本发明公开了一种强化热管,在冷凝段内部设置一稳压装置。稳压装置为一弹性气囊,气囊内充有惰性气体,且气囊内有压力。气囊悬置于冷凝段轴心位置,且与热管内壁之间有间隙。本发明同时公开了该热管的应用。该热管可以有效地提高冷凝温度,输出更高品位的余热,提高热管的热传输效率和稳定性,进一步提换热设备/散热设备的热效率,改进后的热管与同等状况热管相比较,热传输效率可提高15%-20%。
1.一种强化热管,包括冷凝段,其特征是,在冷凝段内部设置一稳压装置。
2.如权利要求1所述的强化热管,其特征是,所述稳压装置为一弹性气囊,所述气囊内充有惰性气体,且气囊内有压力。
3.如权利要求2所述的强化热管,其特征是,所述气囊成柱形。
4.如权利要求2所述的强化热管,其特征是,所述气囊悬置于冷凝段轴心位置,且与热管内壁之间有间隙。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的强化热管的应用,其特征是,静态时,热管内部空间压力最小,负压状态,此时稳压装置的气囊体积最大;热流体流经热管的蒸发段,热量由通过传导、对流传至热管内部,工作介质受热开始蒸发,气态工质充满蒸发段并逐渐扩散至冷凝段;xa0冷凝段压力增大,稳压装置的气囊在压力作用下体积缩小允许更多的气态工质进入冷凝段,冷凝段维持压力基本不变;冷流体流经冷凝段,热量同样通过传导、对流由冷流体带走,工作介质散发热量后冷凝变为液态,蒸发段气态工质锐减导致压力骤降,此时稳压装置的气囊开始起作用,体积膨胀,补充由于气态工质冷凝引起的压力降,维持冷凝段压力基本不变;冷凝过程结束,稳压装置的气囊体积膨胀至最大,冷凝液回流至蒸发段夜池,完成一个工作循环。xa0技术领域
本发明涉及一种强化传热技术,尤其是一种用于传统重力式热管工艺中,能显著增强热管的热传输功率,提高热管换热器的热效率的强化热管及其应用。
背景技术
目前,热管换热器常用于设备散热、余热回收中。热管是一种高效传热元件,它依靠自身内部工作介质相变来实现热量传递,可将大量热量通过很小的截面积远距离地输送且无需外加动力。热管的加热段靠工作介质从热源吸收热量而汽化,携带潜热的蒸汽传输至热管的冷却段,对冷源放出潜热而冷凝,冷凝液不需要外加动力设备,而依靠简单的物理现象—毛细抽吸力(表面张力)、重力、离心力、电渗透压力等作用力,回流至加热段以保持连续的物质循环,从而实现热量传输并维持温度均匀。热管内部的压力分布状况直接影响到热管的蒸发、冷凝以及整体运行状况,而热管加热段与冷凝段的压力大小关系到热管的启动温度以及传热能力。传统热管内部一般都为负压,可以保持较低的启动温度,对于常规的工作介质,蒸发段压力越低,启动温度越低(相对越低),有利于回收较低温度的余热;冷凝段压力越高(相对越高),冷凝温度越高,越有利于将冷流体加热至更高的温度,即有效降低蒸发段的压力、提高冷凝段的压力可以显著高热管热传输能力。但传统热管正常工作时,加热段蒸发成为蒸汽态,此时加热段内部气压升高;同样的,冷凝段内工质将热量释放给冷流体而冷凝变为液膜,工质由气态瞬间转化为液态,冷凝段内压力锐减。这种压力变化将导致热管启动温度升高,而且也很难将冷流体加热至较高温度。显然,这种压力变化不利于热管最大限度发挥作用。目前传统热管的结构特点所带来的压力分布规律,是热管热传输能力受限的重要原因之一。相关研究认为,冷凝段压力的波动是影响热管热传输能力的关键因素。中国专利ZL01260176.4公开了一种机械升液分离式热管供热装置,其含有蒸发器、冷凝器、止回阀、抽真空器以及阀门和管道,其还包含稳压(水汽分流)器、回流滞液器。但是其专利所涉及热管供热装置仅仅是套用了供热环路低压运行的基本概念,其本质与负压锅炉供热系统无根本差别,蒸发器、冷凝器、抽真空器以及回流器等设备是供热、制冷等工艺中的常用部件和概念,与本专利申请核心内容无关。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种强化热管及其应用,该热管可以有效地提高冷凝温度,输出更高品位的余热,提高热管的热传输效率和稳定性,进一步提换热设备/散热设备的热效率,改进后的热管与同等状况热管相比较,热传输效率可提高15%-20%。