本發(fā)明屬于熱管領(lǐng)域，尤其涉及一種換熱熱管。

背景技術(shù)：

熱管技術(shù)是1963年美國(guó)洛斯阿拉莫斯(losalamos)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的喬治格羅佛(georgegrover)發(fā)明的一種稱為“熱管”的傳熱元件，它充分利用了熱傳導(dǎo)原理與相變介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導(dǎo)熱能力超過任何已知金屬的導(dǎo)熱能力。

熱管技術(shù)以前被廣泛應(yīng)用在宇航、軍工等行業(yè)，自從被引入散熱器制造行業(yè)，使得人們改變了傳統(tǒng)散熱器的設(shè)計(jì)思路，擺脫了單純依靠高風(fēng)量電機(jī)來獲得更好散熱效果的單一散熱模式，采用熱管技術(shù)使得散熱器獲得滿意的換熱效果，開辟了散熱行業(yè)新天地。目前熱管廣泛的應(yīng)用于各種換熱設(shè)備，其中包括核電領(lǐng)域，例如核電的余熱利用等。

一方面，熱管在蒸發(fā)過程中，不可避免的會(huì)攜帶液體到上升管內(nèi)，同時(shí)因?yàn)槔淠说姆艧崂淠?，從而使得冷凝端中存在液體，液體也不可避免的進(jìn)入上升管，從而使得上升管內(nèi)的流體是汽液混合物，同時(shí)熱管在運(yùn)行過程中會(huì)因?yàn)槔匣a(chǎn)生的不凝氣體，不凝氣體一般上升到熱管上部的冷凝端，不凝氣體的的存在導(dǎo)致熱管冷凝端內(nèi)的壓力增加，壓力使得液體向上升管內(nèi)流動(dòng)。大大的影響了換熱的效率。

另一方面，從上升管出口到冷凝集管這一段，因?yàn)檫@一段的空間突然變大，空間的變化會(huì)導(dǎo)致氣體的快速向上流出和聚集，因此空間變化會(huì)導(dǎo)致聚集的汽相(汽團(tuán))從上升管位置進(jìn)入冷凝集管，由于氣(汽)液密度差，氣團(tuán)離開接管位置將迅速向上運(yùn)動(dòng)，而氣團(tuán)原空間位置被氣團(tuán)推離壁面的液體同時(shí)也將迅速回彈并撞擊壁面，形成撞擊現(xiàn)象。氣(汽)液相越不連續(xù)，氣團(tuán)聚集越大，撞擊能量越大。撞擊現(xiàn)象會(huì)造成較大的噪聲震動(dòng)和機(jī)械沖擊，對(duì)設(shè)備造成破壞。

本發(fā)明人在前面申請(qǐng)中也設(shè)計(jì)了一種多管式分隔裝置，參見圖6所示。但是此種裝置在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，因?yàn)楣茏又g是緊密結(jié)合在一起，因此三根管子之間形成的空間a相對(duì)較小，因?yàn)榭臻ga是三根管子的凸弧形成，因此空間a的大部分區(qū)域狹窄，會(huì)造成流體難于進(jìn)入通過，造成流體短路，從而影響了流體的換熱，無法起到很好的穩(wěn)流作用。同時(shí)因?yàn)樯鲜鼋Y(jié)構(gòu)的多根管子組合在一起，制造困難。

針對(duì)上述問題，本發(fā)明在前面發(fā)明的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，提供了一種新的熱管，從而解決熱管換熱的情況下的換熱系數(shù)低及其換熱不均勻的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種新的熱管，從而解決前面出現(xiàn)的技術(shù)問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種熱管，包括蒸發(fā)集管、冷凝集管、上升管和回流管，所述上升管與蒸發(fā)集管和冷凝集管相連通，所述蒸發(fā)集管位于下部，所述冷凝集管位于上部，所述流體在蒸發(fā)集管內(nèi)吸熱蒸發(fā)，經(jīng)過上升管進(jìn)入冷凝集管，在冷凝集管內(nèi)進(jìn)行換熱后冷凝，冷凝的流體通過回流管回到蒸發(fā)集管；所述上升管內(nèi)設(shè)置分隔裝置，同一根上升管內(nèi)設(shè)置多個(gè)分隔裝置，沿著上升管的高度方向，相鄰分隔裝置之間的間距不斷減小。

