一種多級分體式熱管的製作方法
2023-06-08 08:56:31
專利名稱：一種多級分體式熱管的製作方法
技術領域：
本發明涉及熱交換技術領域，具體的說，涉及一種新型的熱管換熱系統，特別是一種多組獨立熱管裝置並排擺放而成的多級分體式熱管。
背景技術：
熱管就是利用蒸發製冷，使得熱管兩端溫度差很大，使熱量快速傳導，因其優越的傳熱性能和技術特性而被廣泛應用於節能領域。目前，熱管常用於設備散熱、餘熱回收以及新風系統等領域。熱管換熱器的總驅動溫差為蒸發段和冷凝段的溫差，單級熱管換熱器內部製冷劑的恆溫特性導致熱管換熱裝置熱損失大，本申請在通過增加熱管級數將具有恆溫特性的中間媒介改為具有變溫特性的媒介是實現減少換熱溫差損失和提高總換熱效率的有效途徑。單級熱管換熱器改為多級形式，每一級熱管中的製冷劑均視為恆溫流體，則多級熱管能實現變溫效果的換熱裝置，且每級換熱器的換熱面積相同，最終排放溫度接近·於環境溫度，從而最大限度的提高熱能利用率。現在取多級熱管換熱系統與單級熱管系統相同的總換熱面積(相同的投入)進行分析，每一級的傳熱能力(傳熱單元數均為NTU)相同。假定多級熱管換熱裝置的級數為n,且每級換熱器的換熱面積相同，其傳熱單元數為NTU/ n，則每級熱管換熱器的效率均相同，n I = n2 =…=nn = e /2, e =1- exp (_NTU/n),多級熱管換熱裝置的總換熱效率為 n = (n*ni) /[i+(n-1)*nI]。即通過對多級熱管換熱裝置的效率進行分析，可以得到
1)、當給定級數n，NTU趨向於無窮大時，n1=1/2，整體換熱效率n = n / ( n+1 );
2)、當給定NTU，級數n趨向於無窮大時，整體換熱效率n= NTU / ( NTU+2 )；
3)、當級數11，NTU都趨於無窮大時，整體換熱效率n— I。通過上述分析可以看出單級熱管換熱器改為多級形式，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。
發明內容
本發明提供的一種新型的熱管換熱裝置技術——一種多級分體式熱管，就是為了解決目前的熱管工作時換熱溫差損失大和總換熱效率低的問題。為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案如下
一種多級分體式熱管，包括熱管單元和散熱翅片；其特徵在於，還包括由多根熱管單元組成的一級熱管組、二級熱管組以及三級熱管組，能夠做成N級熱管組，所述每一級熱管組都由蒸發器、冷凝器以及汽液混合通道三個部分組成；所述每一級熱管組的蒸發器分別都是由相同個熱管單元相互並聯構成的，分別有自己的獨立輸入輸出端，並且各級熱管組的蒸發器相互並排擺放，組裝於同一個殼體內，位於蒸發器風扇形成的風道內，共用一個蒸發器風扇；所述每一級熱管組的冷凝器分別都是由相同個熱管單元相互並聯構成的，分別有自己的獨立輸入輸出端，並且各級熱管組的冷凝器相互並排擺放，組裝於同一個殼體內，位於冷凝器風扇形成的風道內，共用一個冷凝器風扇；所述蒸發器要位於冷凝器的下方，汽液混合通道使每一級熱管組的蒸發器的頂端與冷凝器的底端相導通；這樣整個系統的蒸發器和冷凝器分開布置，能夠實現遠距離傳熱，這就給工藝設計帶來較大的靈活性，也給裝置的大型化、熱能的綜合利用以及熱能利用系統的優化創造了良好的條件。以上所述每一級熱管組的蒸發器分別都是由相同個熱管單元相互並聯構成的，SP每一級熱管組的蒸發器的每一根熱管單元的頂端用一根導熱金屬橫管依次導通，其每一根熱管單元的底端用一根帶有一個外接埠的導熱金屬橫管依次導通，這樣保證每一級熱管組的蒸發器都有一個共同的壓差，使每一根熱管單元的製冷工質的總量基本保持相等。