專利名稱：用于低品位熱能利用的脈動熱管傳熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈動熱管傳熱裝置，它適用于低品位熱量的利用和發(fā)熱零部件的 散熱。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的緊缺問題日趨嚴(yán)重。能源的合理利用，特別是低品位熱量 (如太陽能、工業(yè)余熱等)的合理利用備受關(guān)注。熱管的當(dāng)量傳熱量是最優(yōu)良的金屬如銀、 銅、鋁等的幾百倍，甚至上千倍，因此有“近超導(dǎo)熱體”之稱。熱管在一些低品位熱量利用裝 置(如煙氣余熱回收等)中的應(yīng)用，獲得了一定的效果。但傳統(tǒng)熱管管內(nèi)壁必須有吸液芯材 料，因此使得熱管尺寸大，重量增加，一定程度上限制了其應(yīng)用的領(lǐng)域。脈動熱管是Akachi 于20世紀(jì)90年代初提出的一種新型熱管，由沒有毛細(xì)吸液芯的金屬毛細(xì)管彎曲成蛇形結(jié) 構(gòu)組成，可分為環(huán)路型和開路型兩種。脈動熱管運行原理和傳熱特性與傳統(tǒng)熱管有很大的 不同。脈動熱管通道很細(xì)，在表面張力作用下，通道中形成許多封閉的液塞和氣塞，在熱作 用下，氣、液塞在加熱段和冷卻段之間做一種不穩(wěn)定的、方向隨機的脈動流動，實現(xiàn)熱傳遞， 并因此具有很高的散熱能力。脈動熱管與傳統(tǒng)熱管相比具有如下優(yōu)點體積小、結(jié)構(gòu)簡單、 成本低、傳熱性能好，并可以根據(jù)需要制造出各種形狀。用毛細(xì)管彎曲而成的脈動熱管裝置 很難增設(shè)翅片，冷、熱流體(特別為氣體時)與脈動熱管之間的傳熱熱阻較大，傳熱量受到 限制，不能充分發(fā)揮熱管“近超導(dǎo)熱體”的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種傳熱效果好的用于低品位熱能利用的脈 動熱管傳熱裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的用于低品位熱量利用的脈動熱管傳熱裝 置，由鋁或銅質(zhì)制成的中間由隔柵分割成許多通道且兩端封閉的單排多孔扁管彎曲成多 層，形成有加熱段和冷卻段，中間為絕熱段，所述的單排多孔扁管中的每一個所述的通道都 各自形成一條蛇形管道，各所述的蛇形管道內(nèi)部抽真空，充注有體積百分比為30% 60% 的工作介質(zhì)。所有所述的蛇形管道可以在端部經(jīng)加工形成不同的組合，從而形成開路型或 環(huán)路型脈動熱管。在所述的加熱段和冷卻段，相鄰兩層單排多孔扁管之間釬焊有波紋形翅片。所述的單排多孔扁管中的每一個所述的蛇形管道都各自形成一條開式的蛇形管 道，每一條所述的蛇形通道都構(gòu)成一個開路型脈動熱管。所述的單排多孔扁管中相鄰的所述的蛇形管道順次連通而形成一條開式蛇形管 道，該所述的開式蛇形管道形成一個開路型脈動熱管。所述的單排多孔扁管中的每兩個相鄰的所述的蛇形管道兩端相連成一個回路，這 樣形成若干個并聯(lián)的封閉回路，每一個封閉回路形成一個環(huán)路型脈動熱管。所述的單排多孔扁管的材質(zhì)為銅時所述的工作介質(zhì)為水、R134a或R123，所述的單排多孔扁管的材質(zhì)為鋁時所述的工作介質(zhì)為氨。所有通道都為方形孔，更有利于脈動熱管的傳熱。采用上述技術(shù)方案的用于低品位熱能利用的脈動熱管傳熱裝置，制作脈動熱管的 材料主要是由鋁或銅拉制而成的單排多孔扁平管，多孔扁平管中間由隔柵分割成許多通 道，所有通道都為方形孔，更有利于脈動熱管的傳熱，相對于用毛細(xì)管彎曲而成蛇形結(jié)構(gòu)的 脈動熱管，本發(fā)明提出的脈動熱管傳熱裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、成本低、制作簡單、傳熱 效果好等優(yōu)點。使用時，將加熱介質(zhì)垂直流過本發(fā)明的加熱段一端，冷卻介質(zhì)垂直流過本發(fā)明的 另一端的冷卻段，熱量由加熱段傳到冷卻段，從而實現(xiàn)零部件的冷卻散熱或低品位熱量的 利用。綜上所述，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、成本低、制 作簡單、傳熱效果好的用于低品位熱能利用的脈動熱管傳熱裝置，適用于低品位熱量的利 用和發(fā)熱零部件的散熱。


