CN106705719B - 直线泵动力热管 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种直线泵动力热管，其涉及一种热管，包括吸液芯、下管壳、节流吸液芯、电磁线圈、中管壳、活塞部件、滑动缸套、上管壳、注液管、保护帽。直线泵动力热管采用直线泵驱动热管工作介质循环，理想状态下的压缩机是一个等熵压缩过程，热管工作介质蒸汽经过压缩后，热管工作介质蒸汽压力提高的同时温度也会相应提高，冷凝段温度的提高，一方面因冷凝段温度与冷却流体温度差的增加而提高换热效率，另一方面，冷凝段温度高于蒸发段温度，则实现了热泵系统将低品位热源的热能转移到高品位热源的目的。
Description
技术领域
本发明是一种直线泵动力热管，其涉及一种热管，特别是涉及一种采用直线泵驱动热管工作介质循环的集中式动力热管。
背景技术
热管由管壳﹑吸液芯和热管工作介质组成，热管的工作段分为蒸发段、绝热段和冷凝段三部分。当蒸发段吸收热源热量时，热量通过管壳使浸透在吸液芯中的热管工作介质蒸发， 热管工作介质蒸汽在蒸发段和冷凝段之间形成的压差作用下流向冷凝段，冷却流体通过管壳吸收冷凝段内腔热管工作介质蒸汽的热量，使热管工作介质蒸汽在冷凝段凝结为液体，冷凝后的热管工作介质被吸附在吸液芯的毛细孔中，并被输送至蒸发段，形成热管工作介质的工作循环。虽然热管的传热能力极大，但是也存在制约其工作能力的极限：毛细极限、声速极限、携带极限、沸腾极限等。普通热管工作介质循环的驱动力是热管工作介质蒸发形成的压差和吸液芯的毛细力，其热管工作介质循环的驱动力小。当毛细力不足以使热管工作介质从冷凝段流回蒸发段时，热管达到了毛细极限，蒸发段的吸液芯会发生干涸。对于微小热管而言，毛细极限是其主要工作极限，毛细极限使普通热管无法提升传热效率，其应用受到限制。
动力式热管是由机械驱动装置（泵或风机）推动热管工作介质循环的分离式热管。动力式热管的驱动力大，其传热效率更高，并且可以实现热泵系统。热泵是一种将低品位热源的热能转移到高品位热源的装置。热泵通常是先从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，提供可被利用的高品位热能。
普通热管与动力式热管相比，普通热管是小型单件设备，动力热管是大型装置系统，两者的应用范围不同，不能相互替代。在普通热管中增加机械驱动装置是提高其传热效率的关键技术，在普通热管中增加机械驱动装置可以实现动力式热管的小型化。
发明内容
本发明的目的是克服普通热管没有机械驱动装置，无法提升传热效率的缺点，提供一种采用直线泵驱动热管工作介质循环的集中式动力热管。本发明的实施方案如下：
本发明总的特征是直线泵动力热管包括吸液芯、下管壳、节流吸液芯、电磁线圈、中管壳、活塞部件、滑动缸套、上管壳、注液管、保护帽。
吸液芯呈圆筒形，吸液芯的材质含有毛细孔。节流吸液芯呈圆筒形，节流吸液芯的材质含有毛细孔。下管壳呈下端封闭的圆筒形。中管壳呈圆筒形，中管壳材质是非导磁材料。上管壳呈上端封闭的圆筒形，上管壳上端有焊接孔，注液管焊接在焊接孔中。上管壳的内表面有若干个呈螺旋形的导流翅片，导流翅片的轴向截面呈L形，导流翅片与上管壳内表面之间形成导流槽。保护帽呈上端封闭的圆筒形。
电磁线圈包括线圈骨架、线圈一、线圈二，线圈骨架中间是骨架轴孔，线圈一、线圈二沿着轴向安装在线圈骨架上，线圈一在线圈二的下端。
滑动缸套呈圆筒形，滑动缸套上下两端各有一个固定筋，滑动缸套材质是非导磁材料。活塞材质是导磁材料，活塞的中心有一个进气孔，进气孔的上端是导向孔，导向孔周围均布有若干个导气槽，活塞的径向外表面有两个密封槽，每个密封槽中安装有一个活塞环，钢球安装在导向孔中，环形的固定环安装在导向孔上端，钢球在导向孔中能够沿着轴向移动。活塞、钢球、固定环、活塞环组成活塞部件。活塞部件安装在滑动缸套径向内表面，滑动缸套通过固定筋焊接在中管壳径向内表面，活塞部件在滑动缸套中能够沿着轴向移动。节流吸液芯安装在中管壳下半部分的径向内表面与滑动缸套下半部分的径向外表面之间。活塞部件、滑动缸套、节流吸液芯、中管壳、电磁线圈组成直线泵。
