一種激勵耦合式脈動熱管換熱器的製作方法

2023-06-15 13:03:26 3

專利名稱：一種激勵耦合式脈動熱管換熱器的製作方法
技術領域：
本發明屬於餘熱回收，傳熱、傳質技術領域，特別涉及一種激勵耦合式脈動熱管換 熱器。
背景技術：
餘熱回收是指利用換熱器從各種熱源中提取一部分熱量加以利用。它是節能工作 的一個重要方面，其節能效果顯著。能源是發展國民經濟的重要物質基礎，是人類賴以生存 的必要條件。能源開發與利用程度是反映人類進步、文明的一個重要標誌。提高能源的使 用效率往往是一個國家或地區經濟發展戰略的重要目標之一。為了人類自身更好地生存和 發展，基於當今世界能源存儲與消耗的形勢以及環境保護等方面的迫切要求，餘熱回收的 意義就更顯突出。但是我國的很多能源利用領域，包括一些重點行業，存在著熱回收效率不高，回收 不夠科學、合理以及在小傳熱溫差條件下的熱回收對於常規換熱器無法實現的情況。因此， 如能將脈動熱管技術應用於低溫回收領域，將對上述領域節能工作的進一步開展會起到積 極的推動作用。熱管換熱器在工業餘熱回收方面的應用就是節能技術中可供優選的方案之 一，特別是在電站餘熱回收應用中，氣_氣熱管換熱器將起到巨大的作用。脈動熱管按其循環系統的不同，可分為首尾連成閉合迴路的迴路型和首尾端不相 連的非迴路型兩種，震蕩脈動熱管運行的基本原理是當熱管管徑足夠小時，真空條件下封 裝在管內的工作介質(通常液體工質的充裝率小於60% 80%)將在管內形成液、汽相間 的柱塞。在蒸發段16，汽泡或汽柱與管壁之間的液膜因受熱而不斷蒸發，致汽泡膨脹，並推 動汽_液柱塞流向冷凝端冷凝收縮，從而在冷熱端之間形成較大的壓差。由於汽_液柱塞交 錯分布，因而在管內產生強烈的往復振蕩運動，其振蕩頻率遠遠高於傳統熱管內的汽_液 循環頻率。而且，其工作介質與熱管壁面間的對流換熱過程也因受到劇烈脈動流的作用而 大大強化。另外，脈動熱管還具有結構簡單，不需要毛細芯，有利於降低成本；加熱位置和加 熱方式不受限制(常用的重力熱管必須底部加熱)；可以隨意彎曲，適用範圍廣；以及管徑 小，重量輕，易於實現微型化和啟動迅速等突出優點。目前餘熱回收裝置的強化換熱措施主 要採用翅片和肋板等傳統方法，翅片換熱器的主要缺點是結構複雜，加工複雜，阻力大，肋 板換熱器的主要缺點是沿肋高方向溫度不同，換熱效果差，成本高等缺點。現有的脈動熱管 技術只是將單個熱管應用到傳熱領域，本發明是將兩個脈動熱管有機結合，組成耦合式脈 動熱管換熱器，整個換熱器的傳熱過程由於兩脈動熱管間的脈動特性相互激勵而大大得到 強化，因此換熱效率遠遠大於單個熱管的效率，可應用於氣-液、氣-氣、液-液等的換熱過 程，其優點是安裝靈活，熱回收效率高，結構簡單，造價低，不受季節和地域的限制，適用範 圍廣。

發明內容
針對現有技術的不足和缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種熱回收效率
3高，結構簡單，適用範圍廣的激勵耦合式脈動熱管換熱器。
