專利名稱:耦合式脈動(dòng)熱管換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型屬于余熱回收,傳熱、傳質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種耦合式脈動(dòng)熱管換 熱器。
背景技術(shù):
余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(jié)能工作 的一個(gè)重要方面,其節(jié)能效果顯著。能源是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ),是人類賴以生存 的必要條件。能源開(kāi)發(fā)與利用程度是反映人類進(jìn)步、文明的一個(gè)重要標(biāo)志。提高能源的使 用效率往往是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的重要目標(biāo)之一。為了人類自身更好地生存和 發(fā)展,基于當(dāng)今世界能源存儲(chǔ)與消耗的形勢(shì)以及環(huán)境保護(hù)等方面的迫切要求,余熱回收的 意義就更顯突出。但是我國(guó)的很多能源利用領(lǐng)域,包括一些重點(diǎn)行業(yè),存在著熱回收效率不高,回收 不夠科學(xué)、合理以及在小傳熱溫差條件下的熱回收對(duì)于常規(guī)換熱器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況。因此, 如能將脈動(dòng)熱管技術(shù)應(yīng)用于低溫回收領(lǐng)域,將對(duì)上述領(lǐng)域節(jié)能工作的進(jìn)一步開(kāi)展會(huì)起到積 極的推動(dòng)作用。脈動(dòng)熱管按其循環(huán)系統(tǒng)的不同,可分為首尾連成閉合回路的回路型(Looped)和 首尾端不相連的非回路型(Un looped)兩種,脈動(dòng)熱管運(yùn)行的基本原理是當(dāng)熱管管徑足 夠小時(shí),真空條件下封裝在管內(nèi)的工作介質(zhì),通常液體工質(zhì)的充裝率小于60% 80%,將 在管內(nèi)形成液、汽相間的柱塞。在蒸發(fā)段,汽泡或汽柱與管壁之間的液膜因受熱而不斷蒸 發(fā),致汽泡膨脹,并推動(dòng)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。由于汽-液柱塞交錯(cuò)分布,因而在管內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的往復(fù)振蕩運(yùn)動(dòng),若在某些直管段上加 裝部分單向閥,亦可形成單向振蕩運(yùn)動(dòng)。其振蕩頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)熱管內(nèi)的汽-液循環(huán)頻 率。而且,其工作介質(zhì)與熱管壁面間的對(duì)流換熱過(guò)程也因受到劇烈脈動(dòng)流的作用而大大強(qiáng) 化。另外,脈動(dòng)熱管還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不需要毛細(xì)芯,有利于降低成本;加熱位置和加熱方式 不受限制;可以隨意彎曲,適用范圍廣;以及管徑小,重量輕,易于實(shí)現(xiàn)微型化和啟動(dòng)迅速 等突出優(yōu)點(diǎn)。但現(xiàn)有技術(shù)脈動(dòng)熱管還未開(kāi)發(fā)應(yīng)用于余熱回收方面。目前余熱回收裝置的強(qiáng) 化換熱措施主要采用翅片和肋板等傳統(tǒng)方法,傳統(tǒng)方式的余熱回收方式具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、換 熱效果差、成本高等缺點(diǎn)和不足。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷,本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、強(qiáng)化傳熱的耦合式脈動(dòng)熱管換熱器。