吸液芯安装在下管壳的内表面。下管壳上端与中管壳下端焊接在一起，中管壳上端与上管壳下端焊接在一起。直线泵动力热管加注热管工作介质后，在注液管的压封处用压钳压扁，并在注液口焊接密封。上管壳上端与保护帽下端焊接在一起。电磁线圈安装在中管壳径向外表面。
直线泵动力热管的工作过程是：
直线泵动力热管的上管壳是冷凝段，下管壳是蒸发段，中管壳是绝热段。热管工作介质汇集在下管壳下端形成工作液池。吸液芯、节流吸液芯吸附有热管工作介质。直线泵动力热管工作时，蒸发段吸收热源热量，热量通过下管壳使浸透在吸液芯中的热管工作介质蒸发，线圈一、线圈二接通脉冲电源，线圈一、线圈二交替通电和断电，当线圈二通电时，活塞部件在电磁力的作用下向上移动，此时钢球堵住进气孔，活塞部件压缩冷凝段内腔的热管工作介质蒸汽，冷凝段内腔的热管工作介质蒸汽压力和温度同时提高，蒸发段内腔的热管工作介质蒸汽压力降低，进一步促进蒸发段内腔热管工作介质的蒸发。冷却流体通过上管壳吸收冷凝段内腔热管工作介质蒸汽的热量，使热管工作介质蒸汽在冷凝段内腔凝结为液体，冷凝后的热管工作介质汇集到导流翅片的导流槽中，导流槽使冷凝后的热管工作介质在冷凝段内腔停留时间增加，抵消冷凝段内腔的热管工作介质蒸汽温度提高对冷凝效率的影响，导流翅片同时增加了冷凝段的换热面积。冷凝后的热管工作介质向下流到节流吸液芯中，节流吸液芯使冷凝段内腔相对封闭，维持活塞部件上升状态时冷凝段内腔的蒸汽压力。在冷凝段内腔蒸汽压力的推动下，被吸附在节流吸液芯毛细孔中的热管工作介质向下流到蒸发段内腔。
当线圈一通电时，活塞部件在电磁力的作用下向下移动，此时蒸发段内腔蒸汽压力推动钢球向上移动，蒸发段内腔的热管工作介质蒸汽依次经过进气孔、导向孔、导气槽进入冷凝段内腔，形成热管工作介质的工作循环。
直线泵动力热管采用直线泵驱动热管工作介质循环，理想状态下的压缩机是一个等熵压缩过程，热管工作介质蒸汽经过压缩后，热管工作介质蒸汽压力提高的同时温度也会相应提高，冷凝段温度的提高，一方面因冷凝段温度与冷却流体温度差的增加而提高换热效率，另一方面，冷凝段温度高于蒸发段温度，则实现了热泵系统将低品位热源的热能转移到高品位热源的目的。
附图说明
说明书附图是直线泵动力热管的结构图。其中图1是直线泵动力热管的轴测图。图2是直线泵动力热管的轴测剖视图。图3是直线泵动力热管的轴测剖视图，图中隐藏了电磁线圈和保护帽。图4是上管壳的轴测剖视图。图5是下管壳、吸液芯安装在一起的轴测剖视图。图6是电磁线圈、中壳体部件安装在一起的轴测剖视图，活塞部件上升状态。图7是电磁线圈、中壳体部件安装在一起的轴测剖视图，活塞部件下降状态。图8是滑动缸套的轴测图。图9是注液管的轴测图。图10是活塞的轴测剖视图。图11是电磁线圈的轴测图。
图中标注有吸液芯1、下管壳2、节流吸液芯3、电磁线圈4、中管壳5、活塞部件6、滑动缸套7、导流翅片8、上管壳9、注液管10、保护帽11、焊接孔12、线圈骨架13、线圈一14、线圈二15、固定环16、钢球17、活塞18、活塞环19、固定筋20、压封处21、注液口22、进气孔23、密封槽24、导向孔25、导气槽26、骨架轴孔27。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步叙述。
参照图1至图11，直线泵动力热管包括吸液芯1、下管壳2、节流吸液芯3、电磁线圈4、中管壳5、活塞部件6、滑动缸套7、上管壳9、注液管10、保护帽11。
吸液芯1呈圆筒形，吸液芯1的材质含有毛细孔。节流吸液芯3呈圆筒形，节流吸液芯3的材质含有毛细孔。下管壳2呈下端封闭的圆筒形。中管壳5呈圆筒形，中管壳5材质是非导磁材料。上管壳9呈上端封闭的圆筒形，上管壳9上端有焊接孔12，注液管10焊接在焊接孔12中。上管壳9的内表面有若干个呈螺旋形的导流翅片8，导流翅片8的轴向截面呈L形，导流翅片8与上管壳9内表面之间形成导流槽。保护帽11呈上端封闭的圆筒形。
