本發(fā)明屬于熱管領(lǐng)域，尤其涉及一種換熱熱管。

背景技術(shù)：

熱管技術(shù)是1963年美國洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)國家實驗室的喬治格羅佛(George Grover)發(fā)明的一種稱為“熱管”的傳熱元件，它充分利用了熱傳導(dǎo)原理與相變介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導(dǎo)熱能力超過任何已知金屬的導(dǎo)熱能力。

熱管技術(shù)以前被廣泛應(yīng)用在宇航、軍工等行業(yè)，自從被引入散熱器制造行業(yè)，使得人們改變了傳統(tǒng)散熱器的設(shè)計思路，擺脫了單純依靠高風(fēng)量電機來獲得更好散熱效果的單一散熱模式，采用熱管技術(shù)使得散熱器獲得滿意的換熱效果，開辟了散熱行業(yè)新天地。目前熱管廣泛的應(yīng)用于各種換熱設(shè)備，其中包括核電領(lǐng)域，例如核電的余熱利用等。

目前的熱管，尤其是多管路的環(huán)路熱管，在設(shè)計中上部冷凝管都是與水平面保持相同高度，如圖1所示，此種設(shè)計導(dǎo)致上集管中部換熱流體會多于兩端，導(dǎo)致中部換熱量大，兩端換熱量小，造成換熱不均勻，大大的影響了換熱的效率，影響了熱管的使用壽命。

針對上述問題，本發(fā)明在前面發(fā)明的基礎(chǔ)上進行了改進，提供了一種新的熱管，從而解決熱管換熱的情況下的換熱系數(shù)低及其換熱不均勻的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種新的熱管，從而解決前面出現(xiàn)的技術(shù)問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種熱管，包括下集管、上集管、上升管和回流管，所述上升管與下集管和上集管相連通，所述下集管是蒸發(fā)端，所述冷凝端包括上集管以及上升管的至少一部分，所述流體在下集管內(nèi)吸熱蒸發(fā)，經(jīng)過上升管的至少一部分和上集管進行換熱后，在上集管內(nèi)冷凝，冷凝的流體通過回流管回到下集管；所述回流管連接上集管和下集管的兩端，從所述的上集管的中部向上集管的兩端，上集管的橫截面積逐漸增加。

作為優(yōu)選，上集管的上部管壁或者下部管壁為拋物線結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，上集管的上部壁面為水平面，上集管的下部壁面為彎曲或彎折結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，從上集管下部管壁的中間位置向下部管壁的兩端為直線結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，上集管下部管壁兩端與中點的連線之間形成的夾角為160－170°。

作為優(yōu)選，上升管為環(huán)管，所述環(huán)管為一個或者多個，每個環(huán)管包括圓弧形的多根換熱管，相鄰換熱管的端部連通，使多根換熱管形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，并且使得換熱管的端部形成換熱管自由端。

作為優(yōu)選，多根圓弧形的換熱管的中心線為同心圓的圓弧。

作為優(yōu)選，回流管連接下集管和上集管的兩側(cè)端部的位置。

作為優(yōu)選，所述同心圓是以上集管的橫截面的中心為圓心的圓。

作為優(yōu)選，所述下集管的管徑小于上集管的管徑。

作為優(yōu)選，下集管的內(nèi)徑為R1，上集管的內(nèi)徑為R2，則0.45<R1/R2<0.88。

作為優(yōu)選，所述環(huán)管為多個，所述多個環(huán)管為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，隨著距離下集管的中心越遠，相鄰換熱管之間的距離越來越大。

作為優(yōu)選，下集管的內(nèi)徑為R1，上集管的內(nèi)徑為R2，換熱管的外徑為D，相鄰換熱管的中心線的距離是L，滿足如下關(guān)系：

10*c*（R1/R2）=a-b*Ln(5*D/L)，其中Ln是對數(shù)函數(shù)，a,b是系數(shù)，c是修正系數(shù)；

f是下部管壁從端部向中間連線形成的夾角，為160－170°；

上部管壁為水平結(jié)構(gòu)，下部管壁為傾斜結(jié)構(gòu)，c=d/sin(f/2)，其中1.012<d<1.033; 作為優(yōu)選，d隨著f的增加而增加；

