CN113624055B - 一种被动式协同振动强化蒸发换热管 - Google Patents

一种被动式协同振动强化蒸发换热管 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种被动式协同振动强化蒸发换热管，换热管壁面等距间隔设置多组通孔，密封套管与通孔耦合连接，上垫片位于密封套管的上端；P型元件和N型元件的热端与上垫片连接，P型元件以及N型元件的冷端分别与左导铜片和右导铜片的一侧连接，左导铜片和右导铜片的另一侧分别与转子的正负极连接；转子前端套设有偏心轮，导热密封环位于密封套管的下端；转子外侧设有与密封套管固定连接的固定架。其有益效果是：当对换热管进行加热时，P、N型元件热端处于高温环境，冷端处于低温环境，形成温差电动势，电动势经导铜片促使偏心转子工作，激励流体和壁面振动，从而产生扰动，提高场协同程度，强化对流传热。

Description

一种被动式协同振动强化蒸发换热管
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，特别是指一种被动式协同振动强化蒸发换热管。
背景技术
蒸发换热管作为热能传递的主要部件，被广泛应用于核电、石油化工、冶金以及空调制冷等行业，该行业中提高换热效率能够优化换热设备，减少换热设备重量和体积，实现节能环保的同时也能降低投资和运行成本。
蒸发换热的管壁面振动和流体振动能够对流体的流场和温度场形成扰动，使边界层变薄，减少速度矢量和温度矢量的夹角，提高流体速度场和温度场的协同度，从而极大的提高对流换热系数。在自然对流下，激励换热管以及流体振动可以使换热系数增大30%～2000%，而在强制对流下，换热系数可以增大20%～400%。同时，长期使用的蒸发换热管，将逐渐在壁面上形成一层污垢，污垢的存在将会使传热系数大大降低。因此，通过振动能够有效的防止结垢并能及时除垢,也成为强化传热的一个重要方法。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的问题，提出一种被动式协同振动强化蒸发换热管。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种被动式协同振动强化蒸发换热管，包括换热管，换热管壁面等距间隔设置多组通孔，密封套管与通孔耦合连接，密封套管内设有上垫片、P型元件、N型元件、左导铜片、右导铜片、转子、导热密封环以及固定架，上垫片3、P型元件4、N型元件5、左导铜片6、右导铜片7以及转子8形成闭合回路，上垫片位于密封套管的上端；P型元件和N型元件的热端与上垫片连接，P型元件以及N型元件的冷端分别与左导铜片和右导铜片的一侧连接，左导铜片和右导铜片的另一侧分别与转子的正负极连接；转子前端套设有偏心轮，导热密封环位于密封套管的下端，转子与导热密封环同轴心密封连接，偏心轮位于密封套管外，略微超出换热管的内壁面；转子外侧设有与密封套管固定连接的固定架。
优选的，上垫片、P型元件、N型元件、左导铜片、右导铜片以及转子形成闭合回路。
优选的，P型元件和N型元件为环状对称布置，且均与密封套管之间设有间隙。
优选的，上垫片选用紫铜材料制成，上垫片与密封套管的接触面喷涂有绝缘漆。
优选的，偏心轮为半圆柱状，套设于转子前端。
本发明的有益效果是：
1、根据塞贝克效应原理，利用蒸发管内外温差所产生的电动势，不需要额外的能量输入；
2、温差电动势促使转子带动偏心轮转动，激励壁面和流体振动，有效的破坏边界层，产生扰动，提高场协同程度，强化对流传热；
3、偏心轮位于换热管内，流体经过偏心轮，产生卡门涡街现象，增加流体紊流程度，提高场协同程度，强化传热；
4、换热管振动对换热管表面污垢具有较好的清除作用，可降低污垢热阻，从而达到复合强化传热效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图；
图2是密封套管的结构示意图；
图3是图2的剖视图；
