CN205066525U - 一种热管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种热管，包括气液分离装置、设置在气液分离装置上部的冷凝段、蒸发段、用于连通气液分离装置与蒸发段的绝热段；气液分离装置与蒸发段之间还增设有一液体回流管，该液体回流管的下端管口位置处于蒸发段内工作液体的液面之下；绝热段的下端管口连通蒸发段的顶部，上端管口连通气液分离装置的底部，并且上端管口的位置高于气液分离装置内的工作液体的液面。本热管冷凝液无需经过绝热段而是直接通过液体回流管回到蒸发段，因此可应用于大热量、气液流动互不干扰、远距离的热量传输。
Description
技术领域
本实用新型涉及传热领域，尤其涉及一种热管。
背景技术
在世界范围内，从空间到地面，从军工到民用，在航天、航空、电子、电机、核工业、热工、建筑、医疗、温度调节、余热回收以及太阳能与地热利用等方面已有数以万计的热管正在运行中。由于热管不需要外界供给任何外力在很小的温差条件下就能迅速传递大量的热能而成为所谓热的导体。因此，在能源问题已成为国际问题的今天，作为高效的传热元件，热管在民用产品应用方面的广泛研究对于建设节约型社会，实现可持续发展战略具有重大的意义。
热管依靠其内部流动的工质发生气液相变时吸收或释放潜热来实现能量的转移，具有高效的导热性、高度的等温性、热通量可变性、热流方向可逆等优点。较常规换热设备更安全、可靠，可长期连续运行，大大增强了设备运行的可靠性，已成为解决高热通量电子器件冷却的重要技术手段。按照工作液体的回流方式可分为芯热管、重力热管、重力辅助热管、旋转热管等。尽管热管的结构形式多种多样，但在某些使用环境下，还是有许多弊端。如在热管的正常工作中，毛细吸液芯热管由于受到毛细压差的限制而不能进行远距离、较大功率的传热；由于常见的重力热管为一根直管，使得气体与冷凝液在同一根热管中流动且流动方式为逆流，从而影响重力热管的大热量、远距离的热量传输等。因此，并不是所有的现有热管结构都可以满足工业的需求。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种热管，具有可实现远距离传热、热传输量大、传热面积大、气液流动互不干扰等优点，能够满足绝大多数热管所应用的场合。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种热管，包括气液分离装置2、设置在气液分离装置2上部的冷凝段1、蒸发段5、用于连通气液分离装置2与蒸发段5的绝热段3；所述气液分离装置2与蒸发段5之间还增设有一液体回流管4，该液体回流管4的下端管口位置处于蒸发段5内工作液体6的液面之下。
所述绝热段3的下端管口连通蒸发段5的顶部，上端管口连通气液分离装置2的底部，并且上端管口的位置高于气液分离装置2内的工作液体的液面。
所述蒸发段5是由相互连通的两条水平管道与多条竖直管道共同组成，而且水平管道的管径大于竖直管道的管径。
所述绝热段3为直管，其管径与蒸发段5的竖直管道的管径相同。
所述气液分离装置2为一根水平管道，其管径与蒸发段5的水平管道的管径相同。
所述冷凝段1由多条密封管构成，其管径与绝热段3以及蒸发段5竖直管道的管径相同。
工作液体在上述热管中循环的方法如下：当热管的蒸发段5受热时，管内的工作液体蒸发汽化，蒸汽在压差的作用下流经绝热段3流向冷凝段1，在冷凝段1释放热量凝结成液体，液体依靠自身的重力作用流经液体回流管4返回到蒸发段5，再继续蒸发、冷凝，如此实现工作液体6在管内的循环。
热量由蒸发段5传至冷凝段1的热量转移过程中，包含：
(1)热量从热源通过蒸发段5的管壁传递到液-汽分界面；
(2)液体在蒸发段5内的液-汽分界面上蒸发；
(3)蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段5流到冷凝段1；
(4)蒸汽在冷凝段1内的汽-液分界面上凝结；
(5)热量从汽-液分界面通过液体和冷凝段1的管壁传递给冷源；
(6)冷凝后的工作液体在自身重力的作用下通过液体回流管4流回蒸发段5。
本实用新型相对于现有技术，至少具有如下的优点及效果：
本实用新型通过在气液分离装置2与蒸发段5之间增设一液体回流管4，该液体回流管4的下端管口位置处于蒸发段5内工作液体6的液面之下，使得气液分开流动，即冷凝液无需经过绝热段而是直接通过液体回流管回到蒸发段，因此本实用新型的热管可应用于大热量、气液流动互不干扰、远距离的热量传输。
本实用新型绝热段3的下端管口连通蒸发段5的顶部，上端管口连通气液分离装置2的底部，并且上端管口的位置高于气液分离装置2内的工作液体的液面，因此气液分离装置可以保证冷凝液在回流时不经过绝热段。
