CN1811326A - 热媒相变的循环传热方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热媒相变的循环传热方法，(1)将液相热媒置于相通的存液管和蒸发管内；(2)加热蒸发管内的液相热媒，致使液相热媒的温度等于或大于汽化温度，蒸发管内的液相热媒相变成气相热媒而向上蒸发，存液管内的液相热媒与蒸发管内的液相热媒存在相变温度差；(3)存液管内的液相热媒进入蒸发管内以补充蒸发的液相热媒量；(4)相变成蒸汽的气相热媒进入换热器的冷凝管，放热冷凝相变成的液相热媒在其重力作用下自动流入下部的存液管内，该向下流动的液相热媒产生的势能作为热媒的循环动力，使热媒在集热管、冷凝管和蒸发管之间进行相变循环传热。本发明具有无外加动力实现大流量、远距离传热，传热系统简单，成本低，热效率稳定的特点。
Description
技术领域
本发明涉及到一种热能的传输技术，特别是涉及通过热媒的相变将热能循环传输的方法及其装置。
背景技术
众所周知，在热能供给系统中，需要如容积式水加热器、快速水加热器、燃气加热器、电水加热器以及太阳能水加热器等加热设备对液体进行加热。上述的加热设备都是利用水受热后的密度变化实现对流换热，而这种对流换热存在着热交换对流速度低、循环速度慢等缺陷。因此当用于大流量供热时，就必须通过增加换热面积来达到使用要求，这势必要求一个庞大的加热设备。再则上述加热设备以及换热方法是直接对液体加热并对液体进行传输，由于液体的流动阻力大，循环速度慢，当需要远距离传输热能时，必需增设外部动力，通过外部动力来实现热能的强制循环，但随之需配套一系列的控制系统，这样既增加了热能供给系统的复杂性，同时也增加了制造成本和使用成本，给热能供给系统的维护带来不便，降低了供热系统的可靠性。此外，供热系统中的热能传输都是以液相流体作为传热媒介进行输送和循环，由于液体的流动阻力大，因此在传热系统的布置过程中，通过减少弯管来降低液体的流动阻力和损失，施工操作受到较大的制约，增加了施工的复杂性。再则，是对管内的液体加热、传输以及使用，不是作为循环的热媒，当直接加热水时，因各地区的水质不同，会随着水温的升高，使水中的钙、镁、盐类溶解度降低，易形成水垢而沉积在输送管上，降低热能的导热系数和传输能力，影响传热效率，同时也加速了输送管道的腐蚀，缩短使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种无外加动力实现大流量、远距离传热，传热系统简单，成本低，热效率稳定的热媒相变的循环传热方法及其装置。
本发明为达到上述目的的技术方案是：一种热媒相变的循环传热方法，其特征在于：
(1)、将液相热媒置于相通的存液管和蒸发管内；
(2)、加热蒸发管内的液相热媒，致使液相热媒的温度等于或大于汽化温度，蒸发管内的液相热媒相变成气相热媒而向上蒸发，使存液管内的液相热媒与蒸发管内的液相热媒存在相变温度差；
(3)、存液管内的液相热媒进入蒸发管内以补充蒸发的液相热媒量；
(4)、相变成蒸汽的气相热媒进入换热器的冷凝管，放热冷凝相变成液相热媒在其重力作用下自动流入下部的存液管内，冷凝管内向下流动的液相热媒产生的势能作为热媒的循环动力，使热媒在集热管、冷凝管和蒸发管之间进行相变循环传热。
本发明的热媒相变的循环传热装置，包括集热器和换热器，其特征在于：所述的集热器由蒸发管和存液管构成，该存液管与蒸发管相通，冷凝管位于蒸发管的上部，蒸发管上部的出口通过管路接入换热器的冷凝管内，换热器的冷凝管的出口通过管路与存液管的进口相连接。