圖1是脈動熱管傳熱裝置(加裝翅片結(jié)構(gòu))。圖2是脈動熱管傳熱裝置(不加翅片結(jié)構(gòu))。圖3是單排多孔扁管截面圖。圖4是開路型脈動熱管的扁管端部隔柵切削示意圖。圖5是環(huán)路型脈動熱管的扁管端部隔柵切削示意圖。圖6是脈動熱管的環(huán)路型基本方式。圖7是脈動熱管的開路型基本方式。圖8是并聯(lián)的若干開路型脈動熱管的通道連接示意圖。圖9是開路型脈動熱管的通道連接示意圖。圖10是并聯(lián)的若干環(huán)路型脈動熱管的通道連接示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限 制本發(fā)明的范圍。在閱讀了本發(fā)明所公布的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明所作的各 種改動和修改，同樣屬于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例1 由鋁質(zhì)拉制而成的中間由隔柵14分割成許多通道且兩端封閉的單排多孔扁管11 彎曲成多層，形成有加熱段17和冷卻段15，中間為絕熱段16，所有通道都為方形孔，更有 利于脈動熱管的傳熱，單排多孔扁管11中的每一個蛇形管道都各自形成一條開式的蛇形 管道，這樣形成并聯(lián)的若干開路型脈動熱管，各蛇形管道內(nèi)部抽真空，充注有體積百分比為 30%的氨，圖8就是該種脈動熱管的通道連接示意圖，在加熱段17和冷卻段15，相鄰兩層單 排多孔扁管11之間釬焊有加熱段波紋形翅片13和冷卻段波紋形翅片12，從而形成加翅片 結(jié)構(gòu)的脈動熱管傳熱裝置，見圖1、圖3。使用時，將加熱介質(zhì)垂直流過本發(fā)明的一端的加熱段17，冷卻介質(zhì)垂直流過本發(fā)明的另一端的冷卻段15。工作介質(zhì)-氨在表面張力的作用下，在蛇形通道內(nèi)形成相互間隔的氣塞和液塞，如圖7所示。液塞在加熱段受熱蒸發(fā)一部分，使液塞減少或縮短，相應(yīng)的氣 塞增加或變長。氣塞在冷卻段放熱凝結(jié)一部分，使氣塞減少或縮短，相應(yīng)的液塞增加或變 長。氣塞和液塞在蛇形通道內(nèi)振蕩，在振蕩過程中將熱量由加熱段傳到冷卻段。由于附加 的加熱段波紋形翅片13和冷卻段波紋形翅片12強化了裝置兩端的換熱，從而使本發(fā)明的 傳熱效率大大提高，最終更好地實現(xiàn)低品位熱能的利用或發(fā)熱零部件的冷卻散熱。實施例2 由銅質(zhì)拉制而成的中間由隔柵分割成許多通道且兩端封閉的單排多孔扁管彎曲 成多層，形成有加熱段和冷卻段，中間為絕熱段16，所有通道都為方形孔，更有利于脈動熱 管的傳熱，單排多孔扁管11中的每一個通道都各自形成一條蛇形管道，然后通過進(jìn)一步加 工(以8通道為例說明，見圖1)將第一蛇形管道1與第二蛇形管道2、第三蛇形管道3與 第四蛇形管道4、第五蛇形管道5與第六蛇形管道6、第七蛇形管道7與第八蛇形管道8之 間的隔柵14在前端9削去一部分；同時，將第二蛇形管道2與第三蛇形管道3、第四蛇形管 道4與第五蛇形管道5、第六蛇形管道6與第七蛇形管道7之間的隔柵14在尾端10削去一 部分，使各相鄰蛇形管道順次相連，最后所有蛇形管道連通形成一條開式的蛇形管道，其通 道連接如圖9所示。然后抽真空，充注體積百分比為60%的水，將兩端封閉，形成一個開路 型脈動熱管。在加熱段17和冷卻段15，相鄰兩層單排多孔扁管11之間釬焊有加熱段波紋 形翅片13和冷卻段波紋形翅片12，從而形成加翅片結(jié)構(gòu)的脈動熱管傳熱裝置，參見圖1、圖 3和圖4。參見圖6，使用時，其工作過程類同于實施例1。實施例3:由銅質(zhì)拉制而成的中間由隔柵14分割成許多通道且兩端封閉的單排多孔扁管11 彎曲成多層，形成有加熱段17和冷卻段15，中間為絕熱段16，所有通道都為方形孔，更有利 于脈動熱管的傳熱，單排多孔扁管11中的每一個通道都各自形成一條蛇形管道，然后通過 進(jìn)一步加工(以8通道為例說明，見圖1)將第一蛇形管道1與第二蛇形管道2、第三蛇形 管道3與第四蛇形管道4、第五蛇形管道5與第六蛇形管道6之間、第七蛇形管道7與第八 蛇形管道8之間的隔柵14在前端9和尾端10同時削去一部分，這樣，第一蛇形管道1和第 二蛇形管道2連通成為一個封閉的蛇形管道，其它通道亦然，其通道連接如圖10和圖5所 示。然后抽真空，充注體積百分比為45%的R134a或R123，將兩端封閉。從而形成并聯(lián)的 若干環(huán)路型脈動熱管。在加熱段17和冷卻段15，相鄰兩層單排多孔扁管11之間釬焊有加 熱段波紋形翅片13和冷卻段波紋形翅片12，從而形成加翅片結(jié)構(gòu)的脈動熱管傳熱裝置(見 圖1)。