CN107764115B - 一种底部放热式固液相变重力热管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种底部放热式固液相变重力热管，包括热管管壳、防冻液以及微胶囊颗粒，热管管壳上部为吸热段，热管管壳中部为绝热段，热管管壳底部为放热段，在热管管壳内部充满防冻液，防冻液中悬浮有微胶囊颗粒，在微胶囊颗粒内充满水分子。本发明克服了传统重力热管只能从底部吸热的问题，可以实现自发的从热管顶部吸热并从底部放热，不需要泵等额外设备。
Description
技术领域
本发明属于热管技术领域，具体是一种底部放热式固液相变重力热管。
背景技术
热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件，传统热管通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到良好的换热效果。热管具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点。将热管散热器的基板与晶闸管等大功率电力电子器件的管芯紧密接触，可直接将管芯的热量快速导出。
热管传热技术于六十年代初期由美国的科学家发明，它是利用封闭工作腔内工质的相变循环进行热量传输，因而具有传输热量大及传输效率高等特点。随着热管制造成本的降低，尤其是九十年代前后随着水碳钢热管相容性问题的解决，热管凭借其巨大的传热能力，被广泛应用于石油、化工、食品、造纸、冶金等领域的余热回收系统中。
重力热管是热管技术的一种重要应用形式，传统重力热管的原理如图2所示。传统重力热管由传统热管管壳9和工质12组成，热管顶部为放热段5，中部为绝热段6，底部为吸热段7。当热量自高温热源传入热管时，处于热管吸热段内的饱和液体随即吸热气化变成蒸汽10，气体分子由吸热段经绝热段流向热管的放热段，气体在该段放出潜热后重新成为凝结液体11，凝结液体11在重力作用下重新流回到吸热段，并如此循环往复，使工质自发的将热量从底部传输到顶部。
传统重力热管传热效率高，且不需要工质泵即可实现自动运行，但由于传统重力热管利用气液相变，热量只能从热管底部传输到顶部，无法实现反向传热，限制了其在一些传热场合的使用。此外，由于传统重力热管内部真空度很高，因此制作要求较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种底部放热式固液相变重力热管，利用水冻成冰后密度变小的特殊性质，并结合微胶囊相变等方法，使热量自发地从热管顶部传输到底部。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种底部放热式固液相变重力热管，包括热管管壳、防冻液以及微胶囊颗粒，热管管壳上部为吸热段，热管管壳中部为绝热段，热管管壳底部为放热段，其特征在于：在热管管壳内部充满防冻液，防冻液中悬浮有微胶囊颗粒，在微胶囊颗粒内充满水分子。
而且，所述热管管壳的主体为制有中空腔体的筒形结构，采用碳钢、不锈钢、铜或铝制成。
而且，所述防冻液为水与甲醇、乙醇、乙二醇等防冻剂的混合物，在当地大气压下、在 -30℃～30℃温度范围内防冻液的密度介于冰与水的密度之间，不会凝固。
而且，所述防冻液中密布微胶囊颗粒。
所述吸热段外部设置有高温热源，该高温热源的温度大于当地大气压下水的凝固点温度；绝热段外部包覆设置保温材料或真空绝热层；放热段外部用于设置低温冷源，该低温冷源的温度小于当地大气压下水的凝固点温度。
而且，所述热管管壳的顶端安装有平衡阀。
而且，所述热管的换热过程为：
⑴放热段内的包裹水的微胶囊颗粒中的水受到低温冷源影响凝固成冰，变为包裹冰的微胶囊颗粒；
⑵包裹冰的微胶囊颗粒在防冻液中上浮至吸热段；
⑶包裹冰的微胶囊颗粒在吸热段受到高温热源影响吸热液化，变为包裹水的微胶囊颗粒；
⑷包裹水的微胶囊颗粒在防冻液中下沉至放热段；
⑸循环往复。
本发明的优点和积极效果是：
