本發(fā)明涉及一種新型高效熱交換器重力熱管，特別涉及一種通過改變管壁結(jié)構(gòu)來減薄冷凝膜厚的重力熱管，屬于熱交換技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當(dāng)今傳熱工程面臨的兩大難題：研究高絕熱材料和高導(dǎo)熱材料。但目前已知的具有良好導(dǎo)熱性的導(dǎo)熱材料導(dǎo)熱系數(shù)只能達(dá)到10²w/m·℃的數(shù)量級，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足一些工程上快速傳熱的需要。熱管的發(fā)明就解決了這個問題，它的傳熱系數(shù)是一般金屬材料的數(shù)百倍乃至上千倍，可以將大量的熱量通過很小的截面積遠(yuǎn)距離地傳輸而無需外加動力。其中重力熱管具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等突出優(yōu)點(diǎn)。

但是，重力熱管工作時由于種種因素?fù)Q熱效率并不高，例如冷熱氣流相對運(yùn)動形成對沖，在重力熱管內(nèi)增加了一個不必要的冷熱蒸汽的混合過程，增加了冷熱氣流的運(yùn)行阻力影響傳熱。此外，由于冷凝段內(nèi)壁面換熱面積有限，尤其是工質(zhì)受熱蒸發(fā)到達(dá)冷凝段時在壁面會形成一層厚厚的液膜，加大了熱阻嚴(yán)重阻礙了換熱。因此強(qiáng)化熱管換熱的關(guān)鍵在于促進(jìn)冷凝段的內(nèi)壁換熱并減小冷凝液膜的厚度。膜狀冷凝作為冷凝過程的一種，其特點(diǎn)是冷凝液能形成液膜而完全潤濕壁面，液膜越積越厚，多余的冷凝液就沿壁流下。由于熱管內(nèi)壁上始終覆蓋著一層液膜，壁面與被冷凝蒸氣間的傳熱遇到了阻力，所以傳熱效率較低于滴狀凝結(jié)。

在已公開的專利中，“多頭螺旋槽換熱管”（zl00250108.2）屬波紋管類，已有的螺紋換熱管通過加大換熱面積和使管內(nèi)流體產(chǎn)生擾動加強(qiáng)換熱，雖然提高了換熱效率但較易結(jié)垢，而且用于強(qiáng)化傳熱的螺旋元器件由于加工效率較低或制造工藝復(fù)雜，其制造費(fèi)用相對較高?！耙环N重力熱管強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)”（cn203534295u）通過設(shè)置導(dǎo)流筒加強(qiáng)傳熱，通過在重力熱管內(nèi)腔添加導(dǎo)流筒減少重力熱管工作過程中冷熱氣流對沖問題提高傳熱效率，結(jié)構(gòu)簡單但換熱效率提高不大。且二者均不能解決由于液膜造成的換熱效率低的問題。針對液膜造成的液阻問題，現(xiàn)有的解決方案通常是利用縱槽和波紋來降低液膜的厚度。冷凝壁面通過液體表面的張力作用，使冷凝液集中在溝槽的底部從而使液膜的厚度變薄。另一種方案是變膜狀凝結(jié)為珠狀凝結(jié)，在壁面涂上疏水性的材料或是在蒸氣里加入少量的油性添加物，但是都無法長久地保持珠狀凝結(jié)。此外，“一種強(qiáng)化傳熱重力熱管”（cn104197761a）通過在重力熱管內(nèi)添加掃液裝置強(qiáng)化換熱的方法，結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)在于針對重力熱管冷凝段液膜積聚增大冷凝熱阻影響換熱的問題，通過對重力熱管的管壁添加環(huán)形元器件，使冷凝液體及時排出，從而減薄蒸汽冷凝在管壁形成的冷凝液膜厚度，從而達(dá)到加強(qiáng)重力熱管換熱的目的；同時，為了強(qiáng)化蒸發(fā)段的蒸發(fā)換熱，在蒸發(fā)段加裝了具有布液功能的環(huán)形元器件，使冷凝段流下來的液體能夠均勻地分布在熱管蒸發(fā)段的蒸發(fā)換熱面上，實現(xiàn)降膜蒸發(fā)，從而強(qiáng)化蒸發(fā)換熱過程。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種帶環(huán)形元器件的重力熱管，包括設(shè)置于重力熱管內(nèi)壁冷凝段多級環(huán)形元器件和蒸發(fā)段多級環(huán)形元器件，冷凝段多級環(huán)形元器件內(nèi)側(cè)既是液體工質(zhì)的下降通道，又是來自蒸發(fā)段工質(zhì)蒸氣的上升通道；冷凝段多級環(huán)形元器件外側(cè)與重力熱管內(nèi)腔壁密封連接，以便于冷凝液離開壁面從冷凝段多級環(huán)形元器件內(nèi)側(cè)流出，冷凝段多級環(huán)形元器件在減薄冷凝液膜增強(qiáng)冷凝換熱的同時，擴(kuò)展了冷凝換熱面積，具有雙重的傳熱強(qiáng)化效果；蒸發(fā)段多級環(huán)形元器件外側(cè)與重力熱管內(nèi)壁連接處留有布液的間隙，形成液態(tài)工質(zhì)的下降通道，以便于液膜比較均勻地分布在熱管蒸發(fā)段內(nèi)腔壁上，實現(xiàn)降膜蒸發(fā)，蒸發(fā)段多級環(huán)形元器件內(nèi)側(cè)為工質(zhì)蒸汽的上升通道，蒸發(fā)段多級環(huán)形元器件也增加了蒸發(fā)換熱面積。

