CN200941023Y - 环路并行式热管及其换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型针对现有结构的热管存在的均温性和传热性差的问题，设计一种环路并行式热管，其特征是它为一由两个并行的直管段(2)和两个连接两个直管段(2)对应两端的弯头(1)组成的环形管，两个直管段(2)和两个弯头(1)形成一密闭的连通腔体，在所述的连通腔体中充装有工作液体(4)，在环形管上与所述的工作液体(4)相对应的热管段为蒸发段，在蒸发段的上部为冷凝段，本实用新型还同时公开了利用该热管设计的各种环路并行式热管换热器的结构。具有热交换效率高，结构简单，再生方便的优点。

Description

环路并行式热管及其换热器

技术领域

本实用新型涉及热管及其换热器，尤其是一种环路结构的热管及其换热器，具体地说是一种环路并行式热管及其换热器。

背景技术

热管的原理首先是由美国通用发动机公司于1944年提出的，经过许多年的发展，目前基于此原理的各种利用形式的热管相继出现，它们都是在实际工程中根据现场情况所开发设计出来的。热管由于具有很好的导热性能，已经在电子组件、工业预热器、省煤器、余热回收装置、航空航天、密闭电器柜等方面得到了广泛的应用，目前所用的都是单管结构的形式，在使用的过程中通常会碰到各种传热极限使得传热工况恶化。根据热管的传热特性，通常的热管散热器两侧结构相同，具有热管、散热翅片、外壳、中间夹板。这种形式的热管散热器可以用于气体-气体，气体-液体，液体与液体之间的热交换；此外还有两侧情况不同的是一侧为翅片一侧为加热块(吸热块)有热管、散热翅片、吸热板(加热板)组成。这种形式热管散热器实用于固体(加热块)-气体、固体(加热块)-液体之间的热交换。

热管的制造，其主要的成本就是用于热管内的清洁、吸液芯、除气，也即热管内的主要制造工艺作业；洁净度、真空度越高和吸液芯结构越好，所能达到的传热作用效果越好，越能保证热传递的稳定性。但是，管道中仍可能会存在少量的不凝结性气体，不凝结性气体在热管内通道中，长时间运行会产生积聚，其积聚的区域对冷却段的传热情况产生很大影响，使得热管的均温性与传热性能大幅下降。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有结构的热管存在的均温性和传热性差的问题，设计一种环路并行式热管，同时利用该热管设计一种环路并行式热管换热器。

本实用新型的技术方案是：

一种环路并行式热管，其特征是它为一由两个并行的直管段2和两个连接两个直管段2对应两端的弯头1组成的环形管，两个直管段2和两个弯头1形成一密闭的连通腔体，在所述的连通腔体中充装有工作液体4，在环形管上与所述的工作液体4相对应的热管段为蒸发段，在蒸发段的上部为冷凝段。

在所述的热管的蒸发段和冷凝段之间设有绝热段5。

在所述的直管段2中设有吸液芯结构，所述的吸液芯结构为陶瓷、发泡金属、编织网、烧结网、纤维丝束、金属丝网、沟槽或烧结金属粉末。

所述的沟槽或为开式的三角形、圆弧形、矩形、正方形、梯形，或为闭式的三角形、圆弧形、矩形、梯形。

所述的吸液芯结构为螺旋结构、线条结构或面结构。

在所述热管的冷凝段中设置有氧化剂、吸气剂，所述的氧化剂、吸气剂为颗粒状、粉末状、条状、块状或薄片状。

一种利用环路并行式热管制造的环路并行式热管换热器，其特征是它至少包括一个环形管和安装在该环形管的冷凝段上的散热装置，发热装置的发热面或与该环形管的蒸发段相接触，或作为该蒸发段的腔壁之一，或形成一串接在该环形管上的密封腔并作为该环形管的蒸发腔的一部分或全部。

