CN113624045B - 一种单向传热装置及工作方法 - Google Patents

一种单向传热装置及工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单向传热装置及工作方法，该装置包括充液管、顶部端盖、管壳、底部端盖、周向槽、多孔吸液芯、输运通道、蒸气腔；输运通道内设置有导流瓣和活动膜。周向槽和多孔吸液芯均具有方向性，二者将液态工质进行周向分布；输运通道将液态工质进行轴向分布，导流瓣和活动膜的存在保证输运通道内的液态工质只能单向流动。本发明结构简化、可靠性高，能够实现热管的单向传热。

Description

一种单向传热装置及工作方法
技术领域
本发明涉及相变换热设备技术领域，具体涉及一种单向传热装置及工作方法。
背景技术
传统的热管依赖工质的相变和重力、毛细力等作用维持工质循环来进行传热。作为一种高效的非能动传热设备，热管具有传热效率高、等温性能优良、加工制造简便、物理结构简单、安装维修方便等优势。对于特殊的应用场景，要求热管具有单向传热的特点。采用吸液芯的毛细力维持工质循环的热管无法满足单向传热的要求；采用重力维持循环的热虹吸管具有单向传热特性，但对于摆放位置有苛刻的要求。
发明内容
为实现在高效单向传热的要求，本发明设计了一种单向传热装置及工作方法，本发明结构简化，可实现单向高效传热。
为达到上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种单向传热装置，包括底部端盖1、管壳2、周向槽3、多孔吸液芯4、输运通道5、蒸气腔6、顶部端盖7、充液管8和工质；所述管壳2两端分别设置有底部端盖1和顶部端盖7，顶部端盖7有充液管8穿过连通外部环境与蒸气腔6，管壳2的内壁面沿轴向设置有若干周向槽3，周向槽3内贴附有多孔吸液芯4，多孔吸液芯4内部沿轴向设置有输运通道5，多孔吸液芯4内侧为蒸气腔6；通道管壁51将输运通道5和多孔吸液芯4分割，通道管壁51内沿轴向设置有若干导流瓣52和活动膜53，每个导流瓣52包括周向布置的若干瓣片521，瓣片521一端固定于通道管壁51，另一端置于输运通道5内部，周向布置的若干瓣片521组合形成单向渐缩的导流瓣52，每个活动膜53包括膜片531和牵引臂532，活动膜53的膜片531一端固定于通道管壁51，另一端置于输运通道5内部并通过牵引臂532连接通道管壁51，同一轴向位置的膜片531的转动可能够闭或打开输运通道5，所述牵引臂532限制膜片531使得输运通道5单向封闭或打开；工质填充于管壳2内部；根据热量径向传递的方向，单向传热装置置于热源区域吸收热量的区域为蒸发段10，置于热阱区域释放热量的区域为冷凝段30，连接蒸发段10和冷凝段30无径向热量传递的区域为绝热段20。
所述周向槽3为圆形或多边形。
所述周向槽3具有两种布置方案：方案一为若干周向槽3沿周向环绕管壳2内壁，各周向槽3相互独立；方案二为周向槽3呈螺旋状环绕管壳2内壁，周向槽3沿一条或多条螺旋线进行设置。
所述位于蒸发段10或冷凝段30的周向槽3可设置若干轴向槽道进行连通，促进蒸发段10或冷凝段30内液态工质的轴向分布。
所述多孔吸液芯4具有方向性，位于蒸发段10或冷凝段30的多孔吸液芯4沿轴向和周向输运液态工质，位于绝热段20的多孔吸液芯4仅沿周向输运液态工质。
所述导流瓣52的厚度小于1cm，膜片531的厚度小于1cm。
所述导流瓣52的材料为铁、铝、铜、银、金、钛或金属合金，膜片531的的材料为铁、铝、铜、银、金、钛或金属合金。