以上所述每一級熱管組的冷凝器分別都是由相同個熱管單元相互並聯構成的，SP每一級熱管組的冷凝器的每一根熱管單元的頂端用一根帶有一個外接埠的導熱金屬橫管依次導通，其每一根熱管單元的底端用一根導熱金屬橫管依次導通，這樣保證每一級熱管組的冷凝器都有一個共同的壓差，使每一根熱管單元的製冷工質的總量基本保持相等。以上所述汽液混合通道是一根傾斜的直管，連接於每一級熱管蒸發器的頂端與冷凝器的底端，其與每一級熱管蒸發器頂端和冷凝器底端的連接點所形成的銳角要大於45。。以上所述汽液混合通道的截面大於每一級熱管的頂部和底部的導熱金屬橫管的截面，每一級熱管的頂部和底部的導熱金屬橫管的截面大於每一根熱管單兀的截面。以上所述熱管單元是導熱性較好的金屬管。以上所述冷凝器和蒸發器所在風道內風的流向是逆向的。以上所述冷凝器和蒸發器所在風道內風的流向相反，其通道內也可以是其他流體，但流體的流向要逆向，且方向垂直於熱管單元，平行於散熱翅片所在平面。以上所述一級熱管組、二級熱管組、三級熱管組以及N級熱管組的每一級內所充的製冷工質是單一的製冷工質，不同的級可以根據需要充入不同的製冷工質，其工作運行時各級熱管組相互不影響。以上所述的一種分體式多級熱管系統正常工作時，蒸發和冷凝是連續進行的，從原理上分為以下幾個環節氣化——冷凝——回液——再氣化；即整個系統的各級熱管組的蒸發器內製冷工質受熱流體作用而吸熱蒸發氣化，所形成的熱蒸汽膨脹，經過每一級的汽液混合通道進入各級熱管組的冷凝器，各級熱管組的冷凝器內製冷工質受冷流體作用，冷凝而形成的液體製冷工質，由於重力作用液體製冷工質經每一級的汽液混合通道的側壁被輸送回蒸發器，這樣周而復始的工作；這樣各級熱管組的蒸發器沿風向各級換熱溫度從高到低，且經過各級熱管組的蒸發器的流體溫度也成階梯式降低，各級熱管組的冷凝器沿風向各級換熱溫度從低到高，且經過各級熱管組的冷凝器的流體溫度也成階梯式升高，這樣每一級熱管中的製冷劑均視為恆溫流體，則多級熱管能實現變溫效果的換熱裝置，且每級換熱器的換熱面積相同，最終排放溫度接近於環境溫度，從而最大限度的提高熱能利用率，解決了現有熱管換熱溫差損失大和總換熱效率低的問題。本發明與現有技術相比，通過使單根熱管單元，並聯為一排，形成一級熱管組的蒸發器和冷凝器，然後汽液混合通道把蒸發器的頂端的外接埠和冷凝器的底端外接埠連接起來，能夠使每一級熱管組的熱管單元統一抽真空，統一充入製冷工質，並且裝置的蒸發器和冷凝器分開布置，能夠實現遠距離傳熱，這就給工藝設計帶來較大的靈活性，也給裝置的大型化、熱能的綜合利用以及熱能利用系統的優化創造了良好的條件；通過增加熱管級數的設計可以將具有恆溫特性的中間媒介改為具有變溫特性的媒介來實現減少換熱溫差損失和提聞總換熱效率的有效途徑，不僅提聞了每次設備循環一周的換熱效率，而且實現了整個系統循環的穩定性，大幅度提高熱管的換熱效率；由於各級熱管組相互獨立，因此，其中一組或者兩組熱管組損壞或失效不會影響整個系統的安全運行，並且所用整個系統裝置結構簡單，環境友好，適應於兩種有溫差流體的換熱。
圖1為該系統的結構示意圖。圖中(I)熱管單元；(11) 一級熱管組；(12 ) 二級熱管組；(13 )三級熱管組；(2 )散熱翅片；(31) —級熱管組的蒸發器；(32) 二級熱管組的蒸發器；(33)三級熱管組的蒸發器；(41) 一級熱管組的冷凝器；(42) 二級熱管組的冷凝器；(43)三級熱管組的冷凝器；
(51)—級熱管組的汽液混合通道；(52)二級熱管組的汽液混合通道；(53)三級熱管組的汽液混合通道；(6)蒸發器風扇；(7)冷凝器風扇。
