[實用新型]一種帶環形元器件的重力熱管

有效

• 申請號: 201720867776.2
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN207006956U
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 杜鵬飛;王德昌;劉振;李學瑞;李延輝
• 申請（專利權）人: 青島大學;青島四度環境節能科技有限公司
• 主分類號: F28D15/02
• 分類號: F28D15/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種新型高效熱交換器重力熱管，特別涉及一種通過改變管壁結構來減薄冷凝膜厚的重力熱管，屬于熱交換技術領域。

背景技術

當今傳熱工程面臨的兩大難題：研究高絕熱材料和高導熱材料。但目前已知的具有良好導熱性的導熱材料導熱系數只能達到10²W/m·℃的數量級，遠遠不能滿足一些工程上快速傳熱的需要。熱管的實用新型就解決了這個問題，它的傳熱系數是一般金屬材料的數百倍乃至上千倍，可以將大量的熱量通過很小的截面積遠距離地傳輸而無需外加動力。其中重力熱管具有傳熱效率高、結構簡單、成本低廉等突出優點。

但是，重力熱管工作時由于種種因素換熱效率并不高，例如冷熱氣流相對運動形成對沖，在重力熱管內增加了一個不必要的冷熱蒸汽的混合過程，增加了冷熱氣流的運行阻力影響傳熱。此外，由于冷凝段內壁面換熱面積有限，尤其是工質受熱蒸發到達冷凝段時在壁面會形成一層厚厚的液膜，加大了熱阻嚴重阻礙了換熱。因此強化熱管換熱的關鍵在于促進冷凝段的內壁換熱并減小冷凝液膜的厚度。膜狀冷凝作為冷凝過程的一種，其特點是冷凝液能形成液膜而完全潤濕壁面，液膜越積越厚，多余的冷凝液就沿壁流下。由于熱管內壁上始終覆蓋著一層液膜，壁面與被冷凝蒸氣間的傳熱遇到了阻力，所以傳熱效率較低于滴狀凝結。

在已公開的專利中，“多頭螺旋槽換熱管”（ZL00250108.2）屬波紋管類，已有的螺紋換熱管通過加大換熱面積和使管內流體產生擾動加強換熱，雖然提高了換熱效率但較易結垢，而且用于強化傳熱的螺旋元器件由于加工效率較低或制造工藝復雜，其制造費用相對較高。“一種重力熱管強化傳熱結構”（CN203534295U）通過設置導流筒加強傳熱，通過在重力熱管內腔添加導流筒減少重力熱管工作過程中冷熱氣流對沖問題提高傳熱效率，結構簡單但換熱效率提高不大。且二者均不能解決由于液膜造成的換熱效率低的問題。針對液膜造成的液阻問題，現有的解決方案通常是利用縱槽和波紋來降低液膜的厚度。冷凝壁面通過液體表面的張力作用，使冷凝液集中在溝槽的底部從而使液膜的厚度變薄。另一種方案是變膜狀凝結為珠狀凝結，在壁面涂上疏水性的材料或是在蒸氣里加入少量的油性添加物，但是都無法長久地保持珠狀凝結。此外，“一種強化傳熱重力熱管”（CN104197761A）通過在重力熱管內添加掃液裝置強化換熱的方法，結構復雜不利于推廣。

發明內容

本實用新型的任務在于針對重力熱管冷凝段液膜積聚增大冷凝熱阻影響換熱的問題，通過對重力熱管的管壁添加環形元器件，使冷凝液體及時排出，從而減薄蒸汽冷凝在管壁形成的冷凝液膜厚度，從而達到加強重力熱管換熱的目的；同時，為了強化蒸發段的蒸發換熱，在蒸發段加裝了具有布液功能的環形元器件，使冷凝段流下來的液體能夠均勻地分布在熱管蒸發段的蒸發換熱面上，實現降膜蒸發，從而強化蒸發換熱過程。

為了實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案是：

一種帶環形元器件的重力熱管，包括設置于重力熱管內壁冷凝段多級環形元器件和蒸發段多級環形元器件，冷凝段多級環形元器件內側既是液體工質的下降通道，又是來自蒸發段工質蒸氣的上升通道；冷凝段多級環形元器件外側與重力熱管內腔壁密封連接，以便于冷凝液離開壁面從冷凝段多級環形元器件內側流出，冷凝段多級環形元器件在減薄冷凝液膜增強冷凝換熱的同時，擴展了冷凝換熱面積，具有雙重的傳熱強化效果；蒸發段多級環形元器件外側與重力熱管內壁連接處留有布液的間隙，形成液態工質的下降通道，以便于液膜比較均勻地分布在熱管蒸發段內腔壁上，實現降膜蒸發，蒸發段多級環形元器件內側為工質蒸汽的上升通道，蒸發段多級環形元器件也增加了蒸發換熱面積。

所述的多級環形元器件包括冷凝段多級環形元器件和蒸發段多級環形元器件兩類。通過在管中加入冷凝段環形元器件改變冷凝壁面結構，從而及時把液體從壁面排出，減薄液膜，強化冷凝換熱；通過在管中加入蒸發段環形元器件改變蒸發壁面結構，實現降膜蒸發，加強蒸發換熱。同時，環形元器件的加入也增加了冷凝段和蒸發段的換熱面積，起到了強化傳熱的作用。此外，重力熱管的環形元器件與管壁之間通過過盈配合固定，解決了熱管內不容易焊接的問題，整體制作工藝簡單，加工效率較高，成本低廉。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的帶環形元器件的重力熱管結構示意圖。

圖2為本實用新型實施例的帶環形元器件的重力熱管中所采用的蒸發段環形元器件結構示意圖。

圖3為本實用新型實施例的帶環形元器件的重力熱管中所采用的冷凝段環形元器件結構示意圖。