CN105318754A - 变截面内循环流道式平板重力热管 - Google Patents

Abstract

变截面内循环流道式平板重力热管，包括管体（1）和隔板（2），所述管体（1）横截面为矩形，从下向上横截面积逐渐增大，所述隔板（2）横向设置在热管内部，将热管内部空间分为上下两部分，所述隔板（2）从蒸发段（1-7）接近热管下底面（1-5）的位置一直延伸至绝热段（1-8）与冷凝段（1-9）的交界处，所述隔板（2）下边缘与热管下底面（1-5）之间留一缝隙，隔板（2）两侧边分别与热管的左右两侧壁面（1-3）、（1-4）密封连接，以使热管内部空间形成一环形流道（5）。

Description

变截面内循环流道式平板重力热管

技术领域

本发明涉及一种传热装置，具体涉及一种用于热量回收的平板重力热管。

背景技术

热管作为一种高效的传热元件，具有很高的导热性和优良的等温性能，我们除了用它来为各种设备快速散热之外，还利用它来收集热量。例如在光伏光热一体化系统中，利用热管可以将光伏组件在发电过程中积累的多余太阳辐照能量传递给冷却流体，并将这部分热量储存起来加以利用，既降低了光伏组件的温度、提高了发电效率，又提高了太阳辐照能量的利用率。

但传统热管内工质在加热段吸热沸腾后汽化，蒸气携带着大量的热量进入冷凝段，然后进行凝结放热，把大量的热量传递给冷凝段的冷却流体，工质蒸气释放热量之后，冷凝为液体在重力或吸液芯毛细力的作用下，沿管壳侧壁面重新返回到蒸发段，在这个过程中，不可避免的会在整个侧壁上形成一层液膜，阻碍蒸气与热源之间的传热，也限制了蒸气进入冷凝段时的温度，因而限制了热管换热效率的进一步提高。因此，如何提高蒸气进入冷凝段时的温度，是进一步提高热管换热效率的一个重要问题。

另外，传统热管的结构特点还决定了它具有传热极限，特别是重力热管。当重力热管中充液量较大、蒸发段的轴向热流密度也较大时，上升蒸气与回流液体相接触时粘性剪切力较大，容易达到热管的携带传热极限；当重力热管中充液量很少、蒸发段的径向热流密度也相对较小时，则容易达到重力热管的干涸传热极限。携带极限限制了重力热管的充液量不能过多，充液量过多不仅可能达到携带极限，还会影响热管内部的传热，特别是蒸发段的传热，但除此之外，适当的增加充液量对热管性能的稳定却有着积极的作用，当传热量较大或热管工作温度较高时，充液量越多，越不容易发生干涸的现象，从而提高了热管的安全性能。而干涸极限则限制了重力热管的充液量不能过少，否则热管会有烧毁的危险，但除此之外，减少充液量却对热管的传热有着促进的作用，当径向热流密度相对较小时，工质越少，蒸气的产生速率越快，因此也就加快了热管的启动速度。由此可见，上升蒸气与回流液体相接触不仅会阻碍热源与蒸气间的换热，还有可能达到携带极限从而影响热管的正常运行，另外，充液量多与充液量少皆有其优点与缺点，如何兼顾两者的优势同时避免两者的劣势，也是值得研究的问题。

中国发明专利“一种单向环路重力热管及其制造方法”（申请号：201410360548.7；公开号：CN104121794A）设计了一种单向环路重力热管装置，通过在环路重力热管中添加缩口变径接头实现缩口结构，使环路重力热管内部的工质的流动方向唯一确定，从而较普通的环路重力热管启动更为迅速，散热端的热量得到更高效的利用。

中国实用新型专利“一种错流式重力热管”（申请号：201320842265.7；公开号：CN203687711U）设计了一种错流式重力热管装置，采用环形储液腔，在热管中心设置有轴向贯通的流体通道，形成错流式结构，减少了因传统热管管壁过热使得回流液未回流至蒸发段即被夹带进上升的蒸气中，在同样充液量下较传统热管能够传递更多的热量。

以上专利均从避免回流液体与上升蒸气相接触的角度出发，对传统重力热管的结构进行了改进，然而并没有做到将回流液体与上升蒸气完全分开的程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种变截面内循环流道式平板重力热管。