具體實施例方式該實施方式簡單結構示意圖如圖1所示；本實施例實現時涉及的系統裝置主體結構包括熱管單元(I)、一級熱管組(11)、二級熱管組(12)、三級熱管組(13)、散熱翅片(2)、一級熱管組的蒸發器(31)、二級熱管組的蒸發器(32)、三級熱管組的蒸發器(33)、一級熱管組的冷凝器(41)、二級熱管組的冷凝器(42)、三級熱管組的冷凝器(43)、一級熱管組的汽液混合通道(51)、二級熱管組的汽液混合通道(52)、三級熱管組的汽液混合通道(53)、蒸發器風扇(6)以及冷凝器風扇(7)，整個系統可以根據需要做成N級熱管組；此系統正常工作時，蒸發和冷凝是連續進行的，從原理上分為以下幾個環節氣化——冷凝——回液一再氣化。I)液態工質在各級熱管組的蒸發器(31 ；32 ；33)內受熱氣化
熱流體經各級熱管組的蒸發器(31 ；32 ；33)的外壁後，各級熱管組的蒸發器(31 ；32 ；33)內工作介質吸熱由液態工質變為氣態工質，並充滿整個蒸發器(31 ；32 ;33)，蒸汽膨脹擴散經汽液混合通道(51 ；52 ；53)至各級熱管組的冷凝器(41 ；42 ;43)。2)蒸汽在各級熱管組的冷凝器(41 ；42 ；43)內凝結
各級熱管組的冷凝器(41 ；42 ;43)在冷流體作用下，氣態工質冷凝至冷卻成液態為止。 3)冷凝後的工作液體回流到蒸發區
各級熱管組的冷凝器(41 ；42 ；43)內工質在冷流體作用冷凝成為液滴或液膜，在重力、毛細力等作用經每一級的汽液混合通道(51 ；52 ；53)回流至各級熱管組的蒸發器(31 ；32 ；33)。4)各級熱管組的蒸發器(31 ；32 ；33)內工質受熱再氣化
各級熱管組的蒸發器(31 ；32 ；33)內的工質受熱再氣化，循環往復。即整個系統的各級熱管組的蒸發器(31 ；32 ；33)內製冷工質受熱流體作用熱管內的工質(該工質一般沸點溫度都比較低)吸熱並達到沸點後，工質迅速蒸發為蒸汽，所形成的熱蒸汽膨脹，經過每一級的汽液混合通道(51 ；52 ;53)進入各級熱管組的冷凝器(41 ；42 ；43)，各級熱管組的冷凝器(41 ；42 ;43)內製冷工質受冷流體作用，冷卻放熱並冷凝為液體，由於重力作用冷凝的液體製冷工質經每一級的汽液混合通道(51 ；52 ;53)側壁被輸送回蒸發器(31 ；32 ;33)，又可再次蒸發；如此不斷循環，將熱量從蒸發器(31 ；32 ;33)傳到冷凝器(41 ；42 ;43)。這樣整個系統的各級熱管組的蒸發器(31 ；32 ；33)受熱流體作用，沿風向各級換熱溫度從高到低，且經過各級熱管組的蒸發器(31 ；32 ；33)的流體溫度也成階梯式降低，各級熱管組的冷凝器(41 ；42 ；43)受冷流體作用，沿風向各級換熱溫度從低到高，且經過各級熱管組的冷凝器(41 ；42 ；43)的流體溫度也成階梯式升高，最終排放溫度接近於環境溫度，從而最大限度的提高熱能利用率。
權利要求
1.一種多級分體式熱管，包括熱管單元(I)和散熱翅片(2);其特徵在於，還包括由多根熱管單元組成的一級熱管組(11)、二級熱管組(12)以及三級熱管組(13)，能夠做成N級熱管組，所述每一級熱管組(11 ;12 ；13)都由蒸發器(31 ；32 ;33)、冷凝器(41 ；42 ；43)以及汽液混合通道(51 ；52 ；53)三個部分組成；所述每一級熱管組(11 ；12 ；13)的蒸發器(31 ；32 ;33)分別都是由相同個熱管單元相互並聯構成的，分別有自己的獨立輸入輸出端，並且各級熱管組(11 ;12 ；13)的蒸發器(31 ；32 ；33)相互並排擺放，組裝於同一個殼體內，位於蒸發器風扇(6)形成的風道內，共用一個蒸發器風扇(6);所述每一級熱管組(11 ;12;13)的冷凝器(41 ；42 ；43)分別都是由相同個熱管單元相互並聯構成的，分別有自己的獨立輸入輸出端，並且各級熱管組(11 ；12 ；13)的冷凝器(41 ；42 ;43)相互並排擺放，組裝於同一個殼體內，位於冷凝器風扇(7)形成的風道內，共用一個冷凝器風扇(7);所述蒸發器(31 ；32 ；33)要位於冷凝器(41 ；42 ;43)的下方，汽液混合通道(51 ；52 ;53)使每一級熱管組(11 ；12 ；13)的蒸發器(31 ；32 ；33)的頂端與冷凝器(41 ；42 ；43)的底端相導通；這樣整個系統的蒸發器和冷凝器分開布置，能夠實現遠距離傳熱。
