CN106610240A - 增效弯曲闭式重力热管 - Google Patents

Abstract

一种增效弯曲闭式重力热管，其特征是，各工作段的倾斜角，符合下述要求，蒸发段的倾斜角α为10°～80°，绝热段的倾斜角β为20°～85°，冷凝段的倾斜角γ为30°～90°，同时兼顾，满足安装位置的要求；对于不受安装位置要求限制的热管，蒸发段、绝热段、冷凝段的倾斜角采取分别选择设置，使之符合各自倾斜角优化值的要求；所述的不受安装位置要求限制的热管，包括原来需要处于弯曲工作状态的热管，或者原来处于不弯曲工作状态，但是如果弯曲到各工作段处于倾斜角优化值，仍然不会受到安装位置要求限制的热管；能到提高运行效率，节约成本，节约能源的有益效果。

Description

增效弯曲闭式重力热管

技术领域

本发明涉及热管领域，特别是涉及一种闭式重力热管。

背景技术

利用相变和热传导原理的热管由于传热效率高，得到了广泛的应用；在相当一部分实践中，为了适应工作对象不同的热交换条件和工作空间位置的限制，需要使用弯曲热管，但是，现在工程界一般认为，弯曲热管与其它参数相同的直管相比，工作性能下降，弯曲次数越多，性能下降越多；然而，实践中需要使用弯曲热管的场合还是有不少的，因此，如何减少弯曲热管性能的下降，是一个有现实意义的课题；同时，现有技术对热管性能与倾斜角的关系的研究，有很多成果，但是局限于整根热管同一个倾斜角；实际上在蒸发段、绝热段、冷凝段出现的工作状态是不同的，同一倾斜角对热管各工作段的影响不一定相同，能够使各工作段性能最好的倾斜角不一定相同，这方面也存在热管增效的潜力。

发明内容

本发明的目的，是提供一种与其它参数相同的直管相比，工作性能下降少，甚至不下降的弯曲闭式重力热管。

图1是一种增效弯曲闭式重力热管的示意图，一种增效弯曲闭式重力热管，其各工作段的倾斜角，符合下述要求，为行文简洁，记热管蒸发段1的倾斜角为α，记热管绝热段2的倾斜角为β，记热管冷凝段3的倾斜角为γ；则α为10°～80°，同时兼顾，满足安装位置的要求；β为20°～85°，同时兼顾，满足安装位置的要求；γ为30°～90°，同时兼顾，满足安装位置的要求；所述的某一段热管的倾斜角，是指该段热管的轴线、与水平面的夹角。

所述的增效弯曲闭式重力热管，对于不受安装位置要求限制的热管，蒸发段、绝热段、冷凝段的倾斜角采取分别选择设置，使之符合各自倾斜角优化值的要求；所述的不受安装位置要求限制的热管，包括原来需要处于弯曲工作状态的热管，或者原来处于不弯曲工作状态，但是如果弯曲到各工作段处于倾斜角优化值，仍然不会受到安装位置要求限制的热管；这样做，不仅是可以提升原来需要处于弯曲工作状态的热管的性能，也为原来处于不弯曲工作状态，但是如果弯曲到各工作段处于倾斜角优化值，仍然不会受到安装位置要求限制的热管的性能提高，提供了一个新的途径。

