CN111121509A - 一种波纹管式高度均衡热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波纹管式高度均衡热管，包括冷凝段（1）、蒸发段（2）和填充在管内的工质，蒸发段（2）全段为波纹管或者全段包括波纹管段和直管段，波纹管的管壁上至少在底部具有用于收集容纳工质的波纹凹陷；应用时，蒸发段为近水平或者全水平埋设。相较现有技术中隔板设置困难成本高，本发明中蒸发段收集容纳工质的部分直接采用波纹管，有效利用波纹管的自然属性，实现蒸发段工质高密度均布，同时制作方便简单、成本低，并且波纹管管面高低起伏使得相应位置处外表面增大约20~30%，由此增加了与周围换热介质的接触面和换热量；波纹管的使用显著降低了对汽态工质运动空间的影响。

Description

一种波纹管式高度均衡热管

技术领域

本发明涉及热管技术领域，尤其涉及一种波纹管式高度均衡热管。

背景技术

重力式热管（也称热棒）是一种高效热传导装置，其要工作原理是：在真空管内充填一种或多种混合的工作介质（简称工质），在热管工作条件存在的条件下，管内液体工质在蒸发段（也称吸热段）受热蒸发转变为汽态、并吸收热量，蒸发的汽态工质经由绝热段后在冷凝段（也称放热段）遇冷凝结转变为液态、并释放热量，然后液态工质在重力作用下回流至蒸发段。由此循环不断将蒸发段的热量传导到冷凝段，从而在多年冻土区降低冻土的温度、保护冻土。

目前，受重力式热管中工质回流主要靠重力推动工作原理的要求，冻土工程使用的热管外形主要为蒸发段与冷凝段在一条直线上的直线形重力热管垂直埋设、或倾斜埋设；为保持冷凝段的垂直和蒸发段的倾斜，少量为蒸发段与冷凝段反向延长线夹角小于45°的L形重力热管。

从降温作用范围上看，这些热管属于纯粹的点式降温措施，没法适应线性、面性的降温要求的道路工程，对此，发明人提出了将蒸发段近水平铺设的应对构思，比如一种蒸发段大角度近水平的热管及其施工方法（申请号201910610500X），在整个蒸发段的轴向方向上数块隔板间隔设置形成多个半开放的隔室，应用时蒸发段近水平或全水平埋设使得液态工质均布于整个蒸发段和实现均衡降温，有效解决了蒸发段降温范围受限和汽塞现象的问题。

但是，在实际制作过程中该方案仍然具有如下缺点：在金属热管蒸发段内部设置隔板，受到内部长距离、狭小空间的限制，在其内部通过焊接等方式设置隔板（特别是高密度隔板）的困难很大（现有焊接机具难以进入，难以焊接，主要通过在管壁外部要求位置小范围进行切割，然后植入隔板，再进行焊接，由此完成隔板的设置，步骤繁琐难度大），而且成本很高，由此很难达到高密度设置工质的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种波纹管式高度均衡热管，以解决现有技术中隔板设置困难成本高的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种波纹管式高度均衡热管，包括冷凝段、蒸发段和填充在管内的工质，其特征在于，所述蒸发段全段为波纹管或者全段包括波纹管段和直管段，所述波纹管的管壁上至少在底部具有用于收集容纳工质的波纹凹陷；应用时所述蒸发段为近水平或者全水平埋设。

优选的，所述波纹管上波纹高低起伏幅值为0~20cm，波纹间距为1~100cm。

优选的，所述波纹管底部内壁上敷设吸液芯。

优选的，所述吸液芯从底部紧贴内壁向上延伸。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明中，蒸发段收集容纳工质的部分直接采用波纹管，有效利用波纹管的自然属性（连续波纹特性），实现蒸发段工质高密度均布，同时制作方便简单、成本低。

2、相较现有技术中蒸发段外表面直管的设置，本发明中波纹管管面的高低起伏使得相应位置处外表面增大约20~30%，由此增加了与周围换热介质的接触面和换热量，进而增加了热管的换热效率，特别是波纹管存在工质的凹陷部位，更加凸出进入土质内部。由此增加对管体周围土体的降温效能，以及对于管体纵向不同部位之间的均衡调节过程。

3、在现有技术中，隔板设置在直管原有内壁上并向上延伸，在一定程度上会限制汽态工质的运动空间，而本发明中，波纹管的自然属性（收集容纳工质的波纹凹陷的顶部视为虚拟的直管内壁）显著降低了对汽态工质运动空间的影响。

4、在实际应用中，可根据不同路基地温变化特性和调控要求，对波纹管整体或者不同部位波纹起伏高低幅值P和波纹间距Q进行调节，和/或对波纹管段与直管段进行不同组合，由此达到蒸发段不同部位不同功率设置和调节的目的，最终达到路基地温调节更加均衡的目的，最大程度发挥本发明热管的效能。由此可见，本发明具有更大的灵活性和先进性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的蒸发段全段为波纹管情况的一种结构示意图。

