專利名稱：一種多級分體式熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及熱交換技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種新型的熱管換熱系統(tǒng)，特別是一種多組獨立熱管裝置并排擺放而成的多級分體式熱管。
背景技術(shù)：
熱管就是利用蒸發(fā)制冷，使得熱管兩端溫度差很大，使熱量快速傳導(dǎo)，因其優(yōu)越的傳熱性能和技術(shù)特性而被廣泛應(yīng)用于節(jié)能領(lǐng)域。目前，熱管常用于設(shè)備散熱、余熱回收以及新風系統(tǒng)等領(lǐng)域。熱管換熱器的總驅(qū)動溫差為蒸發(fā)段和冷凝段的溫差，單級熱管換熱器內(nèi)部制冷劑的恒溫特性導(dǎo)致熱管換熱裝置熱損失大，本申請在通過增加熱管級數(shù)將具有恒溫特性的中間媒介改為具有變溫特性的媒介是實現(xiàn)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，每一級熱管中的制冷劑均視為恒溫流體，則多級熱管能實現(xiàn)變溫效果的換熱裝置，且每級換熱器的換熱面積相同，最終排放溫度接近于環(huán)境溫度，從而最大限度的提高熱能利用率?，F(xiàn)在取多級熱管換熱系統(tǒng)與單級熱管系統(tǒng)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(shù)均為NTU)相同。假定多級熱管換熱裝置的級數(shù)為η,且每級換熱器的換熱面積相同，其傳熱單元數(shù)為NTU/ η，則每級熱管換熱器的效率均相同，η I = η2 =…=nn = ε /2, ε = 1- exp (_NTU/n),多級熱管換熱裝置的總換熱效率為 n = ( η* η I) /[1+(η-1)* η I]。即通過對多級熱管換熱裝置的效率進行分析，可以得到:I)、當給定級數(shù)n, NTU趨向于無窮大時，Π 1=1/2,整體換熱效率η = n / ( n+1 )；2)、當給定NTU，級數(shù)n趨向于無窮大時，整體換熱效率η = NTU / ( NTU+2 )；
3)、當級數(shù)11，NTU都趨于無窮大時，整體換熱效率η — 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(fā)明內(nèi)容本實用新型提供的一種新型的熱管換熱裝置技術(shù)——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(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案如下:一種多級分體式熱管，包括熱管單元和散熱翅片；其特征在于，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(fā)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(fā)器分別都是由相同個熱管單元相互并聯(lián)構(gòu)成的，分別有自己的獨立輸入輸出端，并且各級熱管組的蒸發(fā)器相互并排擺放，組裝于同一個殼體內(nèi)，位于蒸發(fā)器風扇形成的風道內(nèi)，共用一個蒸發(fā)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并聯(lián)構(gòu)成的，分別有自己的獨立輸入輸出端，并且各級熱管組的冷凝器相互并排擺放，組裝于同一個殼體內(nèi)，位于冷凝器風扇形成的風道內(nèi)，共用一個冷凝器風扇；所述蒸發(fā)器要位于冷凝器的下方，汽液混合通道使每一級熱管組的蒸發(fā)器的頂端與冷凝器的底端相導(dǎo)通；這樣整個系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器分開布置，能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離傳熱，這就給工藝設(shè)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(tǒng)的優(yōu)化創(chuàng)造了良好的條件。以上所述每一級熱管組的蒸發(fā)器分別都是由相同個熱管單元相互并聯(lián)構(gòu)成的，SP每一級熱管組的蒸發(fā)器的每一根熱管單元的頂端用一根導(dǎo)熱金屬橫管依次導(dǎo)通，其每一根熱管單元的底端用一根帶有一個外接端口的導(dǎo)熱金屬橫管依次導(dǎo)通，這樣保證每一級熱管組的蒸發(fā)器都有一個共同的壓差，使每一根熱管單元的制冷工質(zhì)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并聯(lián)構(gòu)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端口的導(dǎo)熱金屬橫管依次導(dǎo)通，其每一根熱管單元的底端用一根導(dǎo)熱金屬橫管依次導(dǎo)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制冷工質(zhì)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，連接于每一級熱管蒸發(fā)器的頂端與冷凝器的底端，其與每一級熱管蒸發(fā)器頂端和冷凝器底端的連接點所形成的銳角要大于45。。以上所述汽液混合通道的截面大于每一級熱管的頂部和底部的導(dǎo)熱金屬橫管的截面，每一級熱管的頂部和底部的導(dǎo)熱金屬橫管的截面大于每一根熱管單兀的截面。以上所述熱管單元是導(dǎo)熱性較好的金屬管。以上所述冷凝器和蒸發(fā)器所在風道內(nèi)風的流向是逆向的。以上所述冷凝器和蒸發(fā)器所在風道內(nèi)風的流向相反，其通道內(nèi)也可以是其他流體，但流體的流向要逆向，且方向垂直于熱管單元，平行于散熱翅片所在平面。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(nèi)所充的制冷工質(zhì)是單一的制冷工質(zhì)，不同的級可以根據(jù)需要充入不同的制冷工質(zhì)，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(tǒng)正常工作時，蒸發(fā)和冷凝是連續(xù)進行的，從原理上分為以下幾個環(huán)節(jié):氣化——冷凝——回液——再氣化；即整個系統(tǒng)的各級熱管組的蒸發(fā)器內(nèi)制冷工質(zhì)受熱流體作用而吸熱蒸發(fā)氣化，所形成的熱蒸汽膨脹，經(jīng)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(nèi)制冷工質(zhì)受冷流體作用，冷凝而形成的液體制冷工質(zhì)，由于重力作用液體制冷工質(zhì)經(jīng)每一級的汽液混合通道的側(cè)壁被輸送回蒸發(fā)器，這樣周而復(fù)始的工作；這樣各級熱管組的蒸發(fā)器沿風向各級換熱溫度從高到低，且經(jīng)過各級熱管組的蒸發(fā)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(jīng)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制冷劑均視為恒溫流體，則多級熱管能實現(xiàn)變溫效果的換熱裝置，且每級換熱器的換熱面積相同，最終排放溫度接近于環(huán)境溫度，從而最大限度的提高熱能利用率，解決了現(xiàn)有熱管換熱溫差損失大和總換熱效率低的問題。