CN109443059A - 一种用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置，包括重力热管管体、液态相变工质和矩形平直翅片；其中，重力热管管体为高导热材料制成的长薄板空心结构，且重力热管管体内呈负压状态，内部填充有液态相变工质，液态相变工质位于重力热管管体的加热区域；重力热管管体两侧分别焊接有若干矩形平直翅片，且矩形平直翅片平行于重力热管管体长度方向布置，不同矩形平直翅片沿重力热管管体宽度方向均匀分布，其中重力热管管体底部不含矩形平直翅片的一段为加热区域，并通过电加热或热水管加热，含矩形平直翅片区域位于重力热管管体的加热区域上部。本发明可以解决传统室内供暖装置供热速率低，热惯性大，均温性差，体积大、重量大等问题。

Description

一种用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置
技术领域
本发明属于节能技术领域，具体涉及一种在铝或铜等高导热材料制成的用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置，可以实现快速、均匀加热，节省空间和材料。
背景技术
随着我国建筑业的发展和居民居住环境要求的提高，建筑耗能不断提高，能源消耗巨大。供暖行业作为我国经济发展中的重要产业之一，属于建筑业中能源消耗较大的一种产业。室内供暖与人们生活息息相关，传统的室内供暖方式是燃煤锅炉提供热水或热蒸汽，然后通过热力管网供给到用户，或经燃气热水器提供热水，最终依靠铸铁、钢、铝等金属暖气片向室内散热。这种供暖方式热响应速率慢，传热能力差，供暖散热装置体积及重量大，耗材多。如多次开关供暖装置，装置热惯性大、供热速率慢，影响室内舒适性，如将供热装置一直处于开启状态，则室内无人时会引起能源的极大浪费。
热管是一种将金属管内抽成负压并充以适量工作液体密封后形成的高效传热元件，其导热速度及导热能力远超目前已知的任何金属，被誉为热的“超导体”。管内液体沸腾相变和蒸气流动使热管能快速进行热量传递，重力热管用于室内供暖散热装置时，通过其表面和室内空气对流换热及辐射换热将热量传递至室内，加热室内温度。热管加热时热响应速度快，传输热量大，温度分布均匀，传热效率高，在供暖节能等领域有广泛的应用前景。
目前室内供暖散热装置中应用热管技术较少，而传统供暖散热装置存在热响应速度慢，加热有一定热惯性，不适合快速启停的供暖要求，此外，散热装置体积大、重量大。因此发展一种传热速率快，传热能力强，均温性好，体积小，节能环保的室内供暖强化传热装置具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于设计一种用铝或铜等高导热材料制成的用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置。本发明能够解决传统供暖装置供热速率慢，散热效率低，热惯性大、体积大、重量大等问题。
针对上述问题，本发明采用如下技术方案来实现的：
一种用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置，包括重力热管管体、液态相变工质和矩形平直翅片；其中，
重力热管管体为高导热材料制成的长薄板空心结构，且重力热管管体内空心呈负压状态，内部填充有液态相变工质，液态相变工质位于重力热管管体的加热区域；重力热管管体两侧分别焊接有若干矩形平直翅片，且矩形平直翅片平行于重力热管管体长度方向布置，不同矩形平直翅片沿重力热管管体宽度方向均匀分布，其中重力热管管体底部不含矩形平直翅片的一段为加热区域，并通过电加热或热水管加热，含矩形平直翅片区域位于重力热管管体的加热区域上部。
本发明进一步的改进在于，高导热材料选用铝或铜，使用时，重力热管管体垂直放置，在重力热管管体底部的加热区域进行加热，热量通过管内液态相变工质的相变蒸发及管壳的导热沿重力热管管体高度方向传递。
本发明进一步的改进在于，液态相变工质根据重力热管管体的材料种类进行选择，选用丙酮或水。
本发明进一步的改进在于，加热区域的面积占整个重力热管管体面积的10％。
本发明进一步的改进在于，单个矩形平直翅片的长为50cm，高为1.5cm，厚为0.1cm，间距为1.2cm。
