CN114857394A - 精准控制管道设备系统内温度的传热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种精准控制管道设备系统内温度的传热装置，包括：热管，所述热管贴附于所述管道设备系统上，所述热管内填充有热管工作物质，所述热管工作物质由于重力作用流向所述热管的最低点；热源输送管道，布置于所述热管的最低点，所述热源输送管道内填充有热源介质；其中，所述热源介质通过所述热源输送管道的管壁和热管的管壁把热量传送给热管工作物质，所述热管工作物质在最低点吸热后蒸发，进而向上流动到所述热管的最高端，所述热管的最高端与所述需要精准控温的管道设备系统间壁换热来实现控温；满足了不同使用环境、不同管道系统或设备系统的绝热系统内介质精准控温的需求节能、安全、维护成本低。

Description

精准控制管道设备系统内温度的传热装置

技术领域

本发明涉及传热温控技术领域，尤其涉及一种精准控制管道设备系统内温度的传热装置。

背景技术

石油、化工装置中的管道系统(例如管道、阀门、支架、仪表、三通、大小头等等)和设备系统(例如机泵、储罐等)，常常用外部加热的方法来维持其内部介质的温度在T1到T2的一个较小的范围内(T1-T2在5-35℃范围内)，以保证温度不低于T1而导致介质凝固，同时保证温度不高于T2而导致介质发生化学反应或者粘度过高或者其它不利于正常生产的因素。

为了达到上述目的，目前一般采用绝缘电阻丝对管道系统和/或设备系统进行外加热，通过控制电阻丝的启、停、电流大小来实现精准控温，虽然这种工艺控温效果很好，但同时具有如下缺点：电阻丝的老化不可避免，突然损坏断电致使控温失效，威胁生产安全；电阻丝漏点会点燃易燃易爆介质，即使有防爆措施，也存在老化风险，造成着火和爆炸，对装置运行造成威胁；且设计安装复杂。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种精准控制管道设备系统内温度的传热装置，以满足不同使用环境、不同管道系统或设备系统的绝热系统内介质精准控温的需求；同时解决了电阻丝控温时不稳定、安全风险大、能耗高、重复利用率低、现场拆卸困难、施工劳动强度大、维护成本高等问题。

为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种传热装置，用于调控需要精准控温的管道设备系统内的温度，包括：

热管，所述热管最高端部分贴附于所述管道设备系统上，所述热管内填充有热管工作物质，所述热管工作物质由于重力作用流向所述热管的最低点；

热源输送管道，布置于所述热管的最低点，所述热源输送管道内填充有热源介质；

其中，所述热源介质通过所述热源输送管道的管壁和热管的管壁把热量传送给热管工作物质，所述热管工作物质在最低点吸热后蒸发，进而向上流动到所述热管的最高端，所述热管的最高端与所述需要精准控温的管道设备系统间壁换热来实现控温。

在其中一些实施例中，所述热管工作物质的蒸汽在所述热管的最高端内壁上冷凝，所述冷凝为相变供热工程，提供恒定温度段的热源给所述需要精准控温的管道设备系统。

在其中一些实施例中，所述需要精准控温的管道设备系统、热管、热源输送管道外均添加保温材料。

在其中一些实施例中，所述需要精准控温的管道设备系统和所述热管之间，以及所述热管和所述热源输送管道之间均添加可变形柔性传热物质。

在其中一些实施例中，所述可变形柔性传热物质为胶泥状或其他形状。

在其中一些实施例中，所述传热装置进一步还包括热源输送管道固定装置，所述热源输送管道固定装置固定在所述热管的最下部，所述热源输送管道通过所述热源输送管道固定装置安装在所述热管的最下部。

在其中一些实施例中，所述热源输送管道固定装置为爪子式结构，固定在所述热管的最下部，所述热源输送管道推入爪子结构中，所述爪子结构锁紧所述热源输送管道；或所述热源输送管道固定装置为钩子结构。