本发明克服了传统重力热管只能从底部吸热的问题，可以实现自发的从热管顶部吸热并从底部放热，不需要泵等额外设备。
附图说明
图1为本发明一种底部放热式固液相变重力热管原理图；
图2为传统重力热管的原理图；
附图标记：1-热管管壳，2-防冻液，3-包裹水的微胶囊颗粒，4-包裹冰的微胶囊颗粒， 5-吸热段，6-绝热段，7-放热段，8-平衡阀，9-传统热管管壳，10-蒸汽，11-凝结液体，12- 工质。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
参见图1可见本系统的实施例，一种底部放热式固液相变重力热管的示意图。
本实施例为垂直放置的底部放热式固液相变重力热管，包括热管管壳1，热管管壳的主体为制有中空腔体的筒形结构，热管管壳采用碳钢、不锈钢、铜或铝等金属材料制成；在热管管壳内部充满防冻液2；防冻液2为水与甲醇、乙醇、乙二醇等防冻剂的混合物，且其配比应保证在当地大气压下、在-30℃～30℃温度范围内，防冻液2的密度介于冰与水的密度之间，且不会凝固；
防冻液中悬浮有大量微胶囊颗粒4，微胶囊颗粒中充满水分子H2O，微胶囊颗粒能够在防冻液中流畅运动；微胶囊颗粒的填充量应保证在不造成堵塞的前提下尽量提高热管换热量。
热管管壳上部为吸热段5，吸热段5外部设置有高温热源，该高温热源的温度大于当地大气压下水分子H2O的凝固点温度；
热管管壳中部为绝热段6，绝热段6外部可包覆设置聚氨酯等保温材料或真空绝热层；
热管管壳底部为放热段7，放热段7外部用于设置低温冷源，该低温冷源的温度小于当地大气压下H2O的凝固点温度。
热管管壳的顶端安装有平衡阀8，平衡阀可保证热管内部压力始终为当地大气压，以避免换热过程中由于内部压力变化影响微胶囊内H2O的凝固点温度。
本技术热管换热过程中：
放热段内的包裹水的微胶囊颗粒3中的水受到低温冷源影响凝固成冰，变为包裹冰的微胶囊颗粒4；
由于包裹冰的微胶囊颗粒的体积增大、密度较低，在防冻液中上浮至吸热段；
包裹冰的微胶囊颗粒在吸热段受到高温热源影响吸热液化，变为包裹水的微胶囊颗粒3；
由于包裹水的微胶囊颗粒的体积减少、密度增大，在防冻液中下沉至放热段；
以此循环往复，实现自发的将热量从热管顶部传递至底部。
应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种底部放热式固液相变重力热管，包括热管管壳、防冻液以及微胶囊颗粒，热管管壳上部为吸热段，热管管壳中部为绝热段，热管管壳底部为放热段，其特征在于：在热管管壳内部充满防冻液，防冻液中悬浮有微胶囊颗粒，在微胶囊颗粒内充满水分子；
所述吸热段外部设置有高温热源，该高温热源的温度大于当地大气压下水的凝固点温度；绝热段外部包覆设置保温材料或真空绝热层；放热段外部用于设置低温冷源，该低温冷源的温度小于当地大气压下水的凝固点温度；
所述防冻液为水与甲醇、乙醇、乙二醇的混合物，在当地大气压下、在-30℃～30℃温度范围内，防冻液的密度介于冰与水的密度之间，且不会凝固。
2.根据权利要求1所述的底部放热式固液相变重力热管，其特征在于：所述热管管壳的主体为制有中空腔体的筒形结构，采用碳钢、不锈钢、铜或铝制成。
3.根据权利要求1所述的底部放热式固液相变重力热管，其特征在于：所述防冻液中密布微胶囊颗粒。
4.根据权利要求1所述的底部放热式固液相变重力热管，其特征在于：所述热管管壳的顶端安装有平衡阀。
5.根据权利要求1所述的底部放热式固液相变重力热管，其特征在于：所述热管的换热过程为：
(1)放热段内的包裹水的微胶囊颗粒中的水受到低温冷源影响凝固成冰，变为包裹冰的微胶囊颗粒；
(2)包裹冰的微胶囊颗粒在防冻液中上浮至吸热段；
(3)包裹冰的微胶囊颗粒在吸热段受到高温热源影响吸热液化，变为包裹水的微胶囊颗粒；
(4)包裹水的微胶囊颗粒在防冻液中下沉至放热段；
(5)循环往复。
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