单向传热装置正常工作时，蒸发段10的管壳2吸收热量，液态工质吸收热量产生蒸气，由于多孔吸液芯4和周向槽3的存在，液态工质在蒸发段10内是均匀分布的，蒸气在蒸气腔6内经过绝热段20到达冷凝段30释热冷凝为液态工质，冷凝段30的液态工质在多孔吸液芯4和周向槽3的输运作用下在冷凝段30均匀分布，位于绝热段20的多孔吸液芯4和周向槽3均为周向输运，不参与轴向液态工质的输运，由于输运通道5的存在，液态工质由热阱区域经绝热区域输运到热源区域，导流瓣52和活动膜53内液态工质的流动方向为由大开口侧指向小开口侧；单向传热装置非正常工作时，蒸发段10内管壳2吸收热量，液态工质吸收热量产生蒸气，由于多孔吸液芯4和周向槽3的存在，液态工质在蒸发段10内是均匀分布的，蒸气在蒸气腔6内经过绝热段20到达冷凝段30释热冷凝为液态工质，冷凝段30的液态工质在多孔吸液芯4和周向槽3的输运作用下在冷凝段30均匀分布，位于绝热段20的多孔吸液芯4和周向槽3均为周向输运，不参与轴向液态工质的输运，对于输运通道5，由于液态工质的流动方向与导流瓣52和活动膜53内正常流动方向相反，导流瓣52对液态工质的流动产生阻碍，活动膜53的膜片531在液态工质的冲击下闭合，牵引臂532的存在抵消液态工质的冲击作用，输运通道5内液态工质的输运过程中断，导致传热无法继续，实现了单向传热。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
本发明采用周向槽3和多孔吸液芯4组合的方式实现在热源和热阱区域液态工质的均匀分布，有利于温度平均；设置导流瓣52和活动膜53控制输运通道5内液态工质的流动方向。
本发明针对单向高效传热的问题，提出一种单向传热装置及工作方法，本发明结构紧凑，质量较轻，无运动部件，特殊的结构设计能够实现单向高效传热。
附图说明
图1为单向传热装置的示意图。
图2为输运通道的示意图。
具体实施方式
现结合实例、附图对本发明作进一步描述：
如图1所示，一种单向传热装置，包括底部端盖1、管壳2、周向槽3、多孔吸液芯4、输运通道5、蒸气腔6、顶部端盖7、充液管8和工质；所述管壳2两端分别设置有底部端盖1和顶部端盖7，顶部端盖7有充液管8穿过连通外部环境与蒸气腔6，管壳2的内壁面沿轴向设置有若干周向槽3，周向槽3内贴附有多孔吸液芯4，多孔吸液芯4内部沿轴向设置有输运通道5，多孔吸液芯4内侧为蒸气腔6；通道管壁51将输运通道5和多孔吸液芯4分割，通道管壁51内沿轴向设置有若干导流瓣52和活动膜53，每个导流瓣52包括周向布置的若干瓣片521，瓣片521一端固定于通道管壁51，另一端置于输运通道5内部，周向布置的若干瓣片521组合形成单向渐缩的导流瓣52，每个活动膜53包括膜片531和牵引臂532，活动膜53的膜片531一端固定于通道管壁51，另一端置于输运通道5内部并通过牵引臂532连接通道管壁51，同一轴向位置的膜片531的转动可能够闭或打开输运通道5，所述牵引臂532限制膜片531使得输运通道5单向封闭或打开；工质填充于管壳2内部；根据热量径向传递的方向，单向传热装置置于热源区域吸收热量的区域为蒸发段10，置于热阱区域释放热量的区域为冷凝段30，连接蒸发段10和冷凝段30无径向热量传递的区域为绝热段20。
作为本发明的优选实施方式，所述周向槽3为圆形或多边形。
作为本发明的优选实施方式，所述周向槽3具有两种布置方案：方案一为若干周向槽3沿周向环绕管壳2内壁，各周向槽3相互独立；方案二为周向槽3呈螺旋状环绕管壳2内壁，周向槽3沿一条或多条螺旋线进行设置。
