一种旋转流加热的分离式热管蒸发器制造技术

本发明专利技术涉及一种旋转流加热的分离式热管蒸发器，通过采用换热流体中隔板形成了两个或两个以上的换热流体通道，加热蒸发器管束的换热流体采用轴向分区，每区周向环流，不同通道的周向环流通过换热流体中隔板上的开口，进行轴向流连接，流体流动无死区滞留，完全消除了传统采用Zigzag隔板结构流动时折流板角区的滞留，使得换热充分的同时阻力更小；通过液体管、蒸汽出口管均设置在壳体顶部，液体管穿过壳体与底部的液体腔连通，液体管外壁套装隔离管，该结构设计使得中心进液管通过中心隔离管而不受到加热，回流液不会受到加热产生蒸汽而使液体回流受到阻断，且本发明专利技术回液更加集中均匀，工质的充装量大幅减小，蒸发器结构更加紧凑、小型化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工程热物理、热管学科中分离式热管
，涉及一种分离式热管蒸发器的新型结构设计，特别是涉及一种旋转流加热的分离式热管蒸发器。
技术介绍
热管是一种高性能的传热元件，是靠内部工作介质(工质)的蒸发、凝结和回流而将热量不断从热源传向热汇的装置。热管的应用十分广泛，随着科技的发展，热管的需求不断增长。热管的结构多种多样，分离式热管是热管的一种。分离式热管(Separate Type Heat Pipe，STHP)一般由蒸发器、冷凝器、蒸汽管和液体管组成。蒸汽器设计是实现分离式热管预期性能的一个关键。目前，科技发展迫切需要更加紧凑、较远距离传热、性能高等特殊场合的分离式热管。报道的分离式热管，有的结构复杂，有的体积过大，有的传热能力小，有的工艺复杂、成本高，不能满足一些场合的传热要求，这些都与分离式热管的蒸发器设计不合理有直接关系。一些文献中提到的分离式热管，例如，《热管及热管换热器》，179-192，重庆大学出版社，1986.8；《热管技术及其工程应用》，99-105，化学工业出版社，2000.6，设计均采用组件式，即每一排加热管都有一个集箱，集箱再通过总集箱连接。这些提到的分离式热管换热器的不足总结起来有：(1)蒸发器体积庞大；(2)组件焊接、组装均不方便；(3)焊口多，位置不规则，工质泄漏的可能性增大很多；(4)在结构设计上极不适应小空间的需要；(5)蒸发器底部的空间过大，即需要充液量很大；(5)蒸汽管和液体管从换热器侧面引出、引入，占用的空间较多；(6)采用之字形(Zigzag形)流体折流结构，折流板与管布置结构复杂而麻烦，而且拐角流体滞留区增多，换热性能不高等等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种旋转流加热的分离式热管蒸发器，该蒸发器换热充分的同时阻力更小，回液更加集中均匀，工质的充装量大幅减小，且蒸发器结构更加紧凑，小型化。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：一种旋转流加热的分离式热管蒸发器，包括壳体、换热流体入口、换热流体出口和n个换热流体中隔板，所述n个换热流体中隔板将壳体内部分割为n+1个换热流体通道，沿壳体轴线由下向上依次为第1换热流体通道、第2换热流体通道……第n换热流体通道，换热流体入口管设置在第1换热流体通道对应的壳体侧壁外表面，换热流体出口管设置在第n换热流体通道对应的壳体侧壁外表面，每个换热流体中隔板上设有开口，换热流体从换热流体入口管进入第1流体通道，沿壳体周向流动后，通过换热流体中隔板上的开口沿壳体轴向进入第2流体通道……，依次类推，进入第n流体通道后从换热流体出口管流出，其中n为正整数，且n≥1。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，还包括换热流体竖隔板，所述换热流体竖隔板设置在换热流体中隔板的开口一侧，连接n个换热流体中隔板，且与n个换热流体中隔板垂直，与每个换热流体中隔板的开口的边缘接触。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，n个换热流体中隔板的开口交错位于换热流体竖隔板的两侧，即假定每个换热流体中隔板的开口包括a、b两个边缘，换热流体竖隔板与第1换热流体中隔板开口的a边缘接触，与第2换热流体中隔板开口的b边缘接触，与第3开口的a边缘接触……，依次类推，使n个换热流体中隔板的开口交错位于换热流体竖隔板的两侧。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，当壳体为圆柱形结构时，换热流体中隔板为相应的圆形板，开口为扇形开口，开口角度为30°～90°。