通道和热源通道之间；最后对隔板、上、下总管及支管进行焊接。

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