本发明采用上述技术方案后的优点在于：
1、热交换速度快。本发明利用热媒在不同温度时相变而实现热能的输送，当液相热媒加热相变成气相热媒时，因气态热媒在传输过程中的阻力较小、流动快，能大幅度地提高传热速度，热媒循环速度快，所以换热效率高，因此在配套较小体积的加热设备下，可实现在大流量和需要远距离传输热能的场所。另外，也因气态热媒在传输过程中的阻力较小，能量损失小，因此在管道的布置过程中，可根据施工要求而布置，管道布置灵活、方便，提高了施工效率。
2、无外加动力实现传输循环。本发明通过冷凝管内的液相热媒在其重力作用下自动向下流动所产生的势能作为热媒的循环动力，传输热能的热媒无需外加动力就能实现循环，不仅满足了实用要求，而且简化供热系统，提高了供热系统工作的可靠性。
3、供热系统使用寿命长。本发明供热系统中的热能传输是通过传热媒介进行输送和循环，由于输送管内是热媒是循环使用，有效地减少了输送管内的水垢，热效率较为稳定，同时也减缓了输送管道的腐蚀现象，延长使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
图1是本发明的结构示意图之一。
图2是本发明的结构示意图之二。
图3是本发明的结构示意图之三。
其中：1-存液管；2-隔热层；3-热媒；4-蒸发管；5-冷凝管；6-换热器。
具体实施方式
本发明的热媒相变的循环传热方法，(1)、将液相热媒置于相通存液管和蒸发管内；(2)、加热蒸发管内的液相热媒，致使液相热媒的温度等于或大于汽化温度，蒸发管上部的液相热媒相变成气相热媒而蒸发，使存液管内的液相热媒与蒸发管内的液相热媒存在相变温度差；(3)、存液管内的液相热媒进入蒸发管内以补充蒸发的液相热媒量；相变成蒸汽的气相热媒进入换热器的冷凝管，放热冷凝相变成的液相热媒在其重力作用下自动流入下部的存液管内，冷凝管内向下流动的液相热媒所产生的势能作为热媒的循环动力，使热媒在集热管、冷凝管和蒸发管之间进行相变循环传热。
在上述的第二步中，可同时对蒸发管和存液管内的液相热媒进行加热，由于蒸发管的导热系数大于存液管的导热系数，使蒸发管内的液相热媒与存液管内的液相热媒产生温度差。
在上述的第二步中，也能单独对蒸发管内的液相热媒进行加热，使蒸发管内的液相热媒与存液管内的液相热媒产生温度差。
本发明的热媒相变的循环传热装置，包括集热器和换热器6，本发明的集热器由蒸发管4和存液管1构成，该存液管1与蒸发管4相通，冷凝管5位于蒸发管4的上部，冷凝管5内的液相热媒3在其重力作用下自然下落进入存液管1内，而自然下落的液相热媒3产生的势能作为热媒传输的循环动力，实现无外加动力而能远距离传输，蒸发管4与换热器6的冷凝管5连接相通，换热器6内的冷凝管5与存液管1连接相通，热媒在蒸发管4、冷凝器5以及存液管1内进行相变循环传热，本发明的热媒可采用水、液胺、乙二醇、甲醇或氟里昂等。
见图1所示的一种热媒相变的循环传热装置，集热器由蒸发管4和存液管1构成，存液管1置于蒸发管4内，存液管1的表面涂有隔热层2，或存液管1是由具有隔热性能的管材制成，使蒸发管4的导热系数大于存液管1的导热系数，存液管1的底部与蒸发管4相通，本发明的蒸发管4可采用导热金属管，当把蒸发管4和存液管1同时置于太阳能真空管内或其它加热装置内，同时对蒸发管4和存液管1内的液相热媒加热，由于蒸发管4的导热系数与存液管1的导热系数不同，使蒸发管4内的液相热媒3与存液管1内的液相热媒3产生一定的温度差。当蒸发管4内的液相热媒3相变成气相热媒时就会向上蒸发，送到换热器6内的冷凝管5内，冷凝管5内的气相热媒3放热与换热器6内的低温水进行换热，而再次相变成液相热媒作为循环动力进入存液管1内，补充蒸发管4蒸发损失的液量，以此进行相变循环传热。本发明由于将存液管1设置在蒸发管4内，一方面可减小加热装置的体积，另一方面由于能对存液管1内的液相热媒3进行预加热，可充分利用热量，迅速实现热能的传输循环。
