CN110145951B - 一种多用途复合高温热管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多用途复合高温热管，包括主热管和辅热管，辅热管依次与导热件和受热件连接，形成具有半封闭空腔的轴对称结构，主热管第一端与半封闭空腔贴合，第二端裸露在空气中，主热管中设置主工质，与导热件连接的辅热管第一端内设置辅工质，第二端内设置不凝气体。本发明可以同时充装两种工质，极大地拓宽了高温热管的工作温度范围，由于辅热管工作温度低，因此当辅热管先启动后，增大了主热管的受热面积，有利于主热管的快速、均匀启动，同时，本发明结构简单，无需附加系统，因而适用性更广。

Description

一种多用途复合高温热管
技术领域
本发明属于热管技术领域，具体涉及一种多用途复合高温热管。
背景技术
高温热管是热管的一种，具有使用温度高、传热能力强、成本低、传输距离远等优点。高温热管一般以碱金属钾、钠、锂等作为工质，运行温度均在500℃以上，锂热管可以达到1500℃以上。
由于碱金属工质钾、钠、锂等的熔沸点、饱和蒸气压差异较大，因此高温热管一般为单一工质热管。随温度的升高，碱金属工质的饱和蒸汽压会逐渐增大，当蒸汽压达到约500Pa时，碱金属工质产生明显的吸热汽化-传导-液化放热-毛细回流循环，此时高温热管启动，变成热的超导体。
单一工质的高温热管，运行温度范围较窄，如钠工质的高温热管的运行温度在600℃-1200℃，锂工质的高温热管的运行温度在900℃-1800℃。在实际运用过程中，环境温度难免会出现较大的波动，比如钠工质高温热管运行时，起初的温度为室温，要使的钠工质高温热管启动，温度必须达到600℃以上。但是，在600摄氏度以下的范围，钠工质高温热管是没用的，这就形成了传热“真空”。相反，若是环境温度过高，有会使得热管壳体损坏。另外，高温热管由于工作温度很高，因此启动非常困难。例如锂热管启动温度需要达到接近1000℃，而且启动过程中会遇到冷冻启动极限、连续极限等热管常见的传热极限。
高温热管的运行温度范围较窄，启动困难。但是解决此类问题的方法或装置却非常罕见。例如专利201710065048.4所提到的环境适应性高温热管，是在同一个高温热管蒸汽腔内充装了钠和锂两种工质，钠工质首先蒸发，然后将钠蒸汽抽走，锂工质再蒸发。这种方法理论上可行，但实际应用中系统较为复杂，需要单独增加压力控制及蒸汽收集系统，使得结构较为复杂，成本较高，操作困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合高温热管，该高温热管不仅能极大地扩展运行温度的范围，而且结构简单，无需附加控制系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多用途复合高温热管，辅热管依次与导热件和受热件连接，形成具有半封闭空腔的轴对称结构，主热管第一端与半封闭空腔贴合，第二端裸露在空气中，主热管中设置主工质，与导热件连接的辅热管第一端内设置辅工质，第二端内设置不凝气体。
在本发明的一个具体的实施例中，半封闭空腔为凹型或U型结构。
在本发明的一个具体的实施例中，辅热管第二端上设置入口。
在本发明的一个具体的实施例中，主热管第一端与半封闭空腔紧密贴合，第二端裸露在空气中。
在本发明的一个具体的实施例中，主热管第二端上设置入口。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
（1）本发明可以同时充装两种工质，极大地拓宽了高温热管的工作温度范围。
（2）由于辅热管工作温度低，因此当辅热管先启动后，增大了主热管的受热面积，有利于主热管的快速、均匀启动。
（3）本发明结构简单，无需附加系统，因而适用性更广。
附图说明
图1是本发明所述复合高温热管的结构示意图。
图2是本发明所述复合高温热管的局部结构放大示意图。
图3是本发明所述复合高温热管的工作原理示意图。
其中，1-主热管、2-辅热管、3-主工质、4-辅工质、5-受热件、6-导热件、7-不凝气体、8-主热管毛细芯、9-辅热管毛细芯。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人在下面以实施例的方式做详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。
结合图1，本发明提供一种复合高温热管，包括一主热管1、辅热管2、主工质3、辅工质4、受热件5、导热件6以及不凝气体7。辅热管2依次与导热件6和受热件5连接，形成具有U型空腔的轴对称结构，主热管1一端与U型空腔紧密贴合连接，另一端裸露在空气中，主热管1中设置主工质3，辅热管2与导热件6连接的一端内设置辅工质4，辅热管2另一端设置不凝气体7。主工质3和辅工质4可以是钾、钠、锂，银、汞等工质，但辅热管2中充装的辅工质4的熔沸点需比主热管1中充装的主工质3的熔沸点低。比如主热管1充装钠作为工质，则辅热管2充装钾或者汞作为工质。因此，主热管1中设置的主工质3的运行温度要高于辅助热管2中设置的辅工质4。通过风洞、辐射或者直接用乙炔火焰烧受热件5，外部环境的热量传递至受热件5，受热件5一方面将热量传递给主热管1，另一方面通过传热件6传递给辅热管2，设置导热件6的原因是可以降低受热件5传过来的热量。
辅热管2内可冲入不凝气体7，例如Ar气，随着辅热管2中的辅工质4的蒸发量逐渐增加（工质常温下是固态，受热开始融化，融化蒸发量逐渐增加），不凝气体7被压缩使得辅热管2成为可增加长度的高温热管。
受热件5和导热件6的材质可以选择高导热石墨，其热导率和耐高温性能较好，而且具有抗氧化性。
结合图2，主热管1的内壁里设置了主热管毛细芯8，辅热管2的内壁里设置了辅热管毛细芯9。
本发明提出的复合高温热管，包括主热管1和辅热管2。当外界热量传递至受热件5后，受热件5同时将热量传递至主热管1和辅热管2，由于辅热管2工作温度低，启动容易，所以辅热管2首先启动。辅热管2启动后成为等温体，扩大了主热管1的受热面积。随着温度的升高，主热管1受热面积增大，也逐渐启动。主热管1启动后极大地降低了受热件5的温度，增大了冷却面积，使得辅热管2也能运行。
结合图3，本发明的工作原理是：受热件5将热量传递至主热管1和辅热管2的加热段，由于辅热管2内的辅工质4的熔点比主热管1中的主工质3低，因此辅热管2内的辅工质4首先吸收热量融化后蒸发为蒸汽。此时绝热段和冷凝段的辅工质4还是固态，使得辅热管2的蒸发段与绝热段和冷凝段存在微小的压差，因此蒸汽快速流向绝热段和冷凝段。蒸汽在绝热段和冷凝段释放热量冷凝为液体，使得绝热段和冷凝段的辅工质4也融化。随着加热段的辅工质4蒸发量的增加，不凝气体7受到蒸汽压力逐渐被压缩使得辅热管2的冷凝段增加，冷凝的蒸汽量也增加。冷凝的辅工质4在辅热管毛细芯9毛细力的作用下回流至加热段，再次蒸发为蒸汽，依次达到一个循环。至此辅热管2正式启动。辅热管2启动过程中，主热管1也在不断吸收热量，主工质3受热蒸发。但是由于主热管1的主工质3熔沸点更高，蒸发所需的热量更多，蒸汽流动距离更远，因此启动较为缓慢。当辅热管2启动后，由于辅热管2接近一等温体（热管的特点），因此辅热管2可以帮助主热管1快速将绝热段的主工质3融化，并使得蒸汽在此段内不冷凝，直接到达冷凝段后再防热冷凝，起到了保温的效果。蒸汽在冷凝段防热冷凝为主工质3后，同样经过主热管毛细芯8的毛细力作用回流至加热段再次蒸发，形成循环。主热管1启动后，由于高温热管具有极强的传热能力，使得加热段的热量快速传递至冷凝段，使得加热段温度维持在一个平衡范围内。

