CN202915780U

CN202915780U - 一种分体式多级热管系统

Info

Publication number: CN202915780U
Application number: CN 201220548691
Authority: CN
Inventors: 祝长宇; 丁式平
Original assignee: Beijing Deneng Hengxin Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Fulllink Oreith Technology Co ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2022-10-25

Abstract

本实用新型公开了一种分体式多级热管系统，主要由一级热管组、二级热管组、三级热管组、热管单元以及连接管道，可以根据需要做成N级热管组；整个系统由冷凝器、蒸发器、蒸汽通道以及液体通道四个部分组成；每一级热管组的蒸发器和冷凝器都是由相同个热管单元相互并联构成的一组独立的循环回路；该系统的蒸发器在冷凝器的下部，蒸汽通道使每一级蒸发器与冷凝器的顶端相导通，液体通道使每一级蒸发器和冷凝器的底端相导通；整个系统的蒸发器和冷凝器分开布置，能够实现远距离传热，这就给工艺设计带来较大的灵活性，也给装置的大型化、热能的综合利用以及热能利用系统的优化创造了良好的条件。

Description

一种分体式多级热管系统

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，具体的说，涉及一种新型的热管换热系统，特别是一种多组独立热管装置并排摆放而成的分体式多级热管系统。

背景技术

热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快速传导，因其优越的传热性能和技术特性而被广泛应用于节能领域。目前，热管常用于设备散热、余热回收以及新风系统等领域。热管换热器的总驱动温差为蒸发段和冷凝段的温差, 单级热管换热器内部制冷剂的恒温特性导致热管换热装置热损失大, 本申请在通过增加热管级数将具有恒温特性的中间媒介改为具有变温特性的媒介是实现减少换热温差损失和提高总换热效率的有效途径。单级热管换热器改为多级形式，每一级热管中的制冷剂均视为恒温流体, 则多级热管能实现变温效果的换热装置，且每级换热器的换热面积相同，最终排放温度接近于环境温度，从而最大限度的提高热能利用率。

现在取多级热管换热系统与单级热管系统相同的总换热面积（相同的投入）进行分析, 每一级的传热能力（传热单元数均为NTU）相同。假定多级热管换热装置的级数为n, 且每级换热器的换热面积相同, 其传热单元数为NTU/ n, 则每级热管换热器的效率均相同，η1 = η2 = … = ηn = ε/2，ε = 1- exp（-NTU/n），多级热管换热装置的总换热效率为 η = ( n*η1) /[1+(n-1)*η1]。

即通过对多级热管换热装置的效率进行分析, 可以得到:

1)、当给定级数n, NTU趋向于无穷大时，η1=1/2，整体换热效率 η = n / ( n+1 )；

2)、当给定NTU, 级数n趋向于无穷大时, 整体换热效率 η = NTU / ( NTU+2 )；

3)、当级数n, NTU都趋于无穷大时, 整体换热效率η →1。

通过上述分析可以看出单级热管换热器改为多级形式, 在整体换热面积相同的情况下，减少了换热温差损失, 提高总换热效率。

发明内容

本发明提供的一种新型的热管换热装置技术——一种分体式多级热管系统，就是为了解决目前的热管工作时换热温差损失大和总换热效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种分体式多级热管系统，包括热管单元和散热翅片；其特征在于，还包括由多根热管单元组成的一级热管组、二级热管组以及三级热管组，根据需要做成N级热管组；所述每一级热管组都由蒸发器、冷凝器、蒸汽通道以及液体通道四个部分组成；所述每一级热管组的蒸发器分别都是由相同个热管单元相互并联构成的，分别有自己的独立输入输出端，并且各级热管组的蒸发器相互并排摆放，组装于同一个壳体内，位于蒸发器风扇形成的风道内，共用一个蒸发器风扇；所述每一级热管组的冷凝器分别都是由相同个热管单元相互并联构成的，分别有自己的独立输入输出端，并且各级热管组的冷凝器相互并排摆放，组装于同一个壳体内，位于冷凝器风扇形成的风道内，共用一个冷凝器风扇；所述蒸发器要位于冷凝器的下方，蒸汽通道使每一级蒸发器的顶端与对应的冷凝器的顶端相导通，液体通道使每一级冷凝器的底端与对应的蒸发器的底端相导通；这样整个系统的蒸发器和冷凝器分开布置，两者通过蒸汽通道和液体通道的连接，能够实现远距离传热。

