[實用新型]應用于微重力條件下的沸騰換熱裝置

有效

• 申請號: 201320221047.1
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN203298644U
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 雷作勝;許春龍;史永超;陽小華;韋如軍;金效興;鐘云波;任維麗
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: F28D21/00
• 分類號: F28D21/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本實用新型涉及一種換熱裝置，特別是一種沸騰換熱裝置，應用于設備的冷卻、系統溫度的控制和調節等技術領域。

背景技術

當液體與高于其飽和溫度的壁面接觸時，液體被加熱汽化而產生大量汽泡的現象稱為沸騰。液體在加熱面上沸騰時的換熱過程，是具有相變點的兩相流換熱。在地面常重力條件下，當加熱壁面溫度超過液體的飽和溫度并達到一定數值時，液體即在加熱面上汽化形成汽泡。汽泡形成后不斷長大、脫離、上浮。汽泡在長大過程中吸收大量汽化潛熱，汽泡的脫離和上升又產生劇烈擾動，所以沸騰換熱比單相流體的對流換熱強烈的多，在工業上有廣泛的應用。

常重力條件下，汽泡脫附、上浮的力主要由汽泡的浮力提供，但是在微重力條件下，由于幾乎沒有浮力，汽泡生成后難以從加熱面脫落，而是在加熱面上不停地移動；原生汽泡會聚合并形成大汽泡，大汽泡不斷捕獲小汽泡而長大，直到大汽泡覆蓋整個加熱面。這種現象的發生會導致傳熱效率大大降低甚至不能進行下去。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，本實用新型提供一種應用于微重力條件下的沸騰換熱裝置，借助梯度磁場產生恒定磁化力代替重力，從而使微重力條件下沸騰過程中產生的汽泡能迅速上浮或從過熱表面脫附，使沸騰換熱過程順利進行。

為達到上述發明創造目的，本實用新型采用下述技術方案：

一種應用于微重力條件下的沸騰換熱裝置，主要由熱交換器和沸騰換熱管構成，沸騰換熱管內設有液態的換熱介質，熱交換器為能吸收并儲存熱量的容器，沸騰換熱管從熱交換器中穿過，梯度磁場發生裝置圍繞在熱交換器外部設置，當低溫的換熱介質沿著沸騰換熱管的內部管腔流經熱交換器時，熱交換器的大量熱量通過沸騰換熱管的管壁被換熱介質吸收，使換熱介質的溫度迅速升高直至沸騰，在梯度磁場發生裝置所產生的恒定梯度磁場力作用下，換熱介質產生的沸騰汽泡從過熱的沸騰換熱管的管壁內表面脫附，并隨換熱介質流走，從而完成沸騰換熱過程。

上述梯度磁場發生裝置優選在汽泡脫附方向上提供恒定磁場強度的梯度磁場。

上述梯度磁場發生裝置產生的磁場梯度最好可調，通過調節輸入梯度磁場發生裝置的電流來控制磁場梯度的大小。

上述梯度磁場發生裝置優選采用超導梯度磁場發生裝置。

本實用新型與現有技術相比較，具有如下實質性特點和優點：

相比于現有的沸騰換熱裝置，本實用新型應用于微重力條件下的沸騰換熱裝置可實現微重力下沸騰換熱這個過程，結構簡單，價格低廉，導熱效率大大提高，在國際空間站等太空空間中應用，可用來實現設備的冷卻、系統溫度的控制和調節等。

附圖說明

附圖1是本實用新型應用于微重力條件下的沸騰換熱裝置的結構示意圖。

具體實施方式

實施例一：

本實用新型的優選實施例結合附圖說明如下：

在本實施例中，參見圖1，一種應用于微重力條件下的沸騰換熱裝置，主要由熱交換器2和沸騰換熱管3構成，沸騰換熱管3內設有液態的換熱介質，本實施例所用的換熱介質為水，熱交換器2為能吸收并儲存熱量的容器，沸騰換熱管3為導熱性好材料制成的管狀物，沸騰換熱管3從熱交換器2中穿過，梯度磁場發生裝置1圍繞在熱交換器外部設置，溫度較低的水從沸騰換熱管3的一端進水口流入，并且當低溫的水沿著沸騰換熱管3的內部管腔流經熱交換器2時，使得沸騰換熱管3的管壁具有很高的溫度，熱交換器2的大量熱量通過沸騰換熱管3的管壁被水吸收，使水的溫度迅速升高直至沸騰，在梯度磁場發生裝置1所產生的恒定梯度磁場力作用下，水產生的沸騰汽泡從過熱的沸騰換熱管3的管壁內表面脫附，并隨水流走，從而完成沸騰換熱過程。梯度磁場發生裝置1在汽泡脫附方向上提供恒定磁場強度的梯度磁場。

本實施例沸騰換熱裝置實現微重力下沸騰換熱過程的原理如下：

具有一定磁化率的液體，在梯度磁場作用下，會受到磁力的作用；單位體積液體所受磁力可表示為：

上式中，df/dV為單位體積液體所受磁力，μ₀為真空磁導率，χ_m為液體的體積磁化率，B為磁通量密度。磁力和重力都是體積力，在空間微重力的條件下，磁力可以代替重力的作用。汽泡受到磁力的作用，當磁力足夠大時，就能使汽泡從過熱的沸騰換熱管3的壁面脫附，從而實現微重力下的沸騰換熱過程。

實施例二：

本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于：