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過使單根熱管單元，并聯(lián)為一排，形成一級熱管組的蒸發(fā)器和冷凝器，然后汽液混合通道把蒸發(fā)器的頂端的外接端口和冷凝器的底端外接端口連接起來，能夠使每一級熱管組的熱管單元統(tǒng)一抽真空，統(tǒng)一充入制冷工質(zhì)，并且裝置的蒸發(fā)器和冷凝器分開布置，能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離傳熱，這就給工藝設(shè)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(tǒng)的優(yōu)化創(chuàng)造了良好的條件；通過增加熱管級數(shù)的設(shè)計可以將具有恒溫特性的中間媒介改為具有變溫特性的媒介來實現(xiàn)減少換熱溫差損失和提高總換熱效率的有效途徑，不僅提高了每次設(shè)備循環(huán)一周的換熱效率，而且實現(xiàn)了整個系統(tǒng)循環(huán)的穩(wěn)定性，大幅度提高熱管的換熱效率；由于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(tǒng)的安全運行，并且所用整個系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)境友好，適應(yīng)于兩種有溫差流體的換熱。

圖1為該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(fā)器；(32) 二級熱管組的蒸發(fā)器；(33)三級熱管組的蒸發(fā)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(fā)器風扇；(7)冷凝器風扇。
具體實施方式
該實施方式簡單結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示；本實施例實現(xiàn)時涉及的系統(tǒng)裝置主體結(jié)構(gòu)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(fā)器(31)、二級熱管組的蒸發(fā)器(32)、三級熱管組的蒸發(fā)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(fā)器風扇(6)以及冷凝器風扇(7)，整個系統(tǒng)可以根據(jù)需要做成N級熱管組；此系統(tǒng)正常工作時，蒸發(fā)和冷凝是連續(xù)進行的，從原理上分為以下幾個環(huán)節(jié):氣化——冷凝——回液一再氣化。I)液態(tài)工質(zhì)在各級熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)內(nèi)受熱氣化:熱流體經(jīng)各級熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)的外壁后，各級熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)內(nèi)工作介質(zhì)吸熱由液態(tài)工質(zhì)變?yōu)闅鈶B(tài)工質(zhì)，并充滿整個蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)，蒸汽膨脹擴散經(jīng)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(nèi)凝結(jié):各級熱管組的冷凝器(41 ；42 ；43)在冷流體作用下，氣態(tài)工質(zhì)冷凝至冷卻成液態(tài)為止。3)冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)區(qū):各級熱管組的冷凝器(41 ；42 ；43)內(nèi)工質(zhì)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(jīng)每一級的汽液混合通道(51 ；52 ；53)回流至各級熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)。4)各級熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)內(nèi)工質(zhì)受熱再氣化:各級熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)內(nèi)的工質(zhì)受熱再氣化，循環(huán)往復(fù)。即整個系統(tǒng)的各級熱管組的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)內(nèi)制冷工質(zhì)受熱流體作用熱管內(nèi)的工質(zhì)(該工質(zhì)一般沸點溫度都比較低)吸熱并達到沸點后，工質(zhì)迅速蒸發(fā)為蒸汽，所形成的熱蒸汽膨脹，經(jīng)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(nèi)制冷工質(zhì)受冷流體作用，冷卻放熱并冷凝為液體，由于重力作用冷凝的液體制冷工質(zhì)經(jīng)每一級的汽液混合通道(51 ；52 ;53)側(cè)壁被輸送回蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)，又可再次蒸發(fā)；如此不斷循環(huán)，將熱量從蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)傳到冷凝器(41 ；42 ;43)。這樣整個系統(tǒng)的各級熱管組的蒸發(fā)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(jīng)過各級熱管組的蒸發(fā)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(jīng)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，最終排放溫度接近于環(huán)境溫度，從而最大限度的提高熱能利用率。
