CN108871039B - 一种多个超声驱动的旋转流动强化换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多个超声驱动的旋转流动强化换热器，包括：腔体，用于容纳换热液体；热源，竖直设置在所述腔体的中心位置；超声波换能器，偏心地安装在所述腔体的各个外侧面上，每个超声波换能器偏心的方向与距离均相同；控制器，用于控制各个超声波换能器按相应的顺序及时间依次接通，使腔内的液体按超声波换能器接通顺序所对应的方向在腔体内进行旋转。本发明使用偏心分布的超声换能器，按照一定顺序工作，在超声波直接强化传热的同时，由于偏心的非对称分布，依次工作的超声波换能器产生的声流能够驱动液体工质在腔体内旋转，对热源进行强制对流换热。每次只有一个到两个超声换能器在工作，大幅提升换热效率的同时能够节省能源。
Description
技术领域
本发明涉及换热器，尤其涉及一种多个超声驱动的旋转流动强化换热器。
背景技术
换热器在许多领域有广泛的应用，在各种发电所、空调设备、热处理厂、食品加工等各种工厂都有应用。主要功能为热量交换，将热量从一种介质转移到另一种介质，实现能量转移、冷却降温、加热等目的。超声波强化传热手段是一种有效的主动强化方法，超声波最高能够使换热系数提高200%，甚至更高。原理是利用超声波产生空泡以及声流，空泡能够增加沸腾的成核点，同时空泡崩溃时会产生高速微射流，增强换热表面的换热效率；声流能够增强对流，减少热边界层，使换热效率提高。同时，超声波引起的声流有固定的方向，一般情况下与声波辐射的方向相同，该声流能够使液体流动起来。
同时，强制对流能够有效增加换热效率，使用外部作用力将腔内液体进行搅拌，使液体工质流动起来，能够使液体温度均匀，热源表面的热边界层减薄，换热系数增加。但同时，现有技术在通过超声波提高换热效率的同时，对能源的消耗也是居高不下。
发明内容
本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种换热效率大且节省能源的多个超声驱动的旋转流动强化换热器。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种多个超声驱动的旋转流动强化换热器，包括：
腔体，用于容纳换热液体，主要由底板和正多边形围壁合围而成；
热源，竖直设置在所述腔体的中心位置；
超声波换能器，偏心地安装在所述正多边形围壁的各个外侧面上，每个超声波换能器偏心的方向与距离均相同；
控制器，用于控制各个超声波换能器按相应的顺序及时间依次接通，使腔内的液体受到超声波作用后按超声波换能器接通顺序所对应的方向在腔体内进行旋转。
进一步地，所述的正多边形包括正三边形、正四边形、正五边形、正六边形、正七边形、正八边形。
进一步地，所述腔体的材料为不锈钢且底部设置有支架。
进一步地，所述的超声波换能器使用螺纹固定在所述正多边形围壁的各个外侧面上。
进一步地，所述超声波换能器与所述正多边形围壁的各个外侧面之间的缝隙中填充设置有胶水。
进一步地，所述的热源为柱状金属加热棒。
进一步地，所述金属加热棒为铜质加热棒，其表面加工有螺旋状翅片结构。
进一步地，当超声波换能器偏心的方向位于所述腔体中轴线左侧时，所述超声波换能器的接通顺序为顺时针方向；当超声波换能器偏心的方向位于所述腔体中轴线右侧时，所述超声波换能器的接通顺序为逆时针方向。
进一步地，每个超声波换能器每次接通的时间为80-120ms，相邻的超声波换能器依次接通时，同一时刻仅一个超声波换能器接通，或者，衔接过程中同时接通一定时间。
进一步地，所述超声波换能器的频率范围为20kHz-200kHz，功率为0-200W。
相比现有技术，本发明的有益效果是：
本发明将超声波产生空泡以及声流两个原理结合，在使用超声波的空泡和声流直接对热源表面进行强化传热的同时，通过设置多个超声换能器，按一定顺序和时间工作，达到强制对流的效果，两者互相协同，使换热效率最大化，能够节省能源，使用很小的外部能量即可达到很好的强化传热效果。
附图说明
图1为本发明实施例的一种多个超声驱动的旋转流动强化换热器立体结构示意图。
图2本发明实施例的一种多个超声驱动的旋转流动强化换热器俯视示意图。
图中：1-超声波换能器、2-腔体、3-热源。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1和图2所示，一种多个超声驱动的旋转流动强化换热器，包括：
腔体2，用于容纳换热液体，主要由底板和正多边形围壁合围而成，材料为不锈钢且底部设置有支架；
热源3，竖直设置在所述腔体的中心位置；
超声波换能器1，偏心地安装在所述正多边形围壁的各个外侧面上，每个超声波换能器1偏心的方向与距离均相同；
控制器，用于控制各个超声波换能器1按相应的顺序及时间依次接通，使腔内的液体受到超声波作用后按超声波换能器1接通顺序所对应的方向在腔体内进行旋转。