作為優(yōu)選，沿著上升管的高度方向，相鄰分隔裝置之間的間距不斷減小的幅度越來越大。

作為優(yōu)選，所述上升管內(nèi)設(shè)置分隔裝置，所述分隔裝置包括芯體和外殼，所述芯體設(shè)置在外殼中，所述外殼與換熱管內(nèi)壁連接固定，所述芯體包括多個(gè)同心管和肋片，所述肋片連接相鄰的同心管。

作為優(yōu)選，所述同心管和肋片上設(shè)置連通孔。

作為優(yōu)選，所述肋片的延長(zhǎng)線穿過同心管的圓心。

作為優(yōu)選，上升管內(nèi)設(shè)置多個(gè)分隔裝置，距離上升管入口的高度為h，相鄰分隔裝置之間的距離為s，s＝f1(h)，滿足如下要求：

s’<0,s”>0。

作為優(yōu)選，上升管內(nèi)設(shè)置多個(gè)分隔裝置，距離上升管入口的高度為h，分隔裝置的長(zhǎng)度為c，c＝f2(h)，滿足如下要求：

c’>0,c”>0。

作為優(yōu)選，上升管內(nèi)設(shè)置多個(gè)分隔裝置，距離上升管入口的高度為h，分隔裝置的環(huán)孔直徑為d，d＝f3(h)，滿足如下要求：

d’<0,d”>0。

作為優(yōu)選，所述上升管內(nèi)壁設(shè)置凹槽，所述分隔裝置的外殼設(shè)置在凹槽內(nèi)，所述外殼的內(nèi)壁與上升管的內(nèi)壁對(duì)齊。

作為優(yōu)選，上升管為多段結(jié)構(gòu)焊接而成，多段結(jié)構(gòu)的連接處設(shè)置分隔裝置。

作為優(yōu)選，相鄰分隔裝置之間的距離為s，分隔裝置的長(zhǎng)度為c，換熱管的外徑為w，相鄰?fù)墓艿陌霃椒謩e為r2和r1，其中r2>r1，相鄰的肋片之間的圓弧的弧度為h，滿足如下要求：

s/c＝a-b*ln(w/e)；

e＝((h*r2²-h*r1²)/2)^1/2；

其中l(wèi)n是對(duì)數(shù)函數(shù)，a,b是參數(shù)，其中4.9<a<6.1,1.3<b<2.1；

其中分隔裝置的間距是以相鄰分隔裝置相對(duì)的兩端之間的距離；

34<w<58mm；

19<c<27mm；

50<s<70mm。

作為優(yōu)選，a＝5.42，b＝1.72。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明通過分隔裝置的間距變化，在上升管內(nèi)存在汽液兩相流動(dòng)時(shí)，強(qiáng)化傳熱，同時(shí)減弱上升管的振動(dòng)，降低噪聲水平。

2)本發(fā)明提供了一種新式結(jié)構(gòu)的分隔裝置，相對(duì)于通過分隔裝置將兩相流體分離成液相和氣相，將液相分割成小液團(tuán)，將氣相分割成小氣泡，抑制液相的回流，促使氣相順暢流動(dòng)，起到穩(wěn)定流量的作用，具有減振降噪的效果，提高換熱效果。相對(duì)于多管式分隔裝置，進(jìn)一步提高穩(wěn)流效果，強(qiáng)化傳熱，而且制造簡(jiǎn)單。

3)本發(fā)明通過設(shè)置環(huán)形分隔裝置，相當(dāng)于在上升管內(nèi)增加了內(nèi)面積，強(qiáng)化了換熱，提高了換熱效果。

4)本發(fā)明因?yàn)閷⑵簝上嘣谏仙艿恼麄€(gè)橫截面位置上進(jìn)行了分割，避免了僅僅上升管內(nèi)壁面進(jìn)行分割，從而在整個(gè)上升管截面上實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大汽液界面以及汽相邊界層與冷卻壁面的接觸面積并增強(qiáng)擾動(dòng)，降低了噪音和震動(dòng)，強(qiáng)化了傳熱。

5)本發(fā)明通過在上升管高度方向上設(shè)置相鄰分隔裝置之間的距離、分隔裝置的長(zhǎng)度、環(huán)孔的外徑等參數(shù)大小的規(guī)律變化，從而進(jìn)一步達(dá)到穩(wěn)流效果，降低噪音，提高換熱效果。