在其中一些实施例中，所述传热装置进一步还包括热管悬挂带，所述热管悬挂带一端固定在所述热管上，另一端与配对的热管悬挂带在安装时固定在一起。

在其中一些实施例中，所述热管设置两组，采用热管固定带在下部把两组热管固定在一起，所述热管固定带的长度可调节。

一种采用如上所述的传热装置对需要精准控温的管道设备系统内的温度进行调控的方法，包括如下步骤：

首先，通过固定在热管上的热源输送管道固定装置将热源输送管道固定在热管下部，所述热源输送管道和热管接触部位填充可变形柔性传热物质，将两根热管通过热管悬挂带预固定在需要精准控温的管道设备系统上；

热管随形贴附在需要精准控温的管道设备系统表面，在所述热管和管道设备系统之间添加可变形柔性传热物质，然后通过所述热管固定带在下部将两组热管固定在一起，最后再将热管悬挂带锁紧后固定；

热管内填充有热管工作物质，热管工作物质由重力作用流向热管的最低点，且热源介质通过所述热源输送管道的管壁、热管的管壁，以及所述热源输送管道和热管之间的可变形柔性传热物质把热量传送给热管工作物质，液态的热管工作物质吸热后蒸发，蒸发后的热管工作物质的蒸汽向上流动到热管的最高端，需要精准控温的管道设备系统与热管的最高端间隔＝壁换热，热管工作物质的蒸汽在热管的最高端内壁上冷凝，由于冷凝为相变供热工程，提供恒定温度段的热源给需要精准控温的管道设备系统，使得管道设备系统内的温度被控制在某一温度段内；冷凝后的热管工作物质的蒸汽变成液体后，循环以上过程。

与现有技术相比，本发明具有的优点和有益效果如下：

1、本发明提供的精准控制管道设备系统内温度的传热装置中热源输送管道安装在热管的最低点，与需要精准控温的管道设备系统的传热发生在热管的最高端，这样热管工作物质蒸汽借助密度相对较小向上运动、凝液借助重力向下流动在技术上最可靠。

2、本发明提供的精准控制管道设备系统内温度的传热装置中保温材料可以有效的隔热，保证热源输送管道从热源介质传递出来的热量绝大部分(75％-98％)传递给热管，尽量少传递给需要精准控温的管道设备系统，需要精准控温的管道设备系统吸收的热量绝大部分(85％-98％)来源于热管的恒温段冷凝热，以便保证精准控温热源介质的热量尽量少散失到环境中，提升了热量利用率和节能水平。

3、本发明提供的精准控制管道设备系统内温度的传热装置调整热管工作物质的组成、热管的结构、热管与需要精准控温系统之间的换热面积、热源输送管道与热管之间的换热面积和换热系数，可以获得任意需要的温度控制区间，满足不同介质对于控制温度的要求，应用十分广泛。

4、本发明提供的精准控制管道设备系统内温度的传热装置可以提前在工厂预制，节约现场安装时间，工期有保障。

5、本发明提供的精准控制管道设备系统内温度的传热装置无任何电力设施，无安全风险。

6、本发明提供的精准控制管道设备系统内温度的传热装置为金属结构，使用寿命长，停运风险低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例所示的精准控制管道设备系统内温度的传热装置的结构示意图；

图2为本发明另一实施例所示的精准控制管道设备系统内温度的传热装置的结构示意图；

图3为本发明另一实施例所示的精准控制管道设备系统内温度的传热装置的结构示意图；

图4为本发明另一实施例所示的精准控制管道设备系统内温度的传热装置的结构示意图；

其中：

1-热管；

11-第一热管；

12-第二热管；

2-管道设备系统；

3-热管工作物质；

4-热源输送管道；

5-热源介质；

6-保温材料；

7-可变形柔性传热物质；

8-热源输送管道固定装置；

9-热管悬挂带；

10-热管固定带。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

在说明书及后续的权利要求书中使用了某些词汇来指称特定组件或部件，本领域普通技术的员应可理解，技术使用者或制造商可以不同的名词或术语来称呼同一个组件或部件。本说明书及后续的权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件或部件的方式，而是以组件或部件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求项中所提及的“包括”和“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“连接”一词在此包含任何直接及间接的电性连接手段。间接的电性连接手段包括通过其它装置进行连接。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”以及“约”、或“大约”、“实质上”、“左右”等指示的方位或位置关系或参数等均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述内容，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、特定的尺寸或以特定的方位构造和操作，因此也不能理解为对本发明的限制。