作为本发明的优选实施方式，所述位于蒸发段10或冷凝段30的周向槽3可设置若干轴向槽道进行连通，促进蒸发段10或冷凝段30内液态工质的轴向分布。
作为本发明的优选实施方式，所述多孔吸液芯4具有方向性，位于蒸发段10或冷凝段30的多孔吸液芯4沿轴向和周向输运液态工质，位于绝热段20的多孔吸液芯4仅沿周向输运液态工质。通过该设计，实现蒸发段10或冷凝段30内液态工质的均匀分布，有利于温度展平；绝热段20实现周向液态工质的均匀分布，有利于周向温度展平。
作为本发明的优选实施方式，所述导流瓣52的厚度小于1cm，膜片531的厚度小于1cm。通过该设计，导流瓣52和膜片531在保证实现单向传热的基础上兼顾减小装置质量。
作为本发明的优选实施方式，所述导流瓣52的材料为铁、铝、铜、银、金、钛或金属合金，膜片531的的材料为铁、铝、铜、银、金、钛或金属合金。通过该设计，选用导热性能和延展性能较强的金属材料，有利于装置的高效工作和可靠性。
本发明的工作原理为：单向传热装置正常工作时，蒸发段10的管壳2吸收热量，液态工质吸收热量产生蒸气，由于多孔吸液芯4和周向槽3的存在，液态工质在蒸发段10内是均匀分布的，蒸气在蒸气腔6内经过绝热段20到达冷凝段30释热冷凝为液态工质，冷凝段30的液态工质在多孔吸液芯4和周向槽3的输运作用下在冷凝段30均匀分布，位于绝热段20的多孔吸液芯4和周向槽3均为周向输运，不参与轴向液态工质的输运，由于输运通道5的存在，液态工质由热阱区域经绝热区域输运到热源区域，导流瓣52和活动膜53内液态工质的流动方向为由大开口侧指向小开口侧；单向传热装置非正常工作时，蒸发段10内管壳2吸收热量，液态工质吸收热量产生蒸气，由于多孔吸液芯4和周向槽3的存在，液态工质在蒸发段10内是均匀分布的，蒸气在蒸气腔6内经过绝热段20到达冷凝段30释热冷凝为液态工质，冷凝段30的液态工质在多孔吸液芯4和周向槽3的输运作用下在冷凝段30均匀分布，位于绝热段20的多孔吸液芯4和周向槽3均为周向输运，不参与轴向液态工质的输运，对于输运通道5，由于液态工质的流动方向与导流瓣52和活动膜53内正常流动方向相反，导流瓣52对液态工质的流动产生阻碍，活动膜53的膜片531在液态工质的冲击下闭合，牵引臂532的存在抵消液态工质的冲击作用，输运通道5内液态工质的输运过程中断，导致传热无法继续，实现了单向传热。

Claims (8)

1.一种单向传热装置，其特征在于：包括底部端盖(1)、管壳(2)、周向槽(3)、多孔吸液芯(4)、输运通道(5)、蒸气腔(6)、顶部端盖(7)、充液管(8)和工质；所述管壳(2)两端分别设置有底部端盖(1)和顶部端盖(7)，顶部端盖(7)有充液管(8)穿过连通外部环境与蒸气腔(6)，管壳(2)的内壁面沿轴向设置有若干周向槽(3)，周向槽(3)内贴附有多孔吸液芯(4)，多孔吸液芯(4)内部沿轴向设置有输运通道(5)，多孔吸液芯(4)内侧为蒸气腔(6)；通道管壁(51)将输运通道(5)和多孔吸液芯(4)分割，通道管壁(51)内沿轴向设置有若干导流瓣(52)和活动膜(53)，每个导流瓣(52)包括周向布置的若干瓣片(521)，瓣片(521)一端固定于通道管壁(51)，另一端置于输运通道(5)内部，周向布置的若干瓣片(521)组合形成单向渐缩的导流瓣(52)，每个活动膜(53)包括膜片(531)和牵引臂(532)，活动膜(53)的膜片(531)一端固定于通道管壁(51)，另一端置于输运通道(5)内部并通过牵引臂(532)连接通道管壁(51)，同一轴向位置的膜片(531)的转动可能够闭或打开输运通道(5)，所述牵引臂(532)限制膜片(531)使得输运通道(5)单向封闭或打开；工质填充于管壳(2)内部；根据热量径向传递的方向，单向传热装置置于热源区域吸收热量的区域为蒸发段(10)，置于热阱区域释放热量的区域为冷凝段(30)，连接蒸发段(10)和冷凝段(30)无径向热量传递的区域为绝热段(20)。
