[发明专利]一种基于椭圆超声波聚焦强化传热原理的换热器

说明书

本发明公开了一种基于椭圆超声波聚焦强化传热原理的换热器，包括冷却液容器、固定在所述冷却液容器内腔的热源装置、固定设置在所述冷却液容器外壁的超声波换能器，所述冷却液容器包括平侧面和部分椭圆面，其横截面几何形状由部分椭圆段和直线段合围而成，所述直线段垂直所述部分椭圆段的长轴且经过部分椭圆段的一个焦点，所述热源装置位于部分椭圆段的另一焦点处，所述超声波换能器位于所述直线段的居中位置并指向所述热源装置。本发明利用超声波强化传热及椭圆壁面对声波的方射聚焦特性，使用椭圆柱形外壳聚焦超声波，使热源装置附近的超声波声强大幅提高后通过聚焦后的超声波对换热表面进行强化传热，从而获得更好的换热效率。

技术领域

本发明涉及一种换热器，尤其涉及一种基于椭圆超声波聚焦强化传热原理的换热器。

背景技术

换热器在许多领域有广泛的应用，在各种发电所、空调设备、热处理厂、食品加工等各种工厂都有应用。主要功能为热量交换，将热量从一种介质转移到另一种介质，实现能量转移、冷却降温、加热等目的。管壳式换热器是最常见的换热器类型之一。管壳式换热器的高温工质和低温工质分别从管内和管外流过，通过管壁进行热量交换。超声波强化传热手段是一种有效的主动强化方法，超声波最高能够使换热系数提高200％，甚至更高。原理是利用超声波产生空泡以及声流，空泡能够增加沸腾的成核点，同时空泡崩溃时会产生高速微射流，增强换热表面的换热效率；声流能够增强对流，使换热效率提高。超声强化传热的效果与换热表面的声场强度有关，强度越高，强化传热效果越好。

另一方面，椭圆具有一个特殊的声学性质，即从椭圆一个焦点发出的声波，经过椭圆壁面的方射后，会聚焦到椭圆的另一个焦点处。在此我们称之为椭圆声聚焦性质。因此，当声源设置在椭圆的一个焦点处，在另一个焦点处就能够获得较大的声强。这个性质能够扩展到三维的情况，即把椭圆形拉伸为椭圆柱，这时各个截面的焦点就会连成一条线，在此我们称之为焦线。椭圆柱有两条焦线。

本发明将上述两个原理结合，将超声波换能器安装在椭圆的一个焦点处，换热铜管安装在椭圆的另个焦点处，使用椭圆柱形外壳聚焦超声波，使换热铜管附近的超声波声强大幅度提高，然后通过聚焦后的超声波对换热表面进行强化传热，从而获得更好的换热效率。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种换热效率大的基于椭圆超声波聚焦强化传热原理的换热器。

本发明采用如下技术方案实现：

一种基于椭圆超声波聚焦强化传热原理的换热器，包括容纳冷却液的冷却液容器、固定在所述冷却液容器内腔的热源装置、固定设置在所述冷却液容器外壁的超声波换能器，所述冷却液容器包括平侧面和部分椭圆面，其横截面几何形状由部分椭圆段和直线段合围而成，所述直线段垂直所述部分椭圆段的长轴且经过所述部分椭圆段的一个焦点，所述热源装置位于所述部分椭圆段的另一焦点处，所述超声波换能器位于所述直线段的居中位置并指向所述热源装置。

进一步地，所述的冷却液容器为两端设置有换热器端盖的椭圆柱形外壳，两个换热器端盖上分别设置有冷却液进口和冷却液出口，所述热源装置包括密封地固定在两换热器端盖之间的换热铜管，所述超声波换能器沿长度方向等间距地一字形固定设置在所述椭圆柱形外壳的平侧面外壁上。

进一步地，所述换热铜管内设置实心加热棒、电热丝或通入热水或蒸汽。

进一步地，所述换热铜管的外表面加工有螺纹型的翅片结构，用于增强超声波的强化传热效果。

进一步地，所述换热铜管的横截面几何形状为圆形、正多边形。

进一步地，所述换热器端盖使用多组螺栓与椭圆柱形外壳密封连接。

进一步地，所述冷却液进口和冷却液出口沿所述椭圆柱形外壳的径向方向错开一定距离，用于增强换热器内的对流。