[發明專利]一種以氨水為介質，不銹鋼為材質的脈動熱管換熱器

在審

• 申請號: 201510524080.5
• 申請日: 2015-08-24
• 公開（公告）號: CN105157460A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 楊洪海;鄒晶;馬榮軍;方海洲
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: F28D15/02
• 分類號: F28D15/02;F28F21/08;F28F23/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及的是一種利用氨水特性的脈動熱管換熱器。利用脈動熱管相變傳熱和脈動效應，有效提高換熱器的換熱效率，形成高效的脈動熱管換熱器，同時利用不銹鋼具有耐腐蝕性及熱惰性等特質，將脈動熱管應用范圍擴寬到一些極限領域。其主要用于船舶、汽車、航天、電子、余熱回收以及太陽能與地熱利用等場合。具有換熱效率高，壓力損失少，不易結垢，耐腐蝕等特點。

背景技術

在交通運輸、航空航天以及工業生產過程中，需要在設備系統與周圍環境之間或者在同一系統的不同部分之間控制或是強化熱量的傳遞。換熱器不僅是保證正常生產生活必不可少的關鍵設備之一，同時也在節能減排，能源的二次利用之中起到了不可替代的作用。目前市場上的脈動熱管換熱器主要以紫銅為材質的居多，如崔曉鈺《納米流體振蕩熱管》，楊洪海《脈動熱管式空調排風系統余熱回收裝置》等均是使用紫銅作為脈動熱管的制作材質，但是紫銅的性質相對不銹鋼而言，在酸、堿等溶液中易腐蝕，而且紫銅脈動熱管與氨水溶液發生反應，使脈動熱管失效，所以紫銅為材質的脈動熱管在工質的灌裝及應用中，具有一定的局限性。

脈動熱管是一種新型高效傳熱設備，運行時主要依靠汽、液兩相介質的自我振蕩流動來傳遞熱量。其工作原理是：將管內抽成真空后充注一定量的工作介質，由于管徑足夠小，管內將形成氣泡柱和液體柱間隔布置并呈隨機分布的狀態。在蒸發端，工質吸熱產生氣泡，迅速膨脹和升壓，推動工質流向低溫冷凝端，氣泡冷卻收縮并破裂，壓力下降。這樣，由于兩端間存在壓差以及相鄰管子之間存在的壓力不平衡，使得工質在蒸發段和冷凝段之間振蕩流動，從而實現熱量的傳遞。在整個過程中，無需消耗外部機械功和電功，完全是在熱驅動下實現工質的自我震蕩。脈動熱管具有結構簡單，制造容易，成本低廉的優點，現已成功應用在電力設備及微電子的熱處理。在對脈動熱管工作介質研究中，都是利用去離子水，乙醇，R134a等工質或添加微小顆粒于工質中，至今尚沒有人提出依靠氨水，通過改變液氨與去離子水混合的比例，來改善傳熱性能的方法。

發明內容

本發明的目的是將不同混合比的氨水作為工作介質，通過不銹鋼耐腐蝕的特質，來進一步提高脈動熱管的傳熱性能。

為了達到上述目的，本發明提供了一種脈動熱管換熱器，其特征在于，包括脈動熱管，所述的脈動熱管以不銹鋼為材質，脈動熱管內充有氨水溶液作為工作介質。

優選地，所述的氨水溶液的體積濃度為25％-28％。

優選地，所述的脈動熱管內的充液率為55％。

本發明利用氨水作為介質，利用脈動熱管內工作液體的相態變化來增強換熱，強化了脈動熱管的傳熱特性并進一步提高了脈動熱管的傳熱性能，氨水溶液的液氨和水的混合比，可以依據實際需求而定。利用氨水溶液與不銹鋼管材兼容的特質，采用不銹鋼作為脈動熱管的材質，熱管上端可以通過自然對流或強制對流來增強換熱。

液氨作為一種常用制冷劑，極易溶解于水中。經過反復試驗發現，與去離子水，乙醇水溶液作為介質時作對比，發現氨水作為介質，不銹鋼作為材質時，脈動熱管啟動平穩，避免了脈動熱管溫度突變型啟動，減少了散熱元件被脈動熱管突變的高溫損傷的概率，同時脈動熱管的啟動負荷降低，極限功率增加，增大了脈動熱管應用的范圍。

使用時，將該熱管下端置于需要散熱的元器件之中，上端置于空氣或是強制冷卻裝置中。當彎頭數足夠多時，熱管可以倒置或水平放置。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明以氨水為介質的脈動熱管換熱器相比其他介質，啟動迅速，又因為不銹鋼與氨水兼容，避免了氨水對銅的化學反應，避免了溫度突變型啟動特征，解決了某些場合不能使用的問題。

附圖說明

圖1為開式脈動熱管換熱器結構示意圖；

圖2為閉式脈動熱管換熱器結構示意圖。

圖3為強制對流啟動特征圖；

圖4為自然對流啟動特征圖；

圖1和圖2中，1為冷凝段，2為絕熱段，3為蒸發段。

圖3和圖4中，橫軸為時間，單位為s，縱軸為焊接于蒸發段的熱電偶測得的溫度，單位為℃。

曲線a為以去離子水為介質的脈動熱管換熱器的啟動特征曲線，

曲線b為以氨水溶液為介質的脈動熱管換熱器的啟動特征曲線，

曲線c為以無水乙醇為介質的脈動熱管換熱器的啟動特征曲線，

曲線d為以酒精溶液為介質的脈動熱管換熱器的啟動特征曲線，

具體實施方式