本發明是這樣設計的一種激勵耦合式脈動熱管換熱器，其特徵在於，包括箱體、 水箱、主體脈動熱管和耦合脈動熱管組成，其中箱體由前端板，左端板，右端板，上孔板和 下孔板成，所述箱體位於水箱之上，所述的主體脈動熱管穿過上孔板和下孔板，貫穿於箱 體和水箱，所述的耦合脈動熱管位於箱體裡，所述的主體脈動熱管是由至少兩根內徑小於 5mm的U型金屬管通過首尾相連成閉合管束，所述的耦合脈動熱管是至少兩排內徑小於 5mm蛇形金屬管通過首尾相連成閉合管束，所述的耦合脈動熱管與主體脈動熱管正交布置， 點_點接觸，也可面_面接觸，其他部位暴露在換熱介質當中，所述的箱體的下孔板與水箱 的頂蓋通過法蘭固定，所述的水箱設有進水口和出水口，所述的箱體的上孔板內側與主體 脈動熱管通過上矽膠板密封，箱體的下孔板內側與主體脈動熱管通過下矽膠板密封，所述 的箱體和水箱之間要求密封和保溫，水箱主體外加保溫層，所述的耦合脈動熱管可以與冷 源內的主體脈動熱管耦合，也可與熱源內的主體脈動熱管耦合，還可與整個主體脈動熱管 耦合。主體脈動熱管和耦合脈動熱管內工質，根據換熱需要，可以為同種工質，也可為不同 種工質。本發明是將2個脈動熱管有機結合，組成激勵耦合式脈動熱管換熱器。位於水箱 內的主體脈動熱管的管段為蒸發段，位於箱體內的主體脈動熱管的管段為冷凝段。因為主 體脈動熱管冷凝段的壁面溫度要高於與之接觸的耦合式脈動熱管的壁面溫度，耦合脈動熱 管的管束與主體脈動熱管管束正交接觸的部位和空氣之間正好構成相應的蒸發段和冷凝 段，這樣耦合脈動熱管和空氣就建立起了交替的多冷源和多熱源形式，在多熱源和多冷源 作用下，耦合脈動熱管振蕩運行，某種程度上耦合脈動熱管內工質所形成的振蕩流更加穩 定，同時還會克服脈動熱管在單一冷、熱源下工作時，由於管子過長而導致啟動功率增加， 難以啟動的現象。這樣，主體脈動熱管的振蕩特性為耦合脈動熱管提供了變化負荷的外場， 並以此來誘導耦合式脈動熱管內的工質，使其流動和傳熱特性產生脈動的效果；而耦合脈 動熱管內工質脈動的流動和傳熱特性又以外場作用於主體脈動熱管；整個換熱器的傳熱過 程由於兩脈動熱管間的脈動特性相互激勵而大大得到強化。因此，相對於傳統的換熱器，本 發明安裝靈活，熱回收效率高，結構簡單，造價低，不受季節和地域的限制，適用範圍廣。


下面結合

及具體實施方式
對本發明作進一步說明。圖1為激勵耦合式脈動熱管換熱器結構示意圖。圖2為本發明箱體_水箱結構主視圖。圖3為本發明箱體-水箱結構俯視圖。圖中1為箱體，2為水箱，3為主體脈動熱管，4為耦合脈動熱管，5為前端板，6為左 端板，7為右端板，8為上孔板，9為下孔板，10為法蘭，11為進水口，12為出水口，13為上矽 膠板，14為下矽膠板，15為主體脈動熱管冷凝段，16為主體脈動熱管蒸發段，17為耦合脈動 熱管蒸發段，18為耦合脈動熱管冷凝段。
具體實施例方式本發明涉及一種激勵耦合式脈動熱管換熱器，如圖1、2、3所示，屬於餘熱回收，傳熱、傳質技術領域。包括箱體1、水箱2、主體脈動熱管3、耦合脈動熱管4，上矽膠板13，下 矽膠板14。箱體1由前端板5，左端板6，右端板7，上孔板8和下孔板9組成。箱體1位於 水箱2之上，主體脈動熱管3穿過上孔板8和下孔板9，貫穿於箱體1和水箱2 ；箱體1的下 孔板9與水箱2的頂蓋通過法蘭10固定。耦合脈動熱管4位於箱體1裡，耦合脈動熱管4 管束與主體脈動熱管3的管束正交布置，點_點或面_面接觸，其他部位暴露在換熱介質當 中。