一種熱管的製作方法

2023-05-16 03:22:46 1

本發明屬於熱管領域，尤其涉及一種換熱熱管。

背景技術：

熱管技術是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)發明的一種稱為「熱管」的傳熱元件，它充分利用了熱傳導原理與相變介質的快速熱傳遞性質，透過熱管將發熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。

熱管技術以前被廣泛應用在宇航、軍工等行業，自從被引入散熱器製造行業，使得人們改變了傳統散熱器的設計思路，擺脫了單純依靠高風量電機來獲得更好散熱效果的單一散熱模式，採用熱管技術使得散熱器獲得滿意的換熱效果，開闢了散熱行業新天地。目前熱管廣泛的應用於各種換熱設備，其中包括核電領域，例如核電的餘熱利用等。

目前的熱管，尤其是多管路的環路熱管，在設計中上部冷凝管都是與水平面保持相同高度，如圖1所示，導致流體冷凝後無法及時返回到蒸發端，或者僅僅部分返回蒸發端，使得部分冷凝流體依然停留在冷凝端，大大的影響了換熱的效率，影響了換熱的均勻性。

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

技術實現要素：

本發明提供了一種新的熱管，從而解決前面出現的技術問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種熱管，包括下管、上管、連接管和回流管，所述連接管與下管和上管相連通，所述下管是蒸發端，所述冷凝端包括上管以及連接管的至少一部分，所述流體在下管內吸熱蒸發，經過連接管的至少一部分和上管進行換熱後，在上管內冷凝，冷凝的流體通過回流管回到下管；其特徵在於，所述的上管的下部管壁的中間位置高於上管的下部管壁的兩端。

作為優選，從上管下部管壁的中間位置向下部管壁的兩端為直線結構。

作為優選，上管下部管壁兩端與中點的連線之間形成的夾角為160－170°。

作為優選，連接管為盤管，所述盤管為一個或者多個，每個盤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結構，並且使得換熱管的端部形成換熱管自由端。

作為優選，多根圓弧形的換熱管的中心線為同心圓的圓弧。

作為優選，回流管連接下管和上管的兩側端部的位置。

作為優選，所述同心圓是以上管的橫截面的中心為圓心的圓。

作為優選，所述下管的管徑小於上管的管徑。

作為優選，下管的內徑為N1，上管的內徑為N2，則0.45<N1/N2<0.88。

作為優選，所述盤管為多個，所述多個盤管為並聯結構。

作為優選，隨著距離下管的中心越遠，相鄰換熱管之間的距離越來越大。

作為優選，下管的內徑為N1，上管的內徑為N2，換熱管的外徑為W，相鄰換熱管的中心線的距離是L，滿足如下關係：

10*c*（N1/N2）=a-b*Ln(5*W/L)，其中Ln是對數函數，a,b是係數，c是修正係數；

f是下部管壁從端部向中間連線形成的夾角，為160－170°；

c=d*Sin(f/2),其中0.971<d<0.985；

其中17.03<a<18.12,9.15<b<10.11；

55mm<N1<100mm；95mm<N2<145mm；

25mm<W<80mm；40mm<L<120mm；

0.45<N1/N2<0.88；

0.5<W/L<0.7。

作為優選，a=17.54,b=9.68。

與現有技術相比較，本發明的板式換熱器及其換熱管壁具有如下的優點：

1）本發明通過上管從中部向兩端形成傾斜結構，從而使得冷凝後的液體能夠快速的流到端部，從而通過回流管流到蒸發管，能夠保證冷凝後的流體快速流出，提高換熱效率及其換熱的均勻性。