本实用新型热管的一个绝热段可连接多个蒸发段与冷凝段，从而可以增大热管的传热面积。
本实用新型所热管结构简单、制造方便、造价低廉、工作可靠，可在各行各业的热能综合利用和余热回收技术中，发挥巨大的优越性。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。
如图1所示。本实用新型热管，包括气液分离装置2、设置在气液分离装置2上部的冷凝段1、蒸发段5、用于连通气液分离装置2与蒸发段5的绝热段3；所述气液分离装置2与蒸发段5之间还增设有一液体回流管4，该液体回流管4的下端管口位置处于蒸发段5内工作液体6的液面之下，使得冷凝液的回流无需经过绝热段3，直接通过液体回流管4即可回到蒸发段5，因此可应用于大热量、远距离的热量传输；该液体回流管4的长度根据实际需要来确定。
气液分离装置2的作用是防止冷凝液流回蒸发段时经过绝热段3，从而可实现气液流动的互不干扰。
所述绝热段3的下端管口连通蒸发段5的顶部，上端管口连通气液分离装置2的底部，并且上端管口的位置高于气液分离装置2内的工作液体的液面。
所述蒸发段5是由相互连通的两条水平管道与多条竖直管道共同组成，而且水平管道的管径大于竖直管道的管径。
所述绝热段3为直管，其管径与蒸发段5的竖直管道的管径相同。在实际应用中绝热段3可采用软管、无缝钢管或不锈钢波纹管等。
所述气液分离装置2为一根水平管道，其管径与蒸发段5的水平管道的管径相同，长度根据冷凝段1的结构尺寸来确定。
所述冷凝段1由多条密封管构成，其管径与绝热段3以及蒸发段5竖直管道的管径相同，在实际应用中可以在这些密封管的外表面加工一些肋片以加快散热。
蒸发段5与冷凝段1的热管可做成粗糙表面，用来强化蒸发段和冷凝段的传热。
若液体回流管4直接与蒸发段5的下端水平管道相通，那么在加热蒸发段5工质时，液体回流管4同样也会被加热，因而会使得回流液产生蒸发现象。但是本实用新型中的液体回流管4部分管长是直接插入到蒸发段5，即液体回流管4的下端管口位置处于蒸发段5内工作液体6的液面之下，从而避免了上述蒸发现象。由于冷凝后的工作液体6从冷凝段1返回到蒸发段5不是靠吸液芯所产生的毛细力，而是依靠工作液体6自身的重力，因此本实用新型热管的工作具有一定的方向性，即蒸发段5必须置于冷凝段1的下方，这样才能使得工作液体6依靠自身的重力返回到蒸发段5。
该发明的热管，可将管内抽真空后充入一定量的工作液体，可在工作液体中加入一定剂量的缓蚀剂(又称钝化剂，属于这类的钝化剂有铬酸盐、重铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、苯甲酸盐、肉桂酸盐等)以减缓不凝性气体的产生，之后再对热管进行密封。
工作液体在上述热管中循环的方法如下：当热管的蒸发段5受热时，管内的工作液体蒸发汽化，蒸汽在压差的作用下流经绝热段3流向冷凝段1，在冷凝段1释放热量凝结成液体，液体依靠自身的重力作用流经液体回流管4返回到蒸发段5，再继续蒸发、冷凝，如此实现工作液体6在管内的循环。
热量由蒸发段5传至冷凝段1的热量转移过程中，包含：
(1)热量从热源通过蒸发段5的管壁传递到液-汽分界面；
(2)液体在蒸发段5内的液-汽分界面上蒸发；
(3)蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段5流到冷凝段1；
(4)蒸汽在冷凝段1内的汽-液分界面上凝结；
(5)热量从汽-液分界面通过液体和冷凝段1的管壁传递给冷源；
(6)冷凝后的工作液体在自身重力的作用下通过液体回流管4流回蒸发段5。
以下通过几个实施例对本实用新型热管作进一步说明
实施例1
热管的蒸发段5、液体回流管4、绝热段3、气液分离装置2与冷凝段1的材料均采用不锈钢0Cr18Ni9，工作液体选择蒸馏水，充液率为0.3。蒸发段5与冷凝段1的竖直管道均由三根不锈钢钢管构成，气液分离装置2和冷凝段6的上、下水平管道所采用的不锈钢钢管规格为φ21mm×2mm，液体回流管4采用的不锈钢钢管规格为φ10mm×1mm，其余各管均采用规格为φ17mm×1mm的不锈钢钢管。其中，热管各段长度分为l1＝500mm，l2＝800mm，l3＝10mm，l4＝400mm，l5＝100mm，l6＝200mm，液体回流管4的长度可取1500mm。为测试该热管的传热性能，搭建了实验测试系统。测试系统包括：热管、加热系统、温度控制系统、冷却系统以及过程测温系统等。利用绝热电加热带对蒸发段5进行加热，加热功率通过可控硅来调节，冷凝段利用25℃的自来水进行冷却，整个热管外部包有保温棉以减少热量损失。待2h后系统稳定，记录所采集的实验数据。经计算，蒸汽对回流液的最大阻力值为1751.6Pa，该热管的最大传热量为3.95kW，该值比同等条件下的普通热管的最大传热量高出3.2倍。