本实施例提供了一种传热装置，用于调控需要精准控温的管道设备系统2内的温度，包括：热管1，所述热管1贴附于所述管道设备系统2上，所述热管1内填充有热管工作物质3，所述热管工作物质3由于重力作用流向所述热管1的最低点；热源输送管道4，布置于所述热管1的最低点，所述热源输送管道4内填充有热源介质5，如水蒸汽、热水、热油、熔盐等等所有能够对外供热的介质，在热源输送管道4中流动，为热管1提供热量。其中，所述热源介质5通过所述热源输送管道4的管壁和热管1的管壁把热量传送给热管工作物质3，所述热管工作物质3在最低点吸热后蒸发，进而向上流动到所述热管1的最高端，所述热管1的最高端与所述需要精准控温的管道设备系统2间壁换热来实现控温。其中，所述热管工作物质3的蒸汽在所述热管1的最高端内壁上冷凝，所述冷凝为相变供热工程，提供恒定温度段的热源给所述需要精准控温的管道设备系统2，热管工作物质3被热源输送管道4内的热源介质5加热后，给需要精准控温的管道设备系统2内的介质加热。

在本发明一些实施例中，所述需要精准控温的管道设备系统2、热管1、热源输送管道4外均添加保温材料6。采用保温材料保温效果良好，从热源介质5传递出来的热量绝大部分(75％-98％)传递给热管1，尽量少传递给需要精准控温的管道设备系统2，同时，需要精准控温的管道设备系统2吸收的热量绝大部分(85％-98％)来源于热管1的恒温段冷凝热，以便保证精准控温，且热源介质5的热量尽量少散失到环境中，提升热量利用率和节能水平。

本发明一些实施例中，热管1有两组，分别为第一热管11和第二热管12，所述需要精准控温的管道设备系统2和所述热管1之间，以及所述热管1和所述热源输送管道4之间均添加可变形柔性传热物质7，热管1内充填有热管工作物质3，热管工作物质3由于重力作用流向热管1的最低点，热源输送管道4也布置在热管1的最低点，且热源介质5通过热源输送管道4的管壁、热管1的管壁、以上两个管壁之间的3mm以下的可变形柔性传热物质7把热量传送给热管工作物质3，液态的热管工作物质3吸热后蒸发，蒸发后的热管工作物质3的蒸汽向上流动到热管1的最高端，需要精准控温的管道设备系统2与热管1的最高端间壁换热，热管工作物质3的蒸汽在热管1的最高端内壁上冷凝，由于冷凝为相变供热工程，可以提供恒定温度段的热源给需要精准控温的管道设备系统2，使得管道设备系统2内的温度被控制在某一温度段内。调整热管工作物质3的组成、热管1的结构、热管1与需要精准控温系统2之间的换热面积、热源输送管道4与热管1之间的换热面积和换热系数，可以获得任意需要的温度控制区间。冷凝后的热管工作物质3的蒸汽变成液体后，循环以上过程。

具体的，本实施例中所述可变形柔性传热物质7为胶泥状或其他形状，设置在所述热管1和需要精准控温的管道设备系统2之间及热管1和热源输送管道4之间，使得热管1和需要精准控温的管道设备系统2之间、热管1和热源输送管道4之间的空气被可变形柔性传热物质7挤出替代，以便各个传热部件之间贴附更加紧密，同时起到导热作用。

