專利名稱：一種分體式多級(jí)熱管系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱交換技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種新型的熱管換熱系統(tǒng)，特別是一種多組獨(dú)立熱管裝置并排擺放而成的分體式多級(jí)熱管系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熱管就是利用蒸發(fā)制冷，使得熱管兩端溫度差很大，使熱量快速傳導(dǎo)，因其優(yōu)越的傳熱性能和技術(shù)特性而被廣泛應(yīng)用于節(jié)能領(lǐng)域。目前，熱管常用于設(shè)備散熱、余熱回收以及新風(fēng)系統(tǒng)等領(lǐng)域。熱管換熱器的總驅(qū)動(dòng)溫差為蒸發(fā)段和冷凝段的溫差，單級(jí)熱管換熱器內(nèi)部制冷劑的恒溫特性導(dǎo)致熱管換熱裝置熱損失大，本申請(qǐng)?jiān)谕ㄟ^增加熱管級(jí)數(shù)將具有恒溫特性的中間媒介改為具有變溫特性的媒介是實(shí)現(xiàn)減少換熱溫差損失和提高總換熱效率的有效途徑。單級(jí)熱管換熱器改為多級(jí)形式，每一級(jí)熱管中的制冷劑均視為恒溫流體，則多級(jí)熱管能實(shí)現(xiàn)變溫效果的換熱裝置，且每級(jí)換熱器的換熱面積相同，最終排放溫度接近于環(huán)境溫度，從而最大限度的提高熱能利用率?，F(xiàn)在取多級(jí)熱管換熱系統(tǒng)與單級(jí)熱管系統(tǒng)相同的總換熱面積(相同的投入)進(jìn)行分析，每一級(jí)的傳熱能力(傳熱單元數(shù)均為NTU)相同。假定多級(jí)熱管換熱裝置的級(jí)數(shù)為η,且每級(jí)換熱器的換熱面積相同，其傳熱單元數(shù)為NTU/ η，則每級(jí)熱管換熱器的效率均相同，η I = η2 =…=ηη = ε /2, ε =1- exp (_NTU/n),多級(jí)熱管換熱裝置的總換熱效率為 n = ( η* η I) /[1+(η-1)* η I]。即通過對(duì)多級(jí)熱管換熱裝置的效率進(jìn)行分析，可以得到:I)、當(dāng)給定級(jí)數(shù)n, NTU趨向于無窮大時(shí)，Π 1=1/2,整體換熱效率η = n / ( n+1 )；2)、當(dāng)給定NTU，級(jí)數(shù)n趨向于無窮大時(shí)，整體換熱效率η = NTU / ( NTU+2 )；3)、當(dāng)級(jí)數(shù)11，NTU都趨于無窮大時(shí)，整體換熱效率η — I。通過上述分析可以看出單級(jí)熱管換熱器改為多級(jí)形式，在整體換熱面積相同的情況下，減少了換熱溫差損失，提聞總換熱效率。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供的一種新型的熱管換熱裝置技術(shù)——一種分體式多級(jí)熱管系統(tǒng)，就是為了解決目前的熱管工作時(shí)換熱溫差損失大和總換熱效率低的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:一種分體式多級(jí)熱管系統(tǒng)，包括熱管單元和散熱翅片；其特征在于，還包括由多根熱管單元組成的一級(jí)熱管組、二級(jí)熱管組以及三級(jí)熱管組，根據(jù)需要做成N級(jí)熱管組；所述每一級(jí)熱管組都由蒸發(fā)器、冷凝器、蒸汽通道以及液體通道四個(gè)部分組成；所述每一級(jí)熱管組的蒸發(fā)器分別都是由相同個(gè)熱管單元相互并聯(lián)構(gòu)成的，分別有自己的獨(dú)立輸入輸出端，并且各級(jí)熱管組的蒸發(fā)器相互并排擺放，組裝于同一個(gè)殼體內(nèi)，位于蒸發(fā)器風(fēng)扇形成的風(fēng)道內(nèi)，共用一個(gè)蒸發(fā)器風(fēng)扇；所述每一級(jí)熱管組的冷凝器分別都是由相同個(gè)熱管單元相互并聯(lián)構(gòu)成的，分別有自己的獨(dú)立輸入輸出端，并且各級(jí)熱管組的冷凝器相互并排擺放，組裝于同一個(gè)殼體內(nèi)，位于冷凝器風(fēng)扇形成的風(fēng)道內(nèi)，共用一個(gè)冷凝器風(fēng)扇；所述蒸發(fā)器要位于冷凝器的下方，蒸汽通道使每一級(jí)蒸發(fā)器的頂端與對(duì)應(yīng)的冷凝器的頂端相導(dǎo)通，液體通道使每一級(jí)冷凝器的底端與對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)器的底端相導(dǎo)通；這樣整個(gè)系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器分開布置，兩者通過蒸汽通道和液體通道的連接，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳熱。以上所述每一級(jí)熱管組的蒸發(fā)器分別都是由相同個(gè)熱管單元相互并聯(lián)構(gòu)成的，SP每一級(jí)熱管組的蒸發(fā)器的每一根熱管單元的頂端和底端分別用一根帶有一個(gè)外接端口的導(dǎo)熱金屬橫管依次導(dǎo)通，這樣保證每一級(jí)熱管組的蒸發(fā)器都有一個(gè)共同的壓差，使每一根熱管單元的制冷工質(zhì)的總量基本保持相等。以上所述每一級(jí)熱管組的冷凝器分別都是由相同個(gè)熱管單元相互并聯(lián)構(gòu)成的，SP每一級(jí)熱管組的冷凝器的每一根熱管單元的頂端和底端分別用一根帶有一個(gè)外接端口的導(dǎo)熱金屬橫管依次導(dǎo)通，這樣保證每一級(jí)熱管組的冷凝器都有一個(gè)共同的壓差，使每一根熱管單元的制冷工質(zhì)的總量基本保持相等。以上所述熱管單元是導(dǎo)熱性好的金屬管。以上所述冷凝器和蒸發(fā)器所在風(fēng)道內(nèi)風(fēng)的流向是逆向的。以上所述冷凝器和蒸發(fā)器所在風(fēng)道內(nèi)風(fēng)的流向相反，或其通道內(nèi)是其他流體，但流體的流向要逆向，且方向垂直于熱管單元，平行于散熱翅片所在平面。以上所述每一排散熱翅片是級(jí)與級(jí)之間完全隔開的單獨(dú)散熱翅片構(gòu)成，或是一張整體的散熱翅片，但各級(jí)熱管組的散熱翅片之間用隔熱縫隔開，主要是起到各級(jí)熱管組之間的隔熱作用。以上所述一級(jí)熱管組、二級(jí)熱管組、三級(jí)熱管組以及N級(jí)熱管組的每一級(jí)內(nèi)所充的制冷工質(zhì)是單一的制冷工質(zhì)，不同的級(jí)根據(jù)需要充入不同的制冷工質(zhì)，其工作運(yùn)行時(shí)各級(jí)熱管組相互不影響。以上所述的一種分體式多級(jí)熱管系統(tǒng)正常工作時(shí)，蒸發(fā)和冷凝是連續(xù)進(jìn)行的，從原理上分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)氣化——冷凝——回液——再氣化；即整個(gè)系統(tǒng)的各級(jí)熱管組的蒸發(fā)器內(nèi)制冷工質(zhì)受熱流體作用而吸熱蒸發(fā)氣化，所形成的熱蒸汽膨脹，經(jīng)過每一級(jí)的蒸汽通道進(jìn)入各級(jí)熱管組的冷凝器，各級(jí)熱管組的冷凝器內(nèi)制冷工質(zhì)受冷流體作用，冷凝而形成的液體制冷工質(zhì)，由于重力作用液體制冷工質(zhì)經(jīng)每一級(jí)的液體通道被輸送回蒸發(fā)器，這樣周而復(fù)始的工作；這樣各級(jí)熱管組的蒸發(fā)器沿風(fēng)向各級(jí)換熱溫度從高到低，且經(jīng)過各級(jí)熱管組的蒸發(fā)器的流體溫度也成階梯式降低，各級(jí)熱管組的冷凝器沿風(fēng)向各級(jí)換熱溫度從低到高，且經(jīng)過各級(jí)熱管組的冷凝器的流體溫度也成階梯式升高，這樣每一級(jí)熱管中的制冷劑均視為恒溫流體，則多級(jí)熱管能實(shí)現(xiàn)變溫效果的換熱裝置，且每級(jí)換熱器的換熱面積相同，最終排放溫度接近于環(huán)境溫度，從而最大限度的提高熱能利用率，解決了現(xiàn)有熱管換熱溫差損失大和總換熱效率低的問題。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過使單根熱管單元，并聯(lián)為一排，形成一級(jí)熱管組的蒸發(fā)器和冷凝器，然后蒸汽通道把蒸發(fā)器的頂端的外接端口和冷凝器的頂端外接端口連接起來，液體通道把蒸發(fā)器的底端的外接端口和冷凝器的底端外接端口連接起來，能夠使每一級(jí)熱管組的熱管單元統(tǒng)一抽真空，統(tǒng)一充入制冷工質(zhì)，并且裝置的蒸發(fā)器和冷凝器分開布置，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳熱，這就給工藝設(shè)計(jì)帶來較大的靈活性，也給裝置的大型化、熱能的綜合利用以及熱能利用系統(tǒng)的優(yōu)化創(chuàng)造了良好的條件；通過增加熱管級(jí)數(shù)的設(shè)計(jì)可以將具有恒溫特性的中間媒介改為具有變溫特性的媒介來實(shí)現(xiàn)減少換熱溫差損失和提高總換熱效率的有效途徑，不僅提高了每次設(shè)備循環(huán)一周的換熱效率，而且實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)的穩(wěn)定性，大幅度提高熱管的換熱效率；由于各級(jí)熱管組相互獨(dú)立，因此，其中一組或者兩組熱管組損壞或失效不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并且所用整個(gè)系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)境友好，適應(yīng)于兩種有溫差流體的換熱。