图2为本发明实施例提供的蒸发段全段为波纹管情况的另一种结构示意图。

图3为本发明实施例提供的蒸发段全段均隔设有波纹管情况的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的波纹管上波纹参数标示示意图。

图中：1—冷凝段，2—蒸发段，3—波纹管段，4—直管段；P—波纹起伏高低幅值，Q—波纹间距。

具体实施方式

参考图1至图4，本发明实施例提供了一种波纹管式高度均衡热管，其主要包括冷凝段1、蒸发段2和填充在管内的工质（图中未示出），蒸发段2与冷凝段1之间夹角可以为90°~150°（包括端值），特别地，该热管的蒸发段2的全段为波纹管（如图1所示）或者全段包括波纹管段3和直管段4（如图3所示），波纹管的管壁上至少在底部具有用于收集容纳工质的波纹凹陷，也就是说，本文中的“波纹管”可以是图1和图3所示那样周向上整圈都有波纹，比如，也可以是像图2那样只有偏下位置具有波纹，总之只要其底部具有能够收集容纳工质的波纹凹陷即可，只不过后者相较前者更能减小对汽态工质运动空间的影响。

对于蒸发段2全段包括波纹管段3和直管段4的情况，可以理解的是，相较直管段4部位波纹管段3部位换热能力更强，相较波纹管段3部位直管段4部位工质回流速度更快，在实际应用中，两者的组合情况根据实际需求确定即可。

进一步地，波纹管底部内壁上可以敷设吸液芯（图中未示出），增加液态工质的回流流速；吸液芯从底部紧贴内壁向上延伸一段距离，能够增加液态工质在管壁周围存在的范围，进而增加工质的蒸发和换热效能。

在实际应用中，波纹管可以采用金属管材质的波纹管，其通过焊接与冷凝段、直管段实现连接，或通过弯管、打波等设备通过机械加工制作完成；若蒸发段末端为波纹管，则通过将波纹管末端焊接闭合实现蒸发段封闭。波纹管上波纹起伏高低幅值P（对应收集容纳工质的凹陷深度）可以为0~20cm，或管径的1~20%，波纹间距Q可以为1~100cm。

应用时，热管的蒸发段2在路基中近水平（如与水平面夹角0°~ 10°）或者全水平（与水平面夹角0°）埋设（视热管本身结构以及蒸发段2的埋设角度情况，冷凝段1可以是垂直水平面也可以不垂直水平面，只要能够使冷凝段1中液态工质在重力作用下或者其它辅助手段的作用下流向蒸发段2即可），工质在蒸发段2均匀分布且自成相对独立的单元；独立单元由波纹管上的波纹凹陷形成，波纹管上波纹凹陷的连续紧密性实现了独立单元的高密度均布设置（每个隔室单元很小且呈现紧密或致密排列），进而实现了工质高度均布。由于真空热管的启动温差很小，约为0.5~2℃，蒸发段2相对独立单元划分的越细，细微调节能力越强，地温均匀降温和调温效果就越好，整体工作效能就会越高。

其中，在实际的热管埋设固定时，通过放置热管时的缓慢就位或者通过一次热管的降温过程和工质的回流过程，就能够使得工质高密度均布于热管的蒸发段2，快速达到工质高度均布的要求。

工作原理：随着环境温度降低，在热管布设位置附近的不同位置，当存在热管工质可以工作温差的条件下，温度相对高的部位的工质就会蒸发、开始换热工作；同时，通过地温高的部分蒸发量大降温多、地温低的部分蒸发量少降温少，进一步实现蒸发作用的自动平衡，整体降温更加均匀的实现。在实际应用中，可根据不同路基地温变化特性和调控要求，对波纹管整体或者不同部位波纹起伏高低幅值P和波纹间距Q进行调节，和/或对波纹管段3与直管段4进行不同组合，由此达到蒸发段2不同部位不同功率设置和调节的目的，最终达到路基地温调节更加均衡的目的。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的结构及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种波纹管式高度均衡热管，包括冷凝段（1）、蒸发段（2）和填充在管内的工质，其特征在于，所述蒸发段（2）全段为波纹管或者全段包括波纹管段（3）和直管段（4），所述波纹管的管壁上至少在底部具有用于收集容纳工质的波纹凹陷；应用时所述蒸发段（2）为近水平或者全水平埋设。

2.如权利要求1所述的热管，其特征在于，所述波纹管上波纹高低起伏幅值为0~20cm，波纹间距为1~100cm。

3.如权利要求1所述的热管，其特征在于，所述波纹管底部内壁上敷设吸液芯。

4.如权利要求3所述的热管，其特征在于，所述吸液芯从底部紧贴内壁向上延伸。

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