CN108709444A - 一种加快冷凝液回流并强化换热的水平热管 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种加快冷凝液回流并强化换热的水平热管，包括管壳、导热棒，管壳为中空结构，管壳的内壁安装吸液芯，管壳内部设置导热棒，导热棒上缠绕螺线圈，管壳里充有液体工质，螺线圈位于液体工质之上，管壳的左部分为蒸发段，管壳的右部分为冷凝段，螺线圈与管壳左端留有间隙，螺线圈与管壳右端壁面相接触。本发明能够加快冷凝液回流，提高热管毛细极限，同时又能通过螺线圈、导热棒以及辅助冷却室强化换热，提高热管的传热效率。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种换热装置，具体地说是水平热管。
背景技术
热管是20世纪60年代发展起来的具有较高导热性能的传热元件，如今的热管技术被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，人们改变了对传统散热器的设计思路。热管工作的原理是利用液体的相变传热，即利用液体工质的蒸发潜热和凝结潜热，使得热量从蒸发段传递到冷凝段，在冷凝段凝结的液体工质再回流到蒸发段，构成一个工作循环。
典型的热管由管壳、吸液芯以及端盖构成，但对于地面上使用的情形，常常省去吸液芯材料，依靠重力回流冷凝液，称之为重力热管(热虹吸管)。这种热管由于依靠重力进行回流，要求冷凝段必须位于蒸发段之上，导致其工作具有方向性，而带有吸液芯的热管却没有这种局限性。
传统的水平热管在蒸发段一旦加热超过某个热值，通过毛细力从冷凝段抽回的液体不能满足蒸发所需的量，便会出现蒸发段的吸液芯干涸，蒸发段的管壁温度剧烈上升，甚至出现烧坏管壁的现象，这种现象称为热管的毛细极限，为了避免热管工作时达到毛细极限，可以通过加快冷凝液回流以及提高传热效率的方法来实现。
发明内容
本发明的目的在于提供能增强换热能力的一种加快冷凝液回流并强化换热的水平热管。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种加快冷凝液回流并强化换热的水平热管，其特征是：包括管壳、导热棒，管壳为中空结构，管壳的内壁安装吸液芯，管壳内部设置导热棒，导热棒上缠绕螺线圈，管壳里充有液体工质，螺线圈位于液体工质之上，管壳的左部分为蒸发段，管壳的右部分为冷凝段，螺线圈与管壳左端留有间隙，螺线圈与管壳右端壁面相接触。
本发明还可以包括：
1、管壳冷凝段旁设置辅助冷却室，辅助冷却室的内壁设置微肋结构，辅助冷却室里安装导热片，导热片与导热棒相连，辅助冷却室的底部注有液体工质，导热片的一部分位于液体工质液面下方。
2、管壳的外壁为圆柱形，管壳的内壁与其外壁成5°±0.5°的夹角，且蒸发段一侧的壁厚薄于冷凝段一侧。
3、吸液芯为多孔泡沫金属，液体工质为二元水溶液。
4、所述的二元水溶液为正戊醇水溶液。
本发明的优势在于：
1、热管的管壳内壁具有一定的坡度，可以利用重力作用，加快冷凝段的冷凝液回流到蒸发段。同时，热管中的液体工质成分是一定浓度的正戊醇水溶液或其他二元水溶液，可以利用浓度的不同产生表面张力梯度，从而诱发逆Marangoni效应，加快冷凝液的回流，从而减小热管的毛细极限现象发生的概率。
2、热管中螺线圈的存在，强化了管内冷凝，并改变了蒸发段产生的气态工质的流动条件，加强了扰动，从而强化了热管的换热能力。
3、热管中的导热棒从蒸发段延伸至冷凝段并与辅助冷却室的圆形导热片相接合，当热管的蒸发段温度过高时，可以通过导热棒以及圆形导热片将热量传递至辅助冷却室中，进一步强化热管的换热能力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为A-A视图；
