CN100386587C - 无泵自循环非真空分体式重力热管 - Google Patents

无泵自循环非真空分体式重力热管 Download PDF

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Abstract

一种无泵自循环非真空分体式重力热管，属于泵循环技术领域。包括：集水箱、内循环管道、控制阀、蒸发器、热源、蒸发器入口、水封弯头、冷凝器、压力传感器和气库。集水箱(1)上方安装压力传感器(9)，下方设有控制阀(3)；控制阀(3)与蒸发器入口(6)前面的水封弯头(7)连接；蒸发器(4)埋在热源(5)中，通过内循环管道(2)连接至冷凝器(8)；冷凝器(8)位于蒸发器(4)的上方，其出口与集水箱(1)连接，也可增设气库(10)，气库(10)连接在集水箱(1)的上方。优点在于：采用集水箱和蒸发器入口之间的液位差所产生重力作为循环动力，实现无泵自循环；热管系统内部无需抽真空，工程上安装、使用和维护方便，工作可靠。

Description

无泵自循环非真空分体式重力热管
技术领域
本发明属于热管技术领域，特别是提供了一种无泵自循环非真空分体式重力热管，能够按照需要调节换热量。
背景技术
热管是一种传热效率很高的传热元件，它利用工质汽液相变来吸收和释放热量。常规的热管是一根两端封闭的管子，内装一定体积的液体，并在制造时将管内抽至一定的真空度。热管的热端放在热源中，冷端与冷源接触。热端的热量通过热管传递至冷端。由于热管内部为真空，热阻很小，因此传热效率很高。由高效传热元件热管组成的热管换热器具有结构紧凑、体积小、压降低、效率高以及无辅助动力等优点，近年在技术上已日趋成熟。热管的主要缺点是安装在设备上的热管，其传热量是恒定的，不能根据需要进行调节；此外，若热管内部的真空度降低，传热效率也将下降。
分体式热管是在常规热管技术的基础上发展起来的一项高效传热技术，与普通热管不同的是，分离式热管的加热段和冷凝段分开放置，管束把蒸发段或冷凝段各自组合起来，通过一根上升管和回流管把分离开的两组管束连接起来的新设备，工作介质在一个闭合回路中同向循环。
乔福山发明的“分体式热管”(公开号为CN 1758009A)提供了一种新型分体式热管，可以按需调节热管的传热量和长期保持热管内循环管道内的真空度。但是该发明中需要设置水力真空泵来使热管内循环管道处于真空状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无需抽真空、无需循环泵的分体式重力热管，可以按需调节热管的传热量。
本发明包括：集水箱、内循环管道、控制阀、蒸发器、热源、蒸发器入口、水封弯头、冷凝器、压力传感器和气库。集水箱1上方安装压力传感器9，下方设有控制阀3；控制阀3与蒸发器入口6前面的水封弯头7连接；蒸发器4埋在热源5中，并通过内循环管道2连接至冷凝器8；冷凝器8位于蒸发器4的上方，其出口与集水箱1连接；在上述热管系统中，还可以增设气库10，气库10连接在集水箱1的上方。
集水箱1是本发明的关键部件之一，一方面可以收集回流的冷凝水，另一方面可以提供循环动力。集水箱中的水，依靠集水箱和蒸发器入口之间的液位差所产生重力作为循环动力，沿着管道流入蒸发器，实现无泵自循环。
控制阀3可以采用手动阀或其它流量调节器。通过调节控制阀3，可以调节热管系统内液体传热介质的循环流量，从而调节热管的传热量。
蒸发器4采用不锈钢管，埋在热源5中，当水流过蒸发器4时，可以间接吸收热源5的热量，形成过热蒸汽，从而将热源5中的热量携带出来。
热源5位于热管的热端，用来加热蒸发器中的传热介质。热源5可以采用低谷电蓄热，或者直接利用电能加热，还可以采用燃烧燃料的方式加热，等等。蒸发器4埋在热源5中。
水封弯头7安装在蒸发器4的入口处，在水汽化为过热蒸汽的过程中，体积膨胀，压力增大，部分过热蒸汽倒流，一方面妨碍集水箱1中的水流入蒸发器4，另一方面导致蒸发器入口6处温度过高，因此设置水封弯头7来防止蒸汽倒流，确保无泵自循环的实现。
冷凝器8为冷、热流体提供热交换的场所。可以采用套筒式换热器，其管道的安装角度与水平方向成一倾角，以保证冷凝水可以沿管道流回集水箱1。过热蒸汽进入冷凝器8，经换热后冷凝成液态水，回流到集水箱1，从而完成一个闭路循环。冷凝器8位于蒸发器4的上方。
为了提高热管的传热效率，可以设置气库10。气库10用来存储热管系统内部的初始空气或惰性气体。放热过程中，热管系统内部的液态水变为水蒸汽，管内的压力升高，过热蒸汽在压差的驱动下向上流动，将热管系统内部的大部分空气或惰性气体压缩到气库10中，从而使热管内部的空气或惰性气体浓度降低，可以提高热管的传热效率。