见图2所示是本发明另一种结构的热媒相变的循环传热装置，集热器由蒸发管4和存液管1构成，存液管1与蒸发管4相通并呈U形，存液管1的管壁上涂有隔热层2或包裹有隔热层，因此可将蒸发管4和存液管1置于太阳能真空管内或其它加热装置中，同时对蒸发管4和存液管1内的液相热媒3加热，由于蒸发管4的导热系数大于存液管1的导热系数，使蒸发管4内的液相热媒3与存液管1内的液相热媒3产生温度差，当蒸发管4内的液相热媒3相变成气相热媒时就会向上蒸发，送到换热器6内的冷凝管5内，使冷凝管5内的气相热媒3放热与换热器6内的低温水进行换热，再次相变成液相热媒进入存液管1，不仅补充蒸发管4所蒸发损失的液量，使热媒以此进行循环传热。
见图3本发明再一种结构的热媒相变的循环传热装置，存液管1和与蒸发管4相通并呈U形，只把蒸发管4置于太阳能真空管内或其它的加热装置中，对蒸发管4内的液相热媒3加热，由于蒸发管4内的液相热媒3温度大于存液管1内的液相热媒3温度，使蒸发管4内的液相热媒3与存液管1内的液相热媒3产生温度差，当蒸发管4内的液相热媒3相变成气相热媒就会向上蒸发，送到换热器6内的冷凝管5内，使冷凝管5内的气相热媒3放热与换热器6内的水进行换热，再次相变成液相热媒进入存液管1内，补充蒸发管4所蒸发损失的液量，使热媒循环传热。
Claims (7)
1、一种热媒相变的循环传热方法，其特征在于：
(1)、将液相热媒置于相通的存液管和蒸发管内；
(2)、加热蒸发管内的液相热媒，致使液相热媒的温度等于或大于汽化温度，蒸发管内的液相热媒相变成气相热媒而向上蒸发，使存液管内的液相热媒与蒸发管内的液相热媒存在相变温度差；
(3)、存液管内的液相热媒进入蒸发管内以补充蒸发的液相热媒量；
(4)、相变成蒸汽的气相热媒进入换热器的冷凝管，放热冷凝相变成液相热媒在其重力作用下自动流入下部的存液管内，冷凝管内向下流动的液相热媒产生的势能作为热媒的循环动力，使热媒在集热管、冷凝管和蒸发管之间进行相变循环传热。
2、根据权利要求1所述的一种热媒相变的循环传热方法，其特征在于：其中在(2)中，同时加热蒸发管和存液管内的液相热媒，且蒸发管的导热系数大于存液管的导热系数，蒸发管内的液相热媒与存液管内的液相热媒产生温度差。
3、根据权利要求1所述的一种热媒相变的循环传热方法，其特征在于：其中在(2)中，单独加热蒸发管内的液相热媒，使蒸发管内的液相热媒与存液管内的液相热媒产生温度差。
4、一种热媒相变的循环传热装置，包括集热器和换热器，其特征在于：所述的集热器由蒸发管和存液管构成，该存液管与蒸发管相通，蒸发管与换热器内的冷凝管连接相通，且冷凝管位于蒸发管的上部，冷凝管与存液管连接相通。
5、根据权利要求4所述的一种热媒相变的循环传热装置，其特征在于：所述的存液管置于蒸发管内，存液管的底部与蒸发管相通，且存液管的表面涂有隔热层，或存液管自身具有隔热性能。
6、根据权利要求4所述的热媒相变的循环传热装置，其特征在于：所述的存液管和与蒸发管相通并呈U形，存液管的管壁上涂有隔热层或包裹有隔热层。
7、根据权利要求4所述的热媒相变的循环传热装置，其特征在于：所述的存液管与蒸发管相通并呈U形。
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