2）本發明首次提出了盤管式的熱管結構，並且，通過設置盤管，換熱流體受熱後會產生體積膨脹，誘導盤管自由端產生振動。從而使得周圍流體形成進一步擾流，進一步強化傳熱。

3）本發明對盤管換熱管的管徑大小以及管間距距離下管的中心線的距離變化的設置，進一步提高了熱管的換熱效果。

4）本發明通過大量的試驗，優化了熱管的參數的最佳關係，從而進一步提高換熱效率。

附圖說明

圖1為背景技術的熱管裝置正面示意圖。

圖2為本發明優選實施例的熱管裝置正面示意圖。

圖3是圖2中的A-A截面視圖。

圖4是圖3結構的尺寸示意圖。

圖中：1、下管，2、上管，2-1、上管下部管壁，2-2上管上部管壁，3、連接管，4、換熱管，5、回流管，6、自由端，7、自由端。

具體實施方式

下面結合附圖對本發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，包括下管1、上管2、連接管3和回流管5，所述連接管2與下管1和上管2相連通，所述下管1是蒸發端，所述冷凝端包括上管2以及連接管3的至少一部分，所述流體在下管1內吸熱蒸發，經過連接管3的至少一部分和上管2進行換熱後，在上管1內冷凝，冷凝的流體通過回流管5回到下管1；如圖2所示，所述的上管2的下部管壁2-1的中間位置F高於上管的下部管壁2－1的兩端G和H。

本發明通過設置上管從中部向兩端形成傾斜結構，從而使得冷凝後的液體能夠快速的流到端部，從而通過回流管流到蒸發管，能夠保證冷凝後的流體快速流出，提高換熱效率及其換熱的均勻性。

通過實驗發現，採取上述的技術方案，與圖1的技術方案相比，能夠提高15－20％的換熱效率。

作為優選，如圖2所示，從上管2下部管壁2－1的中間位置向下部管壁2－1的兩端為直線結構。

作為優選，上管下部管壁之間形成的夾角f為160－170度。通過實驗發現，夾角f不能過大，也不能過小，過大導致下部管壁2-1傾斜度太大，冷凝後的液體沒有來得及參與顯熱換熱就流入下管。同理，如果太小，則導致回流效果不好。

作為優選，上管的管徑保持不變，即上管上部管壁和下部管壁為平行結構。如圖2所示。

作為優選，連接管3為盤管3，所述盤管3為一個或者多個，每個盤管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形成串聯結構，並且使得換熱管4的端部形成換熱管4自由端。

作為優選，盤管3為一個或者多個，例如，圖1展示了多個盤管3。

如圖2所示，上管2位於下管1的上部。

如圖3所示，每個盤管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形成串聯結構，並且使得換熱管4的端部形成換熱管自由端6、7。

熱管在進行工作時，通過上管2以及盤管3與其他流體進行換熱。其他流體可以僅僅與盤管3的一部分進行換熱，例如圖3中的與下管1連接的盤管3的部分不參與換熱。

作為優選，不參與換熱的部分是絕熱端。即此時熱管包括蒸發端、冷凝端和絕熱端，其中蒸發端是下管1，絕熱端是與下管1連接的盤管3的一部分，其餘部分是冷凝端。

作為優選，僅僅將下管1作為蒸發端，上管2和盤管作為冷凝端，沒有絕熱端。

本發明提供了一種新的結構的熱管，通過設置盤管，換熱流體受熱後會產生體積膨脹，從而形成蒸汽，而蒸汽的體積遠遠大於水，因此形成的蒸汽會在盤管內進行快速衝擊式的流動。因為體積膨脹以及蒸汽的流動，能夠誘導盤管1自由端6、7產生振動，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，從而實現強化傳熱的目的。

通過實驗發現，相對於現有技術的一直處於靜置狀態的熱管，換熱效率提高25－35％。

作為優選，所述下管1、上管2以及盤管3都是圓管結構。

作為優選，回流管5連接下管1和上管2的兩側端部的位置。這樣保證流體在上管2內的流動路徑長，能夠進一步增加換熱時間，提高換熱效率。

作為優選，換熱管4是彈性換熱管。將換熱管4設置彈性換熱管，可以進一步增加自由端的擾流，可以進一步提高換熱係數。

作為優選，多根圓弧形的換熱管4的中心線為同心圓的圓弧。

作為優選，所述同心圓是以上管2的中心為圓心的圓。即盤管3的換熱管4圍繞著上管2的中心線布置。

如圖3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4夾角b和c之和是70－120度。

作為優選，所述下管1的管徑小於上管2的管徑。

下管的內徑為N1，上管的內徑為N2，作為優選則0.45<N1/N2<0.88。

通過上述設置，可以進一步強化傳熱，提高8－15％的換熱效率。

作為優選，隨著距離上管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，沿著上管2的中心為圓心的徑向方向，換熱管BC之間的距離大於AB之間的距離，換熱管CD之間的距離大於BC之間的距離。