以上所述每一级热管组的蒸发器分别都是由相同个热管单元相互并联构成的，即每一级热管组的蒸发器的每一根热管单元的顶端和底端分别用一根带有一个外接端口的导热金属横管依次导通，这样保证每一级热管组的蒸发器都有一个共同的压差，使每一根热管单元的制冷工质的总量基本保持相等。

以上所述每一级热管组的冷凝器分别都是由相同个热管单元相互并联构成的，即每一级热管组的冷凝器的每一根热管单元的顶端和底端分别用一根带有一个外接端口的导热金属横管依次导通，这样保证每一级热管组的冷凝器都有一个共同的压差，使每一根热管单元的制冷工质的总量基本保持相等。

以上所述热管单元是导热性好的金属管。

以上所述冷凝器和蒸发器所在风道内风的流向是逆向的。

以上所述冷凝器和蒸发器所在风道内风的流向相反，或其通道内是其他流体，但流体的流向要逆向，且方向垂直于热管单元，平行于散热翅片所在平面。

以上所述每一排散热翅片是级与级之间完全隔开的单独散热翅片构成，或是一张整体的散热翅片，但各级热管组的散热翅片之间用隔热缝隔开，主要是起到各级热管组之间的隔热作用。

以上所述一级热管组、二级热管组、三级热管组以及N级热管组的每一级内所充的制冷工质是单一的制冷工质，不同的级根据需要充入不同的制冷工质，其工作运行时各级热管组相互不影响。

以上所述的一种分体式多级热管系统正常工作时，蒸发和冷凝是连续进行的，从原理上分为以下几个环节：气化——冷凝——回液——再气化；即整个系统的各级热管组的蒸发器内制冷工质受热流体作用而吸热蒸发气化，所形成的热蒸汽膨胀，经过每一级的蒸汽通道进入各级热管组的冷凝器，各级热管组的冷凝器内制冷工质受冷流体作用，冷凝而形成的液体制冷工质，由于重力作用液体制冷工质经每一级的液体通道被输送回蒸发器，这样周而复始的工作；这样各级热管组的蒸发器沿风向各级换热温度从高到低，且经过各级热管组的蒸发器的流体温度也成阶梯式降低，各级热管组的冷凝器沿风向各级换热温度从低到高，且经过各级热管组的冷凝器的流体温度也成阶梯式升高，这样每一级热管中的制冷剂均视为恒温流体, 则多级热管能实现变温效果的换热装置，且每级换热器的换热面积相同，最终排放温度接近于环境温度，从而最大限度的提高热能利用率，解决了现有热管换热温差损失大和总换热效率低的问题。

本发明与现有技术相比，通过使单根热管单元，并联为一排，形成一级热管组的蒸发器和冷凝器，然后蒸汽通道把蒸发器的顶端的外接端口和冷凝器的顶端外接端口连接起来，液体通道把蒸发器的底端的外接端口和冷凝器的底端外接端口连接起来，能够使每一级热管组的热管单元统一抽真空，统一充入制冷工质，并且装置的蒸发器和冷凝器分开布置，能够实现远距离传热，这就给工艺设计带来较大的灵活性，也给装置的大型化、热能的综合利用以及热能利用系统的优化创造了良好的条件；通过增加热管级数的设计可以将具有恒温特性的中间媒介改为具有变温特性的媒介来实现减少换热温差损失和提高总换热效率的有效途径，不仅提高了每次设备循环一周的换热效率，而且实现了整个系统循环的稳定性，大幅度提高热管的换热效率；由于各级热管组相互独立，因此，其中一组或者两组热管组损坏或失效不会影响整个系统的安全运行，并且所用整个系统装置结构简单，环境友好，适应于两种有温差流体的换热。