图2是一种增效弯曲闭式重力热管的弯曲半径示意图，所述的增效弯曲闭式重力热管，其弯曲半径的确定，包括如下方法，记所述的增效弯曲闭式重力热管的管材外直径为D,记其所使用材料的最小弯曲半径为R，记某一段弯曲后变化的角度为θ，则所述的增效弯曲闭式重力热管某一段的最小弯曲半径为：1.5R+Rθ/90°；所述的某一段弯曲后变化的角度，是指该段弯曲后的形状与弯曲前形状的夹角；现对照图2的实例进一步说明，图2中热管20是弯曲热管，其所使用材料的最小弯曲半径为3D，热管10所示为其弯曲前的形状、为清晰区别、热管10用虚线表示；其中、热管20的201这一段是热管10的101这一段弯曲后的形状，热管10的101这一段是热管20的201这一段弯曲前的形状，它们之间的夹角，就是这一段弯曲后变化的角度θ＝30°，则这一段的最小弯曲半径为：1.5R+Rθ/90°＝1.5*3D+3D*30°/90°＝5.5D； 热管20的202这一段是热管10的102这一段弯曲后的形状，热管10的102这一段是热管20的202这一段弯曲前的形状，它们之间的夹角，就是这一段弯曲后变化的角度θ＝45°，则这一段的最小弯曲半径为：1.5R+Rθ/90°＝1.5*3D+3D*45°/90°＝6D。

优选的，对于相当数量的增效弯曲闭式重力热管，三种倾斜角之间的大小关系应该符合：α≤β≤γ的要求；

进一步的，对于相当一部分增效弯曲闭式重力热管，当β的数值选择适当，并且α、β、γ之间的关系符合α＜β＜γ的要求时，工作性能与同该弯曲闭式重力热管其它参数相同的直管相近，甚至超过，特别是该弯曲闭式重力热管为热虹吸管时。

各工作段的倾斜角优化值，可以通过理论推导，实验验证的方式获得，或者直接通过实验方法获得；所述的理论推导，或者现有的各种关于热管的理论，或者包括一种经验公式；所述的经验公式为，设整根热管直管的最优倾斜角为ψ，则各工作段的较优倾斜角为，α＝0.7ψ，β＝ψ，γ＝1.3ψ。

图3是当蒸发段轴线与导热面不是正交，且只能单面接触热源的导热面时，采取的一种减少热阻的方法示意图；所述的增效弯曲闭式重力热管可能处于蒸发段可以与热源的导热介质充分接触的工作环境，例如蒸发段浸在液体中，或者气体中，或者导热固态介质包住蒸发段，这是比较有利于热交换的情况；也可能处于其它的不是那么有利于热交换的情况；特别的，当所述的增效弯曲闭式重力热管只能单面接触热源的导热面8时，且蒸发段轴线与导热面不是正交时，采用如下措施减少热阻是一种有效可行的方法；用平行于导热面的切削平面切除热管蒸发段6的一部分圆柱面，该切削平面通过蒸发段最低端面的最高点，所形成的截面5，与平行于热源的导热面8的、用导热性能良好的材料制成的、蒸发段主导热块4密封连接，蒸发段主导热块4的厚度在保证足够强度的前提下取最小值，围绕不与热源的导热面8直接接触的蒸发段6的表面紧密连接环状的和蒸发段主导热块材料相同且和蒸发段主导热块连续的蒸发段辅助导热块7，蒸发段主导热块4和蒸发段辅助导热块7共同组成蒸发段导热块；蒸发段主导热块4使得工质与热源的导热面8通过薄层导热层进行热交换的面积增大，蒸发段辅助导热块7使得不与热源的导热面直接接触的蒸发段的表面通过导热性能良好的材料连接导热；与热管蒸发段6的非平面表面直接接触热源的导热面8的工作状态相比，热阻大为减少。

无论采用何种方法寻找各工作段的优化值，实验验证都是必须的；所述的实验验证的方法包括，采用一种可以使各工作段各自采取不同倾斜角的实验用闭式重力热管，测试其在各种不同倾斜角组合(一般是经过理论推导和以往经验结合先确定可能值，以减少实验工作量)时的各种参数及综合性能，从中选取最佳值、或者合用值；图4是一种柔性可变角度闭式重力热管示意图；所述的可以使各工作段各自采取不同倾斜角的实验用闭式重力热管，包括图4所示的一种柔性可变角度闭式重力热管，所述的柔性可变角度闭式重力热管包括蒸发段硬管11、前柔性耐压密封中继管12、绝热段硬管13、后柔性耐压密封中继管14、冷凝段硬管15；其中，蒸发段硬管11低端密封、高端开口进入前柔性耐压密封中继管12的低端接口密封，绝热段硬管13低端开口进入前柔性耐压密封中继管12的高端接口密封，绝热段硬管13高端开口进入后柔性耐压密封中继管14的低端接口密封，冷凝段硬管15高端密封、低端开口进入后柔性耐压密封中继管14的高端接口密封；各硬管接口进入柔性耐压密封中继管的接口端面间有一段轴向距离，柔性耐压密封中继管中间一段可以自由弯曲，使得三段硬管可以分别获取不同的倾斜角，再通过快速可拆卸安装附件固定。

