一种带有绝热段的热管换热器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种带有绝热段的热管换热器，包括：热管换热器本体，安装在热管换热器本体内的多排热管组，以及设置在热管组外的多排翅片，热管中充注有工质；还包括设置在热管换热器本体内的由绝热材料组成的绝热段，绝热段设置在冷风和热风的交界处并具有一定厚度，多排热管组贯穿于绝热材料中，绝热材料用于将热管沿其长度方向依次划分成蒸发段、绝热段、冷凝段。在本热管换热器中，热管在绝热段管内工质和外界不作热传递，从而保证热管内传热均匀，热管内的气态工质可以到达热管远端进行热交换；并且，该热管换热器在多排热管组外设置的翅片互不相连，从而在相邻排翅片之间形成供空气混合交换的混合区，提高了换热效率。
【专利说明】一种带有绝热段的热管换热器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热管换热器，尤其涉及一种带有绝热段的热管换热器，属于换热器【技术领域】。
【背景技术】
[0002]热管换热器一般用于空调设备，是利用其他冷热源对空气进行制冷加热的部件。空调用换热器普遍采用铜管一招翅片或铝管-铜翅片换热器，其换热器结构形式由以下特性决定，(I)热管管径和管道横断面形式；(2)翅片片形、片间距和片数；(3)热管排数和排间距；(4)单排热管管间距；(5)热管联管方式。目前一般情况下上述(3)、(4)特性相临管中心点形成正三角分布，各排传热管组传热管间形成交错布局，空气在换热器相临翅片间流过，通过翅片换热器各排传热管时的理论流动轨迹为波浪形；每单个翅片与各排传热管都有连接，主要换热方式为气流与翅片表面的层流换热。
[0003]在现有技术中，热管换热器存在以下难以解决的技术问题:1，在冷热交界处发生气液交替而出现热量传递不到热管远端的现象；2，热管中部冷热交替形成小区域气液循环产生乱流而堵塞通道；3，蒸发段和冷凝段气流分布不均匀。由于存在上述问题，现有热管换热器的热效率普遍低于30%，仅适用于室内外空气温度在-40°C?40°C时的热交换。
【发明内容】
[0004]针对现有技术所存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种带有绝热段的热管换热器。该热管换热器的传热效率高且安全性好。
[0005]为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案:
[0006]一种带有绝热段的热管换热器，包括:热管换热器本体，安装在所述热管换热器本体内的至少两排热管组；至少两排所述热管组沿着风向平行布置；每排热管组内设置有垂直于风向的多根热管，多根所述热管构成迎风面；在所述热管外设置有翅片，所述热管中充注有工质；
[0007]还包括，设置在所述热管换热器本体内的由绝热材料组成的绝热段，所述绝热段具有一定厚度，所述绝热段设置在冷风和热风的交界处，所述热管组贯穿于所述绝热材料中，所述绝热材料用于将所述热管沿其长度方向依次划分成蒸发段、绝热段、冷凝段。
[0008]其中较优地，所述绝热材料是固态发泡组织。
[0009]其中较优地，所述绝热段的厚度是80?300mm。
[0010]其中较优地，在所述绝热材料的外侧设置隔热板。
[0011]其中较优地，在所述热管换热器本体内沿着风向平行布置的多排热管组中，每排所述热管组外设置的翅片互不相连，相邻排所述热管组外设置的翅片之间预留有一定距离，所述距离使相邻排所述翅片之间形成使风混合交换的混合区。
[0012]其中较优地，所述混合区的宽度大于或等于设置于单排所述热管组外部的翅片宽度。[0013]其中较优地，所述翅片宽度、热管管径的关系按下式设置:2b < 3b，其中，a表示翅片宽度、b表示热管管径。
[0014]其中较优地，所述热管换热器本体采用镀锌钢板。
[0015]其中较优地，所述热管是铜管，所述翅片套在所述铜管上；所述翅片是亲水铝箔。
[0016]其中较优地，所述工质是氟利昂。
[0017]本发明提供的热管换热器通过采用具有一定厚度的绝热材料将热管分为蒸发段、绝热段和冷凝段三个区段；热管内工质在绝热段和外界不作热交换，传热均匀；从而杜绝了采用薄板隔离冷风和热风时容易产生的紊流现象，并改善了热管内部的工质流动，提高了换热效率。此外，本发明提供的热管换热器在换热器本体内采用单排翅片排布，在相邻排热管组外设置的翅片互不相连，从而在相邻翅片间形成混合区，使得吹过翅片的层流在相邻排翅片之间得到混合，空气温度沿热管分布均匀，后续换热效率高。本热管换热器应用于换气机中，可使热交换效率达到60%以上，并使热管换热器的使用范围扩展到-40?150°C的热交换，也就是说该热管换热器不仅可以适用于日常生活中换热，还可以对工作温度处于100°C之上的工作环境进行有效降温。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明提供的带有绝热段的热管换热器整体结构示意图；