其中17.03<a<18.12,9.15<b<10.11；

55mm<R1<100mm；95mm<R2<145mm；

25mm<D<80mm；40mm<L<120mm；

0.45<R1/R2<0.88；

0.5<D/L<0.7。

作為優(yōu)選，a=17.54,b=9.68。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的板式換熱器及其換熱管壁具有如下的優(yōu)點：

1）本發(fā)明通過上集管從中間向兩端，橫截面越來越大，使得集管中部面積小，兩端面積大，中部受熱多，因此流體分布多，通過本發(fā)明可以將中部流體向兩端分布，保證整體的上集管換熱均勻，避免上集管的熱量及其溫度分布不均勻，從而延長熱管的使用壽命。

2）本發(fā)明通過上集管下壁面從中部向兩端形成傾斜結(jié)構(gòu)，從而使得冷凝后的液體能夠快速的流到端部，從而通過回流管流到蒸發(fā)管，能夠保證冷凝后的流體快速流出，提高換熱效率及其換熱的均勻性。

3）本發(fā)明首次提出了環(huán)管式的熱管結(jié)構(gòu)，并且，通過設(shè)置環(huán)管，換熱流體受熱后會產(chǎn)生體積膨脹，誘導(dǎo)環(huán)管自由端產(chǎn)生振動。從而使得周圍流體形成進一步擾流，進一步強化傳熱。

4）本發(fā)明對環(huán)管換熱管的管徑大小以及管間距距離下集管的中心線的距離變化的設(shè)置，進一步提高了熱管的換熱效果。

5）本發(fā)明通過大量的試驗，優(yōu)化了熱管的參數(shù)的最佳關(guān)系，從而進一步提高換熱效率。

附圖說明

圖1為背景技術(shù)的熱管裝置正面示意圖。

圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例的熱管裝置正面示意圖。

圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例熱管裝置正面示意圖。

圖4是圖2或3中的A-A截面視圖。

圖5是圖4結(jié)構(gòu)的尺寸示意圖。

圖中：1、下集管，2、上集管，2-1、上集管下部管壁，2-2上集管上部管壁，3、上升管，4、換熱管，5、回流管，6、自由端，7、自由端。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

本文中，如果沒有特殊說明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

如圖2所示的一種熱管，包括下集管1、上集管2、上升管3和回流管5，所述上升管2與下集管1和上集管2相連通，所述下集管1是蒸發(fā)端，所述冷凝端包括上集管2以及上升管3的至少一部分，所述流體在下集管1內(nèi)吸熱蒸發(fā)，經(jīng)過上升管3的至少一部分和上集管2進行換熱后，在上集管1內(nèi)冷凝，冷凝的流體通過回流管5回到下集管1；如圖2所示，從所述的上集管2的中部（即點F）向上集管1的兩端（即點G、Ｈ），上集管2的橫截面積逐漸增加。

本發(fā)明通過上集管２從中間向兩端，橫截面越來越大，使得集管中部面積小，兩端面積大，中部受熱多，因此流體分布多，通過本發(fā)明可以將中部流體向兩端分布，保證整體的上集管換熱均勻，避免上集管２的熱量及其溫度分布不均勻，從而延長熱管的使用壽命。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，采取上述的技術(shù)方案，與圖1的技術(shù)方案相比，能夠提高10－14％的換熱效率。

作為優(yōu)選，上集管２的上部管壁2-1和/或者下部管壁2-2為拋物線結(jié)構(gòu)（即圖2中GFH這3個點構(gòu)成的線是拋物線）。所述拋物線的最低點或者最高點為上部管壁2-2或下部管壁2-1的中點。