电磁线圈4包括线圈骨架13、线圈一14、线圈二15，线圈骨架13中间是骨架轴孔，线圈一14、线圈二15沿着轴向安装在线圈骨架13上，线圈一14在线圈二15的下端。
滑动缸套7呈圆筒形，滑动缸套7上下两端各有一个固定筋20，滑动缸套7材质是非导磁材料。活塞18材质是导磁材料，活塞18的中心有一个进气孔23，进气孔23的上端是导向孔25，导向孔25周围均布有若干个导气槽26，活塞18的径向外表面有两个密封槽24，每个密封槽24中安装有一个活塞环19，钢球17安装在导向孔25中，环形的固定环16安装在导向孔25上端，钢球17在导向孔25中能够沿着轴向移动。活塞18、钢球17、固定环16、活塞环19组成活塞部件6。活塞部件6安装在滑动缸套7径向内表面，滑动缸套7通过固定筋20焊接在中管壳5径向内表面，活塞部件6在滑动缸套7中能够沿着轴向移动。节流吸液芯3安装在中管壳5下半部分的径向内表面与滑动缸套7下半部分的径向外表面之间。活塞部件6、滑动缸套7、节流吸液芯3、中管壳5、电磁线圈4组成直线泵。
吸液芯1安装在下管壳2的内表面。下管壳2上端与中管壳5下端焊接在一起，中管壳5上端与上管壳9下端焊接在一起。直线泵动力热管加注热管工作介质后，在注液管10的压封处21用压钳压扁，并在注液口22焊接密封。上管壳9上端与保护帽11下端焊接在一起。电磁线圈4安装在中管壳5径向外表面。
参照图2、图6、图7、图10，直线泵动力热管的工作过程是：
直线泵动力热管的上管壳9是冷凝段，下管壳2是蒸发段，中管壳5是绝热段。热管工作介质汇集在下管壳2下端形成工作液池。吸液芯1、节流吸液芯3吸附有热管工作介质。直线泵动力热管工作时，蒸发段吸收热源热量，热量通过下管壳2使浸透在吸液芯1中的热管工作介质蒸发，线圈一14、线圈二15接通脉冲电源，线圈一14、线圈二15交替通电和断电，当线圈二15通电时，活塞部件6在电磁力的作用下向上移动，此时钢球17堵住进气孔23，活塞部件6压缩冷凝段内腔的热管工作介质蒸汽，冷凝段内腔的热管工作介质蒸汽压力和温度同时提高，蒸发段内腔的热管工作介质蒸汽压力降低，进一步促进蒸发段内腔热管工作介质的蒸发。冷却流体通过上管壳9吸收冷凝段内腔热管工作介质蒸汽的热量，使热管工作介质蒸汽在冷凝段内腔凝结为液体，冷凝后的热管工作介质汇集到导流翅片8的导流槽中，导流槽使冷凝后的热管工作介质在冷凝段内腔停留时间增加，抵消冷凝段内腔的热管工作介质蒸汽温度提高对冷凝效率的影响，导流翅片8同时增加了冷凝段的换热面积。冷凝后的热管工作介质向下流到节流吸液芯3中，节流吸液芯3使冷凝段内腔相对封闭，维持活塞部件6上升状态时冷凝段内腔的蒸汽压力。在冷凝段内腔蒸汽压力的推动下，被吸附在节流吸液芯3毛细孔中的热管工作介质向下流到蒸发段内腔。
当线圈一14通电时，活塞部件6在电磁力的作用下向下移动，此时蒸发段内腔蒸汽压力推动钢球17向上移动，蒸发段内腔的热管工作介质蒸汽依次经过进气孔23、导向孔25、导气槽26进入冷凝段内腔，形成热管工作介质的工作循环。
直线泵动力热管采用直线泵驱动热管工作介质循环，理想状态下的压缩机是一个等熵压缩过程，热管工作介质蒸汽经过压缩后，热管工作介质蒸汽压力提高的同时温度也会相应提高，冷凝段温度的提高，一方面因冷凝段温度与冷却流体温度差的增加而提高换热效率，另一方面，冷凝段温度高于蒸发段温度，则实现了热泵系统将低品位热源的热能转移到高品位热源的目的。
Claims (2)
1.一种直线泵动力热管，其特征在于：直线泵动力热管包括吸液芯(1)、下管壳(2)、节流吸液芯(3)、电磁线圈(4)、中管壳(5)、活塞部件(6)、滑动缸套(7)、上管壳(9)、注液管(10)、保护帽(11)；