本實(shí)用新型是這樣設(shè)計(jì)的一種耦合式脈動(dòng)熱管換熱器,其特征在于,包括箱體、 水箱、主體脈動(dòng)熱管和耦合脈動(dòng)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,所述箱體位于水箱之上,所述的主體脈動(dòng)熱管穿過(guò)上孔板和下孔板,貫穿于箱 體和水箱,所述的耦合脈動(dòng)熱管位于箱體里,所述的主體脈動(dòng)熱管是由至少兩根內(nèi)徑小于5mm的U型金屬管通過(guò)首尾相連成閉合管束,所述的耦合脈動(dòng)熱管是至少兩排內(nèi)徑小于 5mm蛇形金屬管通過(guò)首尾相連成閉合管束,所述的耦合脈動(dòng)熱管與主體脈動(dòng)熱管正交布置, 點(diǎn)_點(diǎn)接觸,也可面_面接觸,其他部位暴露在換熱介質(zhì)當(dāng)中,所述的箱體的下孔板與水箱 的頂蓋通過(guò)法蘭固定,所述的水箱設(shè)有進(jìn)水口和出水口,所述的箱體的上孔板內(nèi)側(cè)與主體 脈動(dòng)熱管通過(guò)上硅膠板密封,箱體的下孔板內(nèi)側(cè)與主體脈動(dòng)熱管通過(guò)下硅膠板密封,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(dòng)熱管可以與冷 源內(nèi)的主體脈動(dòng)熱管耦合,也可與熱源內(nèi)的主體脈動(dòng)熱管耦合,還可與整個(gè)主體脈動(dòng)熱管 耦合。主體脈動(dòng)熱管和耦合脈動(dòng)熱管內(nèi)工質(zhì),根據(jù)換熱需要,可以為同種工質(zhì),也可為不同 種工質(zhì)。本實(shí)用新型的換熱器是在主體脈動(dòng)熱管的基礎(chǔ)上,利用耦合脈動(dòng)熱管與其有機(jī)結(jié) 合。位于水箱內(nèi)的主體脈動(dòng)熱管的管段為蒸發(fā)段,位于箱體內(nèi)的主體脈動(dòng)熱管的管段為冷 凝段。因?yàn)橹黧w脈動(dòng)熱管冷凝段的壁面溫度要高于與之接觸的耦合式脈動(dòng)熱管的壁面溫 度,耦合脈動(dòng)熱管的管束與主體脈動(dòng)熱管管束正交接觸的部位和空氣之間正好構(gòu)成相應(yīng)的 蒸發(fā)段和冷凝段,這樣耦合脈動(dòng)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(dòng)熱管振蕩運(yùn)行,某種程度上耦合脈動(dòng)熱管內(nèi)工質(zhì)所形成的 振蕩流更加穩(wěn)定,同時(shí)還會(huì)克服脈動(dòng)熱管在單一冷、熱源下工作時(shí),由于管子過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致啟 動(dòng)功率增加,難以啟動(dòng)的現(xiàn)象。這樣,主體脈動(dòng)熱管的振蕩特性為耦合脈動(dòng)熱管提供了變化 負(fù)荷的外場(chǎng),并以此來(lái)誘導(dǎo)耦合式脈動(dòng)熱管內(nèi)的工質(zhì),使其流動(dòng)和傳熱特性產(chǎn)生脈動(dòng)的效 果;而耦合脈動(dòng)熱管內(nèi)工質(zhì)脈動(dòng)的流動(dòng)和傳熱特性又以外場(chǎng)作用于主體脈動(dòng)熱管;整個(gè)換 熱器的傳熱過(guò)程由于兩脈動(dòng)熱管間的脈動(dòng)特性相互激勵(lì)而得到強(qiáng)化。因此,本實(shí)用新型結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、換熱效果增強(qiáng),便于實(shí)施。
以下結(jié)合
及具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1為耦合式脈動(dòng)熱管換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為箱體_水箱結(jié)構(gòu)主視圖。圖3為箱體-水箱結(jié)構(gòu)俯視圖。圖中1為箱體,2為水箱,3為主體脈動(dòng)熱管,4為耦合脈動(dòng)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(jìn)水口,12為出水口,13為上硅 膠板,14為下硅膠板,15為主體脈動(dòng)熱管冷凝段,16為主體脈動(dòng)熱管蒸發(fā)段,17為耦合脈動(dòng) 熱管蒸發(fā)段,18為耦合脈動(dòng)熱管冷凝段。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型涉及一種耦合式脈動(dòng)熱管換熱器,如圖1、2、3所示,屬于余熱回收,傳 熱、傳質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域。包括箱體1、水箱2、主體脈動(dòng)熱管3、耦合脈動(dòng)熱管4,上硅膠板13,下 硅膠板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位于 水箱2之上,主體脈動(dòng)熱管3穿過(guò)上孔板8和下孔板9,貫穿于箱體1和水箱2 ;箱體1的下 孔板9與水箱2的頂蓋通過(guò)法蘭10固定。耦合脈動(dòng)熱管4位于箱體1里,耦合脈動(dòng)熱管4 管束與主體脈動(dòng)熱管3的管束正交布置,點(diǎn)_點(diǎn)或面_面接觸,其他部位暴露在換熱介質(zhì)當(dāng)
