CN209802161U - 一种环路热管组件及其热管换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种环路热管组件及其热管换热器，所述环路热管组件包括联箱A、联箱B、蒸发通道和冷凝通道，蒸发通道和冷凝通道的一端与联箱A联接、另端与联箱B联接，联箱A、联箱B、蒸发通道和冷凝通道形成环路，组成环路热管组件结构。所述环路热管组件内部通道处于真空或负压状态，并密封有起相变换热作用的工质。所述环路热管组件的相邻蒸发通道之间或相邻冷凝通道之间贴合翅片或热源通道或冷源通道，组成换热组件，这种换热组件自发实现气‑气换热或气‑液换热。所述环路热管组件及其热管换热器，以模块化的方式焊接成型或胶接成型。所述环路热管组件及其热管换热器具有换热效率高、热流密度大、换热速度快、承压能力强、质量轻、结构稳定、抗冻性能好和运行安全等诸多优点，是一种具有广阔市场应用前景的新型换热元件。

Description

一种环路热管组件及其热管换热器

技术领域

本实用新型涉及热交换及热管技术领域，特别是一种环路热管组件及其热管换热器。

背景技术

目前，热管及热管换热器以其传热效率高、传热速度快、承压高、节能等诸多优点被广泛应用于换热、散热等工业应用领域，但传统的热管及热管换热器存在传热能力不足、体积大、制作工艺复杂等缺点。板翅式换热器采用铝板和铝翅片整体钎焊而成，体积小、重量轻，传热效率高，但存在承压能力不强、易泄漏等缺点。业界有人尝试采用类似板翅式换热器的制作工艺制作热管换热器，大都为下端联通的结构，存在传热能力不够大、体积热容量较小、工作方位受重力影响等缺点，如何提高这种换热器的传热能力，并使其工作方位不受重力影响，是业界亟待解决的一个技术难点。

发明内容

实用新型的目的在于，针对传统热管及热管换热器的上述缺点，提供一种环路热管组件及其热管换热器，该换热组件采用高效导热的环路热管组件作为导热元件，可以实现在无外力驱动下的自发换热，比如对贴合于加热段的热水或热油或电子元件产热的自发冷却，或通过环路热管将加热段的热量传递到冷却段，实现对此处冷风或冷流体的加热。本实用新型所述环路热管组件及其热管换热器启动速度快、工作温度低、换热量大、换热效率高、换热速度快、体积小、重量轻、承压能力强，节能显著、抗冻性能好、耐蚀性高、安全可靠，是一种具有诸多性能优势的新型换热构件或换热设备。

本实用新型的技术方案如下：

一种环路热管组件及其热管换热器，其特征在于，所述环路热管组件包括联箱A、联箱B、蒸发通道和冷凝通道，蒸发通道或冷凝通道一端与联箱A连通、另一端端与联箱B连通，联箱A、联箱B、蒸发通道和冷凝通道形成环路，组成环路热管组件结构。所述环路热管组件内部通道处于真空或负压状态，并密封有起相变换热作用的工质。

以下对本实用新型做出进一步说明。

所述蒸发通道和冷凝通道由一根或多根多孔通道组成，所述多孔通道为外形扁平的多孔扁管或板翅式结构。所述多孔通道的多个通道一端与联箱A连通，另一端与联箱B连通，一根多孔通道的全部或一部分形成蒸发通道或冷凝通道。将所述多孔通道的内部通道按一定配比设置为不同的内部结构，一部分通道的内部结构设置为气体阻力较小的结构（如孔径较大，或管壁较为光滑），使其成为蒸发通道；另一部分通道的内部结构设置为毛细作用较强的内部结构（如内部设置沟槽、或内部设置毛细芯），使其成为冷凝通道。所述环路热管组件中蒸发通道或冷凝通道垂直地面放置，或水平放置，或与地面程任意角度放置。

所述环路热管组件的相邻多孔通道之间贴合翅片或热源通道或冷源通道，组成环路热管换热器，所述翅片或热源通道或冷源通道可以任意组合，所述换热组件构成一种热管换热器，可自发实现气-气换热或气-液换热。