箱體1的上孔板8內側與主體脈動熱管3通過上矽膠板13密封，箱體1的下孔板9內 側與主體脈動熱管3通過下矽膠板14密封，水箱2設有進水口 11和出水口 12。主體脈動熱管3是由至少兩根內徑小於5mm的U型金屬管通過首尾相連成閉合管 束，耦合脈動熱管4是至少兩排內徑小於5mm蛇形金屬管通過首尾相連成閉合管束。主體脈動熱管經過抽真空、灌液、封裝等程序後，穿過箱體1的上孔板8和下孔板 9，貫穿於箱體1和水箱2中，耦合脈動熱管經過抽真空、灌液、封裝等程序後，放入箱體1，與 主體脈動熱管的管束正交分布，點_點或面_面接觸，其他部位暴露在換熱介質當中，箱體 1的上孔板8內側與主體脈動熱管3通過上矽膠板13密封，箱體1的下孔板9內側與主體 脈動熱管3通過下矽膠板4密封，水箱2主體設有保溫層。本說明書只是針對氣-液換熱過程(並且液為熱源，氣為冷源)進行闡述的，至於 氣-氣、液-液等的換熱過程，以及冷、熱源的氣、液不同分配也同樣適用。氣介質既可以是 空氣也可是煙氣；另外，耦合脈動熱管4可以與冷源內的主體脈動熱管3耦合，也可與熱源 內的主體脈動熱管3耦合，還可與整個主體脈動熱管3耦合。本發明激勵耦合式脈動熱管換熱器是在主體脈動熱管3的基礎上，利用耦合脈動 熱管4與其有機結合。位於水箱內的主體脈動熱管3的管段為主體脈動熱管蒸發段16，位 於箱體內的主體脈動熱管3的管段為主體脈動熱管冷凝段15 ；因為主體脈動熱管冷凝段15 的壁面溫度要高於與之接觸的耦合式脈動熱管4的壁面溫度，耦合脈動熱管的管束與主體 脈動熱管管束正交接觸的部位和空氣之間正好構成相應的耦合脈動熱管蒸發段17和耦合 脈動熱管冷凝段18，這樣耦合脈動熱管和空氣就建立起了交替的多冷源和多熱源形式，在 多熱源和多冷源作用下，耦合脈動熱管4振蕩運行，某種程度上耦合脈動熱管內工質所形 成的振蕩流更加穩定，同時還會克服脈動熱管在單一冷、熱源下工作時，由於管子過長而導 致啟動功率增加，難以啟動的現象。這樣，主體脈動熱管3的振蕩特性為耦合脈動熱管4提 供了變化負荷的外場，並以此來誘導耦合式脈動熱管4內的工質，使其流動和傳熱特性產 生脈動的效果；而耦合脈動熱管4內工質脈動的流動和傳熱特性又以外場作用於主體脈動 熱管3，整個換熱器的傳熱過程由於兩脈動熱管間的脈動特性相互激勵而得到強化。目前餘熱回收裝置的強化換熱措施主要採用翅片和肋板等傳統方法，翅片換熱器 的主要缺點是結構複雜，加工複雜，阻力大，肋板換熱器的主要缺點是沿肋高方向溫度不 同，換熱效果差，成本高等缺點。現有的脈動熱管技術只是將單個熱管應用到傳熱領域，本 發明激勵耦合式脈動熱管換熱器的主要優點是將兩個脈動熱管有機結合，組成耦合式脈動 熱管換熱器，兩個脈動熱管相互作用，為雙方相互提供變化的負荷外場；另外，由於脈動熱 管的高效傳熱性能，使換熱器空氣(或煙氣)側的傳熱過程與翅片傳熱性能相比也得到強 化，同時，脈動熱管取代了翅片結構，也相應減少了空氣(或煙氣)側的流動阻力。所以相對 現有的脈動熱管技術，激勵耦合式脈動熱管換熱器的換熱效率大大提高。通過實驗數據表 明，採用激勵耦合式脈動熱管換熱器，其換熱效果要比單個熱管換熱器換熱效果提高5% 10%。因此，相對於傳統的換熱器，本發明安裝靈活，熱回收效率高，結構簡單，造價低，不受 季節和地域的限制，適用範圍廣。本專利申請項目屬於教育部科學技術研究重點項目資助 (No210050)。
