一种以氨水为介质，不锈钢为材质的脉动热管换热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种利用氨水特性的脉动热管换热器。利用脉动热管相变传热和脉动效应，有效提高换热器的换热效率，形成高效的脉动热管换热器，同时利用不锈钢具有耐腐蚀性及热惰性等特质，将脉动热管应用范围扩宽到一些极限领域。其主要用于船舶、汽车、航天、电子、余热回收以及太阳能与地热利用等场合。具有换热效率高，压力损失少，不易结垢，耐腐蚀等特点。
【背景技术】
[0002]在交通运输、航空航天以及工业生产过程中，需要在设备系统与周围环境之间或者在同一系统的不同部分之间控制或是强化热量的传递。换热器不仅是保证正常生产生活必不可少的关键设备之一，同时也在节能减排，能源的二次利用之中起到了不可替代的作用。目前市场上的脉动热管换热器主要以紫铜为材质的居多，如崔晓钰《纳米流体振荡热管》，杨洪海《脉动热管式空调排风系统余热回收装置》等均是使用紫铜作为脉动热管的制作材质，但是紫铜的性质相对不锈钢而言，在酸、碱等溶液中易腐蚀，而且紫铜脉动热管与氨水溶液发生反应，使脉动热管失效，所以紫铜为材质的脉动热管在工质的灌装及应用中，具有一定的局限性。
[0003]脉动热管是一种新型高效传热设备，运行时主要依靠汽、液两相介质的自我振荡流动来传递热量。其工作原理是:将管内抽成真空后充注一定量的工作介质，由于管径足够小，管内将形成气泡柱和液体柱间隔布置并呈随机分布的状态。在蒸发端，工质吸热产生气泡，迅速膨胀和升压，推动工质流向低温冷凝端，气泡冷却收缩并破裂，压力下降。这样，由于两端间存在压差以及相邻管子之间存在的压力不平衡，使得工质在蒸发段和冷凝段之间振荡流动，从而实现热量的传递。在整个过程中，无需消耗外部机械功和电功，完全是在热驱动下实现工质的自我震荡。脉动热管具有结构简单，制造容易，成本低廉的优点，现已成功应用在电力设备及微电子的热处理。在对脉动热管工作介质研究中，都是利用去离子水，乙醇，R134a等工质或添加微小颗粒于工质中，至今尚没有人提出依靠氨水，通过改变液氨与去离子水混合的比例，来改善传热性能的方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是将不同混合比的氨水作为工作介质，通过不锈钢耐腐蚀的特质，来进一步提高脉动热管的传热性能。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供了一种脉动热管换热器，其特征在于，包括脉动热管，所述的脉动热管以不锈钢为材质，脉动热管内充有氨水溶液作为工作介质。
[0006]优选地，所述的氨水溶液的体积浓度为25 % -28 %。
[0007]优选地，所述的脉动热管内的充液率为55 %。
[0008]本发明利用氨水作为介质，利用脉动热管内工作液体的相态变化来增强换热，强化了脉动热管的传热特性并进一步提高了脉动热管的传热性能，氨水溶液的液氨和水的混合比，可以依据实际需求而定。利用氨水溶液与不锈钢管材兼容的特质，采用不锈钢作为脉动热管的材质，热管上端可以通过自然对流或强制对流来增强换热。
[0009]液氨作为一种常用制冷剂，极易溶解于水中。经过反复试验发现，与去离子水，乙醇水溶液作为介质时作对比，发现氨水作为介质，不锈钢作为材质时，脉动热管启动平稳，避免了脉动热管温度突变型启动，减少了散热元件被脉动热管突变的高温损伤的概率，同时脉动热管的启动负荷降低，极限功率增加，增大了脉动热管应用的范围。
[0010]使用时，将该热管下端置于需要散热的元器件之中，上端置于空气或是强制冷却装置中。当弯头数足够多时，热管可以倒置或水平放置。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0012]本发明以氨水为介质的脉动热管换热器相比其他介质，启动迅速，又因为不锈钢与氨水兼容，避免了氨水对铜的化学反应，避免了温度突变型启动特征，解决了某些场合不能使用的问题。
【附图说明】
[0013]图1为开式脉动热管换热器结构示意图；
[0014]图2为闭式脉动热管换热器结构示意图。
[0015]图3为强制对流启动特征图；
[0016]图4为自然对流启动特征图；
[0017]图1和图2中，I为冷凝段，2为绝热段，3为蒸发段。