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，当n为奇数时，换热流体入口管与换热流体出口管的中心线位于同一条与壳体轴线平行的壳体侧壁母线上；当n为偶数时，换热流体入口管与换热流体出口管的中心线分别位于两条与壳体轴线平行的壳体侧壁母线上，所述两条母线所在平面经过壳体的轴线。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，所述n+1个换热流体通道的高度相等。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，还包括液体管和液体腔，所述液体腔设置在壳体底部，所述液体管从壳体顶部穿过壳体，与液体腔连通。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，液体腔的高度为1～20mm。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，液体管外壁套装有隔离管，所述隔离管用于将液体管与换热流体通道进行隔离。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，换热流体中隔板的开口的面积S1与换热流体进口管或换热流体出口管的内壁截面积S2满足：优选S1＝S2，其中换热流体进口管的内壁截面积与换热流体出口管的内壁截面积相等。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，液体管的直径为10～50mm。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，液体管位于壳体顶部的中心位置。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，还包括蒸汽出口管、蒸汽腔和蒸发管，所述蒸汽出口管从壳体顶部穿过，与壳体顶部下方的蒸汽腔连通，所述蒸发管位于壳体内部，一端与蒸汽腔连通，一端与壳体底部设置的液体腔连通。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，靠近壳体底部的第1换热流体通道内的蒸发管外壁面设置有肋片。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，蒸汽出口管的管径大于液体管的管径，为液体管管径的1.5～5倍。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，蒸汽腔的高度为10～100mm。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，壳体的顶部设有上端盖，底部设有下端盖，所述上端盖与下端盖均为平板结构，且下端盖通过带底加强筋肋进行加强。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，上端盖与下端盖上均开设用于蒸发管穿过的通孔，换热流体中隔板上也开设用于蒸发管穿过的通孔；上端盖、下端盖与蒸发管端部通过焊接连接，换热流体中隔板的定位包括与蒸发管通过点焊连接定位和/或与壳体内壁面通过定位销进行定位。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，壳体为圆柱体、长方体、立方体、棱柱体或截面为椭圆的柱体结构。在上述旋转流加热的分离式热管蒸发器中，还包括上隔板与下隔板，其中上隔板将换热流体通道中的换热流体与蒸汽腔分隔开，下隔板将换热流体通道中的换热流体与液体腔分隔开。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)、本专利技术通过采用换热流体中隔板形成了两个或两个以上的换热流体通道，加热蒸发器管束的换热流体采用轴向分区，每区周向环流，不同通道的周向环流通过换热流体中隔板上的开口，进行轴向流连接，流体流动无死区滞留，即本专利技术通过采用流体旋流加热管束，完全消除了Zigzag流动时折流板角区的滞留，使得换热充分的同时阻力更小。(2)、本专利技术液体管、蒸汽出口管均设置在壳体顶部，液体管穿过壳体与底部的液体腔连通，液体管外壁套装隔离管，该结构设计更加紧凑，中心进液管通过中心隔离管而不受到加热，回流液不会受到加热产生蒸汽而使液体回流受到阻断。