所述多孔通道为多孔扁管时，内部通道设有平形排列的多个通道，内部通道截面形状为正方形、矩形、圆形、三角形或多边形，或者在内部通道带有内齿；当所述多孔通道为板翅式结构时，平行的平板之间设置有内翅，内翅将多孔通道隔成多个平行排列的通道。多孔通道排列方式为：多孔通道的轴线在一个平面，或一个多孔通道轴线组成的平面与另一个多孔通道轴线组成的平面平行。

所述多孔扁管内部通道的内齿形状为矩型、三角型、Ω型、梯形、燕尾型；所述环路热管组件及其热管换热器的多孔通道外侧或内侧或内外两侧贴合有翅片，所述翅片采用金属挤压成形、或冲压成形、或滚压成形、或折弯成形，所述翅片形状为Z字形、正方形、矩形、三角形、梯形、多边形、圆形、波浪形、锯齿形、王字形、山字型、树叉型或扇形。

所述环路热管组件及其热管换热器气-气换热时，环路热管组件的加热段与冷却段之间设置有隔热板，热风通过环路热管组件换热组件的加热段，冷风通过换热组件的冷却段，换热组件按热管换热器的原理实现自发换热。

所述发热元件置于换热组件的底端或侧边，通过所述环路热管组件及其热管换热器，以热管换热器传热的原理自发将热量传递到外侧翅片处，通过冷却风将热量散走。

所述联箱B内部或外部设置有热源管，联箱B、蒸发通道、联箱A和冷凝通道形成环路热管结构，实现散热。多孔通道的内部为光管或设置内齿或内翅。在多孔通道的外侧设置翅片，所述翅片直接将多孔通道的热量导入空气，或所述翅片与多孔通道形成上下气流通道，在实现辐射散热的同时实现对流散热。所述翅片可与多孔通道一体成型、或焊接到一体、或胀接到一起。 该结构特别适合于制作采暖散热器。

所述制作工艺为整体制作成型或模块制作成型后组装，其主要制作工艺为：将多孔通道与联箱A和联箱B连接制作成一个整体，使其内部通道形成环路结构，将翅片、或热源通道、或冷源通道与多孔通道紧密贴合，采用抽真空或排气法使环路通道处于真空或负压状态。所述多孔通道与翅片或与热源通道或与冷源通道的连接方式为焊接、胀接、胶接、过盈配合、铆接或螺栓连接。所述蒸发通道或冷凝通道的内部通道与联箱A，或与联箱B的连接方式为焊接或胶接。

所述联箱A、联箱B、蒸发通道、冷凝通道、热源通道、冷源通道、翅片材料可分别为金属（如铝及铝合金）、复合材料或高分子材料。

所述蒸发通道内孔大于冷凝通道；或当蒸发通道内孔不设内齿时，冷凝通道内孔设内齿；或在冷凝通道加毛细芯；其他使冷凝通道毛细作用高于蒸发通道的方法。

本实用新型所述环路热管组件及其热管换热器不同于传统的换热器，其基本工作原理是：环路热管组件的加热段吸收热源的热量，工质蒸发，通过环路热管组件中多孔通道的一部分通道（自发形成蒸发通道）迅速传递到冷却段，然后通过冷却段放热，热管中的工质在冷却段冷凝，从环路热管组件中多孔通道的一部分通道（自发形成冷凝通道）回流到加热段，如此循环，不断地将加热段的热量自发地传递到冷却段。蒸发通道和（或）冷凝通道由一个或一个以上的多孔通道组成，多孔通道中，蒸发通道或冷凝通道是在环路热管组件工作过程中随机分布产生的，工质受热蒸发时，气化的工质选择阻力小或有利于气体流动的通道从蒸发段流动到冷却段；工质放热冷凝时，液化的工质选择毛细作用较强或有利于回流的通道从冷却段回流到加热段。加热段从换热组件的翅片吸热或从热源通道吸热或从换热组件的低板吸热；冷却段对翅片或冷源通道放热。

由以上可知，本实用新型为环路热管组件及其热管换热器，它的积极效果有：

（1）所述环路热管组件的蒸发通道和冷凝通道分别并联在联箱A内部管道和联箱B内部管道上，构成环路热管结构，这使得热管在工作时内部相变传热工质沿通道内阻力最小路径流动，极大地提高了热管的传热性能，使其换热能力更高。