所述的正多边形包括正三边形、正四边形、正五边形、正六边形、正七边形、正八边形，本实施例采用正六边形，六边形围壁的边长为100mm，棱柱高度为120mm，使用不锈钢加工，壁厚为2mm。其他正多边形与本实施例相类似，在此不再赘述。
所述的超声波换能器1使用螺纹固定在所述正多边形围壁的各个外侧面上，同时，所述超声波换能器1与所述正多边形围壁的各个外侧面之间的缝隙中填充设置有胶水，使所述超声波换能器1与各个外侧面之间紧密结合。
另外，所述的热源3为柱状的铜质加热棒，其表面加工有螺旋状翅片结构，用于进一步增强换热性能。
所述超声波换能器1的频率为28kHz，功率为50W。每个超声波换能器1每次接通的时间为120ms，相邻的超声波换能器1依次接通时，同一时刻仅一个超声波换能器1接通，即在超声波换能器1接通时间结束时，后一超声波换能器1才接通，或者，衔接过程中同时接通一定时间，即在前一超声波换能器1接通时间尚未结束时，后一超声波换能器1即接通，两者会共同接通一定时间，具体到本实施例中，当前一个超声波换能器1工作100ms后，下一个超声波换能器1接通并开始工作，两个超声波换能器1同时工作20ms后，前一个超声波换能器1被关闭。
当超声波换能器1偏心的方向位于所述腔体中轴线左侧时，所述超声波换能器1的接通顺序为顺时针方向；当超声波换能器1偏心的方向位于所述腔体中轴线右侧时，所述超声波换能器1的接通顺序为逆时针方向。结合图2，本实施例中超声波换能器1偏心的方向位于所述腔体中轴线左侧，所述超声波换能器1的接通顺序为顺时针方向，从而使腔内的液体受到超声波作用后按顺时针方向在腔体内进行旋转，旋转起来的液体用于冷却热源3。
由于每次只有一个或两个超声换能器工作，而不是六个同时工作，能够节省能源，使用很小的外部能量即可达到很好的强化传热效果。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多个超声驱动的旋转流动强化换热器，其特征在于，包括：
腔体(2)，用于容纳换热液体，主要由底板和正多边形围壁合围而成；
热源(3)，竖直设置在所述腔体的中心位置；
超声波换能器(1)，偏心地安装在所述正多边形围壁的各个外侧面上，每个超声波换能器(1)偏心的方向与距离均相同；
控制器，用于控制各个超声波换能器(1)按相应的顺序及时间依次接通，使腔内的液体受到超声波作用后按超声波换能器(1)接通顺序所对应的方向在腔体内进行旋转。
2.根据权利要求1所述的多个超声驱动的旋转流动强化换热器，其特征在于，所述的正多边形包括正三边形、正四边形、正五边形、正六边形、正七边形、正八边形。
3.根据权利要求1所述的多个超声驱动的旋转流动强化换热器，其特征在于，所述腔体的材料为不锈钢且底部设置有支架。
4.根据权利要求1所述的多个超声驱动的旋转流动强化换热器，其特征在于，所述的超声波换能器(1)使用螺纹固定在所述正多边形围壁的各个外侧面上。
5.根据权利要求4所述的多个超声驱动的旋转流动强化换热器，其特征在于，所述超声波换能器(1)与所述正多边形围壁的各个外侧面之间的缝隙中填充设置有胶水。
6.根据权利要求1所述的多个超声驱动的旋转流动强化换热器，其特征在于，所述的热源(3)为柱状金属加热棒。
7.根据权利要求6所述的多个超声驱动的旋转流动强化换热器，其特征在于，所述金属加热棒为铜质加热棒，其表面加工有螺旋状翅片结构。
8.根据权利要求1所述的多个超声驱动的旋转流动强化换热器，其特征在于，当超声波换能器(1)偏心的方向位于所述腔体中轴线左侧时，所述超声波换能器(1)的接通顺序为顺时针方向；当超声波换能器(1)偏心的方向位于所述腔体中轴线右侧时，所述超声波换能器(1)的接通顺序为逆时针方向。
9.根据权利要求1或8所述的多个超声驱动的旋转流动强化换热器，其特征在于，每个超声波换能器(1)每次接通的时间为80-120ms，相邻的超声波换能器(1)依次接通时，同一时刻仅一个超声波换能器(1)接通，或者，衔接过程中同时接通一定时间。
10.根据权利要求1所述的多个超声驱动的旋转流动强化换热器，其特征在于，所述超声波换能器(1)的频率范围为20kHz-200kHz，功率为0-200W。
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| WO2013102830A1 (en) * | 2012-01-03 | 2013-07-11 | Reidon Technologies (Proprietary) Limited | Liquid heating with ultrasonic excitation |
| CN103615820A (zh) * | 2013-12-09 | 2014-03-05 | 中国科学院声学研究所 | 超声加热装置 |
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