圖1為該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為該系統(tǒng)一體化散熱翅片結(jié)構(gòu)示意圖。圖中(I)熱管單元；(11) 一級(jí)熱管組；(12 ) 二級(jí)熱管組；(13 )三級(jí)熱管組；(2 )散熱翅片；(21)隔熱縫；(22)穿孔；(31)—級(jí)熱管組的蒸發(fā)器；(32)二級(jí)熱管組的蒸發(fā)器；
(33)三級(jí)熱管組的蒸發(fā)器；(41)一級(jí)熱管組的冷凝器；(42)二級(jí)熱管組的冷凝器；(43)三級(jí)熱管組的冷凝器；(51)—級(jí)熱管組的蒸汽通道；(52) 二級(jí)熱管組的蒸汽通道；(53)三級(jí)熱管組的蒸汽通道；(61) —級(jí)熱管組的液體通道；(62) 二級(jí)熱管組的液體通道；(63)三級(jí)熱管組的液體通道；(7 )蒸發(fā)器風(fēng)扇；(8 )冷凝器風(fēng)扇。
具體實(shí)施方式
該實(shí)施方式簡單結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示；本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)時(shí)涉及的系統(tǒng)裝置主體結(jié)構(gòu)包括熱管單元(I)、一級(jí)熱管組(11)、二級(jí)熱管組(12)、三級(jí)熱管組(13)、散熱翅片(2)、隔熱縫(21)、穿孔(22)、一級(jí)熱管組的蒸發(fā)器(31)、二級(jí)熱管組的蒸發(fā)器(32)、三級(jí)熱管組的蒸發(fā)器(33)、一級(jí)熱管組的冷凝器(41)、二級(jí)熱管組的冷凝器(42)、三級(jí)熱管組的冷凝器(43)、一級(jí)熱管組的蒸汽通道(51)、二級(jí)熱管組的蒸汽通道(52)、三級(jí)熱管組的蒸汽通道(53)、一級(jí)熱管組的液體通道(61)、二級(jí)熱管組的液體通道(62)、三級(jí)熱管組的液體通道(63)、蒸發(fā)器風(fēng)扇(7)以及冷凝器風(fēng)扇(8)，整個(gè)系統(tǒng)可以根據(jù)需要做成N級(jí)熱管組；此系統(tǒng)正常工作時(shí)，蒸發(fā)和冷凝是連續(xù)進(jìn)行的，從原理上分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)氣化——冷凝一回液一再氣化。I)、液態(tài)工質(zhì)在各級(jí)熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)內(nèi)受熱氣化熱流體經(jīng)各級(jí)熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)的外壁后，各級(jí)熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)內(nèi)工作介質(zhì)吸熱由液態(tài)工質(zhì)變?yōu)闅鈶B(tài)工質(zhì)，并充滿整個(gè)蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)，蒸汽膨脹擴(kuò)散經(jīng)蒸汽通道(51 ；52 ；53)至各級(jí)熱管組的冷凝器(41 ；42 ;43)。2)、蒸汽在各級(jí)熱管組的冷凝器(41 ；42 ；43)內(nèi)凝結(jié)各級(jí)熱管組的冷凝器(41 ；42 ；43)在冷流體作用下，氣態(tài)工質(zhì)冷凝至冷卻成液態(tài)為止。3)、冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)區(qū)各級(jí)熱管組的冷凝器(41 ；42 ；43)內(nèi)工質(zhì)在冷流體作用冷凝成為液滴或液膜，在重力、毛細(xì)力等作用經(jīng)每一級(jí)的液體通道(61 ；62 ;63)回流至各級(jí)熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)。4)、各級(jí)熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)內(nèi)工質(zhì)受熱再氣化各級(jí)熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)內(nèi)的工質(zhì)受熱再氣化，循環(huán)往復(fù)。