本发明是变截面内循环流道式平板重力热管，包括管体1和隔板2，所述管体1横截面为矩形，从下向上横截面积逐渐增大，所述隔板2横向设置在热管内部，将热管内部空间分为上下两部分，所述隔板2从蒸发段1-7接近热管下底面1-5的位置一直延伸至绝热段1-8与冷凝段1-9的交界处，所述隔板2下边缘与热管下底面1-5之间留一缝隙，隔板2两侧边分别与热管的左侧壁面1-3、右侧壁面1-4密封连接，以使热管内部空间形成一环形流道5。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：在热管内部加一个具有特殊形状的内部填充有隔热材料的隔板，为工质构造一个环形的循环流道，使工质在蒸发段的受热侧吸热变为蒸气，向上进入冷凝段，在冷凝段放热冷凝为液体，再沿非吸热侧管壳内壁回流至蒸发段。该结构一方面极大的减少了受热侧内壁液体的回流，因而避免了当热管充液量较大而热流密度也较大时所产生的携带极限的问题，同时减小了蒸气与热源之间的热阻、促进了传热，提高了蒸气进入冷凝段的温度，从而增大了冷凝段蒸气与冷却流体的温差、提高了换热效果；另一方面蒸发段底部类似于一U型管，两边液面始终保持相同高度的液位，只有总量一半的工质直接吸收来自热源的热量，在吸收少量热量的情况下就可产生大量的蒸气，因此热管的启动温度低，当受热侧液体逐渐蒸发出蒸气而使液位下降时，另一侧液体会逐渐补充进受热侧，实现了蒸发段液体的缓释，既减少了热管的启动时间，又避免了热管干涸的问题，从而有效的克服了背景技术所述存在的一系列问题。

附图说明

图1是本发明第一实施例的热管结构示意图，图2是图1中A-A面剖视图，图3是图1中B-B面剖视图，图4是图1中热管绝热段与冷凝段的结构示意图，图5是图1中热管蒸发段底部的结构示意图，图6是本发明第二实施例的热管结构示意图，图7是图6中热管顶部的结构示意图，附图标记及对应名称为：管体1，受热侧壁1-1，非受热侧壁1-2，左侧壁面1-3，右侧壁面1-4，下底,1-5，上盖1-6，：蒸发段1-7，绝热段1-8，冷凝段1-9，隔板2，平板状隔板2-1，类扇形隔板2-2，工质3，薄金属板4，环形流道5，蒸气上升通道5-1，液体回流通道5-2，安装套管6，冷却管7，螺丝8，隔热材料9。

具体实施方式

本发明是变截面内循环流道式平板重力热管，包括管体1和隔板2，所述管体1横截面为矩形，从下向上横截面积逐渐增大，所述隔板2横向设置在热管内部，将热管内部空间分为上下两部分，所述隔板2从蒸发段1-7接近热管下底面1-5的位置一直延伸至绝热段1-8与冷凝段1-9的交界处，所述隔板2下边缘与热管下底面1-5之间留一缝隙，隔板2两侧边分别与热管的左侧壁面1-3、右侧壁面1-4密封连接，以使热管内部空间形成一环形流道5。

如图1所示，所述管体1由受热侧壁面1-1、非受热侧壁面1-2、左侧壁面1-3、右侧壁面1-4、下底面1-5和上盖板1-6组成，连接方式是焊接，或者采取一次性压制成型。

如图1所示，所述管体2的上盖板1-6所在平面沿受热侧壁面1-1到非受热侧壁面1-2的方向向下倾斜。

如图1、图2、图3所示，所述隔板2由薄金属板4及其内部填充的隔热材料9共同构成。

所如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，隔板2位于热管蒸发段1-7的部分为平行于热管非受热侧壁面1-2的平板状隔板2-1，位于热管绝热段1-9的部分为一类扇形隔板2-2。

如图1所示，所述管体1的受热侧壁面1-1朝上，所述管体1整体倾斜放置。

本发明所述的变截面内循环流道式平板重力热管的工作过程如下：热管受热侧壁面为受热面，位于受热侧壁面底部的工质从热源吸热汽化变为蒸气，蒸气在上升的过程中继续吸热，温度继续升高，进入冷凝段与冷却流体换热后，重新冷凝为液体并在隔板的导流作用下沿非受热侧壁面的流道回流到蒸发段底部，再一次吸收热源的热量，如此做单向循环。

本发明的工作原理为：在热管内部加一个具有特殊形状的内部填充有隔热材料的隔板，为工质构造一个环形的循环流道，蒸发段底部类似于一U型管，两边液面始终保持相同高度的液位，只有总量一半的工质直接吸收来自热源的热量，受热侧工质可以快速蒸发出大量蒸气，蒸气向上进入冷凝段，在冷凝段放热冷凝为液体，通过隔板的导流作用，再沿非受热侧管壳内壁回流至蒸发段。避免了液体工质沿受热侧壁面流回到蒸发段，使得蒸气与热源间换热的热阻减小，并提高了蒸气进入冷凝段的温度，从而提高了蒸气与冷却流体之间的换热温差，有利于热量的收集。

