[发明专利]一种集束式热管换热器

说明书

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，具体的说，涉及一种新型的热管换热系统，特别是一种多组热管装置并排摆放而成的集束式热管换热器。

背景技术

热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快速传导，因其优越的传热性能和技术特性而被广泛应用于节能领域。目前，热管常用于设备散热、余热回收以及新风系统等领域。热管换热器的总驱动温差为蒸发段和冷凝段的温差, 单级热管换热器内部制冷剂的恒温特性导致热管换热装置热损失大, 本申请在通过增加热管级数将具有恒温特性的中间媒介改为具有变温特性的媒介是实现减少换热温差损失和提高总换热效率的有效途径。单级热管换热器改为多级形式，每一级热管中的制冷剂均视为恒温流体, 则多级热管能实现变温效果的换热装置，且每级换热器的换热面积相同，最终排放温度接近于环境温度，从而最大限度的提高热能利用率。

现在取多级热管换热系统与单级热管系统相同的总换热面积（相同的投入）进行分析, 每一级的传热能力（传热单元数均为NTU）相同。假定多级热管换热装置的级数为n, 且每级换热器的换热面积相同, 其传热单元数为NTU/ n, 则每级热管换热器的效率均相同，η1 = η2 = … = ηn = ε/2，ε = 1- exp（-NTU/n），多级热管换热装置的总换热效率为 η = ( n*η1) /[1+(n-1)*η1]。

即通过对多级热管换热装置的效率进行分析, 可以得到:

1) 当给定级数n, NTU趋向于无穷大时，η1=1/2，整体换热效率 η = n / ( n+1 )；

2) 当给定NTU, 级数n趋向于无穷大时, 整体换热效率 η = NTU / ( NTU+2 )；

3) 当级数n, NTU都趋于无穷大时, 整体换热效率η →1。

通过上述分析可以看出单级热管换热器改为多级形式, 在整体换热面积相同的情况下，减少了换热温差损失, 提高总换热效率。

发明内容

本发明提供的一种新型的热管换热装置技术——一种集束式热管换热器，就是为了解决目前动力热管工作时换热温差损失大和总换热效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种集束式热管换热器，包括热管单元、散热翅片、冷凝区、绝热区、蒸发区、由多个热管组成的一级热管组、二级热管组以及三级热管组，可以根据需要做成4—N级热管组；这样整个系统有多根热管单元组合排列构成，总排数决定多级热管热交换系统的级数，总列数决定多级热管热交换系统的每一级热管的个数；所述一级热管组、二级热管组、三级热管组以及4—N级热管组分别都是由相同个热管相互并联构成的一排独立的封闭管道，并且各级热管组相互并排摆放，组装于同一个壳体内共用一个风道；所述每一级的热管组分别都是由相同个热管相互并联构成的一排独立的封闭管道，其每一级的每一根热管的顶端和底端分别用一根横管依次导通，这样保证每一级热管都有一个共同的压差，使每一根热管单元的制冷工质的总量基本保持相等；所述热管单元是导热性较好的金属管；所述冷凝区和蒸发区内风的流向是逆向的。

以上所述每一级热管组的每一排散热翅片可以是级与级之间完全隔开的单独散热翅片构成，也可以是一个整体的散热翅片。

以上所述每一级热管组的每一排散热翅片的可以是一个整体的散热翅片，但各级热管组的散热翅片之间用隔热缝隔开，主要是起到各级热管组之间的隔热作用。

以上所述绝热区是一个绝热的隔流板。

以上所述冷凝区和蒸发区风道内的风向相反，其通道内也可以是其他流体，但流体的流向要逆向，且方向垂直于热管单元，平行于散热翅片。

以上所述一级热管组、二级热管组、三级热管组以及4—N级热管组的每一级内所充的制冷工质是单一的制冷工质，不同的级可以根据需要充入不同的制冷工质，其工作运行时各级热管组相互不影响。

以上所述多级热管热交换系统正常工作时，蒸发和冷凝是连续进行的，从原理上分为以下几个环节：气化——冷凝——回液——再气化；这样整个系统的蒸发区的各级热管组受热流体作用，沿风向各级换热温度从高到低，且经过蒸发区的各级热管组的流体温度也成阶梯式降低，冷凝区的热管组受冷流体作用，沿风向各级换热温度从低到高，且经过冷凝区的各级热管组的流体温度也成阶梯式升高，最终排放温度接近于环境温度，从而最大限度的提高热能利用率。