CN204678743U - 蒸发器及分体式热管换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种蒸发器，该蒸发器包括壳体，壳体包括平板式受热壁面，受热壁面内设有填充腔，填充腔内设有第一相变材料层。本实用新型还涉及一种分体式热管换热器，其采用如上所述的蒸发器。本实用新型通过在受热壁面内设置相变材料，在热源温度高时相变材料吸热并熔化成液态，而在热源温度较低时相变材料放出热量，使得蒸发器的温度不会发生很大的波动，保证蒸发器及分体式热管换热器的正常运行，并减少周期性热源引起的热冲击对蒸发器部件产生的破坏。

Description

蒸发器及分体式热管换热器

技术领域

本实用新型涉及热管技术领域，具体涉及一种蒸发器及一种耐热冲击的分体式热管换热器。

背景技术

分体式热管换热器是一种依靠毛细抽力驱动工质循环，利用工质的相变传热的环路系统，是由热管发展而来的一种高效换热装置。与热管相比，其不同之处在于毛细芯结构只存在于蒸发器中，且蒸发器和冷凝器是相分离的，蒸汽管路和液体管路可以任意布置，所以环路热管换热器具有更广泛的应用范围。此外，环路热管换热器具有传热能力强、等温性好、传输距离长及安全系数高等优点，是一种理想的散热装置。

分体式热管换热器由于其蒸发器的特殊结构，启停过程相对普通热管阻力要大，尤其是面对周期性的热源时容易由于频繁的启停而导致系统运行失败。

因此有必要设计一种蒸发器及一种分体式热管换热器，以克服上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种蒸发器及一种分体式热管换热器，可保证蒸发器及分体式热管换热器在热源波动时能平稳运行。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种蒸发器，所述蒸发器包括壳体，所述壳体包括平板式受热壁面，所述受热壁面内设有填充腔，所述填充腔内设有第一相变材料层。

进一步地，所述第一相变材料层中相变材料的固液相变温度比工质在工作压力下的沸点高5~30℃。

进一步地，所述填充腔分为多层腔室，每层腔室内铺设有相变材料；自所述受热壁面外表面至内表面的方向，相变材料的固液相变温度依次降低。

进一步地，所述第一相变材料层的面积与所述受热壁面内表面的面积相同。

进一步地，所述壳体还包括非受热壁面，所述非受热壁面与所述受热壁面正对设置，所述非受热壁面内设有第二相变材料层，所述第二相变材料层中相变材料的固液相变温度比工质在工作压力下的沸点低2~5℃。

进一步地，所述壳体还包括边壁，所述边壁分别与所述受热壁面与所述非受热壁面连接；所述边壁内设有第三相变材料层，所述第三相变材料层中相变材料的固液相变温度比工质在工作压力下的沸点低3~8℃。

本实用新型还提供一种分体式热管换热器，包括如上所述的蒸发器及冷凝器，所述蒸发器的工质出口与所述冷凝器的工质入口通过蒸汽管路连通，所述冷凝器的工质出口与所述蒸发器的工质入口通过液体管路连通。

本实用新型具有以下有益效果：通过在受热壁面内设置相变材料，在热源温度高时相变材料吸热并熔化成液态，而在热源温度较低时相变材料放出热量，使得蒸发器的温度不会发生很大的波动，保证蒸发器的正常运行，并减少周期性热源引起的热冲击对蒸发器部件产生的破坏。

本实用新型的进一步有益效果是：通过在受热壁面内设置多层相变材料，且从受热壁面外表面至内表面的方向，相变材料的固液相变温度依次降低，因而可有效提高该受热壁面对周期性热源的适应性，降低周期性热源的热冲击的不利影响。

本实用新型还具有以下有益效果：采用如上所述的蒸发器，可有效提高分体式热管换热器的耐热冲击性能，保证该热管换热器的正常运行，设备使用寿命高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的分体式热管换热器的结构示意图；

图2为图1沿A-A的剖视图；

图3为图1沿B-B的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图2-图3，本实用新型实施例提供一种蒸发器1，该蒸发器1包括壳体，该壳体包括平板式受热壁面5、非受热壁面6和边壁7，受热壁面5与非受热壁面6正对设置，边壁7分别与受热壁面5和非受热壁面6连接，该边壁7一般为4块。所述受热壁面5内设有填充腔，所述填充腔内设有第一相变材料层8，所述第一相变材料层8中相变材料的固液相变温度比工质在工作压力下的沸点高5~30℃。通过在受热壁面5内设置相变材料，在热源温度高时相变材料吸热并熔化成液态，而在热源温度较低时相变材料放出热量，从而使得蒸发器1的温度不会发生很大的波动，保证蒸发器1的正常运行，并减少周期性热源引起的热冲击对蒸发器1部件产生的破坏。通常相变材料由固相熔化成液相后体积会增大，因此需要考虑所采用的相变材料的体积膨胀率对管壁的影响，即填充腔的体积足够容纳液相的相变材料。另外，所述第一相变材料层8的面积优选为与所述受热壁面5内表面的面积相当或相同，即将相变材料的铺设面积最大化，以提高蒸发器1的耐热冲击性能。本实施例中所述的受热壁面5的内表面指的是靠近所述非受热壁面6一侧的表面。

作为本实施例的一种优选结构，将所述填充腔分为多层腔室，每层腔室内铺设有相变材料；自所述受热壁面5外表面至内表面的方向，相变材料的固液相变温度依次降低。采取单一种类的相变材料，其固液相变温度是唯一的，其吸放热作用范围相对较小；而采取多种类的相变材料，可以在受热壁面5外表面与内表面之间形成相变材料的固液相变温度梯度，使得第一相变材料层8在周期性热源的热冲击下都可以实现吸放热作用，因而可有效提高该受热壁面5对不同温度热源的适应性。而且，分成多层的相变材料，各层相变材料的量相对较小，有利于相变材料相变过程的发生。相应地，每层腔室的体积应大于该层腔室内的相变材料在液相时的体积。