使用時，其工作過程類似于實施例1，只是由于形成了封閉的蛇形管道，工質(zhì)在熱 管中可以振蕩流動或循環(huán)流動。其它實施例實施例1、實施例2和實施例3都采用了加裝波紋翅片的結(jié)構(gòu)，也可以不加翅片結(jié) 構(gòu)，使裝置更加簡單。其工作過程類似于加裝翅片的脈動熱管傳熱裝置，只是熱阻較大些， 傳熱效果差些，參見圖2。當(dāng)通道較少(如少于40個)時，受重力的影響，脈動熱管具有“熱二極管”的單向傳熱特性。但是，由于脈動熱管運行的動力是通道內(nèi)的壓力脈動，而非重力，當(dāng)通道很多時，壓力脈動完全可以蓋過重力的影響，使脈動熱管可以工作于高端加熱、低端冷卻的工況，從 而使脈動熱管的安裝角度不受限制。采用多層扁管的結(jié)構(gòu)形式，很容易將通道數(shù)提高到40 以上。使用者可以根據(jù)需要利用脈動熱管的“熱二極管”的單向傳熱特性，也可以通過增加 通道數(shù)消除其“熱二極管”單向傳熱特性，達(dá)到隨意安裝的目的。
權(quán)利要求
一種用于低品位熱量利用的脈動熱管傳熱裝置，其特征在于由鋁或銅質(zhì)制成的中間由隔柵(14)分割成許多通道且兩端封閉的單排多孔扁管(11)彎曲成多層，形成有加熱段(17)和冷卻段(15)，中間為絕熱段(16)，所述的單排多孔扁管中的每一個所述的通道都各自形成一條蛇形管道，各所述的蛇形管道內(nèi)部抽真空，充注有體積百分比為30％～60％的工作介質(zhì)，所有所述的蛇形管道經(jīng)加工形成不同的組合，從而形成開路型或環(huán)路型脈動熱管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于低品位熱量利用的脈動熱管傳熱裝置，其特征在于在 所述的加熱段(17)和冷卻段(15)，相鄰兩層單排多孔扁管之間釬焊有波紋形翅片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于低品位熱量利用的脈動熱管傳熱裝置，其特征在于 所述的單排多孔扁管中的每一個所述的蛇形管道都各自形成一條開式的蛇形管道，每一條 所述的蛇形通道都構(gòu)成一個開路型脈動熱管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于低品位熱量利用的脈動熱管傳熱裝置，其特征在于 所述的單排多孔扁管中相鄰的所述的蛇形管道順次連通而形成一條開式蛇形管道，該所述 的開式蛇形管道形成一個開路型脈動熱管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于低品位熱量利用的脈動熱管傳熱裝置，其特征在于 所述的單排多孔扁管中的每兩個相鄰的所述的蛇形管道兩端相連成一個回路，這樣形成若 干個并聯(lián)的封閉回路，每一個封閉回路形成一個環(huán)路型脈動熱管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的用于低品位熱量利用的脈動熱管傳熱裝置，其特征在于所 述的單排多孔扁管(11)的材質(zhì)為銅時所述的工作介質(zhì)為水、R134a或R123，所述的單排多 孔扁管(11)的材質(zhì)為鋁時所述的工作介質(zhì)為氨。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的用于低品位熱量利用的脈動熱管傳熱裝置，其特征在于所 述的單排多孔扁管(11)的所有通道都為方形孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于低品位熱能利用的脈動熱管傳熱裝置。先將具有若干通道的單排多孔扁管彎曲成多層，在扁管的兩端進(jìn)一步加工后，可以形成不同的連接方式，使裝置按照開路型或環(huán)路型脈動熱管的機理工作。另外，在傳熱裝置的冷卻段和加熱段的相鄰兩層扁管之間可以根據(jù)需要加裝波紋翅片，以減小冷卻段和加熱段的傳熱熱阻。使用時，加熱流體通過該裝置的一端，冷卻流體通過裝置的另一端，從而實現(xiàn)低品位熱量的利用或冷卻散熱。本發(fā)明提出的脈動熱管傳熱裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、成本低、制作簡單、傳熱效果好等優(yōu)點。
文檔編號F28F1/12GK101818999SQ20101015131
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者孫俊杰, 張建華, 張高鵬, 曹雙俊, 曹小林, 李政, 段飛, 趙珫 申請人:中南大學(xué)