權(quán)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);其特征在于，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(fā)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(fā)器(31 ；32 ;33)分別都是由相同個熱管單元相互并聯(lián)構(gòu)成的，分別有自己的獨立輸入輸出端，并且各級熱管組(11 ;12 ；13)的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)相互并排擺放，組裝于同一個殼體內(nèi)，位于蒸發(fā)器風扇(6)形成的風道內(nèi)，共用一個蒸發(fā)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并聯(lián)構(gòu)成的，分別有自己的獨立輸入輸出端，并且各級熱管組(11 ；12 ；13)的冷凝器(41 ；42 ;43)相互并排擺放，組裝于同一個殼體內(nèi)，位于冷凝器風扇(7)形成的風道內(nèi)，共用一個冷凝器風扇(7);所述蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)要位于冷凝器(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(fā)器(31 ；32 ；33)的頂端與冷凝器(41 ；42 ；43)的底端相導(dǎo)通；這樣整個系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器分開布置，能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離傳熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多級分體式熱管，其特征在于，所述每一級熱管組(11；12 ；13)的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)分別都是由相同個熱管單元相互并聯(lián)構(gòu)成的，即每一級熱管組(11 ；12 ；13)的蒸發(fā)器(31 ；32 ；33)的每一根熱管單元的頂端用一根導(dǎo)熱金屬橫管依次導(dǎo)通，其每一根熱管單元的底端用一根帶有一個外接端口的導(dǎo)熱金屬橫管依次導(dǎo)通，這樣保證每一級熱管組(11 ；12 ；13)的蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)都有一個共同的壓差，使每一根熱管單元的制冷工質(zhì)的總量基本保持相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多級分體式熱管，其特征在于，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并聯(lián)構(gòu)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端口的導(dǎo)熱金屬橫管依次導(dǎo)通，其每一根熱管單元的底端用一根導(dǎo)熱金屬橫管依次導(dǎo)通，這樣保證每一級熱管組(1 1 ；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制冷工質(zhì)的總量基本保持相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多級分體式熱管，其特征在于，所述汽液混合通道(51；52 ；53)是一根傾斜的直管，連接于每一級熱管蒸發(fā)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(fā)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于45°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多級分體式熱管，其特征在于，所述汽液混合通道(51；52;53)的截面大于每一級熱管的頂部和底部的導(dǎo)熱金屬橫管的截面,每一級熱管的頂部和底部的導(dǎo)熱金屬橫管的截面大于每一根熱管單元(I)的截面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多級分體式熱管，其特征在于，所述熱管單元(I)是導(dǎo)熱性較好的金屬管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多級分體式熱管，其特征在于，所述冷凝器(41；42 ；43)和蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)所在風道內(nèi)風的流向是逆向的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種分體式多級熱管系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝器(41；42 ；43)和蒸發(fā)器(31 ；32 ;33)所在風道內(nèi)風的流向相反，其通道內(nèi)也可以是其他流體，但流體的流向要逆向，且方向垂直于熱管單元，平行于散熱翅片所在平面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多級分體式熱管，其特征在于，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(nèi)所充的制冷工質(zhì)是單一的制冷工質(zhì)，不同的級可以根據(jù)需要充入不`同的制冷工質(zhì)，其工作運行時各級熱管組相互不影響。
專利摘要本實用新型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(jù)需要做成N級熱管組；整個系統(tǒng)由冷凝器、蒸發(fā)器以及汽液混合通道三個部分組成；每一級熱管組的蒸發(fā)器和冷凝器都是由相同個熱管單元相互并聯(lián)構(gòu)成的一組獨立的循環(huán)回路；該系統(tǒng)的蒸發(fā)器在冷凝器的下部，汽液混合通道使每一級蒸發(fā)器的頂端與冷凝器的底端相導(dǎo)通；整個系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器分開布置，能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離傳熱，這就給工藝設(shè)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(tǒng)的優(yōu)化創(chuàng)造了良好的條件。
文檔編號F28D15/02GK203037117SQ20132000144
公開日2013年7月3日 申請日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者祝長宇, 丁式平 申請人:北京德能恒信科技有限公司