图3为B-B视图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-3，本发明一种加快冷凝液回流并强化换热的水平热管，主要包括管壳1、吸液芯2、螺线圈3、辅助冷却室5、圆形导热片6、导热棒7、液体工质8。管壳1内壁与外壁形成5°左右的夹角。吸液芯2由多孔泡沫金属构成。螺线圈3由轻密度材质构成，位于管壳中心，处于液体工质8的上方，与热管左端壁面留有一定间隙，与热管右端壁面相接。热管冷凝段的右端增设一个辅助冷却室5，辅助冷却室5内壁设有一圈微肋结构4，底部装有液体工质8。液体工质8为一定浓度的正戊醇水溶液或其他二元水溶液，用以满足逆Marangoni效应的产生。导热棒7位于螺线圈3内，从蒸发段延伸至冷凝段，并伸入辅助冷却室5中，与圆形导热片6相接。
如图1所示，当热管工作时，蒸发段的液体工质8被热管外的热源加热，吸取潜热后蒸发，由于压力差的作用，气态工质从蒸发段流向冷凝段。当气态工质经过螺线圈3时，螺线圈3的螺旋结构改变了气态工质的流动条件，强化了对气流的扰动，继而使得气态工质与热管壁面以及液态工质之间的换热加强，并且螺线圈3能够加强管内冷凝传热，提高了换热效率。当气态工质到达冷凝段时，工作液蒸汽放出潜热，凝结为液体，蒸汽液化释放出来的潜热通过管壳1内壁传递到热管外，凝结的液体借助吸液芯2的毛细力作用返回到蒸发段。液体工质8由一定浓度的正戊醇水溶液或其他二元水溶液组成，在一定温度范围内，可以根据蒸发段和冷凝段的液体工质8的浓度不同，产生表面张力梯度，诱发逆Marangoni效应，使得冷凝液从冷凝段回流到蒸发段。同时，由于管壳1内壁与外壁成5°左右的夹角，利用部分重力的作用，也可以加快冷凝液的回流。
如图1所示，辅助冷却室5中的微肋4是为了减小液膜层厚度，从而降低传热热阻。热管工作时，蒸发段的部分热量被导热棒7吸收，并将热量传递至辅助冷却室5中的圆形导热片6，再通过圆形导热片6将热量传递给辅助冷却室5中的液体工质8，从而对热管的换热过程具有辅助冷却的作用，进一步强化了热管的换热性能。
Claims (7)
1.一种加快冷凝液回流并强化换热的水平热管，其特征是：包括管壳、导热棒，管壳为中空结构，管壳的内壁安装吸液芯，管壳内部设置导热棒，导热棒上缠绕螺线圈，管壳里充有液体工质，螺线圈位于液体工质之上，管壳的左部分为蒸发段，管壳的右部分为冷凝段，螺线圈与管壳左端留有间隙，螺线圈与管壳右端壁面相接触。
2.根据权利要求1所述的一种加快冷凝液回流并强化换热的水平热管，其特征是：管壳冷凝段旁设置辅助冷却室，辅助冷却室的内壁设置微肋结构，辅助冷却室里安装导热片，导热片与导热棒相连，辅助冷却室的底部注有液体工质，导热片的一部分位于液体工质液面下方。
3.根据权利要求1或2所述的一种加快冷凝液回流并强化换热的水平热管，其特征是：管壳的外壁为圆柱形，管壳的内壁与其外壁成5°±0.5°的夹角，且蒸发段一侧的壁厚薄于冷凝段一侧。
4.根据权利要求1或2所述的一种加快冷凝液回流并强化换热的水平热管，其特征是：吸液芯为多孔泡沫金属，液体工质为二元水溶液。
5.根据权利要求3所述的一种加快冷凝液回流并强化换热的水平热管，其特征是：吸液芯为多孔泡沫金属，液体工质为二元水溶液。
6.根据权利要求4所述的一种加快冷凝液回流并强化换热的水平热管，其特征是：所述的二元水溶液为正戊醇水溶液。
7.根据权利要求5所述的一种加快冷凝液回流并强化换热的水平热管，其特征是：所述的二元水溶液为正戊醇水溶液。
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