[0019]图2是本发明提供的热管换热器的热交换原理示意图；
[0020]图3是本发明提供的热管换热器的绝热段结构示意图；
[0021]图4是本发明提供的热管换热器的翅片混合区的热流示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0023]本发明所提供的带有绝热段的热管换热器，包括:热管换热器本体1，热管换热器本体I内设置有两排或多排热管组；多排热管组沿着风向平行布置；每排热管组内设置有垂直于风向的多根热管2，每排热管组中的多根热管2构成迎风面；在热管2外设置有翅片3，热管2中充注有工质。由于带有翅片的热管结构对本领域技术人员来说，属于常规技术手段，在此不再赘述。下面对本发明所提供的热管换热器与普通热管换热器的区别进行详细介绍。
[0024]如图1所示，本发明提供的热管换热器还包括，设置在热管换热器本体I内由绝热材料4组成的绝热段，绝热段具有一定厚度，绝热段的厚度指热管2被绝热材料4所覆盖的长度。绝热段设置在冷风和热风的交界处，多排热管组贯穿于绝热材料4中，从而绝热材料4将热管2沿其长度方向依次划分成蒸发段、绝热段、冷凝段。在本发明中，绝热段的设置与现有技术中的绝热隔板或隔热板不同，本发明中的绝热段由绝热材料4制备，并具有一定厚度。使用的绝热材料优选固态发泡组织。当然，为了避免绝热段两侧的冷热气流对绝热材料产生影响，在绝热材料4的外侧也可以设置隔热板。相对于现有技术中直接使用绝热隔板或隔热板隔离冷风区和热风区，本发明中设置的绝热材料的厚度较厚，绝热效果好。
[0025]如图2所示，本发明提供的带有绝热段的热管换热器根据其工作特点，绝热材料4把热管分为蒸发段、绝热段和冷凝段三个区段。经过发明人多次试验验证，为了提高热管的换热效率，绝热段的厚度(C)设计应符合函数C=f{热管换热器总长，热管换热器总宽，热管换热器总高，铜管直径}。其中，绝热段的厚度与热管的长度、管径关系密切。在现有常用规格的热管换热器中，绝热段的厚度C优选80~300mm之间。
[0026]如图2、图3所示，绝热段的绝热材料4包裹热管2的中部，使贯穿于绝热材料4中的热管2的中部存在一定长度(该长度等于绝热段厚度)的过渡区间，在该过渡区间热管2内的工质和外界不作热传递，从而使蒸发段的气态工质在热管内遇冷冷凝的位置向热管的冷端发生移动，并使气态工质可以移动到冷凝段的远端，改善了热管内气液的流动性，热交换更充分。在该热管换热器内，热管蒸发段的气态工质流经绝热段后，稳定的气流将迅速到达冷凝段并均匀分布在热管2的冷凝段中，热管2中的气态工质把热量均匀传递给热管2管壁，再经与之相连的翅片3散发到外界。由此可见，在热管换热器内设置绝热段，可以有效避免现有技术中使用的热管2在中部冷热交替处形成小区域气液循环产生乱流而堵塞通道的问题，同时消除了热管内部冷热交替处受到外界干扰而发生紊乱的现象。
[0027]上面对本发明提供的热管换热器的绝热段的设置进行了详细介绍，下面结合图3、图4对优选实施例中，热管换热器内部的热管和翅片的设置进行介绍。
[0028]在图3和图4所示的实施例中，在热管换热器本体I内安装有多排热管组；多排热管组沿着风向平行布置；每排热管组内设置有垂直于风向的多根热管2，每排热管组内的多根热管2构成迎风面；在热管2外设置有翅片,在热管2中充注有工质。与现有技术中的翅片换热器相比，该实施例中设置在热管2外的翅片3存在不同。在本实施例中，热管2外设置的翅片3采用单排翅片3排布，即，在热管换热器本体I内沿着风向平行布置的多排热管组中，相邻两排热管组外设置的翅片互不相连，并且在设置于相邻排热管组外的翅片之间预留有一定距离，用于在相邻两排翅片之间形成使风混合交换的混合区5。
[0029]下面对混合区的作用进行介绍。如图4所示，在热管的蒸发区，从热管蒸发区的远端向中部靠近，热管内工质的温度逐渐降低，热管不同区域与热风的热交换效率不同，从而经过热管冷却的热风温度分布也存在不均。在热风吹入下一排翅片之前，经过一个可以使热风自身充分混合的混合区，将改变热风的`温度分布，那么将提高后续的热交换效率。另一方面，设置于同排热管组外的相邻翅片3之间留有一定的间隙，风从相邻翅片3间的间隙通过，使得进风在经过翅片3时被切割成层流。当相邻两排的翅片3之间预留一个可以使风混合交换的混合区5，可以使得热流在经过翅片3被切割成层流后，在混合区5充分混合并交换温度，达到均匀热管工作段温度的作用，从而达到最佳交换效率。