4中。箱體1的上孔板8內(nèi)側(cè)與主體脈動(dòng)熱管3通過(guò)上硅膠板13密封,箱體1的下孔板9內(nèi) 側(cè)與主體脈動(dòng)熱管3通過(guò)下硅膠板14密封,水箱2設(shè)有進(jìn)水口 11和出水口 12。主體脈動(dòng)熱管3是由至少兩根內(nèi)徑小于5mm的U型金屬管通過(guò)首尾相連成閉合管 束,耦合脈動(dòng)熱管4是至少兩排內(nèi)徑小于5mm蛇形金屬管通過(guò)首尾相連成閉合管束。主體脈動(dòng)熱管經(jīng)過(guò)抽真空、灌液、封裝等程序后,穿過(guò)箱體1的上孔板8和下孔板 9,貫穿于箱體1和水箱2中,耦合脈動(dòng)熱管經(jīng)過(guò)抽真空、灌液、封裝等程序后,放入箱體1,與 主體脈動(dòng)熱管的管束正交分布,點(diǎn)-點(diǎn)(或面-面)接觸,箱體1的上孔板8內(nèi)側(cè)與主體脈 動(dòng)熱管3通過(guò)上硅膠板13密封,箱體1的下孔板9內(nèi)側(cè)與主體脈動(dòng)熱管3通過(guò)下硅膠板4 密封,水箱2主體設(shè)有保溫層。本說(shuō)明書(shū)只是針對(duì)氣-液換熱過(guò)程(并且液為熱源,氣為冷源)進(jìn)行闡述的,至于 氣-氣、液-液等的換熱過(guò)程,以及冷、熱源的氣、液不同分配也同樣適用。氣介質(zhì)既可以是 空氣也可是煙氣;另外,耦合脈動(dòng)熱管4可以與冷源內(nèi)的主體脈動(dòng)熱管3耦合,也可與熱源 內(nèi)的主體脈動(dòng)熱管3耦合,還可與整個(gè)主體脈動(dòng)熱管3耦合。本實(shí)用新型的換熱器是在主體脈動(dòng)熱管3的基礎(chǔ)上,利用耦合脈動(dòng)熱管4與其有 機(jī)結(jié)合。位于水箱內(nèi)的主體脈動(dòng)熱管3的管段為主體脈動(dòng)熱管蒸發(fā)段16,位于箱體內(nèi)的主 體脈動(dòng)熱管3的管段為主體脈動(dòng)熱管冷凝段15 ;因?yàn)橹黧w脈動(dòng)熱管冷凝段15的壁面溫度 要高于與之接觸的耦合式脈動(dòng)熱管4的壁面溫度,耦合脈動(dòng)熱管的管束與主體脈動(dòng)熱管管 束正交接觸的部位和空氣之間正好構(gòu)成相應(yīng)的耦合脈動(dòng)熱管蒸發(fā)段17和耦合脈動(dòng)熱管冷 凝段18,這樣耦合脈動(dòng)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(dòng)熱管4振蕩運(yùn)行,某種程度上耦合脈動(dòng)熱管內(nèi)工質(zhì)所形成的振蕩流 更加穩(wěn)定,同時(shí)還會(huì)克服脈動(dòng)熱管在單一冷、熱源下工作時(shí),由于管子過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致啟動(dòng)功率 增加,難以啟動(dòng)的現(xiàn)象。這樣,主體脈動(dòng)熱管3的振蕩特性為耦合脈動(dòng)熱管4提供了變化負(fù) 荷的外場(chǎng),并以此來(lái)誘導(dǎo)耦合式脈動(dòng)熱管4內(nèi)的工質(zhì),使其流動(dòng)和傳熱特性產(chǎn)生脈動(dòng)的效 果;而耦合脈動(dòng)熱管4內(nèi)工質(zhì)脈動(dòng)的流動(dòng)和傳熱特性又以外場(chǎng)作用于主體脈動(dòng)熱管3,整個(gè) 換熱器的傳熱過(guò)程由于兩脈動(dòng)熱管間的脈動(dòng)特性相互激勵(lì)而得到強(qiáng)化。本專利申請(qǐng)項(xiàng)目屬 于教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目資助(No210050)。