（2）本实用新型所述环路热管组件及其热管换热器采用环路热管作为导热元件，且与翅片或热源通道或冷源通道整体组焊而成使制作更加方便，且单位重量换热功率大、体积小、结构紧凑。

（3）由于所述复合环路热管形成了环路传热，所以所述环路热管组件及其换热器的传热方向不受重力影响，可以实现水平传热或反重力传热。

（4）所述环路热管组件及其热管换热器可以分成两个以上的模块，采用模块方式制作，使安装及维护更加方便、成本更低。

（5）本实用新型所述环路热管组件及其热管换热器作为一种热管换热器，通道中为负压，且加入的工质很少，与板翅式换热器相比，液体泄露的风险更小。

附图说明

图1为本实用新型所述环路热管组件及其热管换热器实施例1的示意图。

图2为图1的A-A剖面图。

图3为本实用新型所述环路热管组件及其热管换热器的实施例2的示意图。

图4为图3的B-B剖面图。

图5为图2、图4多孔通道的内齿放大图。

图6为本实用新型所述环路热管组件及其热管换热器实施例3的示意图。

图7为本实用新型环路热管组件及其热管换热器实施例4的示意图。

图8为本实用新型环路热管组件及其热管换热器实施例5的示意图。

图9、图10为本实用新型环路热管组件及其热管换热器实施例6的示意图。

图11～图17为本实用新型所述环路热管组件及其热管换热器实施例7的示意图。其中：

图11为无外翅片的环路热管组件结构；

图12为图11的C-C剖面图；

图13为图12多孔通道及内齿放大图；

图14为外设翅片的环路热管组件及其热管换热器的结构示意图；

图15为图14的D-D剖面俯视图；

图16和图17为外设另一种型式翅片的环路热管组件及其热管换热器的剖面俯视图。

实施例示意图

在图中：

1—联箱A 2—蒸发通道 3—联箱B 4—冷凝通道

5—通道空隙 6—翅片 7—隔板

8—热源通道 9—冷源通道 10—热源管

11—发热元件。

具体实施方式

为了更好的理解本所述实用新型环路热管组件及其热管换热器，下面结合实施例对本实用新型所述环路热管组件及其热管换热器做进一步地详细说明，但是本实用新型所述环路热管组件及其热管换热器要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1：如图1所示，所述环路热管组件由联箱A1、蒸发通道2、联箱B3、冷凝通道4组成，蒸发通道2或冷凝通道4由如图2所示的多孔通道组成，多孔通道并排排列，之间留有通道空隙5。多孔通道内壁光滑或设置内齿，图5为图2多孔通道的一种内齿放大图例。工作时热量从加热段（如底板或环路热管组件的下半部分）进入所述环路热管组件，工质受热蒸发，沿着蒸发通道2将热量带到冷却段（如上顶板或环路热管组件的上半部分）并从冷却段散走，此时工质冷凝沿冷凝通道4回流到加热段，如此循环，从而将加热段的热量不断传递至冷却段。所述蒸发通道2或冷凝通道4不限于图1所示的排布，而是在工作过程中由环路热管组件中气-液两相流自发形成的，联箱A1、蒸发通道2、联箱B3和冷凝通道4形成环路热管结构。

实施例2：如图3和图4所示，所述环路热管组件中的多孔通道不限于实施例1中所述的只有一个联箱A，本实施例的联箱A分成了四个，而联箱B共用一个，其工作原理与实施例1相同。多孔通道内壁光滑或设置内齿，图5亦为图4多孔通道的一种内齿放大图例。

实施例3：如图6所示，所述环路热管组件及其热管换热器为气-气换热器，由联箱A1、蒸发通道2、联箱B3、冷凝通道4、翅片6、隔板7组成，通道空隙5内设置有翅片6，使翅片6与多孔通道紧密贴合，隔板7将换热区域分为加热段和冷却段，热风从加热段进入通道空隙5，翅片6受热将热量传递给多孔通道的加热段，工质受热蒸发沿着阻力小的通道形成蒸发通道2，传递到联箱A1，热量从冷却段传递到翅片6，然后传递给冷风，工质放热冷凝进入冷凝通道4，实现工质回流，从而实现气-气换热功能。所述环路热管组件及其热管换热器不同于普通的热管换热器，它是一种形成了优化的工质循环环路的高效热管换热器。

