CN101726204B - 热导管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热导管，包括一吸热轴筒；一热传导器；所述热传导器包括：一基座，一帽体和一嵌接体；所述嵌接体与所述基座和帽体由热传导性能不同的材料制成，以在热传导方向上形成温差。可加速热量的传导，并有效防止传热过程中热量的倒流，提高了热导管的热传导效率，可广泛用于太阳能热水器和各种冷却装置的热传导装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种传热装置，具体地说涉及一种在低压下传递热量的热导管。
背景技术
热导管(Heat Pipe)是利用毛细作用与相变化等原理进行热量传导的装置，热导管将工作流体封在热导管内，利用相变化，快速的把热从高温处带到低温处。
一般而言，热导管的工作流体常用的为水与酒精。在温度较高处，工作流体会吸收高温端的热，从液体蒸发变成气体，以热对流的方式，在整个热导管内流动，把热从高温端带走。到低温处时，因为低温端温度较低，流体会在低温端释放热能，从气体凝结成液体。而热导管的管壁，有许多小孔，这些小孔能使以液体形式存在的工作流体，利用毛细现象，从低温端输送到高温端，在高温端时又会回到以上所述方式工作。热导管便是以这种液体蒸发→气体传送→气体凝结→液体传送→液体蒸发的循环不断的工作。
热导管传导热量是当导管之中的液体达到沸点而由液体蒸发到气体时所吸收的气化焓(latent heat of vaporization又称enthalpy of vaporization)，该气化焓的热量就由气体带走；当气体传送到另一端时特别是导管直径及空间扩大加快气体凝结时，气体凝结到液体是会放出与气化焓同等份量的热量(如果温度不变)，这份量的热会传到热导管等另一端。这种气化焓的热量比银和铜金属的传热量为大。
热导管传导热量的最大效率是利用气化焓传热，所以热导管的最佳操作环境是所处温度高于热导管内液体的沸点。
热导管的传热速度很快，可以达到银和铜金属的数百倍，被应用在很多领域，例如用于电脑组件的散热等。
热导管的另一个应用是用于太阳能热水器的热传导装置，如图1所示，是一个屋顶式太阳能热水器的示意图，使用热导管1作为传热体系，将吸收的太阳热量迅速传导给水箱或水管等受热体2。图2是热导管1的内部结构示意图，倾斜设置的热导管1包括管体10，管体10形成一空间20，空间20内封装有工作流体30，工作流体通常为纯水，空间20内保持低压甚至真空，当热导管1吸收太阳的热量3温度升高，当温度达到热导管内液体沸点时，封闭于空间20中的纯水30蒸发，蒸发的气体迅速将热量向上方的受热体传导，在受热体进行热量交换后冷却的液体流回到下方进行下一热导过程。在这种热导管中，管体10的材质通常为均一的金属构成，例如铜，热传导过程中，经过一定时间，在吸热区(也就是热导管的吸收太阳热的一端)的温度T1会趋于与受热区(接近受热体的一端)的温度T2一致，这样吸热区与受热区因没有温度差存在而导致其内部的气体流动缓慢，结果是热传导的速度变慢，效率下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热导管，通过在热导管的热传导体部分形成温度差而使热导管的热传导速度加快，提高热传导效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种热导管，用于吸收热量并将热量通过所述热导管传导给受热体，包括
一用于吸收来自外部热量的吸热轴筒，所述吸热轴筒内设置有圆柱型液流空间使得液体能自由流动传送热能；
一用于热传导的热传导器；所述热传导器包括：
一基座，设置于近吸热轴筒端，连接吸热轴筒与热传导器；
一帽体，设置于近受热体端，和
一嵌接体，设置与所述基座与帽体之间，连接所述基座与帽体；
所述基座、嵌接体和帽体紧密连接或一体化形成一内部空间，所述圆柱型液流空间一端为密封而另一端与热传导器内部空间液流相通，并且所述内部空间连接吸热轴筒内液流空间形成一封闭的气密空间；所述气密空间形成低压并包含工作液体；其特征在于
所述嵌接体与所述基座和帽体由热传导性能不同的材料制成，以在热传导方向上较近吸热轴筒的基座与较近受热体的帽体之间形成温差。
所述的热导管，其中所述嵌接体由导热率低的材料或热绝缘材料制成，所述基座和帽体由导热率高的金属制成。
所述的热导管，其中所述基座和帽体的材料可以相同或不同。
所述的热导管，其中所述嵌接体的材料为陶瓷，所述基座和帽体的材料为铜。
所述的热导管，其中所述嵌接体的材料为玻璃纤维，所述基座和帽体的材料为铜或银。
所述的热导管，其中所述嵌接体的材料为陶瓷或玻璃纤维，所述基座的材料为铜，所述帽体的材料为银。
所述的热导管，其中所述热传导器的直径为吸热轴筒直径的2～3倍。
所述热导管，其中所述基座、帽体和嵌接体的轴向长度基本相等。
所述的热导管，其中所述工作液体为纯水。
