一種管線式脈動熱管換熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種管線式脈動熱管換熱器，其特征在于，包括熱媒流動管道，熱媒流動管道的前后兩側各設有一個脈動熱管，所述的脈動熱管包括蒸發(fā)段、冷凝段以及位于蒸發(fā)段和冷凝段之間的絕熱段，所述的熱媒流動管道包括入口管路、出口管路和位于入口管路和出口管路之間的中間管路，其中，所述的脈動熱管的蒸發(fā)段設于熱媒流動管道的入口管路的側面，所述的脈動熱管的冷凝段設于熱媒流動管道的出口管路的側面。本發(fā)明的脈動熱管能夠高效傳熱，在無動力的外界條件下，依靠汽、液兩相介質的自我振蕩流動來傳遞熱量。在整個過程中，無需消耗外部機械功和電功，在熱驅動下實現(xiàn)自我振蕩，具有制造容易、成本低廉的特點。
【專利說明】一種管線式脈動熱管換熱器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種利用脈動熱管進行增強換熱的管線式換熱器的一種裝置。利用脈動熱管相變傳熱和脈動效應，有效提高換熱器的換熱效率，形成高效的脈動熱管換熱器。主要用于船舶、汽車、航天、電子、余熱回收以及太陽能與地熱利用等場合。具有換熱效率聞，壓力損失少，不易結垢等特點。

【背景技術】
[0002]在交通運輸、航空航天以及工業(yè)生產過程中，需要在設備系統(tǒng)與周圍環(huán)境之間或者在同一系統(tǒng)的不同部分之間控制或是強化熱量的傳遞。換熱器不僅是保證正常生產生活必不可少的關鍵設備之一，同時也在節(jié)能減排，能源的二次利用之中起到了不可替代的作用。目前換熱器的種類很多，技術相對成熟，但是如何高效，節(jié)能的提高換熱效率依然是換熱器面對的難題。
[0003]脈動熱管是一種新型高效傳熱設備，運行時主要依靠汽、液兩相介質的自我振蕩流動來傳遞熱量。其工作原理是:將管內抽成真空后充注一定量的工作介質，由于管徑足夠小，管內將形成氣泡柱和液體柱間隔布置并呈隨機分布的狀態(tài)。在蒸發(fā)端，工質吸熱產生氣泡，迅速膨脹和升壓，推動工質流向低溫冷凝端，那里，氣泡冷卻收縮并破裂，壓力下降。這樣，由于兩端間存在壓差以及相鄰管子之間存在的壓力不平衡，使得工質在蒸發(fā)段和冷凝段之間振蕩流動，從而實現(xiàn)熱量的傳遞。在整個過程中，無需消耗外部機械功和電功，完全是在熱驅動下的自我震蕩。脈動熱管具有結構簡單，制造容易，成本低廉的優(yōu)點，現(xiàn)已成功應用在電力設備及微電子的熱處理。結構合理的脈動熱管傳熱系數(shù)很大，由不銹鋼板制作的板式脈動熱管的導熱系數(shù)約為2000W/m.Κ，比原不銹鋼的導熱系數(shù)高出120倍，同時保持了不銹鋼原有的優(yōu)點。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的問題是提供一種具有高效傳熱性能的管線式脈動熱管換熱器。
[0005]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種管線式脈動熱管換熱器，其特征在于，包括熱媒流動管道，熱媒流動管道的前后兩側各設有一個脈動熱管，所述的脈動熱管包括蒸發(fā)段、冷凝段以及位于蒸發(fā)段和冷凝段之間的絕熱段，所述的熱媒流動管道包括入口管路、出口管路和位于入口管路和出口管路之間的中間管路，其中，所述的脈動熱管的蒸發(fā)段設于熱媒流動管道的入口管路的側面，所述的脈動熱管的冷凝段設于熱媒流動管道的出口管路的側面。