实施例4：如图7所示，本实施例为本实用新型环路热管组件及其热管换热器的液-气换热的实施例示意图，在本实施例中，所述环路热管组件与热源通道8贴合的部分为加热段，与翅片6贴合的部分为冷却段。所述环路热管组件及其热管换热器由联箱A1、蒸发通道2、联箱B3、冷凝通道4、翅片6、热源通道8组成，蒸发通道2或冷凝通道4由多孔通道组成，多孔通道并排排列，之间留有通道空隙5，通道空隙5内设置有翅片6，翅片6与多孔通道紧密贴合。工作时，热源从热源通道8流入换热器，工质受热蒸发，带着热量通过蒸发通道2向上传递到联箱A1；热量通过冷却段时，热量通过翅片6传递到通道空隙5的冷气中，工质放热冷凝，通过冷凝通道4实现工质回流，如此循环，从而实现气-液换热过程。所述联箱A1、蒸发通道2、联箱B3和冷凝通道4形成环路热管结构。

实施例5：如图8所示，本实施例为本实用新型环路热管组件及其热管换热器的气-液换热的实施例示意图，在本实施例中，所述环路热管组件与冷源通道9贴合的部分为冷却段，与翅片6贴合的部分为加热段。所述环路热管气-液散热器由联箱A1、蒸发通道2、联箱B3、冷凝通道4、翅片6、冷源通道9组成，蒸发通道2或冷凝通道4由多孔通道组成，多孔通道并排排列，之间留有通道空隙5，通道空隙5内设置有翅片6，翅片6与多孔通道紧密贴合。工作时，加热段的热源通过通道空隙5将热量传递给翅片6，蒸发通道2中的工质受热蒸发进入联箱A1；经过冷却段时，工质放出热量冷凝，回流到加热段，工质通过蒸发通道2、联箱A1、冷凝通道、联箱B3形成一个环路，循环往复，不断自发地将加热段的热量传递到冷却段，实现气-液换热。

实施例6：如图9所示，本实施例所述环路热管组件及其热管换热器底部放置发热元件11；如图10所示，所述环路热管组件及其热管换热器侧面放置发热元件11。所述环路热管组件由联箱A1、蒸发通道2、联箱B3、冷凝通道4、翅片6、发热元件11组成，蒸发通道2和冷凝通道4由多孔通道组成，多孔通道并排排列，之间留有通道空隙5，热量从发热元件11传递到联箱B3，工质受热蒸发进入蒸发通道2，工质沿通道轴向传递到联箱A1，在多孔通道处热量被传递到翅片6，工质放热冷凝，通过冷凝通道回流到联箱B，如此循环往复，从而自发地将发热元件11的热量散到冷却气体或空气中。所述冷却气体为自然循环或强制循环。所述环路热管组件蒸发通道2或冷凝通道4垂直放置或水平放置或与水平呈任意角度。

实施例7：如图11～图17所示，本实施例所述环路热管组件及其热管换热器是一种热管散热器，特别适合用于建筑采暖。所述热源管10置于联箱B3的内侧或外侧。如图11所示，所述热源管10置于联箱B3的内侧。所述环路热管组件由联箱B3、蒸发通道2、联箱A1、冷凝通道4组成，蒸发通道2或冷凝通道4由多孔通道组成，多孔通道内孔为方型、长方形、圆形、椭圆形或其他各位形状，内部也可以设置内齿或内翅，多孔通道并排排列。工作时，热量从热源管10流入联箱B3，工质受热蒸发进入蒸发通道2，在多孔通道或联箱A1的外侧与通道间隙5中的空气或冷却气体换热，将热量散发到空气或气体中，然后，工质冷凝并通过冷凝通道4回流至联箱B3，如此循环往复，热量通过热源管10进入散热器，工质在联箱B3、蒸发通道2、联箱A1和冷凝通道4形成回路，形成环路热管结构进行自发传热，从而实现将热源管10带入的热量散走的自发换热过程。为了增加换热面积，以增加与气侧的热交换，可在多孔通道的外侧设置翅片6（如图14所示），所述翅片6可与多孔通道一体成型、或焊接到一体、或胀接到一起。图15为图14的剖面俯视图，从图15可以看出，外加翅片6不但可以增加与空气（或气体）的换热面积，增加辐射散热量，而且翅片6与多孔通道形成对流通道，有利于空气（或气体）的对流换热。图16与图17是与图15具有不同外翅片6的散热器结构的剖面俯视图，与图15所示的情况类似。