權利要求
一種激勵耦合式脈動熱管換熱器，包括蒸發段、冷凝段，其特徵在於，還包括箱體(1)、水箱(2)、主體脈動熱管(3)和耦合脈動熱管(4)，其中箱體(1)由前端板(5)，左端板(6)，右端板(7)，上孔板(8)和下孔板(9)組成，所述箱體(1)位於水箱(2)之上，所述的主體脈動熱管(3)穿過上孔板(8)和下孔板(9)，貫穿於箱體(1)和水箱(2)，所述的耦合脈動熱管(4)位於箱體(1)裡。
2.根據權利要求1所述的一種激勵耦合式脈動熱管換熱器，其特徵在於，所述的主體 脈動熱管(3)是由至少兩根內徑小於5mm的U型金屬管通過首尾相連成閉合管束。
3.根據權利要求1所述的一種激勵耦合式脈動熱管換熱器，其特徵在於，所述的耦合 脈動熱管(4)是至少兩排內徑小於5mm蛇形金屬管通過首尾相連成閉合管束。
4.根據權利要求1、2、3所述的一種激勵耦合式脈動熱管換熱器，其特徵在於，所述的 耦合脈動熱管與主體脈動熱管(3)正交布置，點_點接觸，也可面-面接觸，其他部位暴露 在換熱介質當中。
5.根據權利要求1所述的一種激勵耦合式脈動熱管換熱器，其特徵在於，所述的箱體(1)的下孔板(9)與水箱(2)的頂蓋通過法蘭(10)固定。
6.根據權利要求1所述的一種激勵耦合式脈動熱管換熱器，其特徵在於，所述的水箱(2)設有進水口(11)和出水口(12)。
7.根據權利要求1、2所述的一種激勵耦合式脈動熱管換熱器，其特徵在於，所述的箱 體(1)的上孔板(8)內側與主體脈動熱管(3)通過上矽膠板(13)密封，箱體(1)的下孔板 (9)內側與主體脈動熱管(3)通過下矽膠板(14)密封。
8.根據權利要求1、6所述的一種激勵耦合式脈動熱管換熱器，其特徵在於，所述的箱 體(1)和水箱(2)之間要求密封和保溫，水箱(2)主體外加保溫層。
9.根據權利要求1、2、3所述的一種激勵耦合式脈動熱管換熱器，其特徵在於，所述的 耦合脈動熱管(4)可以與冷源內的主體脈動熱管(3)耦合，也可與熱源內的主體脈動熱管(3)耦合，還可與整個主體脈動熱管(3)耦合。
全文摘要
本發明涉及一種激勵耦合式脈動熱管換熱器，屬於餘熱回收，傳熱、傳質技術領域，包括箱體、水箱、主體脈動熱管和耦合脈動熱管，箱體由前端板，左端板，右端板，上孔板和下孔板組成，箱體位於水箱之上，主體脈動熱管穿過上孔板和下孔板，貫穿於箱體和水箱，耦合脈動熱管位於箱體裡；兩脈動熱管管內充入管容積50％～70％的工質在管內形成交替分布的液柱和氣塞，主體脈動熱管的振蕩特性為耦合脈動熱管提供了變化負荷的外場，並以此來誘導耦合式脈動熱管內的工質，使其流動和傳熱特性產生脈動的效果；而耦合脈動熱管內工質脈動的流動和傳熱特性又以外場作用於主體脈動熱管。整個換熱器的傳熱過程由於兩脈動熱管間的脈動特性相互激勵而得到強化。
文檔編號F28D15/02GK101865620SQ20101019288
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月7日 優先權日2010年6月7日
發明者劉建紅, 劉旭, 劉登瀛, 商福民, 李濱惠 申請人:長春工程學院