为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:一种强化热管,包括冷凝段,在冷凝段内部设置一稳压装置。所述稳压装置为一弹性气囊,所述气囊内充有惰性气体,且气囊内有压力。所述气囊成柱形。所述气囊悬置于冷凝段轴心位置,且与热管内壁之间有间隙。强化热管的应用,静态时,热管内部空间压力最小,负压状态,此时稳压装置的气囊体积最大;热流体流经热管的蒸发段,热量由通过传导、对流传至热管内部,工作介质受热开始蒸发,气态工质充满蒸发段并逐渐扩散至冷凝段;xa0冷凝段压力增大,稳压装置的气囊在压力作用下体积缩小允许更多的气态工质进入冷凝段,冷凝段维持压力基本不变;冷流体流经冷凝段,热量同样通过传导、对流由冷流体带走,工作介质散发热量后冷凝变为液态,蒸发段气态工质锐减导致压力骤降,此时稳压装置的气囊开始起作用,体积膨胀,补充由于气态工质冷凝引起的压力降,维持冷凝段压力基本不变;冷凝过程结束,稳压装置的气囊体积膨胀至最大,冷凝液回流至蒸发段夜池,完成一个工作循环。热管正常工作时,冷流体流经冷凝段外壁后冷凝段内工作介质受冷由气态工质变为液态,冷凝段内部压力瞬间降低,冷流体端会出现冷凝温度不足以使得热管正常工作,本发明为了克服热管冷凝段正常工作时压力瞬间降低所致的冷凝温度降低的不足,在热管冷凝段内部加装一稳压元件,以维持冷凝段在较小的压力范围内波动,使得冷凝段在介质的冷凝初始至冷凝结束整个过程中压力变化不大,与之相对应,冷凝温度波动较小,有利于保障热传输的稳定性和高效率。冷却段内安置一稳压气囊,内充一定压力的惰性气体,压力大小视用户需求的工作温度而定(此处压力大小的设定是常规技术,在此不再赘述),气囊悬置于冷凝段轴心位置。整个热管内部空间可视为三个区,即蒸发段空间A区、冷凝段空间的B区和B1区。工作流程热管正常工作时的蒸发与冷凝是连续进行的,但从原理可细分为以下几个环节:气化—冷凝—回流—再气化。加装稳压气囊后的热管工作过程如下:1.xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0加热段的受热气化过程热管加热段受热,工作介质气化充满A区,蒸汽膨胀扩散至B区,B区压力增大,压力作用下B1区体积缩小,B区进一步容纳蒸汽态工质,直至B区压力与A区压力平衡;2.xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0冷凝段的在冷流体作用下的冷凝过程热管冷凝段在冷流体作用下,气态工质冷凝,B区压力减小,气囊内B1区因外部压力减小而膨胀,以补偿B区因冷凝而引起的压力降,冷凝过程持续至冷流体的温度不足以使得工作介质冷却成液态为止。该阶段稳压气囊起关键作用,维持B区压力在较小的范围内波动,冷凝温度波动很小,即能够维系热管良好的热传输过程;3.xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0液滴/液膜回流过程,冷凝段工质在冷流体作用冷凝成为液滴或液膜,在重力、毛细力等作用下回流至加热段;4.xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0加热段工质受热再气化,加热段受热工质再气化,循环往复。本发明与中国专利ZL01260176.4相比较,中国专利ZL01260176.4所涉及热管供热装置仅仅是套用了供热环路低压运行的基本概念,其本质与负压锅炉供热系统无根本差别,蒸发器、冷凝器、抽真空器以及回流器等设备是供热、制冷等工艺中的常用部件和概念,与本专利申请核心内容无关。中国专利ZL01260176.4中所提及的稳压器实质是来自蒸发器的蒸汽缓冲器,并起到气液分流的作用,可防止液滴进入冷凝器造成冲击,而本发明中的稳压器主要作用是稳定热管冷凝段腔体内部的压力分布,使得热管具有较高且稳定的冷凝温度,因此说中国专利ZL01260176.4与本发明无关。本发明的有益效果是,通过合理放置稳压气囊及压力设定,通过增设该气囊,可以有效维持冷凝压力,使冷流体温度较高时仍然有足够的温差使得热管内气态工质快速冷凝,促进热管的良好运行。稳压气囊的设置一方面可显著提高热管的热传输性能,增强热管的工作稳定性,另一方面可以将冷流体加热至较高温度便于利用。改进后的热管与同等状况热管相比较,热传输效率可提高15%-20%。稳压气囊的设置,简单易操作,安全,对常规热管制作生产线无需更改,只需在封口前放置于热管内并固定,其余加工工艺无需调整,易于实现。