实施例2
热管的蒸发段5、液体回流管4、绝热段3、气液分离装置2与冷凝段1的材料均采用不锈钢0Cr18Ni9，工作液体选择乙醇，充液率为0.3。蒸发段5与冷凝段1的竖直管道均由三根不锈钢管构成，气液分离装置2和冷凝段6的上、下水平管道所采用的不锈钢钢管规格为φ21mm×2mm，液体回流管4采用的不锈钢钢管规格为φ13mm×1mm，其余各管均采用规格为φ17mm×1mm的不锈钢钢管。其中，热管各段长度为l1＝500mm，l2＝800mm，l3＝10mm，l4＝400mm，l5＝100mm，l6＝200mm，液体回流管4的长度可取1500mm。为测试该热管的传热性能，搭建了实验测试系统。测试系统包括：热管、加热系统、温度控制系统、冷却系统以及过程测温系统等。利用绝热电加热带对蒸发段5进行加热，加热功率通过可控硅来调节，冷凝段利用25℃的自来水进行冷却，整个热管外部包有保温棉以减少热量损失。待系统稳定后，记录所采集的实验数据。经计算，蒸汽对回流液的最大阻力值为737Pa，该热管的最大传热量为2.1kW，该值比同等条件下的普通热管的最大传热量高出3.3倍。
实施例3
热管的蒸发段6、绝热段3、液体回流管4、气液分离装置2与冷凝段1的材料均采用黄铜H68，工作液体选择蒸馏水，充液率为0.3。蒸发段5与冷凝段1的竖直管道均由三根不锈钢管构成，其气液分离装置2和冷凝段6的上、下水平管道所采用的不锈钢钢管规格为φ25mm×2mm，液体回流管4采用的不锈钢钢管规格为φ15mm×1mm，其余各管均采用规格为φ20mm×1.5mm的不锈钢钢管。其中，热管各段的长度分别为l1＝500mm，l2＝800mm，l3＝10mm，l4＝400mm，l5＝100mm，l6＝200mm，液体回流管4的长度可取1500mm。为测试该热管的传热性能，搭建了实验测试系统。测试系统包括：热管、加热系统、温度控制系统、冷却系统以及过程测温系统等。利用绝热电加热带对蒸发段5进行加热，加热功率通过可控硅来调节，冷凝段利用25℃的自来水进行冷却，整个热管外部包有保温棉以减少热量损失。待系统稳定后，记录所采集的实验数据。经计算，蒸汽对回流液的最大阻力值为1030.4Pa，该热管的最大传热量为4.14kW，该值比同等条件下得普通热管的最大传热量高出3.5倍。
如上所述，便可较好地实现本实用新型。
本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种热管，包括气液分离装置(2)、设置在气液分离装置(2)上部的冷凝段(1)、蒸发段(5)、用于连通气液分离装置(2)与蒸发段(5)的绝热段(3)；其特征在于：所述气液分离装置(2)与蒸发段(5)之间还增设有一液体回流管(4)，该液体回流管(4)的下端管口位置处于蒸发段(5)内工作液体(6)的液面之下。
2.根据权利要求1所述的热管，其特征在于：所述绝热段(3)的下端管口连通蒸发段(5)的顶部，上端管口连通气液分离装置(2)的底部，并且上端管口的位置高于气液分离装置(2)内的工作液体的液面。
3.根据权利要求2所述的热管，其特征在于：所述蒸发段(5)是由相互连通的两条水平管道与多条竖直管道共同组成，而且水平管道的管径大于竖直管道的管径。
4.根据权利要求2所述的热管，其特征在于：所述绝热段(3)为直管，其管径与蒸发段(5)的竖直管道的管径相同。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热管，其特征在于：所述气液分离装置(2)为一根水平管道，其管径与蒸发段(5)的水平管道的管径相同。
6.根据权利要求5所述的热管，其特征在于：所述冷凝段(1)由多条密封管构成，其管径与绝热段(3)以及蒸发段(5)竖直管道的管径相同。
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| CN107557153A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-01-09 | 太湖县纯野生态茶油有限责任公司 | 自动换热式茶籽油辅助脱色装置 |
| CN109668461A (zh) * | 2018-02-13 | 2019-04-23 | 山东大学 | 一种重力热管 |
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