图5是所述的增效弯曲闭式重力热管，当蒸发段轴线与导热面不是正交，且只能单面接触热源的导热面时，采取[0010]段和图3所述的减少热阻的方法，其核心单元蒸发段主导热块19与热管组件9的加工中间配件示意图，所述的增效弯曲闭式重力热管，其制造必须精心施工、严格要求，其制造方法包括机械加工、清洗、配件制作(包括管体的弯曲成形)、清洗、焊接、检漏、除气、检漏、抽真空、充液灌装工质、封装、烘烤、检验等程序；其核心单元热管的蒸发段主导热块19与热管组件的关键部分、蒸发段主导热块19与热管的结合面形成的导热面(不仅是蒸发段主导热块19的形状，还有包括热管管壁环面901形状与蒸发段导热块19的贴合程度以及水密和气密连接质量)的制造，不是通过对已有热管材料通过变形大的压力加工来制造成形所需的斜面导热面(容易破坏热管的微结构，成形也不够精确)，而是通过变形小的方法来制造，所述的变形小的方法，包括，使用合适方法制造符合要求的蒸发段主导热块19，对已有管材进行小应力切削制造出符合角度要求的与蒸发段导热块19配合表面吻合的热管端配合环面901，再使二者可靠地进行水密和气密连接，所述的可靠地进行水密和气密连接包括焊接或者粘结；所述的配件制作包括对热管上端封装帽902加装焊接一个与抽真空机管嘴和充液灌装机管嘴匹配的小管道903，而且、在除气、检漏合格后，小管道903必须先经过一个阀门与抽真空机管嘴连接可靠后、再进行抽真空，在抽真空完成之后、先关紧阀门、然后使抽真空机管嘴解脱与阀门的连接；再使充液灌装机管嘴与阀门可靠连接后、然后进行充液灌装，充液灌装完成后、先关紧阀门，再使充液灌装机管嘴解脱与阀门的连接；然后再对小管道903进行可靠封装，再然后才能卸下阀门；所述的可靠封装，包括采用接触电阻焊机使小管道完全可靠封闭；所述的充液灌装机，是具有精密计量功能的充液灌装机。

本发明所述的增效弯曲闭式重力热管，改变了现有技术在通过改变倾斜角提高热管性能时，采用整根热管处于同一倾斜角的原有做法，根据热管蒸发段、绝热段、冷凝段实际存在的工作状况不同，因而倾斜角对其工作性能的影响也不同的客观现象，通过对热管不同的工作段选择相应的倾斜角优化值的方法，优化热管的性能，使得各工作段能够在对各自性能有利的倾斜角条件下工作；改变了某个工作段工作在优化的倾斜角，却使得其它工作段会工作在不良的倾斜角的不足；因段制宜，使所有工作段都能提高效率，从而提高热管的整体效率；而且成本低，方法简单易行，与现有技术相比，能够起到提高运行效率，节约成本，节约能源的有益效果。

