CN117628951A - 一种冷凝段微通道换热的热管设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冷凝段微通道换热的热管设备，包括：热管主体，所述热管主体设有蒸发段和冷凝段；微通道换热器，所述微通道换热器设于所述冷凝段靠近所述蒸发段的一端或者设于所述冷凝段和所述蒸发段之间，所述微通道换热器设有供外部介质穿过的冷却通道。本发明在热管主体内部的介质进入冷凝段降温冷凝前，引入外部介质对热管主体内部的介质进行换热降温，之后热管主体内部的介质再进入冷凝段进行换热降温冷凝，实现两级冷却、逐级换热降温，减小了每段的温差，改善了换热环境，增强冷凝段的换热能力，能够缩短冷凝段的长度。

Description

一种冷凝段微通道换热的热管设备

技术领域

本发明属于热管技术领域，具体涉及一种冷凝段微通道换热的热管设备。

背景技术

热管是利用介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程(即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热)，使热量快速传导。因此将热管划分为受热蒸发的蒸发段和放热冷凝的冷凝段。管内的工作介质在蒸发段受热蒸发并带走热量，之后输送到冷凝段凝结成液态，同时放出潜热，液体回流到蒸发段，这样就完成了一个闭合循环。由于热量需要穿过热管再由介质吸热，同时介质在蒸发段需要充分降温才会凝结为液态回流，在将热管应用于高温环境用作冷却时，存在以下弊端：

1、冷凝时间过长，无法快速放热，进而无法快速取热进行冷却；

2、在部分现有技术中，针对蒸发段设置外部冷却系统来提高冷凝效率，导致蒸发段、冷凝段及两者之间的温差较大，影响寿命，导致内部换热环境较差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种冷凝段微通道换热的热管设备，能够改善热管内部的换热环境。

根据本发明实施例的冷凝段微通道换热的热管设备，包括：

热管主体，所述热管主体设有蒸发段和冷凝段；

微通道换热器，所述微通道换热器设于所述冷凝段靠近所述蒸发段的一端或者设于所述冷凝段和所述蒸发段之间，所述微通道换热器设有供外部介质穿过的冷却通道。

根据本发明实施例的冷凝段微通道换热的热管设备，至少具有以下有益效果：

采用上述结构设置的冷凝段微通道换热的热管设备，通过在蒸发段和冷凝段之间嵌入微通道换热器，在热管主体内部的介质进入冷凝段降温冷凝前，引入外部介质对热管主体内部的介质进行换热降温，之后热管主体内部的介质再进入冷凝段进行换热降温冷凝，实现两级冷却、逐级换热降温，减小了每段的温差，改善了换热环境，增强冷凝段的换热能力，在相同换热冷凝强度下，本方案中的冷凝段微通道换热的热管设备能够缩短冷凝段的长度。在快速换热的应用场景下，本方案中的冷凝段微通道换热的热管设备能够实现快速换热。

根据本发明的一些实施方式，所述微通道换热器沿所述热管主体的介质通道设有多个换热通道，从而将所述热管主体的介质通道分成多个微通道。

根据本发明的一些实施方式，所述换热通道包括：

第一通道，所述第一通道分布于所述热管主体的介质通道的中心区域，

第二通道，所述第二通道分布于所述第一通道的周侧；

所述微通道换热器在所述第一通道所处区域靠近所述蒸发段的一端设置第一凹位、在所述第二通道所处区域靠近所述冷凝段的一端设置第二凹位。

根据本发明的一些实施方式，所述第二凹位为倒锥形结构，从而形成向所述第一通道所处区域倾斜延伸的第一引导面。

根据本发明的一些实施方式，所述第二通道所处区域靠近所述蒸发段的一端呈锥形结构，从而形成向所述第一凹位倾斜延伸的第二引导面。

根据本发明的一些实施方式，所述微通道换热器为导热材料制成的整体式结构。

根据本发明的一些实施方式，所述微通道换热器在所述热管主体的介质通道内设有多个导热板，并通过所述导热板分隔形成所述换热通道。

根据本发明的一些实施方式，所述蒸发段的内壁和/或外壁设有吸热翅片。

根据本发明的一些实施方式，所述冷凝段的外壁设有散热翅片。

根据本发明的一些实施方式，所述冷凝段微通道换热的热管设备还包括喷雾冷却系统，所述喷雾冷却系统对应所述冷凝段设置，用于对所述冷凝段进行喷雾冷却。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明的一种整体结构示意图；

