CN100547334C - 双向传热热管 - Google Patents

Abstract

双向传热热管，由封闭外壳、换热器、相变换热介质泵、布液装置、电器控制装置、相变换热介质、保温材料等组成。热管封闭外壳内安装有一个低位换热器，至少安装有一个高位换热器，封闭外壳容腔抽真空后充注有相变换热介质，在双向传热热管封闭外壳的非换热面上安装包裹有保温材料，相变介质循环泵入口安置于双向传热热管封闭外壳下端的相变换热介质内，出口通过管道与布液装置连接，相变换热介质泵通过热管内的电器控制装置进行控制，换热器的管壁上附有便于导热、增加其换热面积和蓄液的毛吸材料，布液装置对应安装于至少一个高位换热器之上，相变换热介质沿热管管壁或沿管道自然下流布液。本装置可以实现热管的双向传热，拓展其应用领域。

Description

双向传热热管

所属技术领域

本发明涉及一种双向传热热管，属于传热元件领域。

背景技术

目前，公知的热管是一种导热性能极高的被动传热元件，具有单向导热特性。热管利用相变原理和毛细作用，使得它本身的热传递效率比同样材质的纯铜高出几百倍到数千倍。热管是一根真空的管，里面所注的工作液体是热传递的媒介。因为热管内部抽成真空以后，在封口之前再注入液体，所以，热管内部的压力是由工作液体蒸发后的蒸汽压力决定的。只要加热热管表面，工作液体就会蒸发。蒸发端蒸汽的温度和压力都稍稍高于热管的其它部分，因此，热管内产生了压力差，促使蒸汽流向热管内较冷的一端。当蒸汽在热管壁上冷凝的时候，蒸汽放出汽化潜热，从而将热传向了冷凝端。之后，热管的吸液芯结构或重力使冷凝后液体再回到蒸发端。只要有热源加热，这一过程就会循环进行。然而，正是由于以上原因使的热管蒸发段和热管冷凝段有高低位差时就产生了单向导热特性，即蒸发段在下，冷凝段在上，反之则不能工作。

发明内容

为了克服现有被动传热热管的单向导热特性，发明了一种主动双向传热热管，实现热能的双向传输。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：双向传热热管，由封闭外壳、换热器、相变换热介质泵、布液装置、电器控制装置、相变换热介质、保温材料等组成，其特征是：热管封闭外壳内安装有一个低位换热器，至少安装有一个高位换热器，封闭外壳容腔抽真空后充注有相变换热介质，在双向传热热管封闭外壳的非换热面上安装包裹有保温材料，相变介质循环泵入口安置于双向传热热管封闭外壳下端的相变换热介质内，出口通过管道与布液装置连接，相变换热介质泵通过热管内的电器控制装置进行控制，换热器的管壁上附有便于导热、增加其换热面积和蓄液的毛吸材料，布液装置对应安装于至少一个高位换热器之上，相变换热介质沿热管管壁或沿管道自然下流布液。

双向传热热管利用了相变换热介质是靠液体在蒸发段蒸发吸热，体积膨胀，压力温度升高，在冷凝段放热冷凝体积缩小，压力温度降低这一特点，将不能自然流到蒸发段蒸发吸热的相变换热介质通过相变换热介质泵传输上去，并通过布液装置均匀布液使其在蒸发段蒸发吸热，变成体积膨胀，压力、温度升高的蒸汽，迅速扩散到冷凝段使其放热冷凝，体积缩小，压力、温度降低变成液体。这样就实现了热管自然和强制双向传热。

为了使双向传热热管布液更加充分，相变换热介质泵的管道上，与上置换热器末级布液盘之间或连接有喷射吸液装置。

为了使双向传热热管的冷热通过热管更方便的倒出，上下换热器之间可设有中间换热器，中间换热器上设有布液装置，对于上置换热器来讲可视为下置换热器，对于下置换热器来讲可视为上置换热器，因其具有与上置换热器相同的布液装置，能够实现双向传热热管的互补供冷蓄冷，供热蓄热，便于双向传热热管的安装。其相变换热介质通过控制阀门的切换控制上置换热器与中置换热器之间的相变换热介质分配。

装置内设有温度、压力、液位自动控制装置，相变换热介质泵通过电器控制装置控制。

双向传热热管的换热器的另一侧设有传热介质入口、出口，或上布液口，下引出口和气体排出口。或换热器为常规热管。

相变换热介质或沿热管管壁自然下流布液，或沿管道下流布液，相变换热介质或为水、氨、丙酮、氟利昂及其它相变介质。换热器的另一侧设有传热介质入口、出口，或上布液口，下引出口和气体排出口。双向传热热管可以和现有的各种空调装置连接组合，可以作为地源热泵，水源热泵和自然的蓄冷蓄热装置。

双向传热热管布液装置或为喷淋装置，或为闭环溢流管槽，或为毛吸蓄液布液网条，或为布满溢流孔的毛吸蓄液淋液托盘，布液装置使换热器换热管的表面均匀分布滞留有相变换热介质。这样使相变换热介质通过重力和毛吸的共同作用，实现其布液均匀，传热迅速的效果。