附图说明

图1为该系统的结构示意图。

图2为该系统一体化散热翅片结构示意图。

图中：（1）热管单元；（11）一级热管组；（12）二级热管组；（13）三级热管组；（2）散热翅片；（21）隔热缝；（22）穿孔；（31）一级热管组的蒸发器；（32）二级热管组的蒸发器；（33）三级热管组的蒸发器；（41）一级热管组的冷凝器；（42）二级热管组的冷凝器；（43）三级热管组的冷凝器；（51）一级热管组的蒸汽通道；（52）二级热管组的蒸汽通道；（53）三级热管组的蒸汽通道；（61）一级热管组的液体通道；（62）二级热管组的液体通道；（63）三级热管组的液体通道；（7）蒸发器风扇；（8）冷凝器风扇。

具体实施方式

该实施方式简单结构示意图如图1所示；本实施例实现时涉及的系统装置主体结构包括热管单元（1）、一级热管组（11）、二级热管组（12）、三级热管组（13）、散热翅片（2）、隔热缝（21）、穿孔（22）、一级热管组的蒸发器（31）、二级热管组的蒸发器（32）、三级热管组的蒸发器（33）、一级热管组的冷凝器（41）、二级热管组的冷凝器（42）、三级热管组的冷凝器（43）、一级热管组的蒸汽通道（51）、二级热管组的蒸汽通道（52）、三级热管组的蒸汽通道（53）、一级热管组的液体通道（61）、二级热管组的液体通道（62）、三级热管组的液体通道（63）、蒸发器风扇（7）以及冷凝器风扇（8），整个系统可以根据需要做成N级热管组；此系统正常工作时，蒸发和冷凝是连续进行的，从原理上分为以下几个环节：气化——冷凝——回液——再气化。

1)、液态工质在各级热管组的蒸发器（31；32；33）内受热气化：

热流体经各级热管组的蒸发器（31；32；33）的外壁后，各级热管组的蒸发器（31；32；33）内工作介质吸热由液态工质变为气态工质，并充满整个蒸发器（31；32；33），蒸汽膨胀扩散经蒸汽通道（51；52；53）至各级热管组的冷凝器（41；42；43）。

2)、蒸汽在各级热管组的冷凝器（41；42；43）内凝结：

各级热管组的冷凝器（41；42；43）在冷流体作用下，气态工质冷凝至冷却成液态为止。

3) 、冷凝后的工作液体回流到蒸发区：

各级热管组的冷凝器（41；42；43）内工质在冷流体作用冷凝成为液滴或液膜，在重力、毛细力等作用经每一级的液体通道（61；62；63）回流至各级热管组的蒸发器（31；32；33）。

4)、各级热管组的蒸发器（31；32；33）内工质受热再气化：

各级热管组的蒸发器（31；32；33）内的工质受热再气化，循环往复。

即整个系统的各级热管组的蒸发器（31；32；33）内制冷工质受热流体作用热管内的工质（该工质一般沸点温度都比较低）吸热并达到沸点后，工质迅速蒸发为蒸汽，所形成的热蒸汽膨胀，经过每一级的蒸汽通道（51；52；53）进入各级热管组的冷凝器（41；42；43），各级热管组的冷凝器（41；42；43）内制冷工质受冷流体作用,冷却放热并冷凝为液体，由于重力作用冷凝的液体制冷工质经每一级的液体通道（61；62；63）被输送回蒸发器（31；32；33），又可再次蒸发；如此不断循环，将热量从蒸发器（31；32；33）传到冷凝器（41；42；43）。

这样整个系统的各级热管组的蒸发器（31；32；33）受热流体作用，沿风向各级换热温度从高到低，且经过各级热管组的蒸发器（31；32；33）的流体温度也成阶梯式降低，各级热管组的冷凝器（41；42；43）受冷流体作用，沿风向各级换热温度从低到高，且经过各级热管组的冷凝器（41；42；43）的流体温度也成阶梯式升高，最终排放温度接近于环境温度，从而最大限度的提高热能利用率。