通過設(shè)置拋物線結(jié)構(gòu)，能夠進一步增加流體換熱分布的均勻性。

作為優(yōu)選，如圖3所示，上集管2的上部壁面為水平面，上集管2的下部壁面2-2為彎曲或彎折結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，從上集管2下部管壁2-2的中間位置向下部管壁2-2的兩端為直線結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，上集管下部管壁兩端與中點的連線之間形成的夾角為160－170°。

如圖2、3所示，所述的上集管2的下部管壁2-1的中間位置F高于上集管的下部管壁2－1的兩端G和H。

本發(fā)明通過設(shè)置上集管從中部向兩端形成傾斜結(jié)構(gòu)，從而使得冷凝后的液體能夠快速的流到端部，從而通過回流管流到蒸發(fā)管，能夠保證冷凝后的流體快速流出，提高換熱效率及其換熱的均勻性。

作為優(yōu)選，如圖2所示，從上集管2下部管壁2－1的中間位置向下部管壁2－1的兩端為直線結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，上集管下部管壁之間形成的夾角f為160－170度。通過實驗發(fā)現(xiàn)，夾角f不能過大，也不能過小，過大導(dǎo)致下部管壁2-1傾斜度太大，冷凝后的液體沒有來得及參與顯熱換熱就流入下集管。同理，如果太小，則導(dǎo)致回流效果不好。

作為優(yōu)選，如圖3所示，所述上集管上部管壁2-2高度相同。圖2中，上部管壁2-1和下部管壁2-2都是采取從中間向下傾斜的形狀，而圖3采取了新的結(jié)構(gòu)形式，上部管壁2-2采取水平形狀，不是傾斜形狀，采取圖3的結(jié)構(gòu)，使得上集管從中間向兩端，橫截面越來越大，能夠?qū)Q熱流體向兩端分布，保證整體的上集管換熱均勻，避免上集管的熱量及其溫度分布不均勻，從而延長熱管的使用壽命。

作為優(yōu)選，上升管3為環(huán)管3，所述環(huán)管3為一個或者多個，每個環(huán)管3包括圓弧形的多根換熱管4，相鄰換熱管4的端部連通，使多根換熱管4形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，并且使得換熱管4的端部形成換熱管4自由端。

作為優(yōu)選，環(huán)管3為一個或者多個，例如，圖1展示了多個環(huán)管3。

如圖2所示，上集管2位于下集管1的上部。

如圖4所示，每個環(huán)管3包括圓弧形的多根換熱管4，相鄰換熱管4的端部連通，使多根換熱管4形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，并且使得換熱管4的端部形成換熱管自由端6、7。

熱管在進行工作時，通過上集管2以及環(huán)管3與其他流體進行換熱。其他流體可以僅僅與環(huán)管3的一部分進行換熱，例如圖4中的與下集管1連接的環(huán)管3的部分不參與換熱。

作為優(yōu)選，不參與換熱的部分是絕熱端。即此時熱管包括蒸發(fā)端、冷凝端和絕熱端，其中蒸發(fā)端是下集管1，絕熱端是與下集管1連接的環(huán)管3的一部分，其余部分是冷凝端。

作為優(yōu)選，僅僅將下集管1作為蒸發(fā)端，上集管2和環(huán)管作為冷凝端，沒有絕熱端。

本發(fā)明提供了一種新的結(jié)構(gòu)的熱管，通過設(shè)置環(huán)管，換熱流體受熱后會產(chǎn)生體積膨脹，從而形成蒸汽，而蒸汽的體積遠遠大于水，因此形成的蒸汽會在環(huán)管內(nèi)進行快速沖擊式的流動。因為體積膨脹以及蒸汽的流動，能夠誘導(dǎo)環(huán)管1自由端6、7產(chǎn)生振動，換熱管自由端6、7在振動的過程中將該振動傳遞至周圍換熱流體，流體也會相互之間產(chǎn)生擾動，從而使得周圍的換熱流體形成擾流，破壞邊界層，從而實現(xiàn)強化傳熱的目的。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，相對于現(xiàn)有技術(shù)的一直處于靜置狀態(tài)的熱管，換熱效率提高25－35％。