[0006]優(yōu)選地，所述的脈動熱管的蒸發(fā)段與熱媒流動管道的入口管路之間以及所述的脈動熱管的冷凝段與熱媒流動管道的出口管路之間設有增強換熱管網(wǎng)。
[0007]更優(yōu)選地，所述的增強換熱管網(wǎng)和脈動熱管分別對稱地設于熱媒流動管道的兩側。
[0008]優(yōu)選地，所述的脈動熱管為蛇形管，所述的蛇形管的首尾相連形成閉式回路脈動熱管，其斷面形狀為圓形，所述的蛇形管中設有制冷劑。
[0009]優(yōu)選地，所述的脈動熱管為蛇形管，所述的蛇形管的首尾不相連形成開式回路脈動熱管，其斷面形狀為圓形，所述的蛇形管中設有制冷劑。
[0010]更優(yōu)選地，所述的蛇形管的充液率為55%，所述的制冷劑為R134a、丙酮、酒精、水或氨水。(工質可以依據(jù)實際換熱量以及成本等綜合考慮而定)。
[0011]優(yōu)選地，所述的熱媒流動管道為蛇形管。
[0012]更優(yōu)選地，所述的蛇形管的彎頭部分設于絕熱箱體中。
[0013]優(yōu)選地，所述的熱媒流動管道內設有熱媒，熱媒流速為0.02kg/s-l.5kg/s。
[0014]優(yōu)選地，所述的脈動熱管豎直安裝，其蒸發(fā)段位于上側，冷凝段位于下側，熱媒流動管道中的熱媒由高端流向低端。
[0015]優(yōu)選地，所述的脈動熱管水平安裝，其蒸發(fā)段位于絕熱段的左側或右側，冷凝段位于絕熱段的右側或左側，脈動熱管的彎頭數(shù)為40個以上。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0017]1、本發(fā)明是通過利用脈動熱管內工作液體的相態(tài)變化來增強換熱的裝置。脈動熱管能夠高效傳熱，在無動力的外界條件下，依靠汽、液兩相介質的自我振蕩流動來傳遞熱量。在整個過程中，無需消耗外部機械功和電功，在熱驅動下實現(xiàn)自我振蕩，具有制造容易、成本低廉的特點。
[0018]2、本發(fā)明的增強換熱管網(wǎng)在熱媒流動管道與脈動熱管之間安裝，這樣有利于熱媒流體管道與脈動熱管之間熱量的交換，同時能夠使脈動熱管受熱均勻，更好的提高脈動熱管換熱器的換熱效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1a為開式脈動熱管結構示意圖；
[0020]圖1b為閉式脈動熱管結構示意圖；
[0021]圖2為熱媒流動管道結構示意圖；
[0022]圖3為增強換熱管網(wǎng)結構示意圖；
[0023]圖4a為使用開式脈動熱管的管線式脈動熱管換熱器結構示意圖；
[0024]圖4b為使用閉式脈動熱管的管線式脈動熱管換熱器結構示意圖；
[0025]圖5為管線式脈動熱管換熱器俯視圖。

【具體實施方式】
[0026]下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些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。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0027]實施例1
[0028]一種使用開式脈動熱管的管線式脈動熱管換熱器，包括脈動熱管1、熱媒流動管道
2、增強換熱管網(wǎng)3和絕熱箱體4。