所述的散热装置或为散热片结构或为液体循环冷却结构。

所述的环路并行式热管换热器或为由单个环形管组成的单管结构，或为由若干相互独立的环形管组成的单独并联式结构，或为由若干环形管并联而成的整体并联式结构。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型的热管与传统散热设备相比，散热器无需消耗动力、空间尺寸小、冷却能力高，单位面积的传热量高，有利于推动微型小热管、脉动热管、平板热管、低温热管、分离式热管、热虹吸管、可变导热管、环路热管等热管技术的发展。

2、不仅可以广泛用于电子产品、通信机柜、密闭柜的散热，还可以用于石油、化工等高能耗行业的工艺换热及余热利用；特别是涉及传热量大、热流密度大、均温性能要求高、再生简单方便等条件下使用。

附图说明

图1是本实用新型的热管的结构示意图。

图2是本实用新型的单管结构的换热器的结构示意图之一。

图3是本实用新型的单管结构的换热器的结构示意图之二。

图4是本实用新型的单管结构的换热器的结构示意图之三。

图5是本实用新型的单管结构的换热器的结构示意图之四。

图6是本实用新型的单管结构的换热器的结构示意图之五。

图7是本实用新型的单管结构的换热器的结构示意图之六。

图8是本实用新型的单管结构的换热器的结构示意图之七。

图9是本实用新型的各种沟槽形吸液芯的断面结构示意图之一。

图10是本实用新型的各种沟槽形吸液芯的断面结构示意图之二。

图11是本实用新型的各种沟槽形吸液芯的断面结构示意图之三。

图12是本实用新型的各种沟槽形吸液芯的断面结构示意图之四。

图13是本实用新型的各种沟槽形吸液芯的断面结构示意图之五。

图14是本实用新型的各种沟槽形吸液芯的断面结构示意图之六。

图15是本实用新型的各种沟槽形吸液芯的断面结构示意图之七。

图16是本实用新型的各种沟槽形吸液芯的断面结构示意图之八。

图17是本实用新型的各种沟槽形吸液芯的断面结构示意图之九。

图18是本实用新型的单独并联式换热器的结构示意图。

图19是本实用新型的整体并联式换热器的结构示意图。

图20本实用新型的热管和换热器的排气口的结构示意图之一。

图21本实用新型的热管和换热器的排气口的结构示意图之二。

图22本实用新型的换热器具体应用例之一。

图23本实用新型的换热器具体应用例之二。

图24本实用新型的换热器具体应用例之三。

图25本实用新型的换热器具体应用例之四。

具体实施方式

下面结构附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-25所示。

一种环路并行式热管，它为一由两个并行的直管段2和两个连接两个直管段2对应两端的弯头1(U形，但不仅限于U形)组成的环形管，如图1所示，两个直管段2和两个弯头1形成一密闭的连通腔体，在所述的连通腔体中充装有工作液体4，在环形管上与所述的工作液体4相对应的热管段为蒸发段，在蒸发段的上部为冷凝段。在所述的热管的蒸发段和冷凝段之间还可设有绝热段5。在所述的直管段2中可设有吸液芯结构，所述的吸液芯结构为陶瓷、发泡金属、编织网、烧结网、纤维丝束、金属丝网、沟槽或烧结金属粉末。当所述的吸液芯结构为沟槽时，它可为开式的三角形、圆弧形、矩形、正方形、梯形，如图9-12所示，也可为闭式的三角形、圆弧形、矩形、梯形，如图13-17所示，既可为螺旋结构、线条结构也可为面结构。此外在所述热管的冷凝段中还可设置有氧化剂、吸气剂，所述的氧化剂、吸气剂为颗粒状、粉末状、条状、块状或薄片状。