Claims (8)

1.一种多用途复合高温热管，其特征在于，包括主热管（1）和辅热管（2），辅热管（2）依次与导热件（6）和受热件（5）连接，形成具有半封闭空腔的轴对称结构，主热管（1）第一端与半封闭空腔贴合，第二端裸露在空气中，主热管（1）中设置主工质（ 3） ，与导热件（6）连接的辅热管（2）第一端内设置辅工质（4），第二端内设置不凝气体（7）。
2.如权利要求1所述的多用途复合高温热管，其特征在于，所述的半封闭空腔为凹型或U型结构。
3.如权利要求1所述的多用途复合高温热管，其特征在于，辅热管（2）第二端上设置入口。
4.如权利要求1所述的多用途复合高温热管，其特征在于，主热管（1）第一端与半封闭空腔紧密贴合，第二端裸露在空气中。
5.如权利要求1所述的多用途复合高温热管，其特征在于，主热管（1）第二端上设置入口。
6.如权利要求1所述的多用途复合高温热管，其特征在于，主工质（3）和辅工质（4）为钾、钠、锂，银、汞工质中任意一种，且辅热管（2）中设置的辅工质（4）的熔沸点比主热管（1）中设置的主工质（3）的熔沸点低。
7.如权利要求1所述的多用途复合高温热管，其特征在于，受热件（5）和导热件（6）的材质为石墨。
8.如权利要求1所述的多用途复合高温热管，其特征在于，不凝气体（7）为氩气。
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