[0030]本发明提供的带有绝热段的热管换热器采用铜管套翅片的方式制备热管2和翅片3，相对现有技术，减小翅片3的片间距，加大热管组的排间距，并使每单排翅片3为一组以达到能充分混合空气的目的。
[0031]如图3所示，本发明中，翅片3的宽度a、热管2的管径b的关系按式(I)所示设置时效果较好。
[0032]2b ^ a ^ 3b (I)
[0033]以混合区的宽度H定义相邻两排翅片之间的距离。本发明中，混合区宽度H大于或等于设置于单排热管组外部的翅片3的宽度a时换热效果较好。
[0034]在本发明提供的热管换热器中，带有绝热段的热管主要由蒸发段、绝热段、冷凝段组成，当热源一端加热时，热管蒸发段内的工质受热而蒸发，蒸汽在压差的作用下沿蒸汽腔流向热管2另一端的冷凝段，蒸汽在冷凝段凝结放出潜热，热量通过冷凝段热管2的管壁传出，完成热量从高温向低温的传递，同时，凝结液在重力或毛细力作用下流回蒸发段。如此反复循环，就能达到不断把热量从高温向低温传递的目的。
[0035]此外，为了进一步保证本发明提供的带有绝热段的热管换热器的安全性和持久性，热管3内充注不带强烈刺激气味的氟利昂作为工质，热管换热器本体I优选采用镀锌钢板，热管2和翅片3采用铜与亲水铝箔的组合形式进一步提升抗腐蚀性能。
[0036]综上所述，本发明根据热管热管换热器的工作特点，通过采用一定厚度的绝热材料绝热段将热管分为蒸发段、绝热段和冷凝段三个区段。热管管内工质在绝热段和外界不作热传递，避免在隔板两边便发生气液交替而出现热量传递不到热管远端的现象或热管内部冷热交替受到外界干扰而发生紊乱的现象。此外，本发明提供的热管换热器在换热器本体内采用单排翅片排布，在相邻排热管组外设置的翅片互不相连，从而在相邻翅片间形成混合区，使得吹过翅片的层流在相邻排翅片之间得到混合，空气温度沿热管分布均匀，后续换热效率高。本发明的热管换热器应用于换气机中，可使热交换效率达到60%以上，并使热管换热器的使用范围扩展到-40?150°C的热交换，也就是说该热管换热器不仅可以适用于日常生活中换热，还可以对工作温度处于100°C之上的工作环境进行有效降温。
[0037]上面对本发明所提供的带有绝热段的热管换热器进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
【权利要求】
1.一种带有绝热段的热管换热器，包括:热管换热器本体，安装在所述热管换热器本体内的至少两排热管组；至少两排所述热管组沿着风向平行布置；每排热管组内设置有垂直于风向的多根热管，多根所述热管构成迎风面；在所述热管外设置有翅片，所述热管中充注有工质；其特征在于还包括: 设置在所述热管换热器本体内的由绝热材料组成的绝热段，所述绝热段具有一定厚度，所述绝热段设置在冷风和热风的交界处，所述热管组贯穿于所述绝热材料中，所述绝热材料用于将所述热管沿其长度方向依次划分成蒸发段、绝热段、冷凝段。
2.如权利要求1所述的带有绝热段的热管换热器，其特征在于: 所述绝热材料是固态发泡组织。
3.如权利要求1所述的带有绝热段的热管换热器，其特征在于: 所述绝热段的厚度是80~300mm。
4.如权利要求1所述的带有绝热段的热管换热器，其特征在于: 在所述绝热材料的外侧设置隔热板。
5.如权利要求1所述的带有绝热段的热管换热器，其特征在于: 在所述热管换热器本体内沿着风向平行布置的多排热管组中，每排所述热管组外设置的翅片互不相连，相邻排所述热管组外设置的翅片之间预留有一定距离，所述距离使相邻排所述翅片之间形 成使风混合交换的混合区。
6.如权利要求5所述的带有绝热段的热管换热器，其特征在于: 所述混合区的宽度大于或等于设置于单排所述热管组外部的翅片宽度。
7.如权利要求1所述的带有绝热段的热管换热器，其特征在于: 所述翅片宽度、热管管径的关系按下式设置:2b ^a^3b ;其中，a表示翅片宽度、b表示热管管径。
8.如权利要求1~7中任意一项所述的带有绝热段的热管换热器，其特征在于: 所述热管换热器本体采用镀锌钢板。
9.如权利要求1~7中任意一项所述的带有绝热段的热管换热器，其特征在于: 所述热管是铜管，所述翅片套在所述铜管上，所述翅片是亲水铝箔。
10.如权利要求1~7中任意一项所述的带有绝热段的热管换热器，其特征在于: 所述工质是氟利昂。
【文档编号】F28D15/02GK103868383SQ201410114808
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】陈文恭, 孟东晖, 张雷 申请人:北京环都人工环境科技有限公司