其中的工作液体4可采用能发生汽-液双相变化的液体，在腔体内部的填充率大体上小于腔体容积30％的预定值。且保证腔体内部处于高度真空的状态。

所述的直管段2和弯管段1(U型管)可采用软金属、碳钢管、合金钢管、不锈钢管以及其它管壳材料制成。当采用软金属，直管段2和弯管段1的全部或者预定部分经过部分或者完全退火软化处理，从而可以任意弯曲。当所采用的材料为碳钢管、合金钢管、不锈钢管等强度、硬度大的材料管可以采用冷弯或者热弯的机械方式。

一种利用环路并行式热管制造的环路并行式热管换热器，它至少包括一个环形管和安装在该环形管的冷凝段上的散热装置，发热装置的发热面或与该环形管的蒸发段相接触，或作为该蒸发段的腔壁之一，或形成一串接在该环形管上的密封腔并作为该环形管的蒸发腔的一部分或全部。如图2-25所示。

具体实施时可利用本实用新型的单根热管制造成不同环路形式的、应用于气-气、气-固(吸热板)、气-液、液-液、液-固(吸热板)、固(吸热板)-固(吸热板)之间的热量传递的环路并行式热管换热器(散热器)如图2-6。

热管中的加热段和冷却段的传热方式可以采用热传导、气体自然对流、气体强迫对流、液体自然对流、液体强迫对流和热辐射的传热方式。还可以在加热段和冷却段管壁可以电镀或者喷涂增强辐射材料图层。具体安装时可以有两种倾斜的工作方式(0°≤θ≤90°)如图7、8。

作为散热装置结构形式之一的散热片式散热器上的翅片形式可以是高频焊翅片、机械套装翅片、以及其他翅片和管材的连接形式，翅片的类型可以是片状、针状、刺状等形式。翅片材料可以和管材一样，也可以和管材不一样，也可以是其它材料和外形几何结构形式的导热片材。管子(直管和弯管)沿管径方向截面形状可以是圆形、椭圆形、长方形、正方形、梯形，以及其他组合变形。环路管外壳可用电绝缘图层覆盖，该图层具有使用温度的热阻特性和良好的热传导特性。

按照内部工作液体分为低温环路并行式热管A、常温环路并行式热管B、中温环路并行式热管C、高温环路并行式热管D，其内部工作介质如表1。

表1

热管	A	B	C	D
					工作介质	氨氟里昂-21氟里昂-11氟里昂-113	己烷丙酮乙醇甲醇水	奈联苯导热姆-A导热姆-B汞	钾铯钠锂银

在沿直管段方向，可以在不影响工作液体回流的情况下弯曲成各种形状的异型结构。

环路并行式热管在X-Y平面方向上并联的结构形式如图18，或者是Y-Z、X-Z方向上的并联形式，如图19。

具体实施时，加热或者散热部分可以为有外部壳体的结构形式，并形成有风道。该风道截面的几何形式可以是圆形、长方形、正方形、多边形、以及其它组合形式。

为了便于充装工作液体和抽直空，在本实用新型的环路管上还可设置排气口(抽真空时称为抽气充液口)，排气口可以是焊接封口或者可再生阀门的形式(如图20、21所示)。热管的排气口设计成阀门的形式尤其对于工业上大型碳钢水热管进行再生的时候，不但工作量少而且成本大大降低，如图20、21。采用这种形式的结构可以不要担心因不凝性气体造成的热管失效问题。同时也有利于换热器的最佳工作条件的调整。

热管的工作方式如图7、8，当加热段或者冷却段的热流不平衡的时候，内部工作液体的流动方式发生改变，使得两管内部的工作液体不但有单管内部的循环而且有环路腔体内部的大的整体循环流动，自动补偿热流密度不平衡所产生的影响，其结果使得两边直管壁的温度趋于一致，达到温度均衡的目的。如图3a，在角度很小(接近0°)时克服了普通重力热管不能工作，有吸液芯的热管传输功率降低很大的缺点，同时满足了安装条件和传输功率的要求。

采用本实用新型的热管所制造的单管式热管换热器，其结构形式可采用图2和图3的中各种形式。图22～25是几种典型的应用形式，其他与此相关的结构形式也在本适用新型范围之内。

