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(guò)改變管壁結(jié)構(gòu)來(lái)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(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)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(gè)問(wèn)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(guò)很小的截面積遠(yuǎn)距離地傳輸而無(wú)需外加動(dòng)力。其中重力熱管具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉等突出優(yōu)點(diǎn)。

但是，重力熱管工作時(shí)由于種種因素?fù)Q熱效率并不高，例如冷熱氣流相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成對(duì)沖，在重力熱管內(nèi)增加了一個(gè)不必要的冷熱蒸汽的混合過(guò)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(shí)在壁面會(huì)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(guò)程的一種，其特點(diǎn)是冷凝液能形成液膜而完全潤(rùn)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(kāi)的專(zhuān)利中，“多頭螺旋槽換熱管”（zl00250108.2）屬波紋管類(lèi)，已有的螺紋換熱管通過(guò)加大換熱面積和使管內(nèi)流體產(chǎn)生擾動(dòng)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(duì)較高。“一種重力熱管強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)”（cn203534295u）通過(guò)設(shè)置導(dǎo)流筒加強(qiáng)傳熱，通過(guò)在重力熱管內(nèi)腔添加導(dǎo)流筒減少重力熱管工作過(guò)程中冷熱氣流對(duì)沖問(wèn)題提高傳熱效率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wèn)題。針對(duì)液膜造成的液阻問(wèn)題，現(xiàn)有的解決方案通常是利用縱槽和波紋來(lái)降低液膜的厚度。冷凝壁面通過(guò)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(wú)法長(zhǎng)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(guò)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(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)在于針對(duì)重力熱管冷凝段液膜積聚增大冷凝熱阻影響換熱的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)重力熱管的管壁添加環(huán)形元器件，使冷凝液體及時(shí)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(shí)，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(lái)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(shí)現(xiàn)降膜蒸發(fā)，從而強(qiáng)化蒸發(fā)換熱過(guò)程。

為了實(shí)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(jí)環(huán)形元器件和蒸發(fā)段多級(jí)環(huán)形元器件，冷凝段多級(jí)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(lái)自蒸發(fā)段工質(zhì)蒸氣的上升通道；冷凝段多級(jí)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(kāi)壁面從冷凝段多級(jí)環(huán)形元器件內(nèi)側(cè)流出，冷凝段多級(jí)環(huán)形元器件在減薄冷凝液膜增強(qiáng)冷凝換熱的同時(shí)，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(jí)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(shí)現(xiàn)降膜蒸發(fā)，蒸發(fā)段多級(jí)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(jí)環(huán)形元器件也增加了蒸發(fā)換熱面積。

所述的多級(jí)環(huán)形元器件包括冷凝段多級(jí)環(huán)形元器件和蒸發(fā)段多級(jí)環(huán)形元器件兩類(lèi)。通過(guò)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(shí)把液體從壁面排出，減薄液膜，強(qiáng)化冷凝換熱；通過(guò)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(shí)現(xiàn)降膜蒸發(fā)，加強(qiáng)蒸發(fā)換熱。同時(shí)，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(guò)過(guò)盈配合固定，解決了熱管內(nèi)不容易焊接的問(wèn)題，整體制作工藝簡(jiǎn)單，加工效率較高，成本低廉。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說(shuō)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(gè)蒸發(fā)段環(huán)形元器件4和安裝在冷凝段2的n個(gè)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(gè)，冷凝段環(huán)形元器件根據(jù)需要設(shè)置n個(gè)，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(guò)過(guò)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(lái)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(gè)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(jí)冷凝段環(huán)形元器件10比下部一級(jí)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(jí)環(huán)形元器件流下時(shí)不會(huì)影響靠下一級(jí)環(huán)形元器件上液膜的排出。每個(gè)蒸發(fā)段環(huán)形元器件6靠下一級(jí)環(huán)形元器件5比靠上一級(jí)環(huán)形元器件6的中心孔略小，或者在除底部一級(jí)外的上部每一級(jí)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(jí)蒸發(fā)段環(huán)形元器件6中的液體工質(zhì)能夠通過(guò)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(guò)保溫段到達(dá)冷凝段2凝結(jié)，通過(guò)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(guò)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(guò)改變管壁結(jié)構(gòu)來(lái)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(gè)區(qū)域組成。重力熱管工作時(shí)，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(guò)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(shí)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(shí)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(guò)厚造成溢出的液體重新回到液池的問(wèn)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