图2为本发明的局部结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1和图2所示，本发明一种实施例的冷凝段微通道换热的热管设备，包括热管主体100和微通道换热器200，其中热管主体100设有蒸发段L3和冷凝段L1，微通道换热器200设于冷凝段L1靠近蒸发段L3的一端或者设于冷凝段L1和蒸发段L3之间，并且微通道换热器200设有供外部介质穿过的冷却通道201。采用上述结构设置的冷凝段微通道换热的热管设备，通过在蒸发段L3和冷凝段L1之间嵌入微通道换热器200，在热管主体100内部的介质进入冷凝段L1降温冷凝前，引入外部介质对热管主体100内部的介质进行换热降温，之后热管主体100内部的介质再进入冷凝段L1进行换热降温冷凝，实现两级冷却、逐级换热降温，减小了每段的温差，改善了换热环境，增强冷凝段L1的换热能力，在相同换热冷凝强度下，本方案中的冷凝段微通道换热的热管设备能够缩短冷凝段L1的长度。在快速换热的应用场景下，本方案中的冷凝段微通道换热的热管设备能够实现快速换热。

为了确保微通道换热器200的冷却通道201内的外部介质的换热效果，在本发明的一些实施方式中，微通道换热器200沿热管主体100的介质通道设有多个换热通道，从而将热管主体100的介质通道分成多个微通道。当热管主体100内部的介质从蒸发段L3受热蒸发进入冷凝段L1的过程中，会分成多股从微通道穿过，从而与微通道换热器200充分接触，利用微通道换热器200的导热与冷却通道201内的外部介质进行换热。

在一些实施方式中，微通道换热器200为整体式结构，即导热材料一体成型制成的结构。换热通道根据分布区域划分为第一通道和第二通道，具体的，第一通道分布于热管主体100的介质通道的中心区域，第二通道分布于第一通道的周侧。微通道换热器200在第一通道所处区域靠近蒸发段L3的一端设置第一凹位202、在第二通道所处区域靠近冷凝段L1的一端设置第二凹位203。由于热管主体100内部的介质在换热过程中，蒸发之后沿介质通道的中心区域进入冷凝段L1，冷凝之后沿四周侧壁回流至蒸发段L3，本实施例中通过第一凹位202、第二凹位203的设置，能够配合热管主体100内部的介质运动方向进行介质引导，避免热管主体100内部的部分介质在微通道换热器200上换热冷凝后堵塞全部的微通道，能够引导冷凝的介质从热管主体100的四周内壁回流到蒸发段L3。冷却通道201横向穿过微通道换热器200和热管主体100的侧壁。可以理解的是，由于微通道换热器200为一体式结构，因此冷却通道201和换热通道可以采用一体成型的方式制成，也可以采用后期加工的方式制成。并且冷却通道201与换热通道保持隔绝，在采用加工方式制成的时候，可以先加工冷却通道201，再错开冷却通道201所处区域加工换热通道。

参照图2，在本发明的一些实施方式中，第二凹位203为倒锥形结构，从而形成向第一通道所处区域倾斜延伸的第一引导面S1。采用倒锥形结构的第二凹位203可以引导热管主体100内部冷凝的介质沿第一通道所处区域的侧壁位置的第二通道回流到蒸发段L3，避免第二通道被全部占用、堵塞。同样，第二通道所处区域靠近蒸发段L3的一端呈锥形结构，从而形成向第一凹位202倾斜延伸的第二引导面S2。第二引导面S2的设置可以有效引导蒸发的介质进入第一通道，避免影响第二通道的介质回流，从而形成第一通道供介质升腾进入冷凝段L1、第二通道供介质冷凝回流的循环作业路径。并且第二引导面S2的设置也便于将第二通道内回流的介质引导到热管主体100的内壁进行回流。

在本发明的另一些实施方式中，微通道换热器200在热管主体100的介质通道内设有多个导热板，并通过导热板分隔形成换热通道。采用本实施例的结构设置，采用一管件形成冷却通道201，再基于管件来设置导热板，比如焊接，另外也可以采用其他方式设置。可以理解的是，采用本实施例中的结构设置，同样可以采用前面第一凹位202、第二凹位203的结构设置，以便于引导热管内部的介质。

在本发明的一些实施方式中，蒸发段L3的内壁和外壁均设有吸热翅片300，从而加强蒸发段L3的蒸发效率。

在本发明的一些实施方式中，冷凝段L1的外壁设有散热翅片400，以加强换热冷却效率。并且考虑到应用于高温场的时候，普通冷却方式难以达到快速换热冷却的目的，为此，在本发明的一些实施方式中，冷凝段微通道换热的热管设备还包括喷雾冷却系统，喷雾冷却系统对应冷凝段L1设置，用于对冷凝段L1进行喷雾冷却。