[0029]如圖1a所示，所述的脈動熱管I為由外徑4_，內徑2.7_的紫銅管彎制而成的蛇形管，彎曲半徑為8mm，所述的蛇形管的首尾不相連形成開式回路脈動熱管，其斷面形狀為圓形，所述的蛇形管中設有R134a制冷劑，充液率為55%，真空度達到10_3Pa。工質可以依據(jù)實際換熱量以及成本等綜合考慮而定。所述的脈動熱管I包括蒸發(fā)段11、冷凝段13以及位于蒸發(fā)段11和冷凝段13之間的絕熱段12。蒸發(fā)段11和冷凝段13的長度、彎頭數(shù)可以根據(jù)實際需求而定。
[0030]如圖2所示，所述的熱媒流動管道2由具有高效傳熱性能的材料紫銅管(紫銅是一種良好的導熱材料，在考慮制作成本及傳熱性能的基礎上，建議選擇紫銅管作為熱媒流動管道)彎制而成，管道呈蛇形，增大了熱媒的散熱面積，便于熱量交換，其包括入口管路21、出口管路22和位于入口管路21和出口管路22之間的中間管路23。所述的蛇形管的彎頭部分設于絕熱箱體4中，絕熱箱體4覆蓋在熱媒流動管道2的彎頭部分，以達到減少熱量損失的目的。所述的熱媒流動管道內設有熱媒，熱媒流速為0.02kg/s-1.5kg/s。對管徑沒有特殊要求，可以依據(jù)熱媒流速而定。
[0031]如圖3所示，所述的增強換熱管網(wǎng)是由直徑Imm的紫銅絲編織而成，紫銅絲橫豎交織，組成網(wǎng)狀結構，目的是為了增大接觸面積，采用導熱系數(shù)高的材料，能夠加強換熱。增強換熱管網(wǎng)的形狀，大小依據(jù)脈動熱管冷熱段的長度而定，材料可以依據(jù)實際需求而定。其大小正好覆蓋脈動熱管的冷凝段或蒸發(fā)段，在熱媒流動管道與脈動熱管之間安裝，這樣有利于熱媒流體管道與脈動熱管之間熱量的交換，同時能夠使脈動熱管受熱均勻，更好的提高脈動熱管換熱器的換熱效率。
[0032]如圖4a所示,熱媒流動管道2的前后兩側各設有一個脈動熱管1，熱媒流動管道2與脈動熱管I呈垂直布置。其中，所述的脈動熱管I的蒸發(fā)段11設于熱媒流動管道2的入口管路21的側面，所述的脈動熱管I的冷凝段13設于熱媒流動管道2的出口管路22的側面。所述的脈動熱管I的蒸發(fā)段11與熱媒流動管道2的入口管路21之間以及所述的脈動熱管I的冷凝段13與熱媒流動管道2的出口管路22之間設有增強換熱管網(wǎng)3。如圖5所示，所述的增強換熱管網(wǎng)3和脈動熱管I分別對稱地設于熱媒流動管道2的兩側。熱媒經過入口處進入管道，在管道內呈S形流動，強化了熱媒的換熱面積。熱媒流動管道可以依據(jù)實際需求具體布置。安裝時，先固定好熱媒流動管道2，在熱媒流動管道2的兩端布置增強換熱管網(wǎng)3，盡量減少增強換熱管網(wǎng)3與熱媒流動管道2之間的間隙，使其緊湊的安裝在脈動熱管I與熱媒流動管道2之間；絕熱箱體4安裝在熱媒流動管道2的彎頭處，使其減少熱媒在彎頭處的熱量損失，提高管線式脈動熱管換熱器的換熱效率。
[0033]本發(fā)明涉及的管線式脈動熱管換熱器的部件的長度和結構形式可以根據(jù)實際情況而定。管線式脈動熱管換熱器可以垂直安裝也可以水平安裝。如圖4a所示，當脈動熱管I豎直安裝時，其蒸發(fā)段位于上側，冷凝段位于下側，熱媒入口設置在高處，熱媒流動管道2中的熱媒由高端流向低端。脈動熱管的彎頭數(shù)個數(shù)沒有明確要求。當脈動熱管I水平安裝時，其蒸發(fā)段位于絕熱段的左側或右側，冷凝段位于絕熱段的右側或左側，熱媒流動入口可以設置在任意端，經過大量實驗證明，在以100°c水為熱媒，R134a為脈動熱管的制冷劑時，隨著脈動熱管彎頭數(shù)的增加，換熱效率由75%上升至90%，一般情況下彎頭數(shù)滿足40個以上，對換熱器的換熱效率具有明顯促進作用同時能夠擺脫脈動熱管垂直安裝與水平安裝的限制。
