CN114353567A - 一种可控制传热系数的热管装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于热管技术领域，具体涉及一种可控制传热系数的热管装置。包括直筒型的重力式热管(1)，重力式热管(1)的底端内部设有液态蒸发段(2)，液态蒸发段(2)上设置气态冷凝段(3)，重力式热管(1)的顶端与气体控制单元连通，气体控制单元能够将不凝性气体(4)输入重力式热管(1)的顶端内，或将不凝性气体(4)从重力式热管(1)的顶端内抽出，实现重力式热管(1)的重置。本发明能够改变重力式热管(1)的实际冷凝面积，达到调节重力式热管(1)的整体传热系数的目的，可实现重力式热管(1)的快速非能动开启，降低了结构的泄漏率要求，提高了重力式热管(1)的可维护性和使用寿命。

Description

一种可控制传热系数的热管装置

技术领域

本发明属于热管技术领域，具体涉及一种可控制传热系数的热管装置。

背景技术

热管用于冷热流体换热时，若无调节装置，相变循环只能根据流体温差自动启动，启动后换热系数也处于不可控的状态。

某些使用条件下，需要热管正常工况下处于关闭状态，仅在特定条件下开启；另一些使用条件下，需要热管启动后传热系数具备可调节能力，目前大多数热管不具备主动调节能力。

对于一次成型的封闭式热管，为了长期维持真空度，对密封性要求很高，可靠性和可维护性较低。

对于大多数热管，在长期使用中包壳和工质还会缓慢反应产生不凝性气体，造成换热能力的下降和丧失，如不能及时排除不凝性气体，将影响热管的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用真空度或不凝性气体调节传热系数的热管装置，可实现热管换热器的非能动快速启动和功能重置，具备良好的可维护性和较长的使用寿命。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种可控制传热系数的热管装置，其中，包括直筒型的重力式热管，所述重力式热管的底端内部设有液态蒸发段，所述液态蒸发段上设置气态冷凝段，所述重力式热管的顶端与气体控制单元连通，所述气体控制单元能够将不凝性气体输入所述重力式热管的顶端内，或将所述不凝性气体从所述重力式热管的顶端内抽出，实现所述重力式热管的重置。

进一步，所述重力式热管的顶端位于上层冷空间内，所述重力式热管的底端位于下层热空间内，所述上层冷空间和所述下层热空间之间设有隔断空间。

进一步，所述气体控制单元包括真空罐和设置在所述真空罐上的活塞，所述活塞通过驱动机构驱动，所述真空罐通过连接管路与所述重力式热管的顶端连通，所述真空罐内设置所述不凝性气体，所述不凝性气体为空气或惰性气体。

进一步，在所述连接管路上设有隔离调节阀，所述连接管路、所述隔离调节阀和所述真空罐按压力容器设计，能够保证压力边界气密性。

进一步，所述隔离调节阀设有弹簧蓄能装置，所述弹簧蓄能装置能够为所述隔离调节阀提供非能动的动能。

进一步，所述驱动机构设有弹簧蓄能装置，所述弹簧蓄能装置能够为所述驱动机构提供非能动的动能。

进一步，打开所述隔离调节阀，将所述活塞推入所述真空罐，将所述不凝性气体注入所述重力式热管的顶端内部，使所述气态冷凝段与所述上层冷空间隔绝，从而使得所述重力式热管的相变循环无法启动，此时关闭所述隔离调节阀，保证所述重力式热管的边界气密性，从而使得所述真空罐和所述活塞处于随时可检修的状态。

进一步，将所述隔离调节阀开启，同时从所述真空罐中抽出所述活塞，让所述不凝性气体进入所述真空罐，使得所述气态冷凝段上升至所述上层冷空间，从而使得所述重力式热管的相变循环启动，所述下层热空间的热量导入所述上层冷空间。

进一步，所述真空罐上设有压力表，所述压力表与所述隔离调节阀联锁控制；关闭隔离调节阀，从所述真空罐中抽出所述活塞，通过所述压力表的信号调节所述隔离调节阀的脉冲开启次数，精确控制所述不凝性气体进入所述真空罐的量，从而调节所述气态冷凝段进入所述上层冷空间的长度，实现调节所述重力式热管的传热系数的功能。

进一步，还包括与所述连接管路相连的集管，所述集管能够与若干根所述重力式热管的顶端连通，实现一套所述真空罐开启和调节所有所述重力式热管的功能。

本发明的有益效果在于：

1.通过活塞12控制重力式热管1的真空度，通过隔离调节阀8控制重力式热管1的气态冷凝段3中的不凝性气体4的含量，从而改变重力式热管1的实际冷凝面积，达到调节重力式热管1的整体传热系数的目的。