参照图1，在一些实施例中，热管主体100竖直设置，其内部形成竖直的介质通道。热管主体100的下端伸入高温场内，形成蒸发段L3。热管主体100的中间区域穿出高温场，为绝热段L2。热管主体100的上端形成冷凝段L1。蒸发段L3的内侧壁和外侧壁均设置吸热翅片300，冷凝段L1的外侧壁设置散热翅片400。冷凝段L1的下端设置微通道换热器200，微通道换热器200开设有多条竖直延伸的换热通道，换热通道的上下端连通蒸发段L3、冷凝段L1。微通道换热器200的上端围绕中心区域设置倒锥形的第二凹位203，微通道换热器200的下端对应中心区域设置第一凹位202，同时第一凹位202的周侧呈锥形结构。采用本实施例的结构设置，蒸发段L3内的介质通过吸热翅片300能够快速吸热相变，升腾进入冷凝段L1，在进入冷凝段L1的过程中，整体温度通过微通道换热器200进行一级降温，再进入冷凝段L1进行二级降温，相比于传统的热管，本方案减小了每段之间的温差，改善了内部换热环境，减小了热管主体100受到的热冲击。

需要说明的是，热管主体100内部可以根据使用温度选用钠、钾、萘等工质，冷却通道201和冷凝段L1的外部介质可以采用水，也可以采用其他介质。

在一些实施例中，热管主体100应用于1000℃的高温场，其中蒸发段L3处于高温场内，冷凝段L1位于高温场外。热管主体100分为蒸发段L3、绝热段L2和冷凝段L1，微通道换热器200处于冷凝段L1内。热管主体100尺寸为DN80，壁厚4.5mm，蒸发段L3长度3m、绝热段L2长度0.3m，微通道换热器200高度0.2m，喷雾段长度0.4m。微通道换热器200的冷却通道201的入口水温30℃、出口水温80℃。蒸发段L3外侧的吸热翅片300高度40mm、间距50mm，且横向分布，蒸发段L3内侧的吸热翅片300高度10mm、间距20mm，可横向、可纵向分布。冷凝段L1外侧散热翅片400高度30mm、间距30mm，且横向分布。喷雾冷却系统连接冷却通道201的出口，同时对应冷凝段L1设置喷嘴。采用本实施例的结构设置，可以耐受高温场的高温环境，同时确保较佳的蒸发换热效率、冷凝回流效率。喷雾冷却系统连接冷却通道201的出口，可以利用一级换热后的水在冷凝段L1进行二级换热，既减小冷凝段L1的温差，又可以避免在冷凝段L1外壁形成气膜影响换热。

可以理解的是，热管主体100及其他结构的尺寸可以根据需要灵活设定，比如热管主体100的尺寸选用DN50至DN150之间的参数。

上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种冷凝段微通道换热的热管设备，其特征在于，包括：

热管主体，所述热管主体设有蒸发段和冷凝段；

微通道换热器，所述微通道换热器设于所述冷凝段靠近所述蒸发段的一端或者设于所述冷凝段和所述蒸发段之间，所述微通道换热器设有供外部介质穿过的冷却通道。

2.根据权利要求1所述的冷凝段微通道换热的热管设备，其特征在于，所述微通道换热器沿所述热管主体的介质通道设有多个换热通道，从而将所述热管主体的介质通道分成多个微通道。

3.根据权利要求2所述的冷凝段微通道换热的热管设备，其特征在于，所述换热通道包括：

第一通道，所述第一通道分布于所述热管主体的介质通道的中心区域，

第二通道，所述第二通道分布于所述第一通道的周侧；

所述微通道换热器在所述第一通道所处区域靠近所述蒸发段的一端设置第一凹位、在所述第二通道所处区域靠近所述冷凝段的一端设置第二凹位。

4.根据权利要求3所述的冷凝段微通道换热的热管设备，其特征在于，所述第二凹位为倒锥形结构，从而形成向所述第一通道所处区域倾斜延伸的第一引导面。

5.根据权利要求3所述的冷凝段微通道换热的热管设备，其特征在于，所述第二通道所处区域靠近所述蒸发段的一端呈锥形结构，从而形成向所述第一凹位倾斜延伸的第二引导面。

6.根据权利要求3所述的冷凝段微通道换热的热管设备，其特征在于，所述微通道换热器为导热材料制成的整体式结构。

7.根据权利要求2所述的冷凝段微通道换热的热管设备，其特征在于，所述微通道换热器在所述热管主体的介质通道内设有多个导热板，并通过所述导热板分隔形成所述换热通道。

8.根据权利要求1至7任一项所述的冷凝段微通道换热的热管设备，其特征在于，所述蒸发段的内壁和/或外壁设有吸热翅片。

9.根据权利要求1至7任一项所述的冷凝段微通道换热的热管设备，其特征在于，所述冷凝段的外壁设有散热翅片。

10.根据权利要求1至7任一项所述的冷凝段微通道换热的热管设备，其特征在于，所述冷凝段微通道换热的热管设备还包括喷雾冷却系统，所述喷雾冷却系统对应所述冷凝段设置，用于对所述冷凝段进行喷雾冷却。