[发明专利]一种三维热管热交换器及生产方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及传热技术领域，特别是涉及一种用于“空气—空气”系统，利用工质相变过程中吸收或释放热量的原理，不需输入额外的能量即可传输非常高的热流量的三维热管热交换器。

背景技术

所谓的热管，通常包括一个冷凝端和一个蒸发端，冷凝端和蒸发端相互连接，形成一个封闭的系统。参考图1，典型的热管6由一个封闭的管道8组成，管道8的其中一端构成蒸发端10，而温度和压力较低的另一端，构成冷凝端12。吸液芯14从蒸发端10开始，到冷凝端12，贯穿整个热管。通过翅片15的辅助散热，可以将热量从蒸发端周围的环境中，传递到冷凝端周围的环境中去。

在热管的工作过程中，液体工质11在蒸发端10中吸收环境热量后蒸发，蒸发变成汽态上升到冷凝端12，在冷凝端12又被环境冷却变为液体并释放出热量，液体最后又在毛细芯14的作用下回流到蒸发端10。这个循环不断地重复，从而将蒸发端环境中的热量，源源不断地传递到冷凝端环境中去。

如图2所示，现有的技术中，通过将多个单独的热管20组装成一个整体热交换器21，来增加热交换器的传热能力。每个单独的热管构造和运行都如图1中所示，这样组装的热管在传热能力上相对单根的热管要大的多。但是，由于每根管道都必须单独地填充适当数量的冷媒，因而它的生产工艺会非常繁琐。

如图3A和6A，为了降低热管的制造和安装成本，可利用U型管，将单根热管连接成蛇形热管。通过U型管的连接，可以降低部分生产成本。但是，此类热管的每一根管道，很难保证都能得到足够的工作冷媒，这样的蛇形盘管结构，还有可能会妨碍整个热管内部液体的流动，进而降低其整体的传热效率。只有当蛇形热管竖直方向放置时，也就是将上面部分的蛇形盘管作为冷凝端，下面部分的蛇形盘管作为蒸发端，这样蛇形热管才能正常工作。为了保证每根管道都能得到足够量的工作冷媒，需要将每个盘管通过一个汇集管汇集到一起。如图3A所示，热管中每个U型管30A的末端都按照这种方式汇集到一起，这样液体工质才可以在管与管间自由流动，从而保证所有管道中的液位34A都能相同。而更为特殊的是，U型管30A的底部35A是开孔的，并且在孔眼处用细小的铜管36A将他们相互连接。相邻的U型管的开口端，则通过一根直管37A，将他们汇集到一起。这样的连接，可以使相邻管道的末端能相互贯通，并且保证所有管道中的液位都能相同。在每根管道30A的内壁，做成微沟槽33，并且在管道外部套上铝翅片32，这样就构成了热管热交换器。

在另一个利用蛇形热交换器的配置中，可以将两个水平放置的热交换器相互连接，其中处于较低位置的部分作为蒸发端，而另一较高位置的部分作为冷凝端。如图6A所示，通过一根铜管63A，将处于较低位置的U型管60A汇集到一起。采取同样的方式，用另一根铜管64A，将处于较高位置的U型管61A汇集到一起。汇集管的上方，用一根铜管62A相连，作为蒸发管，汇集管的下方，用一根铜管65A相连，作为回流管。

如图3A和6A中所示，每个设备都运行良好。但是，二者在生产和安装上都比较困难，从而导致其应用受到许多限制。

此外，上述设备的工作都基于重力作用这个基本原理。冷媒在冷凝端冷凝成液体后，在重力的作用下回流到蒸发端，而系统中产生重力作用的原因，则是因为冷凝器和蒸发器所处位置的高度不同。为了保证这些设备能够有效运行，冷凝端的高度必须要高于蒸发端的高度。因此，如果没有按照上述要求布置的话，这些设备将不能正常运行。

另外，热管可用来增加空调系统的除湿量或效率。如图13所示，这种类型的空调系统110包括了一个表冷器124和一个用于增加空调系统除湿量的热管热交换器126。该热管由图6A中所示的一对汇集管热交换器组成。第一个热交换器128是作为蒸发端，安装在空调进风口和表冷器124之间。而第二个热交换器130，则安装在表冷器124和机组出风口之间，作为热管的冷凝端使用。热交换器128和130通过蒸发管134和回流管140相互连接。

热管热交换器126工作过程如下：温度较高的空气通过进风口进入空调机组，在经过蒸发端128时，使得蒸发端中的冷媒汽化蒸发，吸收进风气流中的热量，使之冷却后再经过表冷器124得到进一步制冷，从而增加表冷器的除湿量。同时，汽化蒸发后的冷媒上升到蒸发端128的顶部，通过蒸发管134并进入冷凝端130。冷凝端130中的冷媒被经过表冷器124处理后的空气冷却，汽态冷媒被冷却液化后释放出热量，对空气进行再加热。液化后的冷媒通过管道140向下回流到蒸发端128的入口处，随后该过程被不断重复。