[0018]图3和图4中，横轴为时间，单位为S，纵轴为焊接于蒸发段的热电偶测得的温度，单位为°〇。
[0019]曲线a为以去离子水为介质的脉动热管换热器的启动特征曲线，
[0020]曲线b为以氨水溶液为介质的脉动热管换热器的启动特征曲线，
[0021]曲线c为以无水乙醇为介质的脉动热管换热器的启动特征曲线，
[0022]曲线d为以酒精溶液为介质的脉动热管换热器的启动特征曲线，
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0024]实施例1
[0025]如图1所示，为开式脉动热管换热器结构示意图，所述的脉动热管换热器，包括6回路脉动热管，所述的脉动热管以不锈钢为材质，脉动热管内充有氨水溶液作为工作介质。所述的氨水溶液由液氨和水混合而成。氨水溶液的体积浓度为25% -28%,充液率为55%。
[0026]测定上述的以氨水为介质，不锈钢为材质的脉动热管换热器的启动特征，同时和与以去离子水、无水乙醇、浓度为25% -28%的酒精溶液为介质、不锈钢为材质的脉动热管换热器的启动特征作为对比。具体测定步骤如下:
[0027](I)采用电加热丝缠绕在蒸发段3来模拟脉动热管处于散热的元器件的工况，电加热丝缠绕时，脉动热管外先裹一层玻璃纤维棉，再均匀缠绕电加热丝，保证热流密度的均匀性，外面再用玻璃纤维棉包裹，最后用橡塑保温棉对蒸发段3进行外保温处理，减少热量散失)，电加热丝与电源、稳压器、调压器和功率表(±0.1ff)串联成加热系统。冷凝段I置于自然对流或强制对流的空气中，热电偶分别焊接于冷凝段I和蒸发段3的紫铜管表面，在测试过程中，分别测冷凝段和蒸发段的表面温度。热电偶的另一端连接数据采集仪。
[0028](2)实验之前先检查实验平台，确认后打开数据采集仪，进行温度采集，无加热状态下运行300s，强制对流冷却时还需同时打开风扇；
[0029](3) 300s后，开始预先设定好加热功率(20W)的电加热丝对蒸发段3进行加热，实验需持续采集3600s左右；
[0030](4)待蒸发段3、冷凝段I温度稳定后停止采集，保存数据；
[0031](5)把功率调到下次实验所需工况，关闭加热系统并进行强制冷却。
[0032]实验原则如下:
[0033]I)每个实验工况进行前，需对热电偶进行校准，以保准其准确性；
[0034]2)开始采集后，需至少持续I个小时左右，待工况稳定运行；
[0035]3)相邻两个工况间隔至少4小时，便于实验回复初态；
[0036]4)所述的加热功率可在O?100W中选择。
[0037]测试结果如图3和图4所示，在整个启动过程中，脉动热管始终表现为缓慢光滑型启动特征；相同加热功率如20W时，无论是强制对流还是自然对流，氨水溶液作为工质时，脉动热管的启动均呈现较低的热端运行温度，在整个启动过程中，始终呈现缓慢光滑型连续启动特征，由于本次结果是在大量的实验数据的基础之上提出的，很难一一展现，故此次以20W工况下启动特症作为具体说明。
[0038]实施例2
[0039]如图2所示，为闭式脉动热管换热器结构示意图，所述的脉动热管换热器，类似于实施例1，区别在于首尾两个脉动热管相互连接，形成闭环。
【主权项】
1.一种脉动热管换热器，其特征在于，包括脉动热管，所述的脉动热管以不锈钢为材质，脉动热管内充有氨水溶液作为工作介质。2.如权利要求1所述的脉动热管换热器，其特征在于，所述的氨水溶液的体积浓度为25% -28%。3.如权利要求1所述的脉动热管换热器，其特征在于，所述的脉动热管内的充液率为55%。
【专利摘要】本发明提供了一种脉动热管换热器，其特征在于，包括脉动热管，所述的脉动热管以不锈钢为材质，脉动热管内充有氨水溶液作为工作介质。本发明以氨水为介质的脉动热管换热器相比其他介质，启动迅速，又因为不锈钢与氨水兼容，避免了氨水对铜的化学反应，避免了温度突变型启动特征，解决了某些场合不能使用的问题。
【IPC分类】F28F21/08, F28F23/00, F28D15/02
【公开号】CN105157460
【申请号】CN201510524080
【发明人】杨洪海, 邹晶, 马荣军, 方海洲
【申请人】东华大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月24日