Claims (10)

1.一种环路热管组件及其热管换热器，其特征在于，所述环路热管组件包括联箱A、联箱B、蒸发通道和冷凝通道，蒸发通道或冷凝通道一端与联箱A连通、另一端与联箱B连通，联箱A、联箱B、蒸发通道和冷凝通道形成环路，组成环路热管组件结构，所述环路热管组件内部通道处于真空或负压状态，并密封有起相变换热作用的工质。

2.根据权利要求1所述环路热管组件及其热管换热器，其特征在于，所述蒸发通道和冷凝通道由一根或多根多孔通道组成，所述多孔通道为外形扁平的多孔扁管或板翅式结构，所述多孔通道的多个通道一端与联箱A连通，另一端与联箱B连通，一根多孔通道的全部或一部分形成蒸发通道或冷凝通道。

3.根据权利要求2所述环路热管组件及其热管换热器，其特征在于，将所述多孔通道的内部通道按一定配比设置为不同的内部结构，一部分通道的内部结构设置为气体阻力较小的结构，使其成为蒸发通道；另一部分通道的内部结构设置为毛细作用较强的内部结构，使其成为冷凝通道，所述环路热管组件中蒸发通道或冷凝通道垂直地面放置，或水平放置，或与地面程任意角度放置。

4.根据权利要求2所述环路热管组件及其热管换热器，其特征在于，所述环路热管组件的相邻多孔通道之间贴合翅片或热源通道或冷源通道，组成环路热管换热器，所述翅片或热源通道或冷源通道可以任意组合，所述环路热管换热器，可自发实现气-气换热或气-液换热。

5.根据权利要求2所述环路热管组件及其热管换热器，其特征在于，所述多孔通道为多孔扁管时，内部通道设有平形排列的多个通道，内部通道截面形状为正方形、矩形、圆形、三角形或多边形，或者在内部通道带有内齿；当所述多孔通道为板翅式结构时，平行的平板之间设置有内翅，内翅将多孔通道隔成多个平行排列的通道。

6.根据权利要求2所述环路热管组件及其热管换热器，其特征在于，所述多孔扁管内部通道的内齿形状为矩型、三角型、Ω型、梯形、燕尾型。

7.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述环路热管组件及其热管换热器，其特征在于，所述环路热管组件及其热管换热器的多孔通道外侧或内侧或内外两侧贴合有翅片，所述翅片采用金属挤压成形、或冲压成形、或滚压成形、或折弯成形，所述翅片形状为Z字形、正方形、矩形、三角形、梯形、多边形、圆形、波浪形、锯齿形、王字形、山字型、树叉型或扇形。

8.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述环路热管组件及其热管换热器，其特征在于，所述环路热管组件及其热管换热器气-气换热时，环路热管组件的加热段与冷却段之间设置有隔热板，热风通过环路热管换热器的加热段，冷风通过换热组件的冷却段，换热组件按热管换热器的原理实现自发换热。

9.根据权利要求1或权利要求3所述环路热管组件及其热管换热器，其特征在于，所述环路热管组件及其热管换热器的底端或侧边贴有发热元件，发热元件产生的热量通过所述环路热管组件及其热管换热器，以热管换热器传热的原理自发地将热量散走。

10.根据权利要求1或权利要求2所述环路热管组件及其热管换热器，其特征在于，所述联箱B内部或外部设置有热源管，联箱B、蒸发通道、联箱A和冷凝通道形成环路热管结构，实现散热；多孔通道的内部为光管或设置内齿或内翅，在多孔通道的外侧设置翅片，所述翅片直接将多孔通道的热量导入空气，或所述翅片与多孔通道形成上下气流通道，在实现辐射散热的同时实现对流散热。