2.根據權利要求1所述的一種多級分體式熱管，其特徵在於，所述每一級熱管組(11；12 ；13)的蒸發器(31 ；32 ；33)分別都是由相同個熱管單元相互並聯構成的，即每一級熱管組(11 ；12 ；13)的蒸發器(31 ；32 ；33)的每一根熱管單元的頂端用一根導熱金屬橫管依次導通，其每一根熱管單元的底端用一根帶有一個外接埠的導熱金屬橫管依次導通，這樣保證每一級熱管組(11 ；12 ；13)的蒸發器(31 ；32 ;33)都有一個共同的壓差，使每一根熱管單元的製冷工質的總量基本保持相等。
3.根據權利要求1所述的一種多級分體式熱管，其特徵在於，所述每一級熱管組(11；12 ；13)的冷凝器(41 ；42 ；43)分別都是由相同個熱管單元相互並聯構成的，即每一級熱管組(11 ；12 ；13)的冷凝器(41 ；42 ；43)的每一根熱管單元的頂端用一根帶有一個外接埠的導熱金屬橫管依次導通，其每一根熱管單元的底端用一根導熱金屬橫管依次導通，這樣保證每一級熱管組(11 ；12 ；13)的冷凝器(41 ；42 ；43)都有一個共同的壓差，使每一根熱管單元的製冷工質的總量基本保持相等。
4.根據權利要求1所述的一種多級分體式熱管，其特徵在於，所述汽液混合通道(51；52 ；53)是一根傾斜的直管，連接於每一級熱管蒸發器(31 ；32 ；33)的頂端與冷凝器(41 ；42 ;43)的底端，其與每一級熱管蒸發器(31 ；32 ;33)頂端和冷凝器(41 ；42 ;43)底端的連接點所形成的銳角要大於45°。
5.根據權利要求1所述的一種多級分體式熱管，其特徵在於，所述汽液混合通道(51；52 ;53)的截面大於每一級熱管的頂部和底部的導熱金屬橫管的截面,每一級熱管的頂部和底部的導熱金屬橫管的截面大於每一根熱管單元(I)的截面。
6.根據權利要求1所述的一種多級分體式熱管，其特徵在於，所述熱管單元(I)是導熱性較好的金屬管。
7.根據權利要求1所述的一種多級分體式熱管，其特徵在於，所述冷凝器(41；42 ；43)和蒸發器(31 ；32 ;33)所在風道內風的流向是逆向的。
8.根據權利要求7所述的一種分體式多級熱管系統，其特徵在於，所述冷凝器(41；42 ；43)和蒸發器(31 ；32 ;33)所在風道內風的流向相反，其通道內也可以是其他流體，但流體的流向要逆向，且方向垂直於熱管單元，平行於散熱翅片所在平面。
9.根據權利要求1所述的一種多級分體式熱管，其特徵在於，所述一級熱管組(11)、二級熱管組(12)、三級熱管組(13)以及N級熱管組的每一級內所充的製冷工質是單一的製冷工質，不同的級可以根據需要充入不同的製冷工質，其工作運行時各級熱管組相互不影響。
全文摘要
本發明公開了一種多級分體式熱管，主要由一級熱管組、二級熱管組、三級熱管組、熱管單元以及連接管道，可以根據需要做成N級熱管組；整個系統由冷凝器、蒸發器以及汽液混合通道三個部分組成；每一級熱管組的蒸發器和冷凝器都是由相同個熱管單元相互並聯構成的一組獨立的循環迴路；該系統的蒸發器在冷凝器的下部，汽液混合通道使每一級蒸發器的頂端與冷凝器的底端相導通；整個系統的蒸發器和冷凝器分開布置，能夠實現遠距離傳熱，這就給工藝設計帶來較大的靈活性，也給裝置的大型化、熱能的綜合利用以及熱能利用系統的優化創造了良好的條件。
文檔編號F28D15/02GK102997728SQ20131000101
公開日2013年3月27日 申請日期2013年1月5日 優先權日2013年1月5日
發明者祝長宇, 丁式平 申請人:北京德能恆信科技有限公司