2.根据权利要求1所述一种单向传热装置，其特征在于：所述周向槽(3)具有两种布置方案：方案一为若干周向槽(3)沿周向环绕管壳(2)内壁，各周向槽(3)相互独立；方案二为周向槽(3)呈螺旋状环绕管壳(2)内壁，周向槽(3)沿一条或多条螺旋线进行设置。
3.根据权利要求1所述一种单向传热装置，其特征在于：位于蒸发段(10)或冷凝段(30)的周向槽(3)设置若干轴向槽道进行连通，促进蒸发段(10)或冷凝段(30)内液态工质的轴向分布。
4.根据权利要求1所述一种单向传热装置，其特征在于：所述多孔吸液芯(4)具有方向性，位于蒸发段(10)或冷凝段(30)的多孔吸液芯(4)沿轴向和周向输运液态工质，位于绝热段(20)的多孔吸液芯(4)仅沿周向输运液态工质。
5.根据权利要求1所述一种单向传热装置，其特征在于：所述周向槽(3)为圆形或多边形。
6.根据权利要求1所述一种单向传热装置，其特征在于：所述导流瓣(52)的厚度小于1cm，膜片(531)的厚度小于1cm。
7.根据权利要求1所述一种单向传热装置，其特征在于：所述导流瓣(52)的材料为铁、铝、铜、银、金、钛或金属合金，膜片(531)的的材料为铁、铝、铜、银、金、钛或金属合金。
8.权利要求1至7任一项所述的一种单向传热装置的工作方法，其特征在于：单向传热装置正常工作时，蒸发段(10)的管壳(2)吸收热量，液态工质吸收热量产生蒸气，由于多孔吸液芯(4)和周向槽(3)的存在，液态工质在蒸发段(10)内是均匀分布的，蒸气在蒸气腔(6)内经过绝热段(20)到达冷凝段(30)释热冷凝为液态工质，冷凝段(30)的液态工质在多孔吸液芯(4)和周向槽(3)的输运作用下在冷凝段(30)均匀分布，位于绝热段(20)的多孔吸液芯(4)和周向槽(3)均为周向输运，不参与轴向液态工质的输运，由于输运通道(5)的存在，液态工质由热阱区域经绝热区域输运到热源区域，导流瓣(52)和活动膜(53)内液态工质的流动方向为由大开口侧指向小开口侧；单向传热装置非正常工作时，蒸发段(10)内管壳(2)吸收热量，液态工质吸收热量产生蒸气，由于多孔吸液芯(4)和周向槽(3)的存在，液态工质在蒸发段(10)内是均匀分布的，蒸气在蒸气腔(6)内经过绝热段(20)到达冷凝段(30)释热冷凝为液态工质，冷凝段(30)的液态工质在多孔吸液芯(4)和周向槽(3)的输运作用下在冷凝段(30)均匀分布，位于绝热段(20)的多孔吸液芯(4)和周向槽(3)均为周向输运，不参与轴向液态工质的输运，对于输运通道(5)，由于液态工质的流动方向与导流瓣(52)和活动膜(53)内正常流动方向相反，导流瓣(52)对液态工质的流动产生阻碍，活动膜(53)的膜片(531)在液态工质的冲击下闭合，牵引臂(532)的存在抵消液态工质的冲击作用，输运通道(5)内液态工质的输运过程中断，导致传热无法继续，实现了单向传热。
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