带蒸发换热联接段的组合式振荡流热管 【技术领域】
本发明属于传热领域， 特别涉及一种带蒸发换热联接段的组合式振荡流热管。背景技术 振荡流热管是国际上近十年发展起来的一种高效热管 (H.Akachi( 赤地 ) ： Looped Capillary Tube Heat Pipe， Proceedings of 71st General Meeting Conference of JSME， Vol.3， No.940-10， 1994)。振荡流热管 ( 又称脉动热管 ) 是由长的毛细管弯曲成的蛇 形管路， 由若干细直管道和若干弯头组成， 划分为加热段、 冷凝段和隔热段三部分。按其循 环系统的不同， 又可分为首尾连成闭合回路的回路型 (Looped)( 如图 1 所示 ) 和首尾不相 连的非回路型 (Unlooped)( 如图 2 所示 ) 两种。其工作原理如下所述 ： 当管径足够小时， 在 真空下封装在管内的工作液体将在管内形成液、 汽相间的柱塞。 在加热段， 汽泡或汽柱与管 壁之间的液膜因受热而不断蒸发， 导致汽泡膨胀， 并推动汽液柱塞流向冷端冷凝收缩， 从而 在冷、 热端之间形成较大的压差。 由于汽液柱塞交错分布， 因而在管内产生强烈的往复振荡 运动， 从而实现高效热传递。
振荡流热管是一种高效传热元件， 但其热量的传输距离通常不大于 1 ～ 2 米 ； 同 时， 在许多将振荡流热管用于发热体散热的场合， 往往要求增加热管的散热面积， 而仅使用 单根热管将无法满足使用要求。 这就提出了如何延长热管的热传输距离和扩展热管散热面 积的关键应用问题。
发明内容
本发明目的是为了克服单根振荡流热管热传输距离不大， 散热面积小的不足， 本 发明提供一种带蒸发换热联接段的组合式振荡流热管， 其特征在于， 带蒸发换热联接段的 组合式振荡流热管由 N 级振荡流热管组合单元串联组成， N为1～3；
所述振荡流热管组合单元由初级振荡流热管 101、 次级振荡流热管 102 和蒸发换 热联接段 103 构成， 蒸发换热联接段 103 为竖置的密闭容器， 蒸发换热联接段 103 容器抽真 空， 再充填工作液 104 并密封， 初级振荡流热管 101 的一端置于蒸发换热联接段 103 内， 并 初级振荡流热管 101 水平固接在蒸发换热联接段 103 的下部， 次级振荡流热管 102 的一端 置于蒸发换热联接段 103 内， 并次级振荡流热管 102 水平固接在蒸发换热联接段 103 的上 部， 初级振荡流热管 101 插入蒸发换热联接段 103 内的一端为冷凝端， ( 即散热端 )， 初级振 荡流热管 101 在蒸发换热联接段 103 外的一端为蒸发端， ( 即吸热端 )， 次级振荡流热管 102 插入蒸发换热联接段 103 内的一端为蒸发端， 在蒸发换热联接段 103 外的一端为冷凝端， 工 作液 104 置于蒸发换热联接段 103 内， 初级振荡流热管 101 的冷凝端浸没在工作液 104 内， 次级振荡流热管 102 的蒸发端在工作液 104 的液面以上 ；
带蒸发换热联接段的组合式振荡流热管的 N 级振荡流热管组合单元中， 第 1 级振 荡流热管组合单元 1 的次级振荡流热管即为第 2 级振荡流热管组合单元 2 的初级振荡流热 管， 第 2 级振荡流热管组合单元 2 的次级振荡流热管即为第 3 级振荡流热管组合单元 3 的初级振荡流热管， 第 N-1 级振荡流热管组合单元 N-1 的次级振荡流热管即为第 N 级振荡流 热管组合单元 N 的初级振荡流热管， 第 1 级振荡流热管组合单元 1 的初级振荡流热管的蒸 发端为带蒸发换热联接段的组合式振荡流热管的蒸发端， 第 N 级振荡流热管组合单元 N 的 次级振荡流热管的冷凝端为带蒸发换热联接段的组合式振荡流热管的冷凝端。
所述初级振荡流热管 101 和次级振荡流热管 102 均为单支回路型振荡流热管或单 支非回路型振荡流热管。
