一种激励耦合式脉动热管换热器.pdf

具体实施方式

本发明涉及一种激励耦合式脉动热管换热器，如图1、2、3所示，属于余热回收，传热、传质技术领域。包括箱体1、水箱2、主体脉动热管3、耦合脉动热管4，上硅胶板13，下硅胶板14。箱体1由前端板5，左端板6，右端板7，上孔板8和下孔板9组成。箱体1位于水箱2之上，主体脉动热管3穿过上孔板8和下孔板9，贯穿于箱体1和水箱2；箱体1的下孔板9与水箱2的顶盖通过法兰10固定。耦合脉动热管4位于箱体1里，耦合脉动热管4管束与主体脉动热管3的管束正交布置，点-点或面-面接触，其他部位暴露在换热介质当中。箱体1的上孔板8内侧与主体脉动热管3通过上硅胶板13密封，箱体1的下孔板9内侧与主体脉动热管3通过下硅胶板14密封，水箱2设有进水口11和出水口12。

主体脉动热管3是由至少两根内径小于5mm的U型金属管通过首尾相连成闭合管束，耦合脉动热管4是至少两排内径小于5mm蛇形金属管通过首尾相连成闭合管束。

主体脉动热管经过抽真空、灌液、封装等程序后，穿过箱体1的上孔板8和下孔板9，贯穿于箱体1和水箱2中，耦合脉动热管经过抽真空、灌液、封装等程序后，放入箱体1，与主体脉动热管的管束正交分布，点-点或面-面接触，其他部位暴露在换热介质当中，箱体1的上孔板8内侧与主体脉动热管3通过上硅胶板13密封，箱体1的下孔板9内侧与主体脉动热管3通过下硅胶板4密封，水箱2主体设有保温层。

本说明书只是针对气-液换热过程(并且液为热源，气为冷源)进行阐述的，至于气-气、液-液等的换热过程，以及冷、热源的气、液不同分配也同样适用。气介质既可以是空气也可是烟气；另外，耦合脉动热管4可以与冷源内的主体脉动热管3耦合，也可与热源内的主体脉动热管3耦合，还可与整个主体脉动热管3耦合。

本发明激励耦合式脉动热管换热器是在主体脉动热管3的基础上，利用耦合脉动热管4与其有机结合。位于水箱内的主体脉动热管3的管段为主体脉动热管蒸发段16，位于箱体内的主体脉动热管3的管段为主体脉动热管冷凝段15；因为主体脉动热管冷凝段15的壁面温度要高于与之接触的耦合式脉动热管4的壁面温度，耦合脉动热管的管束与主体脉动热管管束正交接触的部位和空气之间正好构成相应的耦合脉动热管蒸发段17和耦合脉动热管冷凝段18，这样耦合脉动热管和空气就建立起了交替的多冷源和多热源形式，在多热源和多冷源作用下，耦合脉动热管4振荡运行，某种程度上耦合脉动热管内工质所形成的振荡流更加稳定，同时还会克服脉动热管在单一冷、热源下工作时，由于管子过长而导致启动功率增加，难以启动的现象。这样，主体脉动热管3的振荡特性为耦合脉动热管4提供了变化负荷的外场，并以此来诱导耦合式脉动热管4内的工质，使其流动和传热特性产生脉动的效果；而耦合脉动热管4内工质脉动的流动和传热特性又以外场作用于主体脉动热管3，整个换热器的传热过程由于两脉动热管间的脉动特性相互激励而得到强化。

目前余热回收装置的强化换热措施主要采用翅片和肋板等传统方法，翅片换热器的主要缺点是结构复杂，加工复杂，阻力大，肋板换热器的主要缺点是沿肋高方向温度不同，换热效果差，成本高等缺点。现有的脉动热管技术只是将单个热管应用到传热领域，本发明激励耦合式脉动热管换热器的主要优点是将两个脉动热管有机结合，组成耦合式脉动热管换热器，两个脉动热管相互作用，为双方相互提供变化的负荷外场；另外，由于脉动热管的高效传热性能，使换热器空气(或烟气)侧的传热过程与翅片传热性能相比也得到强化，同时，脉动热管取代了翅片结构，也相应减少了空气(或烟气)侧的流动阻力。所以相对现有的脉动热管技术，激励耦合式脉动热管换热器的换热效率大大提高。通过实验数据表明，采用激励耦合式脉动热管换热器，其换热效果要比单个热管换热器换热效果提高5％～10％。因此，相对于传统的换热器，本发明安装灵活，热回收效率高，结构简单，造价低，不受季节和地域的限制，适用范围广。本专利申请项目属于教育部科学技术研究重点项目资助(No210050)。