附图说明

图1是是一种增效弯曲闭式重力热管的示意图。

图2是一种增效弯曲闭式重力热管的弯曲半径示意图。

图3是当蒸发段轴线与导热面不是正交，且只能单面接触热源的导热面时，采取的一种减少热阻的方法示意图。

图4是一种柔性可变角度闭式重力热管。

图5是所述的增效弯曲闭式重力热管，当蒸发段轴线与导热面不是正交，且只能单面接触热源的导热面时，采取[0010]段和图3所述的减少热阻的方法，其核心单元蒸发段主导热块19与热管组件9的加工中间配件示意图。

具体实施方式

实施例1，图1也是实施例1的示意图，热管管材为铜，工质为水，设置α＝45°，β＝60°，γ＝75°；其综合性能优于其它参数相同的直管。

实施例2，图1也是实施例2的示意图，热管管材为碳钢，工质为水，设置α＝30°，β＝38°，γ＝55°；其综合性能优于其它参数相同的直管。

实施例3，图1也是实施例3的示意图，热管为不锈钢热虹吸管，工质为水，设置α＝50°，β＝70°，γ＝80°；其综合性能优于其它参数相同的直管。

实施例4，图1也是实施例4的示意图，热管为不锈钢热虹吸管，工质为液氮，设置α＝38°，β＝60°，γ＝70°；其综合性能优于其它参数相同的直管。

实施例5，图1也是实施例5的示意图，热管为不锈钢热虹吸管，工质为甲醇摩尔浓度0.15的水-甲醇混合工质，设置α＝50°，β＝60°，γ＝75°；其综合性能优于其它参数相同的直管。

为详细说明本发明，本说明书举例描述了一些具体结构和数据，这些都仅仅是为了说明而非限定，在本发明权利要求的基本思想范围内所做的各种改变、替换和更改所产生的全部或部分等同物，都在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种增效弯曲闭式重力热管，其特征是，各工作段的倾斜角，符合下述要求，记热管蒸发段1的倾斜角为α，记热管绝热段2的倾斜角为β，记热管冷凝段3的倾斜角为γ；则α为10°～80°，同时兼顾，满足安装位置的要求；β为20°～85°，同时兼顾，满足安装位置的要求；γ为30°～90°，同时兼顾，满足安装位置的要求；所述的某一段热管的倾斜角，是指该段热管的轴线、与水平面的夹角；所述的增效弯曲闭式重力热管，对于不受安装位置要求限制的热管，蒸发段、绝热段、冷凝段的倾斜角采取分别选择设置，使之符合各自倾斜角优化值的要求；所述的不受安装位置要求限制的热管，包括原来需要处于弯曲工作状态的热管，或者原来处于不弯曲工作状态，但是如果弯曲到各工作段处于倾斜角优化值，仍然不会受到安装位置要求限制的热管。

2.根据权利要求1所述的增效弯曲闭式重力热管，其特征是，其弯曲半径的确定，包括如下方法，记所述的增效弯曲闭式重力热管的管材外直径为D,记其所使用材料的最小弯曲半径为R，记某一段弯曲后变化的角度为θ，则所述的增效弯曲闭式重力热管某一段的最小弯曲半径为：1.5R+Rθ/90°；所述的某一段弯曲后变化的角度，是指该段弯曲后的形状与弯曲前形状的夹角。

3.根据权利要求1所述的增效弯曲闭式重力热管，其特征是，优选的，对于相当数量的增效弯曲闭式重力热管，三种倾斜角之间的大小关系应该符合：α≤β≤γ的要求。

4.根据权利要求1所述的增效弯曲闭式重力热管，其特征是，对于相当一部分增效弯曲闭式重力热管，当β的数值选择适当，并且α、β、γ之间的关系符合α＜β＜γ的要求时，工作性能与同该弯曲闭式重力热管其它参数相同的直管相近，甚至超过，特别是该弯曲闭式重力热管为热虹吸管时。

5.根据权利要求1所述的增效弯曲闭式重力热管，其特征是，各工作段的倾斜角优化值，可以通过理论推导，实验验证的方式获得，或者直接通过实验方法获得；所述的理论推导，或者包括现有的各种关于热管的理论，或者包括一种经验公式；所述的经验公式为，设整根热管直管的最优倾斜角为ψ，则各工作段的较优倾斜角为，α＝0.7ψ，β＝ψ，γ＝1.3ψ。