權(quán)利要求一種耦合式脈動(dòng)熱管換熱器,其特征在于,包括箱體(1)、水箱(2)、主體脈動(dòng)熱管(3)和耦合脈動(dòng)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)位于水箱(2)之上,所述的主體脈動(dòng)熱管(3)穿過(guò)上孔板(8)和下孔板(9),貫穿于箱體(1)和水箱(2),所述的耦合脈動(dòng)熱管(4)位于箱體(1)里。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合式脈動(dòng)熱管換熱器,其特征在于,所述的主體脈動(dòng)熱管 (3)是由至少兩根內(nèi)徑小于5mm的U型金屬管通過(guò)首尾相連成閉合管束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合式脈動(dòng)熱管換熱器,其特征在于,所述的耦合脈動(dòng)熱管 ⑷是至少兩排內(nèi)徑小于5mm蛇形金屬管通過(guò)首尾相連成閉合管束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的耦合式脈動(dòng)熱管換熱器,其特征在于,所述的耦合脈動(dòng) 熱管與主體脈動(dòng)熱管(3)正交布置,點(diǎn)-點(diǎn)接觸,也可面-面接觸,其他部位暴露在換熱介 質(zhì)當(dāng)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合式脈動(dòng)熱管換熱器,其特征在于,所述的箱體(1)的下孔 板(9)與水箱(2)的頂蓋通過(guò)法蘭(10)固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合式脈動(dòng)熱管換熱器,其特征在于,所述的水箱(2)設(shè)有進(jìn) 水口 (11)和出水口 (12)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耦合式脈動(dòng)熱管換熱器,其特征在于,所述的箱體(1)的 上孔板⑶內(nèi)側(cè)與主體脈動(dòng)熱管⑶通過(guò)上硅膠板(13)密封,箱體⑴的下孔板(9)內(nèi)側(cè) 與主體脈動(dòng)熱管(3)通過(guò)下硅膠板(14)密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的耦合式脈動(dòng)熱管換熱器,其特征在于,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(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的耦合式脈動(dòng)熱管換熱器,其特征在于,所述的耦合脈動(dòng) 熱管(4)可以與冷源內(nèi)的主體脈動(dòng)熱管(3)耦合,也可與熱源內(nèi)的主體脈動(dòng)熱管(3)耦合, 還可與整個(gè)主體脈動(dòng)熱管(3)耦合。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種耦合式脈動(dòng)熱管換熱器,屬于余熱回收,傳熱、傳質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域,包括箱體、水箱、主體脈動(dòng)熱管和耦合脈動(dòng)熱管,箱體由前端板,左端板,右端板,上孔板和下孔板組成,箱體位于水箱之上,主體脈動(dòng)熱管穿過(guò)上孔板和下孔板,貫穿于箱體和水箱,耦合脈動(dòng)熱管位于箱體里;兩脈動(dòng)熱管管內(nèi)充入管容積50%~70%的工質(zhì)在管內(nèi)形成交替分布的液柱和氣塞,主體脈動(dòng)熱管的振蕩特性為耦合脈動(dòng)熱管提供了變化負(fù)荷的外場(chǎng),并以此來(lái)誘導(dǎo)耦合式脈動(dòng)熱管內(nèi)的工質(zhì),使其流動(dòng)和傳熱特性產(chǎn)生脈動(dòng)的效果;而耦合脈動(dòng)熱管內(nèi)工質(zhì)脈動(dòng)的流動(dòng)和傳熱特性又以外場(chǎng)作用于主體脈動(dòng)熱管。整個(gè)換熱器的傳熱過(guò)程由于兩脈動(dòng)熱管間的脈動(dòng)特性相互激勵(lì)而得到強(qiáng)化。
文檔編號(hào)F28D15/02GK201697512SQ20102021688
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者劉建紅, 劉登瀛, 商福民, 孫洪坤, 常衛(wèi)國(guó), 武勇 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春工程學(xué)院