吸液芯(1)呈圆筒形，吸液芯(1)的材质含有毛细孔；节流吸液芯(3)呈圆筒形，节流吸液芯(3)的材质含有毛细孔；下管壳(2)呈下端封闭的圆筒形；中管壳(5)呈圆筒形，中管壳(5)材质是非导磁材料；上管壳(9)呈上端封闭的圆筒形，上管壳(9)上端有焊接孔(12)，注液管(10)焊接在焊接孔(12)中；上管壳(9)的内表面有若干个呈螺旋形的导流翅片(8)，导流翅片(8)的轴向截面呈L形，导流翅片(8)与上管壳(9)内表面之间形成导流槽；保护帽(11)呈上端封闭的圆筒形；
电磁线圈(4)包括线圈骨架(13)、线圈一(14)、线圈二(15)，线圈骨架(13)中间是骨架轴孔，线圈一(14)、线圈二(15)沿着轴向安装在线圈骨架(13)上，线圈一(14)在线圈二(15)的下端；
滑动缸套(7)呈圆筒形，滑动缸套(7)上下两端各有一个固定筋(20)，滑动缸套(7)材质是非导磁材料；活塞(18)材质是导磁材料，活塞(18)的中心有一个进气孔(23)，进气孔(23)的上端是导向孔(25)，导向孔(25)周围均布有若干个导气槽(26)，活塞(18)的径向外表面有两个密封槽(24)，每个密封槽(24)中安装有一个活塞环(19)，钢球(17)安装在导向孔(25)中，环形的固定环(16)安装在导向孔(25)上端，钢球(17)在导向孔(25)中能够沿着轴向移动；活塞(18)、钢球(17)、固定环(16)、活塞环(19)组成活塞部件(6)；活塞部件(6)安装在滑动缸套(7)径向内表面，滑动缸套(7)通过固定筋(20)焊接在中管壳(5)径向内表面，活塞部件(6)在滑动缸套(7)中能够沿着轴向移动；节流吸液芯(3)安装在中管壳(5)下半部分的径向内表面与滑动缸套(7)下半部分的径向外表面之间；活塞部件(6)、滑动缸套(7)、节流吸液芯(3)、中管壳(5)、电磁线圈(4)组成直线泵；
吸液芯(1)安装在下管壳(2)的内表面；下管壳(2)上端与中管壳(5)下端焊接在一起，中管壳(5)上端与上管壳(9)下端焊接在一起；直线泵动力热管加注热管工作介质后，在注液管(10)的压封处(21)用压钳压扁，并在注液口(22)焊接密封；上管壳(9)上端与保护帽(11)下端焊接在一起；电磁线圈(4)安装在中管壳(5)径向外表面。
2.根据权利要求1所述的一种直线泵动力热管，其特征在于：直线泵动力热管的工作过程是：
直线泵动力热管的上管壳(9)是冷凝段，下管壳(2)是蒸发段，中管壳(5)是绝热段；热管工作介质汇集在下管壳(2)下端形成工作液池；吸液芯(1)、节流吸液芯(3)吸附有热管工作介质；直线泵动力热管工作时，蒸发段吸收热源热量，热量通过下管壳(2)使浸透在吸液芯(1)中的热管工作介质蒸发，线圈一(14)、线圈二(15)接通脉冲电源，线圈一(14)、线圈二(15)交替通电和断电，当线圈二(15)通电时，活塞部件(6)在电磁力的作用下向上移动，此时钢球(17)堵住进气孔(23)，活塞部件(6)压缩冷凝段内腔的热管工作介质蒸汽，冷凝段内腔的热管工作介质蒸汽压力和温度同时提高，蒸发段内腔的热管工作介质蒸汽压力降低，进一步促进蒸发段内腔热管工作介质的蒸发；冷却流体通过上管壳(9)吸收冷凝段内腔热管工作介质蒸汽的热量，使热管工作介质蒸汽在冷凝段内腔凝结为液体，冷凝后的热管工作介质汇集到导流翅片(8)的导流槽中，导流槽使冷凝后的热管工作介质在冷凝段内腔停留时间增加，抵消冷凝段内腔的热管工作介质蒸汽温度提高对冷凝效率的影响，导流翅片(8)同时增加了冷凝段的换热面积；冷凝后的热管工作介质向下流到节流吸液芯(3)中，节流吸液芯(3)使冷凝段内腔相对封闭，维持活塞部件(6)上升状态时冷凝段内腔的蒸汽压力；在冷凝段内腔蒸汽压力的推动下，被吸附在节流吸液芯(3)毛细孔中的热管工作介质向下流到蒸发段内腔；
当线圈一(14)通电时，活塞部件(6)在电磁力的作用下向下移动，此时蒸发段内腔蒸汽压力推动钢球(17)向上移动，蒸发段内腔的热管工作介质蒸汽依次经过进气孔(23)、导向孔(25)、导气槽(26)进入冷凝段内腔，形成热管工作介质的工作循环。
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