2.真空罐9设置活塞12，推入活塞12可将不凝性气体4充入重力式热管1，拉出活塞12可从重力式热管1中抽出不凝性气体4并重新建立真空度，实现重力式热管1的重置。

3.隔离调节阀8和驱动机构13可设置弹簧蓄能装置10，可实现重力式热管1的快速非能动开启。

4.在真空罐9上设置压力表11，可用来控制隔离调节阀8和活塞12的开启速度，实现重力式热管1的传热系数的变化；同时可在重力式热管1备用时监测隔离调节阀8和真空罐9的气密性。

5.本发明在备用时可保持重力式热管1内的常压，在使用前对重力式热管1临时建立真空和抽取不凝性气体4，且仅需维持一定时间内的真空度即可，降低了结构的泄漏率要求。

6.一个真空罐9可以同时连接数个重力式热管1，形成一组同时启动和调节的热管换热器。

7.通过抽出不凝性气体4、降低结构气密性要求和真空度重置等措施，提高了重力式热管1的可维护性和使用寿命。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中所述的一种可控制传热系数的热管装置处于常压备用状态时的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中所述的一种可控制传热系数的热管装置进入工作状态时的结构示意图；

图3为本发明具体实施方式中所述的一种可控制传热系数的热管装置进入调节状态时的结构示意图；

图4为本发明具体实施方式中所述的一种可控制传热系数的热管装置(由多个重力式热管1组成)的结构示意图；

图中：1-重力式热管，2-液态蒸发段，3-气态冷凝段，4-不凝性气体，5-下层热空间，6-上层冷空间，7-连接管路，8-隔离调节阀，9-真空罐，10-弹簧蓄能装置，11-压力表，12-活塞，13-驱动机构，14-集管，15-隔断空间。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

本发明提供的一种可控制传热系数的热管装置(以下简称热管装置，见图1、2、3)，其中，包括直筒型的重力式热管1，重力式热管1的底端内部设有液态蒸发段2，液态蒸发段2上设置气态冷凝段3，重力式热管1的顶端与气体控制单元连通，气体控制单元能够将不凝性气体4输入重力式热管1的顶端内，或将不凝性气体4从重力式热管1的顶端内抽出，实现重力式热管1的重置。

重力式热管1的顶端位于上层冷空间6内，重力式热管1的底端位于下层热空间5内，上层冷空间6和下层热空间5之间设有隔断空间15。

气体控制单元包括真空罐9和设置在真空罐9上的活塞12，活塞12通过驱动机构13驱动，真空罐9通过连接管路7与重力式热管1的顶端连通，真空罐9内设置不凝性气体4，不凝性气体4为空气或惰性气体(包括氮气)。

在连接管路7上设有隔离调节阀8，连接管路7、隔离调节阀8和真空罐9按压力容器设计，能够保证压力边界气密性。

真空罐9上设有压力表11，压力表11与隔离调节阀8联锁控制。

隔离调节阀8设有弹簧蓄能装置10，弹簧蓄能装置10能够为隔离调节阀8提供非能动的动能。

驱动机构13设有弹簧蓄能装置10，弹簧蓄能装置10能够为驱动机构13提供非能动的动能。弹簧蓄能装置10使重力式热管1具备非能动开启功能。

如图1为热管装置进入常压备用状态时的示意图，在此状态下，打开隔离调节阀8，将活塞12推入真空罐9，将常压的不凝性气体4注入重力式热管1的顶端内部，使气态冷凝段3与上层冷空间6隔绝，从而使得重力式热管1的相变循环无法启动，此时关闭隔离调节阀8，保证重力式热管1的边界气密性，从而使得真空罐9和活塞12处于随时可检修的状态。

如图2为热管装置进入工作状态时的示意图，当热管装置接收到开启信号后，将隔离调节阀8开启，同时从真空罐9中抽出活塞12建立真空度，让不凝性气体4进入真空罐9，重力式热管1内压力降低，使得气态冷凝段3上升至上层冷空间6，从而使得重力式热管1的相变循环启动，下层热空间5的热量导入上层冷空间6；热管真空度建立完成后，关闭隔离调节阀8，以保持重力式热管1的气密性。