所述工作液 104 为蒸馏水、 乙醇、 丙酮或制冷剂 R141b。
所述蒸发换热联接段 103 容器充填工作液前抽真空， 真空度为 10-1 ～ 10-2Pa。
所述振荡流热管组合单元中的初级振荡流热管为并联式初级振荡流热管 201， 次 级振荡流热管为并联式次级振荡流热管 202， 所述并联式初级振荡流热管 201 和并联式次 级振荡流热管 202 均由 2 ～ 5 支回路型振荡流热管或非回路型振荡流热管平行排列组成， 回路型振荡流热管或非回路型振荡流热管的管路平面为水平布置或竖直布置。 通过振荡流 热管的并联组合达到扩展散热面积的目的， 提高了热管的传热能力。
本发明采用蒸发换热联接段来实现振荡流热管串联与并联组合的新方法， 该方法 利用蒸发相变传递热量与直接接触的管间热传递， 通过对振荡流热管进行串、 并联组合， 延 长了热传输距离， 扩展了散热面积， 从而大大提高了热管的传热能力。 在进行串联组合时， 初级振荡流热管和次级振荡流热管通过串联组合构成振荡流 热管组合单元。 多级振荡流热管组合单元的串联组合组成带蒸发换热联接段的组合式振荡 流热管， 延长了热传输距离。多级振荡流热管组合单元串联一般不宜超过三级。
在进行并联组合时， 用一组振荡流热管作为振荡流热管组合单元的初级振荡流热 管， 用另一组振荡流热管作为振荡流热管组合单元的次级振荡流热管， 两组振荡流热管与 蒸发换热联接段构成并联式振荡流热管组合单元， 扩展了散热面积。多级并联式振荡流热 管组合单元也可通过串联组合组成散热面积更大的带蒸发换热联接段的组合式振荡流热 管。每组振荡流热管的振荡流热管并联一般不宜超过五支。
本发明使用时， 将第 1 级振荡流热管组合单元的蒸发端 ( 即吸热端 ) 与加热热源 连接， 将末级振荡流热管组合单元的冷凝端 ( 即散热端 ) 与需要加热的物体连接 ( 对于一 些需要散热的设备或元件， 可以把第 1 级振荡流热管组合单元的蒸发端直接贴附在需要散 热的设备或者元件上， 末级振荡流热管组合单元的冷凝端置于冷却流体中 )， 中间热输送段 的振荡流热管组合单元的振荡流热管和蒸发换热联接段用绝热材料包裹， 以减少输送过程 热损失。本发明可根据实际需要， 采用串联、 并联或串并联组合形式， 用于大中型换热器或 长距离热输送场合， 可用于高效紧凑换热器、 工业余热回收、 太阳能热利用等领域。
本发明的有益效果是， 通过振荡流热管的串联组合达到延长热传输距离的目的， 通过振荡流热管的并联组合达到扩展散热面积的目的， 因此可以显著改善振荡流热管传热 能力。可根据具体需要， 用若干支振荡流热管的串并联组合来满足相应的传热要求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 图 1 为回路型振荡流热管示意图 ； 图 2 为非回路型振荡流热管示意图 ；图 3 为振荡流热管组合单元示意图 ；
图 4 为带蒸发换热联接段的组合式振荡流热管 ；
图 5 为并联式振荡流热管组合单元示意图。
图中， 1-- 第 1 级振荡流热管组合单元， 2-- 第 2 级振荡流热管组合单元， N-- 第 N 级振荡流热管组合单元， 101-- 初级振荡流热管， 102-- 次级振荡流热管， 103-- 蒸发换热联 接段， 104-- 工作液， 201-- 并联式初级振荡流热管， 202-- 并联式次级振荡流热管。 具体实施方式
图 3、 图 4、 图 5 为本发明的实施例的示意图。