本发明的热导管通过使用导热性能不同的材料制成热传导器，在热传导方向上形成温差，加速热量的传导，并有效防止传热过程中热量的倒流，提高了热导管的热传导效率，可广泛用于太阳能热水器和各种冷却装置的热传导装置。
附图简述
图1为屋顶式太阳能热水器使用的热导管示意图；
图2为图1中热导管的内部结构示意图；
图3为本发明热导管的整体结构图；
图4本发明的热导管的分解示意图；
图5为本发明热导管的内部结构示意图。
具体实施方式
本发明的一个较佳实施例如图3～图5所示，热导管100包括一长吸热轴筒200和一用于热传导的热传导器300，吸热轴筒200吸收外部的热量(例如来自太阳的热量)，热传导器300将吸收的热量传导给受热体。其中吸热轴筒200内有圆柱型液流空间201使到液体能自由流动传送热能，圆柱型液流空间201一端为密封而另一端与热传导器内空间液流相通。热传导器300由一基座301，一嵌接体302和一帽体303组成，基座301、嵌接体302和帽体303紧密连接或一体化形成一具有内部空间304的热传导器(参见图5)，基座301连接吸热轴筒200和热传导器300，并且热传导器300的内部空间304连接吸热轴筒200内液流空间201形成一封闭的气密空间。帽体303位于近受热体端，基座、嵌接体和帽体在轴向长度上基本相等，形成三等分，也可以根据材料的性质合理分配基座、嵌接体和帽体的长度。在一个实施方式中，在封闭气密空间时，气密空间内的空气被抽空并在其中加入一定量的纯水，加入其中的纯水的量使得在其中的水的沸点控制在30℃～35℃之间。即当本发明的吸热轴筒达到高于设计沸点时热导管发挥较大传热功效。综合考虑各方面性能，热传导器300的直径为吸热轴筒直径的2～3倍为佳。
为了形成温差，热传导器的基座301、嵌接体302和帽体303由热传导性不同的材料构成，可以通过材料的导热率来确定材料热传导性能的差异，导热率越大的材料其热传导性能越佳。较佳的方式是，基座301和帽体303由传热性能好的金属制成，例如铜、银等金属，而嵌接体302则由低传热性或热绝缘性材料制成，例如陶瓷、玻璃、玻璃纤维等，这样构成的热传导器在基座和帽体之间形成温差，可加快热量的传导，还可防止热量的倒流。
构成基座和帽体的材料可以相同或不同，在一个实施例中，基座301和帽体303由铜制成，嵌接体302则由陶瓷制成，另一个实施例中，基座301由铜支持，帽体303则由银制成，嵌接体302也可以由玻璃纤维材料制成，这样银材料制成的帽体可以更快地将热量传导给受热体。
吸热轴筒200与热传导器300之间可以通过焊接或钎接的方式紧密连接并形成气密空间，不同材料制成的热传导器可以一体成型制成或通过其他紧密连接的方式连接。
本发明的热导管不限于用于太阳能热水器的传热，在其他的热传导装置中同样适用，例如电脑组件的散热或发电厂等的冷却装置，只要遵从上述的原理，在以传热性能不同的两种材料构成热传导器以形成温差，就可加快热量的传导，提高热传导效率。当用于屋顶式太阳能热水器时，热导管倾斜放置，水蒸发后蒸汽向上方挥发，冷却后液体向下方回流，可自然形成气液回路。当热导管水平设置或其他方式设置时，可以通过设置抽风机来形成气体的流动。
本发明不限于以上实施方式，本领域技术人员可以对本发明作出各种修改和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所限定的范围。
Claims (9)
1.一种热导管，用于吸收热量并将热量通过所述热导管传导给受热体，包括
一用于吸收来自外部热量的吸热轴筒，所述吸热轴筒内设置有圆柱型液流空间使得工作液体能自由流动传送热能；
一用于热传导的热传导器；所述热传导器包括；
一基座，设置于近吸热轴筒端，连接吸热轴筒与热传导器；
一帽体，设置于近受热体端，和
一嵌接体，设置于所述基座与帽体之间，连接所述基座与帽体；
所述基座、嵌接体和帽体紧密连接或一体化形成一内部空间，所述圆柱型液流空间一端为密封而另一端与热传导器内部空间液流相通，并且所述内部空间连接吸热轴筒内液流空间形成一封闭的气密空间；所述气密空间形成低压并包含工作液体；其特征在于
所述嵌接体与所述基座和帽体由热传导性能不同的材料制成，以在热传导方向上较近吸热轴筒的基座与较近受热体的帽体之间形成温差。
2.权利要求1所述的热导管，其中所述嵌接体由导热率低的材料或热绝缘材料制成，所述基座和帽体由导热率高的金属制成。
3.权利要求1所述的热导管，其中所述基座和帽体的材料相同或不同。
4.权利要求2所述的热导管，其中所述嵌接体的材料为陶瓷，所述基座和帽体的材料为铜。
5.权利要求2所述的热导管，其中所述嵌接体的材料为玻璃纤维，所述基座和帽体的材料为铜或银。
6.权利要求2所述的热导管，其中所述嵌接体的材料为陶瓷或玻璃纤维，所述基座的材料为铜，所述帽体的材料为银。
7.权利要求1所述的热导管，其中所述热传导器的直径为吸热轴筒直径2～3倍。
8.权利要求1所述热导管，其中所述基座、帽体和嵌接体的轴向长度基本相等。
9.权利要求1所述的热导管，其中所述工作液体为纯水。
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