图3为热管装置进入调节状态时的示意图，当热管装置接收到调节信号时，关闭隔离调节阀8，从真空罐9中抽出活塞12，首先在真空罐9建立真空度，通过压力表11的信号调节隔离调节阀8的脉冲开启次数，精确控制不凝性气体4进入真空罐9的量，从而调节气态冷凝段3进入上层冷空间6的长度，实现调节重力式热管1的传热系数的功能。当重力式热管1结束工作后，可恢复至图1的状态完成重置。

如图4所示，还包括与连接管路7相连的集管14，集管14能够与若干根重力式热管1的顶端连通，实现一套真空罐9开启和调节所有重力式热管1的功能。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (10)

1.一种可控制传热系数的热管装置，其特征是：包括直筒型的重力式热管(1)，所述重力式热管(1)的底端内部设有液态蒸发段(2)，所述液态蒸发段(2)上设置气态冷凝段(3)，所述重力式热管(1)的顶端与气体控制单元连通，所述气体控制单元能够将不凝性气体(4)输入所述重力式热管(1)的顶端内，或将所述不凝性气体(4)从所述重力式热管(1)的顶端内抽出，实现所述重力式热管(1)的重置。

2.如权利要求1所述的一种可控制传热系数的热管装置，其特征是：所述重力式热管(1)的顶端位于上层冷空间(6)内，所述重力式热管(1)的底端位于下层热空间(5)内，所述上层冷空间(6)和所述下层热空间(5)之间设有隔断空间(15)。

3.如权利要求2所述的一种可控制传热系数的热管装置，其特征是：所述气体控制单元包括真空罐(9)和设置在所述真空罐(9)上的活塞(12)，所述活塞(12)通过驱动机构(13)驱动，所述真空罐(9)通过连接管路(7)与所述重力式热管(1)的顶端连通，所述真空罐(9)内设置所述不凝性气体(4)，所述不凝性气体(4)为空气或惰性气体。

4.如权利要求3所述的一种可控制传热系数的热管装置，其特征是：在所述连接管路(7)上设有隔离调节阀(8)，所述连接管路(7)、所述隔离调节阀(8)和所述真空罐(9)按压力容器设计，能够保证压力边界气密性。

5.如权利要求4所述的一种可控制传热系数的热管装置，其特征是：所述隔离调节阀(8)设有弹簧蓄能装置(10)，所述弹簧蓄能装置(10)能够为所述隔离调节阀(8)提供非能动的动能。

6.如权利要求5所述的一种可控制传热系数的热管装置，其特征是：所述驱动机构(13)设有弹簧蓄能装置(10)，所述弹簧蓄能装置(10)能够为所述驱动机构(13)提供非能动的动能。

7.如权利要求6所述的一种可控制传热系数的热管装置，其特征是：打开所述隔离调节阀(8)，将所述活塞(12)推入所述真空罐(9)，将所述不凝性气体(4)注入所述重力式热管(1)的顶端内部，使所述气态冷凝段(3)与所述上层冷空间(6)隔绝，从而使得所述重力式热管(1)的相变循环无法启动，此时关闭所述隔离调节阀(8)，保证所述重力式热管(1)的边界气密性，从而使得所述真空罐(9)和所述活塞(12)处于随时可检修的状态。

8.如权利要求7所述的一种可控制传热系数的热管装置，其特征是：将所述隔离调节阀(8)开启，同时从所述真空罐(9)中抽出所述活塞(12)，让所述不凝性气体(4)进入所述真空罐(9)，使得所述气态冷凝段(3)上升至所述上层冷空间(6)，从而使得所述重力式热管(1)的相变循环启动，所述下层热空间(5)的热量导入所述上层冷空间(6)。

9.如权利要求8所述的一种可控制传热系数的热管装置，其特征是：所述真空罐(9)上设有压力表(11)，所述压力表(11)与所述隔离调节阀(8)联锁控制；关闭所述隔离调节阀(8)，从所述真空罐(9)中抽出所述活塞(12)，通过所述压力表(11)的信号调节所述隔离调节阀(8)的脉冲开启次数，精确控制所述不凝性气体(4)进入所述真空罐(9)的量，从而调节所述气态冷凝段(3)进入所述上层冷空间(6)的长度，实现调节所述重力式热管(1)的传热系数的功能。

10.如权利要求9所述的一种可控制传热系数的热管装置，其特征是：还包括与所述连接管路(7)相连的集管(14)，所述集管(14)能够与若干根所述重力式热管(1)的顶端连通，实现一套所述真空罐(9)开启和调节所有所述重力式热管(1)的功能。

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