下面通过实施例并结合附图对本发明进行进一步的详细说明。

如图1~图5所示，为本发明第一实施例的热管结构示意图，它包含管体1和隔板2，隔板2横向设置在热管内部，将热管内部空间分为上下两部分，隔板2从蒸发段1-7接近热管下底面1-5的位置一直延伸至绝热段1-8与冷凝段1-9的交界处，隔板2下边缘与热管下底面1-5之间留一缝隙，隔板2两侧边分别与热管的左右两侧壁面1-3、1-4密封连接，以使热管内部空间形成一环形流道5，靠近热管受热侧壁面1-1的为蒸气上升通道5-1，靠近热管非受热侧壁面1-2的为液体回流通道5-2；管体1由受热侧壁面1-1、非受热侧壁面1-2、左侧壁面1-3、右侧壁面1-4、下底面1-5和上盖板1-6组成，连接方式可以是焊接、一次性压制成型等；隔板2由薄金属板4及其内部填充的隔热材料9共同构成；隔板2位于热管蒸发段1-7的部分为平行于热管非受热侧壁面1-2的平板状隔板2-1，位于热管绝热段1-9的部分为一类扇形隔板2-2；环形流道5抽真空且其内部充入工质3；在热管冷凝段1-9设置一安装套管6，安装套管6内安装冷却管7。

如图2、图3所示，管体1横截面为矩形，热管蒸发段1-7横截面积较小使得在同样充液量下工质与受热侧壁面1-1接触的面积相对更大，从蒸发段1-7沿轴向向上至冷凝段横截面积逐渐增大，可以避免由于隔板2位于绝热段1-8部分的特殊结构所导致的蒸气通道变窄使得蒸气通过时阻力变大的情况发生。

如图4所示，为图1中热管绝热段与冷凝段的结构示意图，安装套管6设置在热管冷凝段1-9，由受热侧壁面1-1横向贯通至非受热侧壁面1-2，冷却管7从中通过，增大了工质蒸气与冷却管的换热面积；管体1的上盖板1-6所在平面沿受热侧壁面1-1到非受热侧壁面1-2的方向略向下倾斜，工质蒸气冷凝成的液体只可沿上盖板1-6内壁流入液体回流通道5-2，而不会逆向流入蒸气上升通道5-1。

如图5所示，为图1中热管蒸发段底部的结构示意图，隔板2的下边缘与热管下底面1-5内壁之间留一间隙，使蒸发段底部形成一类似于U型管的结构，两边液面始终保持相同高度的液位，实现了蒸发段液体的缓释。

如图6所示，为本发明第二实施例的热管结构示意图，与图1所示的第一实施例的区别为：冷却管7设置在热管上盖板1-6的外部，并采用螺纹方式连接。

此外，为进一步提高集热效果，可以在图1第一实施例中安装套管6与冷却管7之间以及图5第二实施例中热管上盖板1-6外侧与安装套管6之间涂一层薄的导热性能好的导热硅胶，以增强换热。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体是实例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.变截面内循环流道式平板重力热管，包括管体（1）和隔板（2），其特征在于所述管体（1）横截面为矩形，从下向上横截面积逐渐增大，所述隔板（2）横向设置在热管内部，将热管内部空间分为上下两部分，所述隔板（2）从蒸发段（1-7）接近热管下底面（1-5）的位置一直延伸至绝热段（1-8）与冷凝段（1-9）的交界处，所述隔板（2）下边缘与热管下底面（1-5）之间留一缝隙，隔板（2）两侧边分别与热管的左侧壁面（1-3）、右侧壁面（1-4）密封连接，以使热管内部空间形成一环形流道（5）。

2.根据权利要求书1所述的变截面内循环流道式平板重力热管，其特征在于：所述管体（1）由受热侧壁面（1-1）、非受热侧壁面（1-2）、左侧壁面（1-3）、右侧壁面（1-4）、下底面（1-5）和上盖板（1-6）组成，连接方式是焊接，或者采取一次性压制成型。

3.根据权利要求书1或2所述的变截面内循环流道式平板重力热管，其特征在于：所述管体（2）的上盖板（1-6）所在平面沿受热侧壁面（1-1）到非受热侧壁面（1-2）的方向向下倾斜。

4.根据权利要求书1所述的变截面内循环流道式平板重力热管，其特征在于：所述隔板（2）由薄金属板（4）及其内部填充的隔热材料（9）共同构成。

5.根据权利要求书1所述的变截面内循环流道式平板重力热管，其特征在于：所述隔板（2）位于热管蒸发段（1-7）的部分为平行于热管非受热侧壁面（1-2）的平板状隔板（2-1），位于热管绝热段（1-9）的部分为一类扇形隔板（2-2）。

6.根据权利要求书1所述的变截面内循环流道式平板重力热管，其特征在于：所述管体（1）的受热侧壁面（1-1）朝上，所述管体（1）整体倾斜放置。