在附图中：1、换热管，2、密封套管，3、上垫片，4、P型元件，5、N型元件，6、左导铜片，7、右导铜片，8、转子，9、偏心轮，10、导热密封环，11、固定架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1~图3所示一种被动式协同振动强化蒸发换热管，换热管1壁面等距间隔设置多组通孔，密封套管2与通孔耦合连接，密封套管2内设有上垫片3、P型元件4、N型元件5、左导铜片6、右导铜片7、转子8、导热密封环10以及固定架11，上垫片3位于密封套管2的上端；P型元件4和N型元件5的热端与上垫片3连接，P型元件4以及N型元件5的冷端分别与左导铜片6和右导铜片7的一侧连接，左导铜片6和右导铜片7的另一侧分别与转子8的正负极连接；转子8前端套设有半圆柱状的偏心轮9，导热密封环10位于密封套管2的下端，转子8与导热密封环10同轴心密封连接，偏心轮9位于密封套管2外，略微超出换热管1的内壁面；转子8外侧设有与密封套管2固定连接的固定架11。
在使用时，换热管1沿周向和轴向开设若干通孔，每个通孔分别连接一个密封套管2，密封套管2内分布有上垫片3、P型元件4、N型元件5、左导铜片6、右导铜片7、转子8、导热密封环10以及固定架11，上垫片3选用紫铜，紫铜具有良好的导热性以及导电性，其直径小于密封套管2的内径，上垫片3与密封套管2接触面具喷涂绝缘漆；P型元件4、N型元件5、左导铜片6以及右导铜片7均呈环状分布，左导铜片6和右导铜片7略大于P型元件4、N型元件5，在二者的中心放置转子8，左导铜片6和右导铜片7分别与转子8的正负极连接；密封套管2内的上垫片3、P型元件4、N型元件5、导铜片6、导铜片7以及转子8组成一闭合回路，根据塞贝克原理，利用换热管1内外流体温度差产生的电动势，电动势激发转子8转动，转子8带动偏心轮9转动，偏心轮9为半圆柱状，重心未与轴心同轴，会在转动过程中产生振动，整个过程不需要消耗额外能量，就能通过偏心轮9的转动来实现壁面以及流体的振动，有效的破坏边界层，产生扰动，提高场协同程度，强化对流传热，同时换热管振动对换热管表面污垢具有较好的清除作用，可降低污垢热阻。
转子8由导热密封环10和固定架11固定，固定架11位于转子8外壁中心，并与密封套管2连接，导热密封环10位于密封套管2末端，导热密封环10与密封套管2密封连接，中部环心部分与转子8密封连接，转子8端面与导热密封环10平齐，可防止换热管1内流体流入密封套管2内，能够充分利用管内外流体温差。
偏心轮9套设于转子8轴上，偏心轮9在换热管1内，在换热管内1流体掠过偏心轮9时，能够产生卡门涡街现象，增加流体的紊流程度，提高场协同程度，强化传热。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种被动式协同振动强化蒸发换热管，包括换热管（1），其特征在于，换热管（1）壁面等距间隔设置多组通孔，密封套管（2）与通孔耦合连接，密封套管（2）内设有上垫片（3）、P型元件（4）、N型元件（5）、左导铜片（6）、右导铜片（7）、转子（8）、导热密封环（10）以及固定架（11），上垫片（3）、P型元件（4）、N型元件（5）、左导铜片（6）、右导铜片（7）以及转子（8）形成闭合回路，上垫片（3）位于密封套管（2）的上端；P型元件（4）和N型元件（5）的热端与上垫片（3）连接，P型元件（4）以及N型元件（5）的冷端分别与左导铜片（6）和右导铜片（7）的一侧连接，左导铜片（6）和右导铜片（7）的另一侧分别与转子（8）的正负极连接；转子（8）前端套设有偏心轮（9），导热密封环（10）位于密封套管（2）的下端，转子（8）与导热密封环（10）同轴心密封连接，偏心轮（9）位于密封套管（2）外，略微超出换热管（1）的内壁面；转子（8）外侧设有与密封套管（2）固定连接的固定架（11）。
2.根据权利要求1所述的被动式协同振动强化蒸发换热管，其特征在于：P型元件（4）和N型元件（5）为环状对称布置，且均与密封套管（2）之间设有间隙。
3.根据权利要求1所述的被动式协同振动强化蒸发换热管，其特征在于：上垫片（3）选用紫铜材料制成，上垫片（3）与密封套管（2）的接触面喷涂有绝缘漆。
4.根据权利要求1所述的被动式协同振动强化蒸发换热管，其特征在于：偏心轮（9）为半圆柱状，套设于转子（8）前端。
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