[0033]即整個(gè)系統(tǒng)的各級(jí)熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)內(nèi)制冷工質(zhì)受熱流體作用熱管內(nèi)的工質(zhì)(該工質(zhì)一般沸點(diǎn)溫度都比較低)吸熱并達(dá)到沸點(diǎn)后，工質(zhì)迅速蒸發(fā)為蒸汽，所形成的熱蒸汽膨脹，經(jīng)過每一級(jí)的蒸汽通道(51 ；52 ；53)進(jìn)入各級(jí)熱管組的冷凝器(41 ；42 ；43)，各級(jí)熱管組的冷凝器(41 ；42 ;43)內(nèi)制冷工質(zhì)受冷流體作用，冷卻放熱并冷凝為液體，由于重力作用冷凝的液體制冷工質(zhì)經(jīng)每一級(jí)的液體通道(61 ；62 ;63)被輸送回蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)，又可再次蒸發(fā)；如此不斷循環(huán)，將熱量從蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)傳到冷凝器(41 ；42 ；43)。這樣整個(gè)系統(tǒng)的各級(jí)熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)受熱流體作用，沿風(fēng)向各級(jí)換熱溫度從高到低，且經(jīng)過各級(jí)熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)的流體溫度也成階梯式降低，各級(jí)熱管組的冷凝器(41 ；42 ；43)受冷流體作用，沿風(fēng)向各級(jí)換熱溫度從低到高，且經(jīng)過各級(jí)熱管組的冷凝器(41 ；42 ；43)的流體溫度也成階梯式升高，最終排放溫度接近于環(huán)境溫度，從而最大限度的提高熱能利用率。
權(quán)利要求1.一種分體式多級(jí)熱管系統(tǒng)，包括熱管單元(I)和散熱翅片(2);其特征在于，還包括由多根熱管單元組成的一級(jí)熱管組(11)、二級(jí)熱管組(12)以及三級(jí)熱管組(13)，根據(jù)需要做成N級(jí)熱管組；所述每一級(jí)熱管組(11 ；12 ;13)都由蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)、冷凝器(41 ；42 ；43)、蒸汽通道(51 ；52 ；53)以及液體通道(61 ；62 ；63)四個(gè)部分組成；所述每一級(jí)熱管組(11 ；12 ；13)的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)分別都是由相同個(gè)熱管單元相互并聯(lián)構(gòu)成的，分別有自己的獨(dú)立輸入輸出端，并且各級(jí)熱管組(11 ;12 ；13)的蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)相互并排擺放，組裝于同一個(gè)殼體內(nèi)，位于蒸發(fā)器風(fēng)扇(7)形成的風(fēng)道內(nèi)，共用一個(gè)蒸發(fā)器風(fēng)扇(7);所述每一級(jí)熱管組(11 ;12 ；13)的冷凝器(41 ；42 ;43)分別都是由相同個(gè)熱管單元相互并聯(lián)構(gòu)成的，分別有自己的獨(dú)立輸入輸出端，并且各級(jí)熱管組(11 ;12 ；13)的冷凝器(41 ；42 ;43)相互并排擺放，組裝于同一個(gè)殼體內(nèi)，位于冷凝器風(fēng)扇(8)形成的風(fēng)道內(nèi)，共用一個(gè)冷凝器風(fēng)扇(8);所述蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)要位于冷凝器(41 ；42 ；43)的下方，蒸汽通道(51 ；52 ；53)使每一級(jí)蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)的頂端與對(duì)應(yīng)的冷凝器(41 ；42 ；43)的頂端相導(dǎo)通，液體通道(61 ；62 ；63)使每一級(jí)冷凝器(41 ；42 ；43)的底端與對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)的底端相導(dǎo)通；這樣整個(gè)系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器分開布置，兩者通過蒸汽通道和液體通道的連接，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式多級(jí)熱管系統(tǒng)，其特征在于，所述每一級(jí)熱管組(11 ；12 ；13)的蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)分別都是由相同個(gè)熱管單元相互并聯(lián)構(gòu)成的，即每一級(jí)熱管組(11 ；12 ；13)的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)的每一根熱管單元的頂端和底端分別用一根帶有一個(gè)外接端口的導(dǎo)熱金屬橫管依次導(dǎo)通，這樣保證每一級(jí)熱管組(11 ;12 ；13)的蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)都有一個(gè)共同的壓差，使每一根熱管單元的制冷工質(zhì)的總量基本保持相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式多級(jí)熱管系統(tǒng)，其特征在于，所述每一級(jí)熱管組(11 ；12 ；13)的冷凝器(41 ；42 ;43)分別都是由相同個(gè)熱管單元相互并聯(lián)構(gòu)成的，即每一級(jí)熱管組(11 ；12 ；13)的冷凝器(41 ；42 ；43)的每一根熱管單元的頂端和底端分別用一根帶有一個(gè)外接端口的導(dǎo)熱金屬橫管依次導(dǎo)通，這樣保證每一級(jí)熱管組(11 ;12 ；13)的冷凝器(41 ；42 ；43)都有一個(gè)共同的壓差，使每一根熱管單元的制冷工質(zhì)的總量基本保持相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式多級(jí)熱管系統(tǒng)，其特征在于，所述熱管單元(I)是導(dǎo)熱性好的金屬管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式多級(jí)熱管系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝器(41；42 ；43)和蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)所在風(fēng)道內(nèi)風(fēng)的流向是逆向的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種分體式多級(jí)熱管系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝器(41；42 ；43)和蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)所在風(fēng)道內(nèi)風(fēng)的流向相反，或其通道內(nèi)是其他流體，但流體的流向要逆向，且方向垂直于熱管單元，平行于散熱翅片所在平面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式多級(jí)熱管系統(tǒng)，其特征在于，所述每一排散熱翅片(2)是級(jí)與級(jí)之間完全隔開的單獨(dú)散熱翅片構(gòu)成，或是一張整體的散熱翅片，但各級(jí)熱管組的散熱翅片之間用隔熱縫(21)隔開，主要是起到各級(jí)熱管組之間的隔熱作用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式多級(jí)熱管系統(tǒng)，其特征在于，所述一級(jí)熱管組(11)、二級(jí)熱管組(12)、 三級(jí)熱管組(13)以及N級(jí)熱管組的每一級(jí)內(nèi)所充的制冷工質(zhì)是單一的制冷工質(zhì)，不同的級(jí)根據(jù)需要充入不同的制冷工質(zhì)，其工作運(yùn)行時(shí)各級(jí)熱管組相互不影響。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種分體式多級(jí)熱管系統(tǒng)，主要由一級(jí)熱管組、二級(jí)熱管組、三級(jí)熱管組、熱管單元以及連接管道，可以根據(jù)需要做成N級(jí)熱管組；整個(gè)系統(tǒng)由冷凝器、蒸發(fā)器、蒸汽通道以及液體通道四個(gè)部分組成；每一級(jí)熱管組的蒸發(fā)器和冷凝器都是由相同個(gè)熱管單元相互并聯(lián)構(gòu)成的一組獨(dú)立的循環(huán)回路；該系統(tǒng)的蒸發(fā)器在冷凝器的下部，蒸汽通道使每一級(jí)蒸發(fā)器與冷凝器的頂端相導(dǎo)通，液體通道使每一級(jí)蒸發(fā)器和冷凝器的底端相導(dǎo)通；整個(gè)系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器分開布置，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳熱，這就給工藝設(shè)計(jì)帶來較大的靈活性，也給裝置的大型化、熱能的綜合利用以及熱能利用系統(tǒng)的優(yōu)化創(chuàng)造了良好的條件。
文檔編號(hào)F28D15/02GK202915780SQ20122054869
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者祝長宇, 丁式平 申請(qǐng)人:北京德能恒信科技有限公司