6.根据权利要求1所述的增效弯曲闭式重力热管，其特征是，所述的实验验证的方法包括，采用一种可以使各工作段各自采取不同倾斜角的实验用闭式重力热管，测试其在各种不同倾斜角组合时的各种参数及综合性能，从中选取最佳值、或者合用值；所述的可以使各工作段各自采取不同倾斜角的实验用闭式重力热管，包括一种柔性可变角度闭式重力热管；所述的柔性可变角度闭式重力热管包括，蒸发段硬管、前柔性耐压密封中继管、绝热段硬管、后柔性耐压密封中继管、冷凝段硬管；其中，蒸发段硬管低端密封、高端开口进入前柔性耐压密封中继管的低端接口密封，绝热段硬管低端开口进入前柔性耐压密封中继管的高端接口密封，绝热段硬管高端开口进入后柔性耐压密封中继管的低端接口密封，冷凝段硬管高端密封、低端开口进入后柔性耐压密封中继管的高端接口密封；各硬管接口进入柔性耐压密封中继管的接口端面间有一段轴向距离，柔性耐压密封中继管中间一段可以自由弯曲，使得三段硬管可以分别获取不同的倾斜角，再通过快速可拆卸安装附件固定。

7.根据权利要求1所述的增效弯曲闭式重力热管，其特征是，当所述的增效弯曲闭式重力热管只能单面接触热源的导热面时，且蒸发段轴线与导热面不是正交时，采用如下措施减少热阻是一种有效可行的方法；用平行于导热面的切削平面切除热管蒸发段的一部分圆柱面，该切削平面通过蒸发段最低端面的最高点，所形成的截面，与平行于热源的导热面的、用导热性能良好的材料制成的、蒸发段主导热块密封连接，蒸发段主导热块的厚度在保证足够强度的前提下取最小值，围绕不与热源的导热面直接接触的蒸发段的表面紧密连接环状的和蒸发段主导热块材料相同且和蒸发段主导热块连续的蒸发段辅助导热块，蒸发段主导热块和蒸发段辅助导热块共同组成蒸发段导热块。

8.根据权利要求1或者权利要求7所述的增效弯曲闭式重力热管的一种制造方法，包括机械加工、清洗、配件制作、清洗、焊接、检漏、除气、检漏、抽真空、充液灌装工质、封装、烘烤、检验等程序；其特征是，其核心单元热管的蒸发段主导热块与热管组件的关键部分、蒸发段主导热块与热管的结合面形成的导热面的制造，不是通过对已有热管材料通过变形大的压力加工来制造成形所需的导热面，而是通过变形小的方法来制造，所述的变形小的方法，包括，使用合适方法制造符合要求的蒸发段主导热块，对已有管材进行小应力切削制造出符合角度要求的与蒸发段主导热块配合表面吻合的热管端配合环面，，再使二者可靠地进行水密和气密连接，所述的可靠地进行水密和气密连接包括焊接或者粘结；所述的配件制作包括对热管上端封装帽加装焊接一个与抽真空机管嘴和充液灌装机管嘴匹配的小管道，而且、在除气、检漏合格后，小管道必须先经过一个阀门与抽真空机管嘴连接可靠后、再进行抽真空，在抽真空完成之后、先关紧阀门、然后使抽真空机管嘴解脱与阀门的连接；再使充液灌装机管嘴与阀门可靠连接后、然后进行充液灌装，充液灌装完成后、先关紧阀门，再使充液灌装机管嘴解脱与阀门的连接；然后再对小管道进行可靠封装，再然后才能卸下阀门；所述的可靠封装，包括采用接触电阻焊机使小管道完全可靠封闭；所述的充液灌装机，是具有精密计量功能的充液灌装机。