附图说明
图1是本发明传热结构示意图;图2(a)-图2(d)是强化热管传热应用原理图;其中,图2(a)是静态阶段,图2(b)是蒸发初始阶段,图2(c)是完全蒸发阶段,图2(d)是冷凝+冷凝液回流阶段。其中1.热管,2.稳压装置,3.冷凝段,4.绝热段,5.xa0xa0蒸发段。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图1、图(a)-图2(d)所示,强化热管,包括冷凝段3,在冷凝段3内部设置一稳压装置2。稳压装置2为一弹性气囊,所述气囊内充有惰性气体,且气囊内有压力。气囊成柱形。气囊悬置于冷凝段3轴心位置,且与热管1内壁之间有间隙。热管1正常工作时,冷流体流经冷凝段外壁后冷凝段3内工作介质受冷由气态工质变为液态,冷凝段3内部压力瞬间降低,冷流体端会出现冷凝温度不足以使得热管正常工作,本发明为了克服热管冷凝段正常工作时压力瞬间降低所致的冷凝温度降低的不足,在热管冷凝段3内部加装一稳压气囊,以维持冷凝段3在较小的压力范围内波动,使得冷凝段3在介质的冷凝初始至冷凝结束整个过程中压力变化不大,与之相对应,冷凝温度波动较小,有利于保障热传输的稳定性和高效率。如图1所示,冷却段3内安置一稳压气囊,内充一定压力的惰性气体,压力大小视用户需求的工作温度而定(此处压力大小的设定是常规技术,在此不再赘述),气囊悬置于冷凝段轴心位置。整个热管内部空间可视为三个区,即蒸发段空间A区、冷凝段空间的B区和B1区。冷凝段3和蒸发段5之间为绝热段4。工作流程热管正常工作时的蒸发与冷凝是连续进行的,但从原理可细分为以下几个环节:气化—冷凝—回流—再气化。加装稳压气囊后的热管工作过程如下:1)加热段的受热气化过程热管加热段受热,工作介质气化充满A区,蒸汽膨胀扩散至B区,B区压力增大,压力作用下B1区体积缩小,B区进一步容纳蒸汽态工质,直至B区压力与A区压力平衡;2)冷凝段的在冷流体作用下的冷凝过程热管冷凝段3在冷流体作用下,气态工质冷凝,B区压力减小,气囊内B1区因外部压力减小而膨胀,以补偿B区因冷凝而引起的压力降,冷凝过程持续至冷流体的温度不足以使得工作介质冷却成液态为止。该阶段稳压气囊起关键作用,维持B区压力在较小的范围内波动,冷凝温度波动很小,即能够维系热管良好的热传输过程;3)液滴/液膜回流过程,冷凝段工质在冷流体作用冷凝成为液滴或液膜,在重力、毛细力等作用下回流至加热段;4)加热段工质受热再气化,加热段受热工质再气化,循环往复。如图2(a)-图2(d)所示,强化热管的应用:1.xa0xa0xa0xa0xa0xa0静态时,热管1内部空间压力最小,一般为负压状态,此时稳压气囊最大,如图2(a)所示2.xa0xa0xa0xa0xa0xa0热流体流经热管的蒸发段5,热量由通过传导、对流等传至热管内部,工作介质受热开始蒸发,气态工质充满蒸发段5并逐渐扩散至冷凝段3,如图2(b)所示3.xa0xa0xa0xa0xa0xa0冷凝段3压力增大,稳压气囊在压力作用下体积缩小允许更多的气态工质进入冷凝段3,冷凝段3维持压力基本不变(压力波动较小),4.xa0xa0xa0xa0xa0xa0冷流体流经冷凝段3,热量同样通过传导、对流等由冷流体带走,工作介质散发热量后冷凝变为液态,蒸发段5气态工质锐减导致压力骤降,此时稳压气囊开始起作用,体积膨胀,补充由于气态工质冷凝引起的压力降,维持冷凝段3压力基本不变(压力波动较小)5.xa0xa0xa0xa0xa0xa0冷凝过程结束,稳压气囊膨胀至最大,冷凝液回流至蒸发段夜池,完成一个工作循环。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。