双向传热热管换热器的换热面或为封闭外壳的壳壁，或为安装密封于封闭外壳壳壁上的安装有导热翅片和毛吸材料的常规热管，常规热管的另一端或为密封套压力平衡安装；或为封闭外壳壳壁上的安装有导热封闭套管，常规热管或为水平安装。这种装置为相对于换热介质低容量的热管，其内部配装有常规小容量的相变换热介质泵。

双向传热热管换热器的换热面或为安装于封闭外壳内的换热管，其上设有热膨胀吸收装置。其目的是通过自由端或形变膨胀吸收波纹板或平面波纹吸收板吸收换热器热胀冷缩所产生的应力。此装置为大容量热管，所配相变换热介质泵容量大，此装置常用于空调和蓄冷蓄热装置中。

双向传热热管换热器的换热面或为安装于封闭外壳壁上带翅片的换热管，换热管互为相通，在热管管腔内与布液装置连接，换热管的外侧端头上设有热虹吸助循环装置，热虹吸助循环装置可上下伸缩。或为有一定强度的一端连接在换热器上，另一端下沉或漂浮于水中的管。此装置常用于存在温差并有一定深度的水中使用。

本发明的有益效果是，可以实现热能的双向传输。可以广泛用于空调机的蓄冷蓄热、太阳能应用，水源的蓄冷蓄热，实现以低的成本，解决蓄能问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为双向传热热管结构原理图；

图2为带吸液喷射器的双向传热热管结构原理图；

图3为设有中置换热器的双向传热热管结构原理图；

图4为设有中置换热器带喷射器的双向传热热管结构原理图；

图5为换热器带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的双向传热热管结构原理图；

图6为换热器带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的、带吸液喷射器的双向传热热管结构原理图；

图7为换热器带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的、设有中置换热器的双向传热热管结构原理图；

图8为换热器带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的、设有中置换热器的、带吸液喷射器的双向传热热管结构原理图；

图9为换热器翅片管上安装有热虹吸导流器的双向传热热管结构原理图；

图10为带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的上置换热器、下置换热器为翅片管上安装有热虹吸导流器的双向传热热管结构原理图；

图11为带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的上置换热器、中置换热器和下置换热器为翅片管上安装有热虹吸导流器的双向传热热管结构原理图；

图12为常规热管翅片上安装有热虹吸导流器的双向传热热管换热器的结构原理图；

图13为带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的上置换热器、下置换热器为常规热管翅片管上安装有热虹吸导流器的双向传热热管结构原理图；

图14为带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的上置换热器、中置换热器和下置换热器为常规热管翅片管上安装有热虹吸导流器的双向传热热管换热器的结构原理图。

图中：1相变换热介质、2换热器换热介质输入管、3下置换热器、4换热器介质出口、5双向换热热管管腔、6保温材料、7电器控制装置、8测量元件、9电源开关、10毛吸蓄液盘、11上置换热器、12布液装置、13吸液喷射器、14吸液管、15下置蓄液槽、16浮球控制器、17冷凝液喷淋器、18输液管、19相变换热介质泵、20中置换热器、21中置换热器布置装置、22布液装置控制阀、23换热器相变介质排气口、24毛吸蓄液管、25膨胀应力吸收器、26换热管出气口、27热虹吸循环导流器、28压力平衡吸盘密封套、29导热毛吸材料、30压力平衡吸盘密封套毛吸材料支撑架、31伸缩热虹吸管

具体实施方式

在图1中：当双向传热热管的下置换热器3为蒸发段、上置换热器11为冷凝段，双向传热热管为被动式热管，无须外加动力，可通过重力的作用，使在上置换热器11上冷凝的相变换热介质1回流下置换热器3，实现热的传导。在此过程中，通入下置换热器3内的介质被冷却，通过上置换热器11内的介质被加热。当下置换热器3为冷凝段，上置换热器11为蒸发段时，冷凝的相变换热介质1汇积于热管的下端，通过相变换热介质泵19将相变换热介质1泵入布液装置12，进行喷淋布液，液体通过上置换热器11加热蒸发变为汽体，体积增大，压力升高，温度升高，并通过双向换热热管管腔5扩散到下置换热器3侧，在下置换热器3上冷凝为液体，体积缩小，压力、温度降低，构成强迫循环。在此过程中，下置换热器3内流淌的介质被加热，上置换热器11内流淌的介质被冷却。

在图2中：其自然循环的工作状况等同于图1，其被动工作状况为相变换热介质泵19将相变换热介质1泵入到布液装置12的过程中，吸液管14将下置蓄液槽15内汇积的相变换热介质1抽吸，通过吸液喷射器13抽出，经布液装置12布液，可以增大上置换热器11的循环量，使上置换热器11布液更加充分、均匀，提高其换热效率。