6)本發(fā)明通過對(duì)環(huán)形分隔裝置各個(gè)參數(shù)的變化導(dǎo)致的換熱規(guī)律進(jìn)行了廣泛的研究，在滿足流動(dòng)阻力情況下，實(shí)現(xiàn)減振降噪的效果的最佳關(guān)系式。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的熱管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明分隔裝置橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明分隔裝置在上升管內(nèi)布置示意圖；

圖4是本發(fā)明分隔裝置在上升管內(nèi)布置的另一個(gè)示意圖；

圖5是本發(fā)明分隔裝置在上升管內(nèi)布置橫截面示意圖；

圖6是本發(fā)明分隔裝置在上升管內(nèi)布置弧度尺寸示意圖；

圖7是背景技術(shù)中的兩相流管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、蒸發(fā)集管，2、冷凝集管，3、上升管，4、分隔裝置，41分隔裝置外殼，42環(huán)孔，43肋片，44同心管，5、回流管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

本文中，如果沒有特殊說明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

如圖1所示的一種熱管，包括蒸發(fā)集管1、冷凝集管2、上升管3和回流管5，所述上升管3與蒸發(fā)集管1和冷凝集管2相連通，所述蒸發(fā)集管1位于下部，所述冷凝集管2位于上部，所述流體在蒸發(fā)集管1內(nèi)吸熱蒸發(fā)，經(jīng)過上升管3進(jìn)入冷凝集管2，在冷凝集管2內(nèi)進(jìn)行換熱后冷凝，冷凝的流體通過回流管5回到蒸發(fā)集管1。

如圖4-5所示，在上升管3內(nèi)設(shè)置環(huán)形分隔裝置4。所述環(huán)形分隔裝置4的結(jié)構(gòu)見圖3。如圖3所示，所述分隔裝置4包括芯體和外殼41，所述芯體設(shè)置在外殼41中，所述外殼與上升管內(nèi)壁連接固定，所述芯體包括多個(gè)同心管44和肋片43，所述肋片43連接相鄰的同心管44。相鄰的肋片43及其肋片43連接的同心管44之間限定形成環(huán)孔42。

本發(fā)明在換熱管內(nèi)設(shè)置環(huán)形分隔裝置，通過分隔裝置將兩相流體中的液相和氣相進(jìn)行分離，將液相分割成小液團(tuán)，將氣相分割成小氣泡，抑制液相的回流，促使氣相順暢流動(dòng)，起到穩(wěn)定流量的作用，具有減振降噪的效果。相對(duì)于多管式分隔裝置，進(jìn)一步提高穩(wěn)流效果，強(qiáng)化傳熱，而且制造簡(jiǎn)單。

本發(fā)明通過設(shè)置環(huán)形分隔裝置，相當(dāng)于在換熱管內(nèi)增加了內(nèi)換熱面積，強(qiáng)化了換熱，提高了換熱效果。

本發(fā)明因?yàn)閷庖簝上嘣谒袚Q熱管的所有橫截面位置進(jìn)行了分割，從而在整個(gè)換熱管截面上實(shí)現(xiàn)氣液界面以及氣相邊界層的分割與冷卻壁面的接觸面積并增強(qiáng)擾動(dòng)，大大的降低了噪音和震動(dòng)，強(qiáng)化了傳熱。

作為優(yōu)選，作為優(yōu)選，所述同心管44和/或肋片43上設(shè)置連通孔。

相鄰環(huán)孔之間設(shè)置連通孔，通過連通孔實(shí)現(xiàn)環(huán)孔42之間的連通。

通過設(shè)置連通孔，可以保證相鄰的環(huán)孔之間互相連通，能夠均勻環(huán)孔之間的壓力，使得高壓流道的流體流向低壓，同時(shí)也可以在流體流動(dòng)的同時(shí)進(jìn)一步分隔液相和氣相，有利于進(jìn)一步穩(wěn)定兩相流動(dòng)。

