本發(fā)明屬于輸運(yùn)管道同時(shí)防止冷凝和過熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于蒸汽管道的冷/熱雙向保護(hù)裝置及方法。

背景技術(shù)：

蒸汽被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械裝置和能量傳輸場合，比如航母彈射器、供熱和發(fā)電等。蒸汽在運(yùn)輸過程中通常會(huì)遇到因散熱導(dǎo)致的冷凝、因各種因素導(dǎo)致的局部過熱以及由冷凝和過熱引發(fā)的工況波動(dòng)等問題。無論是蒸汽冷凝還是過熱都會(huì)對(duì)輸運(yùn)管道造成損害。而蒸汽工況的波動(dòng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性造成嚴(yán)重影響。防止蒸汽冷凝、過熱以及隨之產(chǎn)生的工況波動(dòng)具有十分重要的意義。

目前針對(duì)蒸汽冷凝問題常用的手段是在管道外包裹絕熱材料，但是當(dāng)外界環(huán)境溫度持續(xù)過低時(shí)，還是無法避免管道內(nèi)蒸汽冷凝的現(xiàn)象。而針對(duì)局部過熱的問題，由于過熱點(diǎn)無法精確預(yù)判，很難找到行之有效的解決方法。在冷凝和過熱問題都無法有效解決的情況下，蒸汽工況的波動(dòng)問題也自然無法避免。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)難點(diǎn)，提出了一種用于蒸汽管道的冷/熱雙向保護(hù)裝置及方法，利用絕熱材料層減小外界環(huán)境溫度對(duì)管道及蒸汽的影響；利用相變材料層凝固放熱保持管道和蒸汽在長時(shí)間低溫環(huán)境下溫度不變，防止蒸汽冷凝腐蝕管道；利用附著在管道外壁的記憶合金網(wǎng)以及經(jīng)由記憶合金絲和記憶合金網(wǎng)相連的相變材料膠囊強(qiáng)化升溫區(qū)域的傳熱并快速大量地吸熱，避免過熱現(xiàn)象發(fā)生。在有效防止蒸汽冷凝和過熱的同時(shí)解決了蒸汽工況穩(wěn)定性問題。

一種用于蒸汽管道的冷/熱雙向保護(hù)裝置，其特征在于包括絕熱材料層、相變材料層、記憶合金層、記憶合金絲、相變材料膠囊；所述的絕熱材料層由絕熱材料加工而成，同心包裹在蒸汽管道外圍；所述的相變材料層由凝固點(diǎn)高于蒸汽冷凝溫度的固-液相變材料構(gòu)成，充滿絕熱材料層和蒸汽管道外壁之間；所述的記憶合金網(wǎng)附著在蒸汽管道外壁表面，由轉(zhuǎn)變溫度低于蒸汽過熱溫度的形狀記憶合金加工而成，當(dāng)蒸汽升溫并觸發(fā)轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，記憶合金網(wǎng)收縮變形，當(dāng)溫度回歸正常時(shí)，記憶合金網(wǎng)恢復(fù)原狀；所述的記憶合金絲與記憶合金網(wǎng)的材料相同；所述的相變材料膠囊由金屬或石墨烯等具有高導(dǎo)熱系數(shù)的膜包裹熔點(diǎn)低于蒸汽過熱溫度的相變材料制成，通過記憶合金絲與記憶合金網(wǎng)相連，隨記憶合金網(wǎng)和記憶合金絲的形變而運(yùn)動(dòng)。

所述裝置的工作流程包括：當(dāng)管道長時(shí)間處于低溫環(huán)境下時(shí)，絕熱材料層溫度逐漸降低，直至觸發(fā)相變材料層的凝固溫度，相變材料層凝固放熱保持管道及蒸汽溫度不變，防止蒸汽冷凝腐蝕管道，當(dāng)環(huán)境溫度回升時(shí)，相變材料層吸熱熔化，恢復(fù)保護(hù)功能；當(dāng)局部蒸汽升溫并觸發(fā)轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，附著在蒸汽管道外壁上的記憶合金網(wǎng)以及與之相連的記憶合金絲將收縮變形，拉動(dòng)大量的相變材料膠囊富集在蒸汽升溫的區(qū)域，強(qiáng)化升溫區(qū)域的傳熱并快速大量地吸熱，避免過熱現(xiàn)象發(fā)生，當(dāng)溫度回歸正常時(shí)，記憶合金網(wǎng)和記憶合金絲恢復(fù)原狀。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