[0034]使用時，高溫的熱媒經過增強換熱管網(wǎng)，給脈動熱管的蒸發(fā)段供能，脈動熱管啟動，經過脈動熱管的相變傳熱及脈動效應，熱量傳遞給冷凝段，此時經過換熱的低溫水經過冷凝段，強化了冷凝段的換熱，使熱量快速的散發(fā)出去，達到強化換熱的目的。
[0035]實施例2
[0036]如圖4b所示，為使用閉式脈動熱管的管線式脈動熱管換熱器結構示意圖，所述的使用閉式脈動熱管的管線式脈動熱管換熱器，其結構類似于實施例1，區(qū)別在于，所述的脈動熱管I的結構不同，所述的脈動熱管I為蛇形管，所述的蛇形管的首尾相連形成閉式回路脈動熱管，其斷面形狀為圓形，所述的蛇形管中設有制冷劑。
【權利要求】
1.一種管線式脈動熱管換熱器，其特征在于，包括熱媒流動管道(2)，熱媒流動管道(2)的前后兩側各設有一個脈動熱管(I)，所述的脈動熱管(I)包括蒸發(fā)段(11)、冷凝段(13)以及位于蒸發(fā)段(11)和冷凝段(13)之間的絕熱段(12)，所述的熱媒流動管道(2)包括入口管路(21)、出口管路(22)和位于入口管路(21)和出口管路(22)之間的中間管路(23)，其中，所述的脈動熱管(I)的蒸發(fā)段(11)設于熱媒流動管道(2)的入口管路(21)的側面，所述的脈動熱管(I)的冷凝段(13)設于熱媒流動管道(2)的出口管路(22)的側面。
2.如權利要求1所述的管線式脈動熱管換熱器，其特征在于，所述的脈動熱管(I)的蒸發(fā)段(11)與熱媒流動管道(2)的入口管路(21)之間以及所述的脈動熱管(I)的冷凝段(13)與熱媒流動管道(2)的出口管路(22)之間設有增強換熱管網(wǎng)(3)。
3.如權利要求2所述的管線式脈動熱管換熱器，其特征在于，所述的增強換熱管網(wǎng)(3)和脈動熱管(I)分別對稱地設于熱媒流動管道(2)的兩側。
4.如權利要求1所述的管線式脈動熱管換熱器，其特征在于，所述的脈動熱管(I)為蛇形管，所述的蛇形管的首尾相連形成閉式回路脈動熱管，其斷面形狀為圓形，所述的蛇形管中設有制冷劑。
5.如權利要求1所述的管線式脈動熱管換熱器，其特征在于，所述的脈動熱管(I)為蛇形管，所述的蛇形管的首尾不相連形成開式回路脈動熱管，其斷面形狀為圓形，所述的蛇形管中設有制冷劑。
6.如權利要求1所述的管線式脈動熱管換熱器，其特征在于，所述的熱媒流動管道為蛇形管。
7.如權利要求6所述的管線式脈動熱管換熱器，其特征在于，所述的蛇形管的彎頭部分設于絕熱箱體(4)中。
8.如權利要求1所述的管線式脈動熱管換熱器，其特征在于，所述的熱媒流動管道內設有熱媒，熱媒流速為0.02kg/s-l.5kg/s。
9.如權利要求1所述的管線式脈動熱管換熱器，其特征在于，所述的脈動熱管(I)豎直安裝，其蒸發(fā)段位于上側，冷凝段位于下側，熱媒流動管道(2)中的熱媒由高端流向低端。
10.如權利要求1所述的管線式脈動熱管換熱器，其特征在于，所述的脈動熱管(I)水平安裝，其蒸發(fā)段位于絕熱段的左側或右側，冷凝段位于絕熱段的右側或左側，脈動熱管(I)的彎頭數(shù)為40個以上。
【文檔編號】F28D15/02GK104197760SQ201410403626
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權日:2014年8月15日
【發(fā)明者】楊洪海, 鄒晶, 方海洲, 王欣 申請人:東華大學