作為優(yōu)選，所述肋片的延長(zhǎng)線穿過同心管的圓心。

作為優(yōu)選，冷凝集管2內(nèi)通入換熱管道，所述換熱管道中的流體和冷凝集管2內(nèi)的蒸汽進(jìn)行換熱。

作為優(yōu)選，上升管3和蒸發(fā)集管1都是吸熱部。

作為優(yōu)選，沿著上升管3內(nèi)流體的流動(dòng)方向(即圖2的高度方向)，上升管3內(nèi)設(shè)置多個(gè)分隔裝置4，從上升管的入口到上升管的出口，相鄰分隔裝置之間的距離越來越短。設(shè)距離上升管入口的距離為h，相鄰分隔裝置之間的距離為s，s＝f1(h)，即s是以高度h為變量的函數(shù)，s’是s的一次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

s’<0；

主要原因是因?yàn)樯仙軆?nèi)的汽體在上升過程中會(huì)攜帶者液體，在上升過程中，上升管不斷的受熱，導(dǎo)致氣液兩相流中的汽體越來越多，因?yàn)槠簝上嗔髦械钠嘣絹碓蕉啵仙軆?nèi)的換熱能力會(huì)隨著汽相增多而相對(duì)減弱，震動(dòng)及其噪音也會(huì)隨著汽相增加而不斷的增加。因此需要設(shè)置的相鄰分隔裝置之間的距離越來越短。

此外，從上升管出口到冷凝集管這一段，因?yàn)檫@一段的空間突然變大，空間的變化會(huì)導(dǎo)致氣體的快速向上流出和聚集，因此空間變化會(huì)導(dǎo)致聚集的汽相(汽團(tuán))從上升管位置進(jìn)入冷凝集管，由于氣(汽)液密度差，氣團(tuán)離開接管位置將迅速向上運(yùn)動(dòng)，而氣團(tuán)原空間位置被氣團(tuán)推離壁面的液體同時(shí)也將迅速回彈并撞擊壁面，形成撞擊現(xiàn)象。氣(汽)液相越不連續(xù)，氣團(tuán)聚集越大，水錘能量越大。撞擊現(xiàn)象會(huì)造成較大的噪聲震動(dòng)和機(jī)械沖擊，對(duì)設(shè)備造成破壞。因此為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，此時(shí)設(shè)置的相鄰分隔裝置之間的距離越來越短，從而不斷的在流體輸送過程中分隔氣相和液相，從而最大程度上減少震動(dòng)和噪音。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過上述的設(shè)置，既可以最大程度上減少震動(dòng)和噪音，同時(shí)可以提高換熱效果。

進(jìn)一步優(yōu)選，從上升管3的入口到上升管3的出口，相鄰分隔裝置之間的距離越來越短的幅度不斷增加。即s”是s的二次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

s”>0；

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過如此設(shè)置，能夠進(jìn)一步降低9％左右的震動(dòng)和噪音，同時(shí)提高7％左右的換熱效果。

作為優(yōu)選，每個(gè)分隔裝置4的長(zhǎng)度保持不變。

作為優(yōu)選，除了相鄰的分隔裝置4之間的距離外，分隔裝置其它的參數(shù)(例如長(zhǎng)度、管徑等)保持不變。

作為優(yōu)選，沿著上升管3的高度方向，上升管3內(nèi)設(shè)置多個(gè)分隔裝置4，從上升管3的入口到上升管3的出口，分隔裝置4的長(zhǎng)度越來越長(zhǎng)。即分隔裝置的長(zhǎng)度為c，c＝f2(x)，c’是c的一次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

c’>0。

進(jìn)一步優(yōu)選，從上升管的入口到上升管的出口，分隔裝置的長(zhǎng)度越來越長(zhǎng)的幅度不斷增加。即c”是c的二次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

c”>0；

具體理由如相鄰分隔裝置之間的距離的變化相同。

作為優(yōu)選，相鄰分隔裝置之間的距離保持不變。

作為優(yōu)選，除了分隔裝置的長(zhǎng)度外，分隔裝置其它的參數(shù)(例如相鄰的間距、管徑等)保持不變。

作為優(yōu)選，沿著上升管3的高度方向，上升管3內(nèi)設(shè)置多個(gè)分隔裝置，從上升管3的入口到上升管3的出口，不同分隔裝置4內(nèi)的環(huán)孔41的水力直徑越來越小。即分隔裝置的環(huán)孔水力直徑為d，d＝f3(x)，d’是d的一次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

d’<0；

作為優(yōu)選，從上升管的入口到上升管的出口，分隔裝置的環(huán)孔水力直徑越來越小的幅度不斷增加。即

d”是d的二次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

d”>0。

具體理由如相鄰分隔裝置之間的距離的變化相同。

作為優(yōu)選，分隔裝置的長(zhǎng)度和相鄰分隔裝置的距離保持不變。

作為優(yōu)選，除了分隔裝置的環(huán)孔水力直徑外，分隔裝置其它的參數(shù)(例如長(zhǎng)度、相鄰分隔裝置之間的距離等)保持不變。

進(jìn)一步優(yōu)選，如圖3所示，所述上升管3內(nèi)部設(shè)置凹槽，所述分隔裝置4的外殼42設(shè)置在凹槽內(nèi)。

作為優(yōu)選，外殼42的內(nèi)壁與上升管3的內(nèi)壁對(duì)齊。通過對(duì)齊，使得上升管內(nèi)壁面表面上達(dá)到在同一個(gè)平面上，保證表面的光滑。