(1)當(dāng)管道長時(shí)間處于低溫環(huán)境下時(shí)，可利用相變材料層凝固放熱保持管道和蒸汽在長時(shí)間低溫環(huán)境下溫度不變，防止蒸汽冷凝腐蝕管道。

(2)當(dāng)局部蒸汽升溫時(shí)，可利用附著在管道外壁的記憶合金網(wǎng)以及經(jīng)由記憶合金絲和記憶合金網(wǎng)相連的相變材料膠囊強(qiáng)化升溫區(qū)域的傳熱并快速大量地吸熱，避免過熱現(xiàn)象發(fā)生。

(3)所述裝置在有效防止蒸汽冷凝和過熱的同時(shí)解決了蒸汽工況穩(wěn)定性問題。(4)本裝置無需消耗任何能量，且可以無限次循環(huán)工作。

(5)本裝置能夠自動(dòng)精確地定位問題區(qū)域并實(shí)現(xiàn)冷/熱雙向保護(hù)。

(6)有機(jī)相變材料價(jià)廉、環(huán)保、性質(zhì)穩(wěn)定、壽命長、熔點(diǎn)分布廣泛、對(duì)工作要求及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。

(7)可以任意改變絕熱材料層、相變材料層、記憶合金網(wǎng)和相變材料膠囊的配比和規(guī)格，按實(shí)際需要進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和調(diào)配。

附圖說明

圖1為一種用于蒸汽管道的冷/熱雙向保護(hù)裝置的局部示意圖

圖2為管道局部升溫時(shí)裝置的工作狀態(tài)圖

附圖中，各部件列表如下：

1：絕熱材料層 2：相變材料層

3：記憶合金網(wǎng) 4：記憶合金絲

5：相變材料膠囊 6：蒸汽管道。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，一種用于蒸汽管道的冷/熱雙向保護(hù)裝置包括絕熱材料層(1)、相變材料層(2)、記憶合金層(3)、記憶合金絲(4)、相變材料膠囊(5)。所述的絕熱材料層(1)由導(dǎo)熱系數(shù)極低的絕熱材料加工而成，同心包裹在蒸汽管道(6)外圍；所述的相變材料層(2)由凝固點(diǎn)高于蒸汽冷凝溫度的固-液相變材料構(gòu)成，充滿絕熱材料層(1)和蒸汽管道(6)外壁之間；所述的記憶合金網(wǎng)(3)附著在蒸汽管道(6)外壁表面，由轉(zhuǎn)變溫度低于蒸汽過熱溫度的形狀記憶合金加工而成，當(dāng)蒸汽升溫并觸發(fā)轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，記憶合金網(wǎng)收縮變形，當(dāng)溫度回歸正常時(shí)，記憶合金網(wǎng)恢復(fù)原狀；所述的記憶合金絲(4)與記憶合金網(wǎng)(3)的材料相同；所述的相變材料膠囊(5)由金屬或石墨烯等具有高導(dǎo)熱系數(shù)的膜包裹熔點(diǎn)低于蒸汽過熱溫度的相變材料制成，通過記憶合金絲(4)與記憶合金網(wǎng)(3)相連，隨記憶合金網(wǎng)(3)和記憶合金絲(4)的形變而運(yùn)動(dòng)。

如圖1所示，在正常情況下，相變材料層(2)處于熔化狀態(tài)，相變材料膠囊(6)均勻分散在相變材料層(2)中，當(dāng)管道長時(shí)間處于低溫環(huán)境下時(shí)，絕熱材料層(1)溫度逐漸降低，直至觸發(fā)相變材料層(2)的凝固溫度，相變材料層(2)凝固放熱保持管道(6)及蒸汽溫度不變，防止蒸汽冷凝腐蝕管道，當(dāng)環(huán)境溫度回升時(shí)，相變材料層(2)吸熱熔化，恢復(fù)保護(hù)功能；如圖2所示，當(dāng)局部蒸汽升溫并觸發(fā)轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，附著在蒸汽管道(6)外壁上的記憶合金網(wǎng)(3)以及與之相連的記憶合金絲(4)將收縮變形，拉動(dòng)大量的相變材料膠囊(6)富集在蒸汽升溫的區(qū)域，強(qiáng)化升溫區(qū)域的傳熱并快速大量地吸熱，避免過熱現(xiàn)象發(fā)生，當(dāng)溫度回歸正常時(shí)，記憶合金網(wǎng)(3)和記憶合金絲(4)恢復(fù)原狀。