作為優選，相鄰換熱管4之間的距離越來越大的幅度不斷的增加。

通過上述的優選設置，可以進一步提高換熱效率，增加換熱的熱量分布的均勻性。通過實驗發現，通過上述設置可以提高8－12％的換熱效率。

作為優選，隨著距離上管2的中心越遠，換熱管4的直徑越來越大。

作為優選，換熱管4的直徑越來越大的幅度不斷的增加。

通過上述的優選設置，可以進一步提高換熱效率，增加換熱的均勻性。通過實驗發現，通過上述設置可以提高10％左右的換熱效率。

作為優選，如圖2、3所示，所述盤管4為多個，所述多個盤管4為並聯結構。

在試驗中發現，下管1、上管2以及換熱管4之間的距離關係可以對換熱效率以及均勻性產生影響。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，則對於自由端6、7的振動會產生影響，從而影響換熱。因此下管1、上管2的管徑的大小與換熱管4之間的距離具有一定的關係。

本發明是通過多個不同尺寸的熱管的試驗數據總結出的最佳的尺寸關係。從換熱效果中的換熱量最大出發，計算了近200種形式。所述的尺寸關係如下：

下管的內徑為N1，上管的內徑為N2，換熱管的外徑為W，相鄰換熱管的中心線的距離是L，滿足如下關係：

10*c*（N1/N2）=a-b*Ln(5*W/L)，其中Ln是對數函數，a,b是係數，c是修正係數，根據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2的實施例，即上部管壁2-2和下部管壁2-2為平行結構，即上管管徑保持不變，為非變徑結構，此時c=d*Sin(f/2),其中0.971<d<0.985；作為優選，d隨著f的增加而減小；

其中17.03<a<18.12,9.15<b<10.11；

55mm<N1<100mm；95mm<N2<145mm；

25mm<W<80mm；40mm<L<120mm；

0.45<N1/N2<0.88；優選為0.5-0.8，進一步優選為0.59<N1/N2<0.71；

0.5<W/L<0.7；優選0.58<W/L<0.66。

作為優選，17.32<a<17.72,9.45<b<9.91；

進一步優選，a=17.54,b=9.68。

作為優選，換熱管的數量為3－5根，優選為3或4根。

作為優選，隨著N1/N2的增加，a的數值不斷的增加，b的數值不斷的減小。通過這種變化，使得熱管的結構參數更加優化合理，計算的數據更加準確。

下管1和上管2中心線的距離為320－380mm；優選為340－360mm。

作為優選，換熱管的半徑優選為10－40mm；優選為15－35mm，進一步優選為20－30mm。

如果相鄰的換熱管的直徑不同，換熱管的直徑W取值為相鄰的換熱管直徑的平均值。

進一步優選，同一盤管換熱管4的中心線位於同一平面上。作為優選，所述平面垂至於下管1和上管2的中心線形成的平面。作為優選，不同盤管換熱管4的中心線形成的平面互相平行。

進一步優選，相鄰盤管3之間的距離為盤管換熱管4外部直徑的2.8-3.6倍。相鄰盤管3之間的距離是以盤管換熱管4的中心線所在的平面之間的距離來計算的。

進一步優選，如果盤管換熱管直徑不同，則取同一盤管的換熱管的直徑的平均值來作為盤管的平均直徑。例如圖2所示取換熱管A－D的平均值。然後相鄰的兩個盤管3的直徑平均值來計算相鄰盤管的距離。

作為優選，換熱管在同一側的自由端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）經過下管1的中線，如圖3所示。

作為優選，如圖3所示，盤管3的內側換熱管的第一端與上管2連接，第二端與相鄰的外側換熱管一端連接，盤管3的最外側換熱管的一端與下管1連接，相鄰的換熱管的端部連通，從而形成一個串聯的結構。

作為優選，下管1和上管2的中心的連線所在的平面為豎直方向。

如圖4所示，第一端6所在的平面與下管1和上管2中心線所在的平面形成的夾角c為40－65度。

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

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

如圖3所示，盤管的換熱管4為4個，換熱管A、B、C、D聯通。當然，不局限於四個，可以根據需要設置多個，具體連接結構與圖2相同。

所述盤管3為多個，多個浮動盤管1分別獨立連接下管1和上管2，即多個浮動盤管1為並聯結構。

雖然本發明已以較佳實施例披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。