图22、图23是两段结构相同的换热器，其主要部件为热管901、翅片902、外壳903、中间隔板904。根据使用的方式和场合的不同两边可以使用风扇905或者是通冷却液体，或者是两种方式的混合使用。此种类型的换热器适用范围很广，工业大型换热器基本属于同以类型，其次最适用的就是密闭柜(箱体)的散热，以及其他一些特殊场合。

图24、图25是两边结构形式不同的换热器，其主要部件为热管112、翅片111、加热板113。此种情况主要是加热段是固体与固体之间的导热形式，其冷却段可以采用流体冷却。适用于电子模块、集成电路、多热源分散等散热的情况。

本实用新型利用封闭于热管内的工作液体的汽化与冷凝，依靠自身内部工作液体相变来实现传热的高效传热元件，可将大量的热量通过内部很小的截面通道远距离地传输而无需外加动力在加热段与冷凝段之间传热，能在两侧温差很小的条件下，在短时间内传送大量的热量，从而可以使相应设备用于各种领域。

本实用新型的环路并行式热管两侧同时加热和冷却，工作液体在加热段蒸发汽化；在蒸发和冷凝间的压差作用的驱动下，蒸汽同时沿着两侧管流到冷却段冷凝；冷凝后的液体同时沿壁面冷却回流；内部工作也的循环流动依靠自身压差进行，无需外加动力。工作液体在腔体内部循环往复的运动。当两侧加热或者冷凝不均即热流密度不相等时，热管内部的流动情况将会发生变化。

本实用新型提供上述新颖的特征和广泛的应用领域，应用领域并不受限制，需要热管的许多应用领域都可以。

根据示例作出上述描述对本技术熟练的人员来说是可以懂得的，由此可作各种变化和改进也属于本实用新型的范围。

Claims (9)

1、一种环路并行式热管，其特征是它为一由两个并行的直管段(2)和两个连接两个直管段(2)对应两端的弯头(1)组成的环形管，两个直管段(2)和两个弯头(1)形成一密闭的连通腔体，在所述的连通腔体中充装有工作液体(4)，在环形管上与所述的工作液体(4)相对应的热管段为蒸发段，在蒸发段的上部为冷凝段。

2、根据权利要求1所述的环路并行式热管，其特征是在所述的热管的蒸发段和冷凝段之间设有绝热段(5)。

3、根据权利要求1所述的环路并行式热管，其特征是在所述的直管段(2)中设有吸液芯结构，所述的吸液芯结构为陶瓷、发泡金属、编织网、烧结网、纤维丝束、金属丝网、沟槽或烧结金属粉末。

4、根据权利要求3所述的环路并行式热管，其特征是所述的沟槽或为开式的三角形、圆弧形、矩形、正方形、梯形，或为闭式的三角形、圆弧形、矩形、梯形。

5、根据权利要求3所述的环路并行式热管，其特征是所述的吸液芯结构为螺旋结构、线条结构或面结构。

6、根据权利要求1所述的环路并行式热管，其特征是在所述热管的冷凝段中设置有氧化剂、吸气剂，所述的氧化剂、吸气剂为颗粒状、粉末状、条状、块状或薄片状。

7、一种权利要求1所述的环路并行式热管换热器，其特征是它至少包括一个环形管和安装在该环形管的冷凝段上的散热装置，发热装置的发热面或与该环形管的蒸发段相接触，或作为该蒸发段的腔壁之一，或形成一串接在该环形管上的密封腔并作为该环形管的蒸发腔的一部分或全部。

8、根据权利要求7所述的环路并行式热管换热器，其特征是所述的散热装置或为散热片结构或为液体循环冷却结构。

9、根据权利要求7所述的环路并行式热管换热器，其特征是它或为由单个环形管组成的单管结构，或为由若干相互独立的环形管组成的单独并联式结构，或为由若干环形管并联而成的整体并联式结构。

Images