作為優(yōu)選，外殼42的厚度小于凹槽的深度，這樣可以使得上升管內(nèi)壁面形成凹槽，從而進(jìn)行強(qiáng)化傳熱。

進(jìn)一步優(yōu)選，如圖4所示，上升管3為多段結(jié)構(gòu)焊接而成，多段結(jié)構(gòu)的連接處設(shè)置分隔裝置4。這種方式使得設(shè)置分隔裝置的上升管的制造簡(jiǎn)單，成本降低。

通過分析以及實(shí)驗(yàn)得知，分隔裝置之間的間距不能過大，過大的話導(dǎo)致減震降噪的效果不好，同時(shí)也不能過小，過小的話導(dǎo)致阻力過大，同理，環(huán)孔的外徑也不能過大或者過小，也會(huì)導(dǎo)致減震降噪的效果不好或者阻力過大，因此本發(fā)明通過大量的實(shí)驗(yàn)，在優(yōu)先滿足正常的流動(dòng)阻力(總承壓為2.5mpa以下，或者單根上升管的沿程阻力小于等于5pa/m)的情況下，使得減震降噪達(dá)到最優(yōu)化，整理了各個(gè)參數(shù)最佳的關(guān)系。

作為優(yōu)選，作為優(yōu)選，相鄰分隔裝置之間的距離為s，分隔裝置的長(zhǎng)度為c，換熱管的外徑為w，相鄰?fù)墓艿陌霃椒謩e為r2和r1，其中r2>r1，相鄰的肋片之間的圓弧的弧度為h，滿足如下要求：

s/c＝a-b*ln(w/e)；

e＝((h*r2²-h*r1²)/2)^1/2；

其中l(wèi)n是對(duì)數(shù)函數(shù)，a,b是參數(shù)，其中4.9<a<6.1,1.3<b<2.1；

34<w<58mm；

19<c<27mm；

50<s<70mm。

作為優(yōu)選，5.3<a<5.6,1.5<b<1.8。

作為優(yōu)選，a＝5.42，b＝1.72。

其中分隔裝置的間距s是以相鄰分隔裝置相對(duì)的兩端之間的距離；即前面分隔裝置的尾端與后面分隔裝置的前端之間的距離。具體參見圖4的標(biāo)識(shí)。

上面的公式中實(shí)際上將外殼41視為最外層的同心管來一起參與計(jì)算。

弧度h是以肋片43的中間線限定的弧度，參見圖6；同心管的半徑分別為r2和r1是以同心管的內(nèi)徑和外徑的平均值來計(jì)算的。

作為優(yōu)選，上升管長(zhǎng)度l為3000－5500mm之間。進(jìn)一步優(yōu)選，3500－4500mm之間。

通過上述公式的最佳的幾何尺度的優(yōu)選，能夠?qū)崿F(xiàn)滿足正常的流動(dòng)阻力條件下，減震降噪達(dá)到最佳效果。

進(jìn)一步優(yōu)選，隨著w/r的增加，a不斷減小，b不斷的增加。

對(duì)于其他的參數(shù)，例如管壁、殼體壁厚等參數(shù)按照正常的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置即可。

作為優(yōu)選，熱管內(nèi)流體是水。

作為優(yōu)選，環(huán)孔42在分隔裝置4的整個(gè)長(zhǎng)度方向延伸。即環(huán)孔42的長(zhǎng)度等于分隔裝置4的長(zhǎng)度。

作為優(yōu)選，所述蒸發(fā)集管1的管徑小于冷凝集管2的管徑。

蒸發(fā)集管的內(nèi)徑為r1，冷凝集管的內(nèi)徑為r2，作為優(yōu)選則0.45<r1/r2<0.88。

通過上述設(shè)置，可以進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱，能夠提高7％以上的換熱效率。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。