本发明进一步的改进在于，电加热供暖时加热区域采用矩形加热区域，表面粘贴电加热膜进行加热，热水供暖时加热区域采用环形加热区域，将其缠绕在热水管道上进行加热。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置，重力热管管体为铝或铜等高导热材料制成的长薄板空心结构，内部填充少量丙酮或水等低沸点的液态相变工质，加热时热量可以通过管壳的导热和管内液态相变工质的相变传热迅速将热量沿重力热管管体长度方向进行传递。重力热管管体内呈负压状态，使重力热管管体内部的液态相变工质沸点进一步降低，可在较小的加热功率或较低的加热温度下迅速启动。该翅片重力热管强化散热装置加热启动速度快，供暖效率高，可实现快速启停的供暖要求。若将该供暖装置广泛用于室内采暖，在一定程度上可降低供暖的耗能。此外，该重力热管管体表面焊接有一定数量、相距一定间隔的矩形平直翅片，矩形平直翅片可以增加重力热管管体表面的换热面积，矩形平直翅片之间的间距可以增加空气在重力热管管体表面的流动，加热时热量可以通过矩形平直翅片快速和室内冷空气进行对流换热，加热室内温度，使重力热管管体的散热效率得到极大的提高。重力热管管体表面的矩形平直翅片也减小了重力热管管体沿程的温度差异，增强了该供暖装置的均温性，加热时可以更加稳定的运行，极大了提高了加热的安全性。
进一步，该翅片重力热管散热装置可在较小加热功率或较低加热温度下通过较小加热面积快速传递大量热量，无噪声，无污染，无其他附加部件，是一种高效节约的室内供暖装置。加热方式方便灵活，简单环保。
进一步，该翅片重力热管强化散热装置用于室内供暖时不仅可以显著提高供暖的热响应速率、散热效率、均温性和安全性，而且能降低暖气片的体积和重量，节省材料和空间。因此将该翅片重力热管强化散热装置用于室内供暖具有明显的优势。
附图说明
图1是本发明用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置的主视图。
图2是本发明用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置的俯视图。
图3和图4分别是本发明用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置的侧视图。
图5是35W功率下的瞬态温度响应速率图，其中，图5(a)是纯铝板的瞬态温度响应速率图，图5(b)是平板热管的瞬态温度响应速率图，图5(c)是含翅片热管的瞬态温度响应速率图。
图6是沿程温度分布规律图，其中，图6(a)是平板热管的沿程温度分布规律图，图6(b)是带翅热管的沿程温度分布规律图，图6(c)是平板铝的沿程温度分布规律图。
图7是不同加热功率下的等效导热示意图，其中，图7(a)是平板热管的等效导热示意图，图7(b)是纯铝板的等效导热示意图。
附图中标记说明如下：
1-重力热管管体，2-液态相变工质，3-矩形平直翅片，4-加热区域。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做出进一步说明。
如图1和图2所示，本发明提供的一种用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置，包括重力热管管体1、液态相变工质2和矩形平直翅片3。
重力热管管体1是铝或铜等高导热材料制的长薄板空心结构，内部填充有少量丙酮或水等低沸点的液态相变工质2。重力热管管体1两侧各布置一定数量、相距一定间隔的矩形平直翅片3，矩形平直翅片3平行于重力热管管体1长度方向布置，不同矩形平直翅片3沿重力热管管体1宽度方向均匀分布。重力热管管体1底部不含矩形平直翅片3的一段为加热区域4，加热区域有矩形加热区域4-1和环形加热区域4-2两种形状，通过电加热或热水管加热，加热面积可根据实际加热功率设计调整。含矩形平直翅片3区域位于重力热管管体1的加热区域4上部，矩形平直翅片3高度、间距可根据供暖要求设计调整。
重力热管管体1传热时沿程温度均匀性好，重力热管管体1外侧布置的矩形平直翅片3加强了重力热管管体1传热的均温性，大大增加了重力热管管体1的散热面积(图1增加了3.15倍)，减小了重力热管管体1用量及其所占体积。重力热管管体1表面矩形平直翅片3的数量和几何参数可根据实际供暖情况进行设计调整。
重力热管管体1表面两侧各设置一定数量的矩形平直翅片3，矩形平直翅片3沿重力热管管体1长度方向分布，矩形平直翅片3之间相距一定间隔，含矩形平直翅片3的重力热管管体1区域面积约占整个重力热管管体1面积的90％，加热区域面积约占整个重力热管管体1面积的10％，加热区域面积可根据实际散热情况进行调整。重力热管管体1本身导热速率快，导热系数大，而重力热管管体1表面布置矩形平直翅片3加强了重力热管管体1传热的均温性并显著增大了散热面积，提高了散热装置服役的安全性。