在图3中：当双向传热热管的下置换热器3为蒸发段、上置换热器11为冷凝段，中置换热器20为蒸发段或冷凝段。其工作流程等同于图1。

在图4中：增加了中置换热器20，中置换热器20为蒸发段或冷凝段。其工作流程等同于图2。

在图5中：双向传热热管的下置换热器3、上置换热器11带有热膨胀应力吸收装置。其工作流程等同于图1。

在图6中：双向传热热管的下置换热器3、上置换热器11带有热膨胀应力吸收装置，且带有吸液喷射器13。其工作流程等同于图2。

在图7中：双向传热热管的下置换热器3、上置换热器11、中置换热器20带有热膨胀应力吸收装置。其工作流程等同于图1。

在图8中：双向传热热管的下置换热器3、上置换热器11、中置换热器20带有热膨胀应力吸收装置，且带有吸液喷射器13。其工作流程等同于图2。

在图9中：双向传热热管的下置换热器3、上置换热器11翅片管上安装有热虹吸导流器。其工作流程等同于图1。

在图10中：双向传热热管的下置换热器3翅片管上安装有热虹吸导流器、上置换热器11带有热膨胀应力吸收装置。其工作流程等同于图1。

在图11中：双向传热热管的下置换热器3翅片管上安装有热虹吸导流器、上置换热器11、中置换热器20带有热膨胀应力吸收装置。其工作流程等同于图1。

在图12中：双向传热热管的换热器为常规热管翅片上安装有热虹吸导流器与双向传热热管换热器结合。其工作流程等同于图1。

在图13中：双向传热热管上置换热器24带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质、下置换热器3为常规热管翅片管上安装有热虹吸导流器。其工作流程等同于图1。

在图14中：双向传热热管的上置换热器11、中置换热器20带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质、下置换热器3为常规热管翅片管上安装有热虹吸导流器。其工作流程等同于图4。

Claims (11)

1.双向传热热管，包括封闭外壳、换热器、相变换热介质泵、布液装置、电器控制装置、相变换热介质、保温材料，其特征是：热管封闭外壳内安装有一个低位换热器，至少安装有一个高位换热器，封闭外壳容腔抽真空后充注有相变换热介质，在双向传热热管封闭外壳的非换热面上安装包裹有保温材料，相变介质循环泵入口安置于双向传热热管封闭外壳下端的相变换热介质内，出口通过管道与布液装置连接，相变换热介质泵通过热管内的电器控制装置进行控制，换热器的管壁上附有便于导热、增加其换热面积和蓄液的毛吸材料，布液装置对应安装于至少一个高位换热器之上，相变换热介质沿热管管壁或沿管道自然下流布液。

2.根据权利要求1所述的双向传热热管，其特征是：高位换热器的末级还设有布液盘，相变换热介质泵的管道上与布液盘之间连接有喷射吸液装置。

3.根据权利要求1所述的双向传热热管，其特征是：低位换热器和高位换热器之间设有中间换热器，相变换热介质通过控制阀门的切换，控制高位换热器与中间换热器之间的相变换热介质分配。

4.根据权利要求1所述的双向传热热管，其特征是：双向传热热管内设有温度、压力、液位自动控制装置，相变换热介质泵通过电器控制装置控制。

5.根据权利要求1所述的双向传热热管，其特征是：换热器上设有传热介质入口、出口，或换热器上设有布液口，下引出口和气体排出口。

6.根据权利要求1所述的双向传热热管，其特征是：相变换热介质沿热管管壁自然下流布液，或沿管道下流布液，相变换热介质为水、或为氨、或为丙酮、或为氟利昂。

7.根据权利要求1所述的双向传热热管，其特征是：布液装置或为喷淋装置，或为闭环溢流管槽，或为毛吸蓄液布液网条，或为布满溢流孔的毛吸蓄液淋液托盘，布液装置使换热器换热管的表面均匀分布滞留有相变换热介质。

8.根据权利要求1所述的双向传热热管，其特征是：换热器的换热面为封闭外壳的壳壁；或换热器的换热面为安装密封于封闭外壳壳壁上的安装有导热翅片和毛吸材料的常规热管，常规热管的一端密封安装，另一端为密封套压力平衡安装；或换热器的换热面为封闭外壳壳壁上安装的导热封闭套管。

9.根据权利要求1所述的双向传热热管，其特征是：换热器的换热面为安装于封闭外壳内的换热管，其上设有热膨胀吸收装置。

10.根据权利要求1所述的双向传热热管，其特征是：换热器的换热面为安装于封闭外壳壁上带翅片的换热管，换热管互为相通，在热管管腔内与布液装置连接，换热管的外侧端头上设有热虹吸助循环装置，热虹吸助循环装置可上下伸缩。

11.根据权利要求1所述的双向传热热管，其特征是：换热器的换热面为安装于封闭外壳壁上带翅片的换热管，换热管为有一定强度的一端连接在换热器上，另一端下沉或漂浮于水中的管。

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