实际使用时，相变材料的选择应根据工质的不同而不同，常用的相变材料有无机盐、盐的水合物、金属及合金、脂肪酸、石蜡等。以石蜡为例，石蜡类相变材料的相变潜热大，且在环路热管工作温度范围内物理、化学性能稳定。以下为几种石蜡类相变材料的应用实例：

（1）以氨为工质，可以选用正十八烷。氨在标况下沸点为-33.45℃，正十八烷的固液相变温度为26~29℃；在工作情况下，氨是在正压状态下运行，其沸点要比标况下沸点高，正十八烷的固液相变温度与氨在工作压力下的沸点的差值在5~30℃内。

（2）以丙酮为工质，可选用正二十烷。丙酮在标况下沸点为56.55℃，正二十烷的固液相变温度为35~37℃；在工作情况下，丙酮是在负压状态下运行，其沸点要比标况下沸点低，正二十烷的固液相变温度与丙酮在工作压力下的沸点的差值在5~30℃内。

（3）以甲醇为工质，可选用正二十一烷。甲醇在标况下沸点为64.65℃，正二十一烷的固液相变温度为39~41℃；在工作情况下，丙酮是在负压状态下运行，其沸点要比标况下沸点低，正二十一烷的固液相变温度与甲醇在工作压力下的沸点的差值在5~30℃内。

如图1-图3，本实用新型实施例还提供一种耐热冲击的分体式热管换热器，包括蒸发器1和冷凝器3，蒸发器1的工质出口与冷凝器3的工质入口通过蒸汽管路2连通，冷凝器3的工质出口与蒸发器1的工质入口通过液体管路4连通。其中，蒸发器1采用如上所述的蒸发器，其包括壳体和设于壳体内的液体储腔10及毛细芯9，其受热壁面5内表面设有导热肋片，导热肋片之间为蒸汽槽道，毛细芯9设于导热肋片上，液体储腔10设于毛细芯9上方，液体储腔10用于容纳工质。

作为本实施例的一种优选结构，可以在所述非受热壁面6内设置第二相变材料层，所述第二相变材料层中相变材料的固液相变温度比工质在工作压力下的沸点低2~5℃。在非受热壁面6内设置相变材料，该相变材料可吸收导入液体储腔10的热量，避免由于液体储腔10内的工质发生汽化相变而导致热管换热器运行失败。还可以在所述边壁7内设置第三相变材料层，所述第三相变材料层中相变材料的固液相变温度比工质在工作压力下的沸点低3~8℃。在边壁7内设置相变材料，可减少热管换热器启动过程中导向液体储腔10及非受热壁面6的热量，保证热管换热器顺利启动。

本实施例提供的分体式热管换热器的工作过程如下：

将蒸发器1的受热壁面5放在热源处，热源放出的热量通过受热壁面5传导至毛细芯9，受热壁面5与毛细芯9之间的工质将首先受热相变为气体。同时，热量顺着边壁7和毛细芯9导入液体储腔10，该过程中，第二相变材料层和第三相变材料层吸收传导至液体储腔10及边壁7的热量，保证液体储腔10内不发生相变。当吸收的热量使毛细芯9产生足够的毛细力时，毛细芯9驱动整个环路开始运行，即：气体工质通过蒸汽管路2进入冷凝器3，并在冷凝器3中冷凝成液体并产生10℃以上的过冷度，冷凝器3中的工质液体在毛细芯9的毛细力驱动下，回流至液体储腔10内。回流的冷凝工质能够使各相变材料层中的相变材料由液相变为固相，以利于完成环路热管的顺利启动和循环工作。当热源为周期性热源或不规律热源时，在热源温度高时第一相变材料层8中的相变材料吸热并熔化成液态，而在热源温度较低时该相变材料放出热量，从而使得蒸发器1的温度不会发生很大的波动，保证分体式热管换热器的正常启动和运行。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种蒸发器，包括壳体，所述壳体包括平板式受热壁面，其特征在于：所述受热壁面内设有填充腔，所述填充腔内设有第一相变材料层。

2.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于：所述第一相变材料层中相变材料的固液相变温度比工质在工作压力下的沸点高5~30℃。

3.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于：所述填充腔自所述受热壁面外表面至内表面的方向分为多层腔室，每层腔室内铺设有相变材料；自所述受热壁面外表面至内表面的方向，相变材料的固液相变温度依次降低。

4.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于：所述第一相变材料层的面积与所述受热壁面内表面的面积相同。

5.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于：所述壳体还包括非受热壁面，所述非受热壁面与所述受热壁面正对设置，所述非受热壁面内设有第二相变材料层，所述第二相变材料层中相变材料的固液相变温度比工质在工作压力下的沸点低2~5℃。

6.根据权利要求5所述的蒸发器，其特征在于：所述壳体还包括边壁，所述边壁分别与所述受热壁面和所述非受热壁面连接；所述边壁内设有第三相变材料层，所述第三相变材料层中相变材料的固液相变温度比工质在工作压力下的沸点低3~8℃。

7.一种分体式热管换热器，其特征在于：包括如权利要求1至6中任一项所述的蒸发器及冷凝器，所述蒸发器的工质出口与所述冷凝器的工质入口通过蒸汽管路连通，所述冷凝器的工质出口与所述蒸发器的工质入口通过液体管路连通。