作為優(yōu)選，所述下集管1、上集管2以及環(huán)管3都是圓管結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，回流管5連接下集管1和上集管2的兩側(cè)端部的位置。這樣保證流體在上集管2內(nèi)的流動路徑長，能夠進一步增加換熱時間，提高換熱效率。

作為優(yōu)選，換熱管4是彈性換熱管。將換熱管4設(shè)置彈性換熱管，可以進一步增加自由端的擾流，可以進一步提高換熱系數(shù)。

作為優(yōu)選，多根圓弧形的換熱管4的中心線為同心圓的圓弧。

作為優(yōu)選，所述同心圓是以上集管2的中心為圓心的圓。即環(huán)管3的換熱管4圍繞著上集管2的中心線布置。

如圖4所示，換熱管4不是一個完整的圓，而是留出一個口部，從而形成換熱管的自由端。所述口部的圓弧所在的角度為70－120度，即圖5夾角b和c之和是70－120度。

作為優(yōu)選，所述下集管1的管徑小于上集管2的管徑。

下集管的內(nèi)徑為R1，上集管的內(nèi)徑為R2，作為優(yōu)選則0.45<R1/R2<0.88。

通過上述設(shè)置，可以進一步強化傳熱，提高8－15％的換熱效率。

作為優(yōu)選，隨著距離上集管2的中心越遠，相鄰換熱管4之間的距離越來越大。例如如圖2所示，沿著上集管2的中心為圓心的徑向方向，換熱管BC之間的距離大于AB之間的距離，換熱管CD之間的距離大于BC之間的距離。

作為優(yōu)選，相鄰換熱管4之間的距離越來越大的幅度不斷的增加。

通過上述的優(yōu)選設(shè)置，可以進一步提高換熱效率，增加換熱的熱量分布的均勻性。通過實驗發(fā)現(xiàn)，通過上述設(shè)置可以提高8－12％的換熱效率。

作為優(yōu)選，隨著距離上集管2的中心越遠，換熱管4的直徑越來越大。

作為優(yōu)選，換熱管4的直徑越來越大的幅度不斷的增加。

通過上述的優(yōu)選設(shè)置，可以進一步提高換熱效率，增加換熱的均勻性。通過實驗發(fā)現(xiàn)，通過上述設(shè)置可以提高10％左右的換熱效率。

作為優(yōu)選，如圖2、3所示，所述環(huán)管4為多個，所述多個環(huán)管4為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

在試驗中發(fā)現(xiàn)，下集管1、上集管2以及換熱管4之間的距離關(guān)系可以對換熱效率以及均勻性產(chǎn)生影響。如果換熱管4之間距離過大，則換熱效率太差，換熱管4之間的距離太小，則換熱管4分布太密，也會影響換熱效率，集管以及換熱管的管徑大小影響容納的液體或者蒸汽的體積，則對于自由端6、7的振動會產(chǎn)生影響，從而影響換熱。因此下集管1、上集管2的管徑的大小與換熱管4之間的距離具有一定的關(guān)系。

本發(fā)明是通過多個不同尺寸的熱管的試驗數(shù)據(jù)總結(jié)出的最佳的尺寸關(guān)系。從換熱效果中的換熱量最大出發(fā)，計算了近200種形式。所述的尺寸關(guān)系如下：

下集管的內(nèi)徑為R1，上集管的平均內(nèi)徑為R2，換熱管的外徑為D，相鄰換熱管的中心線的距離是L，滿足如下關(guān)系：

10*c*（R1/R2）=a-b*Ln(5*D/L)，其中Ln是對數(shù)函數(shù)，a,b是系數(shù)，c是修正系數(shù)，根據(jù)不同的實施例取值不同；

f是下部管壁從端部向中間連線形成的夾角，即圖2、3中直線FG和FH之間形成的夾角，為160－170°；

針對圖3的實施例，上部管壁2-2為水平結(jié)構(gòu)，下部管壁為傾斜結(jié)構(gòu)，c=d/sin(f/2)，其中1.012<d<1.033; 作為優(yōu)選，d隨著f的增加而增加；

