CN102865761B - 一种集束式热管换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集束式热管换热器，主要由一级热管组、二级热管组以及三级热管组，可以根据需要做成4—N级热管组；整个***分为冷凝区、绝热区和蒸发区三个区域；所述每一级热管组都是由相同个热管单元相互并联构成的一排独立的封闭管道，并且各级热管组相互并排摆放，组装于同一个壳体内共用一个风道；所述冷凝区和蒸发区内的风的流向为逆向；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。

Description

一种集束式热管换热器

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***，特别是一种多组热管装置并排摆放而成的集束式热管换热器。

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***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***与单级热管***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——一种集束式热管换热器，就是为了解决目前动力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：

一种集束式热管换热器，包括热管单元、散热翅片、冷凝区、绝热区、蒸发区、由多个热管组成的一级热管组、二级热管组以及三级热管组，可以根据需要做成4—N级热管组；这样整个***有多根热管单元组合排列构成，总排数决定多级热管热交换***的级数，总列数决定多级热管热交换***的每一级热管的个数；所述一级热管组、二级热管组、三级热管组以及4—N级热管组分别都是由相同个热管相互并联构成的一排独立的封闭管道，并且各级热管组相互并排摆放，组装于同一个壳体内共用一个风道；所述每一级的热管组分别都是由相同个热管相互并联构成的一排独立的封闭管道，其每一级的每一根热管的顶端和底端分别用一根横管依次导通，这样保证每一级热管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；所述热管单元是导热性较好的金属管；所述冷凝区和蒸发区内风的流向是逆向的。

以上所述每一级热管组的每一排散热翅片可以是级与级之间完全隔开的单独散热翅片构成，也可以是一个整体的散热翅片。

以上所述每一级热管组的每一排散热翅片的可以是一个整体的散热翅片，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。

以上所述绝热区是一个绝热的隔流板。

以上所述冷凝区和蒸发区风道内的风向相反，其通道内也可以是其他流体，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。

以上所述一级热管组、二级热管组、三级热管组以及4—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，不同的级可以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。

以上所述多级热管热交换***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；这样整个***的蒸发区的各级热管组受热流体作用，沿风向各级换热温度从高到低，且经过蒸发区的各级热管组的流体温度也成阶梯式降低，冷凝区的热管组受冷流体作用，沿风向各级换热温度从低到高，且经过冷凝区的各级热管组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。

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，能够统一抽真空，统一充入制冷工质；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***循环的稳定性，大幅度提高热管的换热效率，并且所用整个***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***的结构示意图。

图2为该***的侧面结构示意图。

图3为该***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；（3）蒸发区；（4）绝热区；（5）冷凝区。

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***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）、蒸发区（3）、绝热区（4）以及冷凝区（5），整个***可以根据需要做成4—N级热管组；此***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).液态工质蒸发区内的汽-液分界面下受热气化：

热流体经蒸发区（5）外壁后，蒸发区（5）内工作介质吸热由液态工质变为气态工质，并充满整个蒸发区（5），蒸汽膨胀扩散至冷凝区（3）。

2).蒸汽在冷凝区内的汽-液分界面上凝结：

冷凝区（5）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：

冷凝区工质在冷流体作用冷凝成为液滴或液膜，在重力、毛细力等作用下回流至蒸发区。

4).蒸发区工质受热再气化：

蒸发区工质受热再气化，循环往复。

即整个***蒸发区（5）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，由于蒸气的密度小，冷却放热并冷凝为液体，由于液体的密度大，且因热管的内壁面侵润性好，故沿壁面下流返回蒸发区（5），又可再次蒸发；如此不断循环，将热量从一端传到另一端。

这样整个***的蒸发区（5）的各级热管组（11；12；13）受热流体作用，沿风向各级换热温度从高到低，且经过蒸发区（5）的各级热管组（11；12；13）的流体温度也成阶梯式降低，冷凝区（3）的各级热管组（11；12；13）受冷流体作用，沿风向各级换热温度从低到高，且经过冷凝区（3）的各级热管组（11；12；13）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 (3)

1.一种集束式热管换热器，包括热管单元（1）、散热翅片（2）、冷凝区、绝热区和蒸发区；其特征在于，还包括由多个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4—N级热管组，这样整个***有多根热管单元组合排列构成，总排数决定多级热管热交换***的级数，总列数决定多级热管热交换***的每一级热管单元的个数；所述一级热管组（11）、二级热管组（12）、三级热管组（13）以及4—N级热管组分别都是由相同个热管单元相互并联构成的一排独立的封闭管道，并且各级热管组（11；12；13）相互并排摆放，组装于同一个壳体内共用一个风道；所述每一级的热管组（11；12；13）分别都是由相同个热管单元相互并联构成的一排独立的封闭管道，其每一级热管组（11；12；13）的每一根热管单元的顶端和底端分别用一根导热金属横管依次导通，这样保证每一级热管组（11；12；13）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；所述热管单元（1）是导热性较好的金属管；所述每一级热管组（11；12；13）的每一排散热翅片（2）是级与级之间完全隔开的单独散热翅片构成，或者是一个整体的散热翅片，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；所述每一级的热管组（11；12；13）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；所述冷凝区和蒸发区内风的流向是逆向的。

2.根据权利要求1所述的一种集束式热管换热器，其特征在于，所述绝热区是一个绝热的隔流板。

3.根据权利要求1所述的一种集束式热管换热器，其特征在于，所述冷凝区和蒸发区风道内的风向相反，其通道内也可以是其他流体，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。