本实施例中所述传热装置进一步还包括热源输送管道固定装置8，所述热源输送管道固定装置8固定在所述热管1的最下部，所述热源输送管道4通过所述热源输送管道固定装置8安装在所述热管1的最下部。其中，所述热源输送管道固定装置8为爪子式结构，固定在所述热管1的最下部，所述热源输送管道4推入爪子结构中，所述爪子结构锁紧所述热源输送管道4，爪子结构牢牢抱住热源输送管道4，锁紧后将热源输送管道4固定在热管1的最下部，如图1所示，左侧为伴热源输送管道4安装到热管1上，还没有锁紧，右侧为锁紧后；或如图2所示，热源输送管道4通过热源输送管道固定装置8安装在热管1的下部，热源输送管道4和热源输送管道固定装置8之间充填可变形柔性传热物质7，热源输送管道固定装置8为钩子形状，热源输送管道4推入热源输送管道固定装置8中后，钩子锁紧固定。

本实施例中所述传热装置进一步还包括热管悬挂带9，所述热管悬挂带9一端固定在所述热管1上，另一端与配对的热管悬挂带9在安装时固定在一起。每个热管1上配一组热管悬挂带9，其一端固定在热管1上，另一端与配对的热管悬挂带9在安装时固定在一起。

本实施例中所述热管1设置两组，采用热管固定带10在下部把两组热管1固定在一起，所述热管固定带10的长度可调节。

本发明另一实施例提供了一种采用如上所述传热装置对需要精准控温的管道设备系统2内的温度进行调控的方法，其特征在于：包括如下步骤：

首先，通过固定在热管1上的热源输送管道固定装置8将热源输送管道4固定在热管1下部，所述热源输送管道4和热管1接触部位填充可变形柔性传热物质7，将两根热管1通过热管悬挂带9预固定在需要精准控温的管道设备系统2上；

热管1随形贴附在需要精准控温的管道设备系统2表面，在所述热管1和管道设备系统2之间添加可变形柔性传热物质7，然后通过所述热管固定带10在下部将两组热管11和12固定在一起，最后再将热管悬挂带9锁紧后固定；安装后的热管1和管道设备系统2之间的空气被可变形柔性传热物质7挤出，保证热管1和管道设备系统2之间贴附的更紧密。

热管1内填充有热管工作物质3，热管工作物质3由重力作用流向热管11和12的最低点，且热源介质5通过所述热源输送管道4的管壁、热管1的管壁，以及所述热源输送管道4和热管1之间的可变形柔性传热物质7把热量传送给热管工作物质3，液态的热管工作物质3吸热后蒸发，蒸发后的热管工作物质3的蒸汽向上流动到热管1的最高端，需要精准控温的管道设备系统2与热管1的最高端间壁换热，热管工作物质3的蒸汽在热管1的最高端内壁上冷凝，由于冷凝为相变供热工程，提供恒定温度段的热源给需要精准控温的管道设备系统2，使得管道设备系统2内的温度被控制在某一温度段内；冷凝后的热管工作物质3的蒸汽变成液体后，循环以上过程。

本实施例中通过调整热管工作物质3的组成、热管1的结构、热管1与需要精准控温系统2之间的换热面积、热源输送管道4与热管1之间的换热面积和换热系数，可以获得任意需要的温度控制区间。冷凝后的热管工作物质3的蒸汽变成液体后，循环以上过程。

在需要精准控温的管道设备系统2、热源输送管道4及热管1外面均添加保温效果良好的保温材料6，从热源介质5传递出来的热量绝大部分(75％-98％)传递给热管1，尽量少传递给需要精准控温的管道设备系统2同时，需要精准控温的管道设备系统2吸收的热量绝大部分(85％-98％)来源于热管1的恒温段冷凝热，以便保证精准控温，且热源介质5的热量尽量少散失到环境中，提升热量利用率和节能水平。

图3和4为本发明另外实施例所示的精准控制管道设备系统内温度的传热装置的结构示意图，其他和此类结构及特点类似结构也包含在本专利保护范围中。

本发明实施例中热源输送管道4材质可以为不锈钢，碳钢等其他可用于管道伴热的金属或者非金属；热管材质为可作为热容器的金属或者非金属；热管中的传热介质可以为气体，液体等介质；保温材料可以为硬质材料也可以为软质材料。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (11)