工作过程如下：打开控制阀3，集水箱1中的水，依靠集水箱1和蒸发器入口6之间的液位差所产生的重力作为循环动力，经过控制阀3和水封弯头7流入蒸发器4，在流过蒸发器4的过程中，吸收热源5中的热量，发生相变变为饱和蒸汽，进一步被加热成为过热蒸汽；过热蒸汽在压差的驱动下向上流动，经过内循环管道2进入冷凝器8，经换热后冷凝成液态水，在重力作用下，沿着倾斜管道回流到集水箱1，从而完成一个闭路循环。在装有气库10的热管系统中，当水发生相变时，热管内部的压力升高，管道内部所包含的空气或惰性气体被驱赶压缩到气库10中，热管内部的空气或惰性气体浓度降低，热管的传热效率提高。
本发明中，热管系统内部无需抽真空，初始状态为常压，管内含有空气或惰性气体。当热管系统内部的蒸汽温度很高时，为了防止管道内空气中的氧气氧化管道，可以利用惰性气体置换管内的空气。
本发明中，依靠集水箱1和蒸发器入口6之间的液位差所产生的重力作为循环动力，实现无泵自循环。
本发明中，可以通过调节控制阀3的开度和集水箱1的初始液位高度来调节热管的传热量。
本发明的优点在于：采用集水箱和蒸发器入口之间的液位差所产生重力作为循环动力，实现无泵自循环；调节控制阀的开度和集水箱的初始液位高度，可以调节热管的传热量；热管系统内部无需抽真空，工程上安装、使用和维护方便，工作可靠。
附图说明
图1为本发明专利的一种无泵自循环非真空分体式重力热管的结构示意图。其中，集水箱1，内循环管道2，控制阀3，蒸发器4，热源5，蒸发器入口6，水封弯头7，冷凝器8，压力传感器9和气库10。
具体实施方式
本发明包括：集水箱1、内循环管道2、控制阀3、蒸发器4、热源5、水封弯头7、冷凝器8、压力传感器9和气库10。
本发明中的热管产生热水的过程：打开控制阀3，集水箱1中的水，依靠集水箱1和蒸发器入口6之间的液位差所产生的重力作为循环动力，沿着管道流入蒸发器4，在蒸发器4的流动过程中，吸收热源5中的热量，到达饱和状态，然后发生相变变为饱和蒸汽，最后被加热成为过热蒸汽。过热蒸汽在压差的驱动下向前流动，沿着内循环管道2进入顶部的冷凝器8，经换热后冷凝成液态水，在重力作用下，沿着倾斜管道回流到集水箱1，从而完成一个闭路循环。同时，来自供水系统的冷水从冷水入口流经冷凝器8，吸收过热蒸汽放出的热量后，被加热成温度较高的热水从出口流出，供各种场合使用。
实施例1
本发明提供的无泵自循环非真空分体式重力热管，包括热源、冷凝器、蒸发器、集水箱、内循环管道以及其它连接管道，同时包括一些测量仪表，如流量计、温度计、压力传感器。在本实施例中，利用本发明提供的无泵自循环非真空分体式重力热管来产生热水。
结构参数如下：冷凝器采用套筒式换热器，其内管采用Φ12×1mm的铜管，外管采用Φ25×1.5mm的铜管，长度为1000mm。集水箱为圆筒形，内径为80mm，高度为200mm。蒸发器采用内径12mm的不锈钢管，装置中所有其它连接管道均为内径12mm的铜管。控制阀采用通径为Φ4mm的电磁阀。热源的温度保持为450℃。热源对外可输出的最大功率为6kW。
热水产生过程。打开控制阀3，集水箱1中的水，依靠集水箱1和蒸发器入口6之间的液位差所产生的重力作为循环动力，沿着管道流入蒸发器4，在蒸发器4的流动过程中，吸收热源5中的热量，到达饱和状态，然后发生相变变为饱和蒸汽，最后被加热成为过热蒸汽。过热蒸汽在压差的驱动下向前流动，沿着内循环管道2进入顶部的冷凝器8，经换热后冷凝成液态水，在重力作用下，沿着倾斜管道回流到集水箱1，从而完成一个闭路循环。同时，来自供水系统的冷水从入口流经冷凝器8的冷侧，吸收过热蒸汽放出的热量后，被加热成温度较高的热水而流出，供各种场合使用。
集水箱与蒸发器入口之间的液位差为290mm。当冷水流量为150L/h，进水温度为14℃时，出口的热水温度为41℃，热管的传热量为4.74kW；当冷水流量为200L/h，进水温度为14℃时，出口的热水温度为35.9℃，热管的传热量为5.12kW；当冷水流量为300L/h，进水温度为14℃时，出口的热水温度为29℃，热管的传热量为5.27kW；当冷水流量为500L/h，进水温度为14℃时，出口的热水温度为23.1℃，热管的传热量为5.32kW。集水箱的表压力一直保持在0.1MPa以下。因此，冷水流量增大时，出口的热水温度降低，而热管的传热量增大。运行过程中性能稳定可靠。
调节集水箱与蒸发器入口之间的液位差，可以调节热管的传热量。当液位高度为235mm时，热管的传热量为3.5kW。当液位高度为290mm时，热管的传热量为5.27kW。当液位高度为360mm时，热管的传热量为6.38kW。因此，通过调节集水箱的初始液位高度，可以调节热管的传热量。产生的热水可以供厨房、浴室或取暖使用，或者其它任何需要使用热水的场合。