所述的多級環(huán)形元器件包括冷凝段多級環(huán)形元器件和蒸發(fā)段多級環(huán)形元器件兩類。通過在管中加入冷凝段環(huán)形元器件改變冷凝壁面結(jié)構(gòu)，從而及時把液體從壁面排出，減薄液膜，強(qiáng)化冷凝換熱；通過在管中加入蒸發(fā)段環(huán)形元器件改變蒸發(fā)壁面結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)降膜蒸發(fā)，加強(qiáng)蒸發(fā)換熱。同時，環(huán)形元器件的加入也增加了冷凝段和蒸發(fā)段的換熱面積，起到了強(qiáng)化傳熱的作用。此外，重力熱管的環(huán)形元器件與管壁之間通過過盈配合固定，解決了熱管內(nèi)不容易焊接的問題，整體制作工藝簡單，加工效率較高，成本低廉。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的帶環(huán)形元器件的重力熱管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的帶環(huán)形元器件的重力熱管中所采用的蒸發(fā)段環(huán)形元器件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例的帶環(huán)形元器件的重力熱管中所采用的冷凝段環(huán)形元器件結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明。

參看圖1，并結(jié)合圖2和圖3，一種帶環(huán)形元器件的重力熱管，包括殼體1、冷凝段2、蒸發(fā)段3、保溫段7、工藝口11和安裝在蒸發(fā)段3的n個蒸發(fā)段環(huán)形元器件4和安裝在冷凝段2的n個冷凝段環(huán)形元器件8。蒸發(fā)段環(huán)形元器件根據(jù)需要設(shè)置n個，冷凝段環(huán)形元器件根據(jù)需要設(shè)置n個，n為大于等于1的整數(shù)。冷凝段環(huán)形元器件10與冷凝段2管壁通過過盈配合固定在一起。冷凝段環(huán)形元器件10內(nèi)側(cè)中心孔既是液體工質(zhì)的下降通道，又是來自蒸發(fā)段3工質(zhì)蒸氣的上升通道；蒸發(fā)段環(huán)形元器件6外側(cè)與重力熱管內(nèi)壁連接處留有布液的間隙，形成液態(tài)工質(zhì)的下降通道，以便于液膜比較均勻地分布在熱管蒸發(fā)段3內(nèi)腔壁上，蒸發(fā)段環(huán)形元器件6內(nèi)側(cè)中心孔是熱管工質(zhì)蒸汽的上升通道。每個冷凝段環(huán)形元器件10采用相同的結(jié)果尺寸，也可以采用上部一級冷凝段環(huán)形元器件10比下部一級冷凝段環(huán)形元器件9略大的中心孔尺寸，以保證冷凝液體從靠上一級環(huán)形元器件流下時不會影響靠下一級環(huán)形元器件上液膜的排出。每個蒸發(fā)段環(huán)形元器件6靠下一級環(huán)形元器件5比靠上一級環(huán)形元器件6的中心孔略小，或者在除底部一級外的上部每一級蒸發(fā)段環(huán)形元器件6上設(shè)溢出孔12，從而使上部每級蒸發(fā)段環(huán)形元器件6中的液體工質(zhì)能夠通過溢流流入下部的蒸發(fā)段環(huán)形元器件5。

液體工質(zhì)在蒸發(fā)段3蒸發(fā)，經(jīng)過保溫段到達(dá)冷凝段2凝結(jié)，通過冷凝段環(huán)形元器件10減薄液膜強(qiáng)化冷凝換熱，冷凝液依靠重力到達(dá)蒸發(fā)段環(huán)形元器件6中，并完成蒸發(fā)段液膜的布液，強(qiáng)化蒸發(fā)換熱。蒸發(fā)段環(huán)形元器件6外側(cè)被加工成鋸齒狀，蒸發(fā)段環(huán)形元器件6與重力熱管蒸發(fā)段3內(nèi)壁面通過盈配合固定，鋸齒之間的間隙與重力熱管內(nèi)壁之間形成的小孔形成液態(tài)工質(zhì)降膜蒸發(fā)的下降通道，以保證蒸發(fā)液膜的均勻分布，強(qiáng)化換熱效果。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種新型高效熱交換器重力熱管，特別涉及一種通過改變管壁結(jié)構(gòu)來減薄冷凝膜厚的重力熱管，屬于熱交換技術(shù)領(lǐng)域，重力熱管由蒸發(fā)段、保溫段和冷凝段三個區(qū)域組成。重力熱管工作時，工質(zhì)受熱蒸發(fā)到達(dá)冷凝段在壁面形成一層厚厚的液膜，加大了熱阻嚴(yán)重阻礙了換熱。本發(fā)明就是通過在管中加入環(huán)形元器件改變壁面結(jié)構(gòu)從而減薄液膜。蒸發(fā)段環(huán)形元器件的加入使得蒸發(fā)段液膜均勻分布，實現(xiàn)降膜蒸發(fā)；冷凝段環(huán)形元器件的加入減薄液膜，強(qiáng)化冷凝換熱。同時環(huán)形元器件的加入增加了冷凝段和蒸發(fā)段的換熱面積強(qiáng)化傳熱，此外蒸發(fā)段元器件的排列還能解決由于液膜過厚造成溢出的液體重新回到液池的問題，避免冷熱氣流交匯影響傳熱。

技術(shù)研發(fā)人員：杜鵬飛;王德昌;劉振;李學(xué)瑞;李延輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島大學(xué);青島四度環(huán)境節(jié)能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.18
技術(shù)公布日：2017.09.08