该散热装置加热方式便捷、灵活，电加热供暖时重力热管管体1的加热区域4采用图3所示的矩形加热区域4-1，表面粘贴电加热膜进行加热，热水供暖时重力热管管体1的加热区域4采用图4所示的环形加热区域4-1，将其缠绕在热水管道上进行加热。根据室内供暖面积的大小，可通过调整热的数量、长度和矩形平直翅片3的尺寸、数量来达到室内供暖的要求。
使用时，先将重力热管管体1加工成的长薄板空心结构，将重力热管管体1一端封住，然后用真空泵将管内抽成负压状态后，将重力热管管体1的另一端封住，并在管内注入少量液态相变工质2，最后在重力热管管体1两侧各焊接上若干片矩形平直翅片3。焊接矩形平直翅片3前要根据加热需求在重力热管管体1底部留有一定面积的加热区域4。
加热时重力热管管体1垂直放置，将加热区域4置于最底部进行加热，可将电加热膜粘贴在平板结构加热区域4-1上进行加热或将环形结构加热区域4-2包覆于热水管上进行加热。
本发明室内供暖强化散热装置体积小，重量轻，节省材料和空间，具有热响应速率快、散热效率高、均温性好、安全性高等显著优点。加热方式便捷灵活，简单环保。可以一定程度上减轻供暖方式对环境的污染，具有良好的应用前景和应用价值。
本部分展示的实验测试中纯铝板、平板重力热管和翅片重力热管的瞬态热响应速率，沿程温度分布规律及等效导热系数。本部分结果充分说明了翅片重力热管用于室内供暖的优越性。
(1)瞬态热响应速率
如图5所示，是35W功率下的瞬态温度响应速率图，其中，图5(a)是纯铝板的瞬态温度响应速率图，图5(b)是平板热管的瞬态温度响应速率图，图5(c)是含翅片热管的瞬态温度响应速率图，从图中可以得出：
瞬态热响应速率：平板热管＞翅片热管＞铝板
(2)沿程温度分布规律
如图6所示，是沿程温度分布规律图，其中，图6(a)是平板热管的沿程温度分布规律图，图6(b)是带翅热管的沿程温度分布规律图，图6(c)是平板铝的沿程温度分布规律图，从图中可以得出：
均温性：翅片热管＞平板热管＞铝板
(3)等效导热系数
如图7所示，是不同加热功率下的等效导热示意图，其中，图7(a)是平板热管的等效导热示意图，图7(b)是纯铝板的等效导热示意图从图中可以得出：
等效导热系数：平板热管远大于铝板。

Claims (6)

1.一种用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置，其特征在于，包括重力热管管体(1)、液态相变工质(2)和矩形平直翅片(3)；其中，
重力热管管体(1)为高导热材料制成的长薄板空心结构，且重力热管管体(1)内空心呈负压状态，内部填充有液态相变工质(2)，液态相变工质(2)位于重力热管管体(1)的加热区域(4)；重力热管管体(1)两侧分别焊接有若干矩形平直翅片(3)，且矩形平直翅片(3)平行于重力热管管体(1)长度方向布置，不同矩形平直翅片(3)沿重力热管管体(1)宽度方向均匀分布，其中重力热管管体(1)底部不含矩形平直翅片(3)的一段为加热区域(4)，并通过电加热或热水管加热，含矩形平直翅片(3)区域位于重力热管管体(1)的加热区域(4)上部。
2.根据权利要求1所述的一种用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置，其特征在于，高导热材料选用铝或铜，使用时，重力热管管体(1)垂直放置，在重力热管管体(1)底部的加热区域(4)进行加热，热量通过管内液态相变工质(2)的相变蒸发及管壳的导热沿重力热管管体(1)高度方向传递。
3.根据权利要求2所述的一种用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置，其特征在于，液态相变工质(2)根据重力热管管体(1)的材料种类进行选择，选用丙酮或水。
4.根据权利要求1所述的一种用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置，其特征在于，加热区域(4)的面积占整个重力热管管体(1)面积的10％。
5.根据权利要求1所述的一种用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置，其特征在于，单个矩形平直翅片(3)的长为50cm，高为1.5cm，厚为0.1cm，间距为1.2cm。
6.根据权利要求1所述的一种用于室内供暖的翅片重力热管强化散热装置，其特征在于，电加热供暖时加热区域(4)采用矩形加热区域(4-1)，表面粘贴电加热膜进行加热，热水供暖时加热区域(4)采用环形加热区域(4-2)，将其缠绕在热水管道上进行加热。
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