1.一种传热装置，用于调控需要精准控温的管道设备系统内的温度，其特征在于：包括：

热管，所述热管贴附于所述管道设备系统上，所述热管内填充有热管工作物质，所述热管工作物质由于重力作用流向所述热管的最低点；

热源输送管道，布置于所述热管的最低点，所述热源输送管道内填充有热源介质；

其中，所述热源介质通过所述热源输送管道的管壁和热管的管壁把热量传送给热管工作物质，所述热管工作物质在最低点吸热后蒸发，进而向上流动到所述热管的最高端，所述热管的最高端与所述需要精准控温的管道设备系统间壁换热来实现控温。

2.根据权利要求1所述的传热装置，其特征在于：所述热管工作物质的蒸汽在所述热管的最高端内壁上冷凝，所述冷凝为相变供热工程，提供恒定温度段的热源给所述需要精准控温的管道设备系统。

3.根据权利要求1或2所述的传热装置，其特征在于：所述需要精准控温的管道设备系统、热管、热源输送管道外均添加保温材料。

4.根据权利要求3所述的传热装置，其特征在于：所述需要精准控温的管道设备系统和所述热管之间，以及所述热管和所述热源输送管道之间均添加可变形柔性传热物质。

5.根据权利要求4所述的传热装置，其特征在于：所述可变形柔性传热物质为胶泥状或其他形状。

6.根据权利要求1所述的传热装置，其特征在于：所述传热装置进一步还包括热源输送管道固定装置，所述热源输送管道固定装置固定在所述热管的最下部，所述热源输送管道通过所述热源输送管道固定装置安装在所述热管的最下部。

7.根据权利要求6所述的传热装置，其特征在于：所述热源输送管道固定装置为爪子式结构，固定在所述热管的最下部，所述热源输送管道推入爪子结构中，所述爪子结构锁紧所述热源输送管道；或所述热源输送管道固定装置为钩子结构。

8.根据权利要求1所述的传热装置，其特征在于：所述传热装置进一步还包括热管悬挂带，所述热管悬挂带一端固定在所述热管上，另一端与配对的热管悬挂带在安装时固定在一起。

9.根据权利要求1所述的传热装置，其特征在于：所述热管设置两组，采用热管固定带在下部把两组热管固定在一起，所述热管固定带的长度可调节。

10.一种采用如权利要求1-9任一项所述的传热装置对需要精准控温的管道设备系统内的温度进行调控的方法，其特征在于：包括如下步骤：

首先，通过固定在热管上的热源输送管道固定装置将热源输送管道固定在热管下部，所述热源输送管道和热管接触部位填充可变形柔性传热物质，将两根热管通过热管悬挂带预固定在需要精准控温的管道设备系统上；

热管随形贴附在需要精准控温的管道设备系统表面，在所述热管和管道设备系统之间添加可变形柔性传热物质，然后通过所述热管固定带在下部将两组热管固定在一起，最后再将热管悬挂带锁紧后固定；

热管内填充有热管工作物质，热管工作物质由重力作用流向热管的最低点，且热源介质通过所述热源输送管道的管壁、热管的管壁，以及所述热源输送管道和热管之间的可变形柔性传热物质把热量传送给热管工作物质，进而传给热管，热管的最高端与需要精准控温的管道设备系统实现间壁换热来进行控温。

11.根据权利要求10所述的采用传热装置对需要精准控温的管道设备系统内的温度进行调控的方法，其特征在于：包括如下步骤：

热管和需要精准控温的管道设备系统实现换热的具体过程如下：液态的热管工作物质吸热后蒸发，蒸发后的热管工作物质的蒸汽向上流动到热管的最高端，需要精准控温的管道设备系统与热管的最高端间壁换热，热管工作物质的蒸汽在热管的最高端内壁上冷凝，由于冷凝为相变供热工程，提供恒定温度段的热源给需要精准控温的管道设备系统，使得管道设备系统内的温度被控制在某一温度段内，冷凝后的热管工作物质的蒸汽变成液体后，循环以上过程。

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