(3)、本专利技术蒸发器承压能力通过结构的巧妙设计得到大幅提升，中心隔离管与上端板焊接以保证蒸发器工质的密封，同时起到对上端板加强的作用，底端板的加强采用外部筋肋加强，蒸汽腔和液体腔优选采用圆形结构设计，配合两端部加强设计，可以使蒸发器承受更大压力，此外两端板采用平板或平板加筋肋结构，避免了为承压而采用冲压弧板或球冠板而增加的成本。(4)、本专利技术蒸发器回液更加集中均匀，液体腔的容积在结构上可以大幅减小，工质的充装量也可以大幅减小，由于液体管从顶部中心引入液体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转流加热的分离式热管蒸发器，其特征在于：包括壳体(1)、换热流体入口(19)、换热流体出口(20)和n个换热流体中隔板(7)，所述n个换热流体中隔板(7)将壳体(1)内部分割为n+1个换热流体通道，沿壳体(1)轴线由下向上依次为第1换热流体通道、第2换热流体通道……第n换热流体通道，换热流体入口管(17)设置在第1换热流体通道对应的壳体(1)侧壁外表面，换热流体出口管(18)设置在第n换热流体通道对应的壳体(1)侧壁外表面，每个换热流体中隔板(7)上设有开口(7‑1)，换热流体从换热流体入口管(17)进入第1流体通道，沿壳体周向流动后，通过换热流体中隔板(7)上的开口(7‑1)沿壳体轴向进入第2流体通道……，依次类推，进入第n流体通道后从换热流体出口管(18)流出，其中n为正整数，且n≥1。

【技术特征摘要】
1.一种旋转流加热的分离式热管蒸发器，其特征在于：包括壳体(1)、换热流体入口(19)、换热流体出口(20)和n个换热流体中隔板(7)，所述n个换热流体中隔板(7)将壳体(1)内部分割为n+1个换热流体通道，沿壳体(1)轴线由下向上依次为第1换热流体通道、第2换热流体通道……第n换热流体通道，换热流体入口管(17)设置在第1换热流体通道对应的壳体(1)侧壁外表面，换热流体出口管(18)设置在第n换热流体通道对应的壳体(1)侧壁外表面，每个换热流体中隔板(7)上设有开口(7-1)，换热流体从换热流体入口管(17)进入第1流体通道，沿壳体周向流动后，通过换热流体中隔板(7)上的开口(7-1)沿壳体轴向进入第2流体通道……，依次类推，进入第n流体通道后从换热流体出口管(18)流出，其中n为正整数，且n≥1。2.根据权利要求1所述的一种旋转流加热的分离式热管蒸发器，其特征在于：还包括换热流体竖隔板(21)，所述换热流体竖隔板(21)设置在换热流体中隔板(7)的开口(7-1)一侧，连接n个换热流体中隔板(7)，且与n个换热流体中隔板(7)垂直，与每个换热流体中隔板(7)的开口(7-1)的边缘接触。3.根据权利要求2所述的一种旋转流加热的分离式热管蒸发器，其特征在于：所述n个换热流体中隔板(7)的开口(7-1)交错位于换热流体竖隔板(21)的两侧，即假定每个换热流体中隔板(7)的开口(7-1)包括a、b两个边缘，换热流体竖隔板(21)与第1换热流体中隔板(7)开口的a边缘接触，与第2换热流体中隔板(7)开口的b边缘接触，与第3开口的a边缘接触……，依次类推，使n个换热流体中隔板(7)的开口(7-1)交错位于换热流体竖隔板(21)的两侧。4.根据权利要求1所述的一种旋转流加热的分离式热管蒸发器，其特征在于：当壳体(1)为圆柱形结构时，换热流体中隔板(7)为相应的圆形板，开口(7-1)为扇形开口，开口角度为30°～90°。5.根据权利要求1所述的一种旋转流加热的分离式热管蒸发器，其特征在于：当n为奇数时，换热流体入口管(17)与换热流体出口管(18)的中心线位于同一条与壳体(1)轴线平行的壳体(1)侧壁母线上；当n为偶数时，换热流体入口管(17)与换热流体出口管(18)的中心线分别位于两条与壳体(1)轴线平行的壳体(1)侧壁母线上，所述两条母线所在平面经过壳体(1)的轴线。6.根据权利要求1所述的一种旋转流加热的分离式热管蒸发器，其特征在于：所述n+1个换热流体通道的高度相等。7.根据权利要求1所述的一种旋转流加热的分离式热管蒸发器，其特征在于：还包括液体管(5)和液体腔(12)，所述液体腔(12)设置在壳体(1)底部，所述液体管(5)从壳体(1)顶部穿过壳体(1)，与液体腔(12)连通。8.根据权利要求7所述的一种旋转流加热的分离式热管蒸发器，其特征在于：所述液体腔(12)的高度为1～20mm。9.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲伟，薛志虎，艾邦成，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11