图 3 为振荡流热管组合单元示意图。如图 3 所示， 振荡流热管组合单元初级振荡 流热管 101、 次级振荡流热管 102 和蒸发换热联接段 103 构成， 蒸发换热联接段 103 为竖置 的密闭容器， 容器抽真空后充填工作液 104 后密封， 初级振荡流热管 101 的一端置于蒸发换 热联接段 103 内， 并初级振荡流热管 101 水平固接在蒸发换热联接段 103 的下部， 次级振荡 流热管 102 的一端置于蒸发换热联接段 103 内， 并次级振荡流热管 102 水平固接在蒸发换 热联接段 103 的上部， 初级振荡流热管 101 插入蒸发换热联接段 103 内的一端为冷凝端， 即 散热端， 初级振荡流热管 101 在蒸发换热联接段 103 外的一端为蒸发端， 即吸热端， 次级振 荡流热管 102 插入蒸发换热联接段 103 内的一端为蒸发端， 在蒸发换热联接段 103 外的一 端为冷凝端。
蒸发换热联接段 103 为竖直放置的密闭立方体容器， 容器内充有蒸馏水或乙醇工 作液 104， 充液率以能使工作液全部浸没下部的初级振荡流热管 101 冷凝端为准， 蒸发换热 -1 -2 联接段 103 内部空间用真空泵抽真空至真空度为 10 ～ 10 Pa。初级振荡流热管 101 和次 级振荡流热管 102 均为由内径 3mm， 外径 5mm 的铜管制成的回路型振荡流热管， 管内封装的 工作液体为蒸馏水， 封装量约 50％。
图 4 为带蒸发换热联接段的组合式振荡流热管。 如图 4 所示， 带蒸发换热联接段的 组合式振荡流热管由多级如图 3 所示的振荡流热管组合单元串联组成， 本实施例为三级振 荡流热管组合单元串联。第 1 级振荡流热管组合单元 1 的次级振荡流热管即为第 2 级振荡 流热管组合单元 2 的初级振荡流热管， 第 2 级振荡流热管组合单元 2 的次级振荡流热管即 为第 3 级振荡流热管组合单元 3 的初级振荡流热管， 第 N-1 级振荡流热管组合单元 N-1 的 次级振荡流热管即为第 N 级振荡流热管组合单元 N 的初级振荡流热管， 本实施例 N 为 3。第 1 级振荡流热管组合单元的初级振荡流热管的蒸发端为带蒸发换热联接段的组合式振荡流 热管的蒸发端， 第 3 级振荡流热管组合单元的次级振荡流热管的冷凝端为带蒸发换热联接 段的组合式振荡流热管的冷凝端。 三级振荡流热管组合单元蒸发换热联接段的工作液均为 蒸馏水。与图 3 所示的振荡流热管组合单元同样， 各级振荡流热管组合单元初级振荡流热 管和次级振荡流热管均为由内径 3mm， 外径 5mm 的铜管制成的回路型振荡流热管， 管内封装 的工作液体为蒸馏水， 封装量约 50％。
如图 5 所示的并联式振荡流热管组合单元， 初级振荡流热管和次级振荡流热管为 两组管路平面水平布置的并联式组合振荡流热管， 并联式初级振荡流热管 201 为 4 支振荡 流热管并联组合， 并联式次级振荡流热管 202 也为 4 支振荡流热管并联组合， 并联式初级振 荡流热管 201 和并联式次级振荡流热管 202 与蒸发换热联接段 103 构成散热面积较大的振荡流热管组合单元， 与图 3 的振荡流热管组合单元同样， 并联式初级振荡流热管 201 在蒸发 换热联接段 103 的下部， 并联式次级振荡流热管 202 在蒸发换热联接段 103 的上部。蒸发 换热联接段 103 为竖直放置的密闭立方体容器， 容器内充的工作液 104 为蒸馏水或乙醇， 工 作液浸没组成并联式初级振荡流热管 201 全部振荡流热管的冷凝端， 组成并联式次级振荡 流热管 202 全部振荡流热管的蒸发端均在工作液液面以上。蒸发换热联接段 103 容器内部 用真空泵抽真空至 10-1 ～ 10-2Pa 后充液。组成并联式初级振荡流热管 201 和并联式次级振 荡流热管 202 的振荡流热管均为由内径 3mm， 外径 5mm 的铜管制成的回路型振荡流热管， 管 内封装的工作液体为蒸馏水， 封装量约 50％。由多级级并联式振荡流热管组合单元串联可 组成并联式的带蒸发换热联接段的组合式振荡流热管， 达到扩展散热面积的目的， 可以显 著改善振荡流热管传热能力。
本发明适用于高效紧凑换热器、 工业余热回收、 太阳能热利用等领域。