其中17.03<a<18.12,9.15<b<10.11；

55mm<R1<100mm；95mm<R2<145mm；

25mm<D<80mm；40mm<L<120mm；

0.45<R1/R2<0.88；優(yōu)選為0.5-0.8，進一步優(yōu)選為0.59<R1/R2<0.71；

0.5<D/L<0.7；優(yōu)選0.58<D/L<0.66。

作為優(yōu)選，17.32<a<17.72,9.45<b<9.91；

進一步優(yōu)選，a=17.54,b=9.68。

作為優(yōu)選，換熱管的數(shù)量為3－5根，優(yōu)選為3或4根。

作為優(yōu)選，隨著R1/R2的增加，a的數(shù)值不斷的增加，b的數(shù)值不斷的減小。通過這種變化，使得熱管的結(jié)構(gòu)參數(shù)更加優(yōu)化合理，計算的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

下集管1和上集管2中心線的距離為320－380mm；優(yōu)選為340－360mm。

作為優(yōu)選，換熱管的半徑優(yōu)選為10－40mm；優(yōu)選為15－35mm，進一步優(yōu)選為20－30mm。

如果相鄰的換熱管的直徑不同，換熱管的直徑D取值為相鄰的換熱管直徑的平均值。

上集管的內(nèi)徑R2采取平均值，即上集管不同位置內(nèi)徑的加權(quán)平均值。

進一步優(yōu)選，同一環(huán)管換熱管4的中心線位于同一平面上。作為優(yōu)選，所述平面垂至于下集管1和上集管2的中心線形成的平面。作為優(yōu)選，不同環(huán)管換熱管4的中心線形成的平面互相平行。

進一步優(yōu)選，相鄰環(huán)管3之間的距離為環(huán)管換熱管4外部直徑的2.8-3.6倍。相鄰環(huán)管3之間的距離是以環(huán)管換熱管4的中心線所在的平面之間的距離來計算的。

進一步優(yōu)選，如果環(huán)管換熱管直徑不同，則取同一環(huán)管的換熱管的直徑的平均值來作為環(huán)管的平均直徑。例如圖2所示取換熱管A－D的平均值。然后相鄰的兩個環(huán)管3的直徑平均值來計算相鄰環(huán)管的距離。

作為優(yōu)選，換熱管在同一側(cè)的自由端6、7的端部對齊，在同一個平面上，端部的延長線（或者端部所在的平面）經(jīng)過下集管1的中線，如圖3所示。

作為優(yōu)選，如圖4所示，環(huán)管3的內(nèi)側(cè)換熱管的第一端與上集管2連接，第二端與相鄰的外側(cè)換熱管一端連接，環(huán)管3的最外側(cè)換熱管的一端與下集管1連接，相鄰的換熱管的端部連通，從而形成一個串聯(lián)的結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，下集管1和上集管2的中心的連線所在的平面為豎直方向。

如圖5所示，第一端6所在的平面與下集管1和上集管2中心線所在的平面形成的夾角c為40－65度。

第二端7所在的平面與下集管1和上集管2中心線所在的平面形成的夾角b為55－65度。

通過上述優(yōu)選的夾角的設(shè)計，使得自由端的振動達到最佳，從而使得換熱效率達到最優(yōu)。

如圖4所示，環(huán)管的換熱管4為4個，換熱管A、B、C、D聯(lián)通。當(dāng)然，不局限于四個，可以根據(jù)需要設(shè)置多個，具體連接結(jié)構(gòu)與圖2相同。

所述環(huán)管3為多個，多個浮動環(huán)管1分別獨立連接下集管1和上集管2，即多個浮動環(huán)管1為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。