Claims

1.一种分体式多级热管系统，包括热管单元（1）和散热翅片（2）；其特征在于，还包括由多根热管单元组成的一级热管组（11）、二级热管组（12）以及三级热管组（13），根据需要做成N级热管组；所述每一级热管组（11；12；13）都由蒸发器（31；32；33）、冷凝器（41；42；43）、蒸汽通道（51；52；53）以及液体通道（61；62；63）四个部分组成；所述每一级热管组（11；12；13）的蒸发器（31；32；33）分别都是由相同个热管单元相互并联构成的，分别有自己的独立输入输出端，并且各级热管组（11；12；13）的蒸发器（31；32；33）相互并排摆放，组装于同一个壳体内，位于蒸发器风扇（7）形成的风道内，共用一个蒸发器风扇（7）；所述每一级热管组（11；12；13）的冷凝器（41；42；43）分别都是由相同个热管单元相互并联构成的，分别有自己的独立输入输出端，并且各级热管组（11；12；13）的冷凝器（41；42；43）相互并排摆放，组装于同一个壳体内，位于冷凝器风扇（8）形成的风道内，共用一个冷凝器风扇（8）；所述蒸发器（31；32；33）要位于冷凝器（41；42；43）的下方，蒸汽通道（51；52；53）使每一级蒸发器（31；32；33）的顶端与对应的冷凝器（41；42；43）的顶端相导通，液体通道（61；62；63）使每一级冷凝器（41；42；43）的底端与对应的蒸发器（31；32；33）的底端相导通；这样整个系统的蒸发器和冷凝器分开布置，两者通过蒸汽通道和液体通道的连接，能够实现远距离传热。

2.根据权利要求1所述的一种分体式多级热管系统，其特征在于，所述每一级热管组（11；12；13）的蒸发器（31；32；33）分别都是由相同个热管单元相互并联构成的，即每一级热管组（11；12；13）的蒸发器（31；32；33）的每一根热管单元的顶端和底端分别用一根带有一个外接端口的导热金属横管依次导通，这样保证每一级热管组（11；12；13）的蒸发器（31；32；33）都有一个共同的压差，使每一根热管单元的制冷工质的总量基本保持相等。

3.根据权利要求1所述的一种分体式多级热管系统，其特征在于，所述每一级热管组（11；12；13）的冷凝器（41；42；43）分别都是由相同个热管单元相互并联构成的，即每一级热管组（11；12；13）的冷凝器（41；42；43）的每一根热管单元的顶端和底端分别用一根带有一个外接端口的导热金属横管依次导通，这样保证每一级热管组（11；12；13）的冷凝器（41；42；43）都有一个共同的压差，使每一根热管单元的制冷工质的总量基本保持相等。

4.根据权利要求1所述的一种分体式多级热管系统，其特征在于，所述热管单元（1）是导热性好的金属管。

5.根据权利要求1所述的一种分体式多级热管系统，其特征在于，所述冷凝器（41；42；43）和蒸发器（31；32；33）所在风道内风的流向是逆向的。

6.根据权利要求5所述的一种分体式多级热管系统，其特征在于，所述冷凝器（41；42；43）和蒸发器（31；32；33）所在风道内风的流向相反，或其通道内是其他流体，但流体的流向要逆向，且方向垂直于热管单元，平行于散热翅片所在平面。

7.根据权利要求1所述的一种分体式多级热管系统，其特征在于，所述每一排散热翅片（2）是级与级之间完全隔开的单独散热翅片构成，或是一张整体的散热翅片，但各级热管组的散热翅片之间用隔热缝（21）隔开，主要是起到各级热管组之间的隔热作用。

8.根据权利要求1所述的一种分体式多级热管系统，其特征在于，所述一级热管组（11）、二级热管组（12）、三级热管组（13）以及N级热管组的每一级内所充的制冷工质是单一的制冷工质，不同的级根据需要充入不同的制冷工质，其工作运行时各级热管组相互不影响。