Claims (5)

1.一种无泵自循环非真空分体式重力热管，包括：集水箱、内循环管道、控制阀、蒸发器、热源、蒸发器入口、水封弯头、冷凝器、压力传感器和气库；其特征在于：集水箱(1)上方安装压力传感器(9)，下方设有控制阀(3)；控制阀(3)与蒸发器入口(6)前面的水封弯头(7)连接，水封弯头(7)安装在蒸发器(4)的入口处，热源(5)位于热管的热端；蒸发器(4)埋在热源(5)中，并通过内循环管道(2)连接至冷凝器(8)；冷凝器(8)位于蒸发器(4)的上方，其出口通过倾斜管道与集水箱(1)连接；工作过程为：打开控制阀(3)，集水箱(1)中的水，依靠集水箱(1)和蒸发器入口(6)之间的液位差所产生的重力作为循环动力，经过控制阀(3)和水封弯头(7)流入蒸发器(4)，在流过蒸发器(4)的过程中，吸收热源(5)中的热量而发生相变，变为饱和蒸汽，进一步被加热成为过热蒸汽；过热蒸汽在压差的驱动下向上流动，经过内循环管道(2)进入冷凝器(8)，经换热后冷凝成液态水，在重力作用下，沿着倾斜管道回流到集水箱(1)，从而完成一个闭路循环。
2.按照权利要求1所述的无泵自循环非真空分体式重力热管，其特征在于：所述气库(10)连接在集水箱(1)的上方；所述气库(10)用于存储热管内部的不凝性空气或惰性气体，使热管内部的不凝性空气或惰性气体浓度降低，提高传热效率。
3.如权利要求1所述的无泵自循环非真空分体式重力热管，其特征在于：热管的冷凝器(8)位于热管的最上方，热管的蒸发器(4)位于热管的最下方。
4.如权利要求1所述的无泵自循环非真空分体式重力热管，其特征在于：热管初始状态时为常压，热管里充满空气或惰性气体，不需要抽真空。
5.如权利要求1所述的无泵自循环非真空分体式重力热管，其特征在于：依靠集水箱(1)和蒸发器入口(6)之间的液位差所产生的重力作为循环动力，实现无泵自循环；可以通过调节控制阀(3)的开度或调节集水箱(1)的初始液位高度来实现热管传热量的调节。
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