本发明专利技术涉及一种适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器，包括若干个冷凝管组件、圆弧形蒸汽集管和圆弧形液体集管，每个冷凝管组件包括n个冷凝管、1个直蒸汽集管和1个直液体集管，n个冷凝管长度相同且平行排列，直蒸汽集管与n个冷凝管的一端连通，直液体集管与n个冷凝管的另一端连通，若干个冷凝管组件围绕圆环腔体的水平轴线排布，使得每个冷凝管组件中的n个冷凝管的轴线均指向圆环腔体的轴线，圆弧形蒸汽集管将若干个冷凝管组件中的直蒸汽集管连通，圆弧形液体集管将若干个冷凝管组件中的直液体集管连通，该冷凝器降低了热阻，显著提升换热能力，适应水平环形腔上部空间的布置，充分利用圆环柱状腔体的空间，实现了高性能、紧凑性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工程热物理、热管学科中分离式热管
，涉及一种分离式热管冷凝器的结构设计，特别是涉及一种适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器。
技术介绍
热管是一种高性能的传热元件，是靠内部工作介质(工质)的蒸发、凝结和回流而将热量不断从热源传向热汇的装置。热管的应用十分广泛，随着科技的发展，热管的需求不断增长。热管的结构多种多样，分离式热管是热管的一种。分离式热管(Separate Type Heat Pipe，STHP)一般由蒸发器、冷凝器、蒸汽管和液体管组成。冷凝器设计和加工方法是实现分离式热管预期性能的一个关键。目前，科技发展迫切需要较适应特定空间尺度约束、较远距离传热等特殊场合的分离式热管。报道的分离式热管的冷凝器，有的结构上不符合传热热阻最小原理，有的体积过大，有的传热能力小，有的工艺复杂、成本高，现有结构不能满足一些特定空间尺度约束场合的传热要求，这些都与分离式热管的冷凝器设计不合理密切相关。一些文献中提到的分离式热管，例如，《热管及热管换热器》，179-192，重庆大学出版社，1986.8；《热管技术及其工程应用》，99-105，化学工业出版社，2000.6，设计均针对立方体等规则几何空间，面向没有空间尺度约束的简单设计。上述文献提到的分离式热管换热器的冷凝器不足总结起来有几个方面：(1)从工质冷凝降膜的角度看，冷凝管均竖直布置，整个冷凝管内，内部蒸汽冷凝时，冷凝液膜沿内壁面流下，形成的
降液膜在轴方向上的平均厚度过大，总的效果是，热量要穿过液膜到达壁面距离偏长，因此热阻偏大；(2)规则立方体的结构不能满足圆环形空间布置的需要；(3)冷凝管的液体集管横向布置，如果分离式热管的充装率较小，甚至少到不能充满冷凝管集管时，不便于液体的流出，等等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器，该冷凝器通过传热原理，不但从冷凝管内部和外部强化了传热，降低了热阻，显著提升了换热能力，而且适应近水平环形腔空间的布置，充分利用了圆环柱状腔体的空间，实现了高性能、紧凑性。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：一种适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器，包括若干个冷凝管组件、圆弧形蒸汽集管和圆弧形液体集管，每个冷凝管组件包括直蒸汽集管、直液体集管和n个冷凝管，所述直蒸汽集管与n个冷凝管的一端连通，所述直液体集管与n个冷凝管的另一端连通，若干个冷凝管组件围绕圆环腔体的水平轴线排布，使得每个冷凝管组件中的n个冷凝管的轴线均指向圆环腔体的水平轴线，所述圆弧形蒸汽集管将若干个冷凝管组件中的直蒸汽集管连通，所述圆弧形液体集管将若干个冷凝管组件中的直液体集管连通，其中n为正整数，且n≥2。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，每个冷凝管组件中的n个冷凝管长度相同且平行排列。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，每个冷凝管组件中的直蒸汽集管和直液体集管的轴线均与圆环腔体的水平轴线平行。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，每个冷凝管组件中的直蒸汽集管的轴线高于直液体集管的轴线，或者每个冷凝管组件中的直蒸汽集管的轴线与直液体集管的轴线在同一水平面内。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，若干个冷凝管组件中的冷凝管长度均相等；或者若干个冷凝管组件中位于下部的冷凝管组件中的冷凝管长度大于相邻的或不相邻的位于上部的冷凝管组件中的冷凝管长度。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，若干个冷凝管组件、圆弧形蒸汽集管和圆弧形液体集管形成的冷凝器布置于圆环腔体的上部空间，即圆环腔体水平轴线的上方。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，冷凝管的倾角β满足：0°≤β≤90°，所述冷凝管的倾角β指冷凝管的轴线与水平面的夹角。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，冷凝管外壁面设置有若干个肋片。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，肋片为横向或纵向肋片，优选横向圆形肋片；所述肋片直径R与冷凝管的直径r满足：1<R/r≤5。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，肋片之间为横向等间距排列或纵向等角圆周排列，肋片之间的距离为肋片厚度加上1～5mm。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，冷凝管为内光管、内直槽管或内螺纹管。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，圆弧形蒸汽集管的管直径大于或等于直蒸汽集管的管直径，直蒸汽集管的管直径大于或等于圆弧形液体集管和直液体集管的管直径。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，圆弧形蒸汽集管的管直径与直蒸汽集管的管直径的直径比为1～3:1；所述直蒸汽集管的管直径与圆弧形液体集管或直液体集管的管直径的直径比为1～3:1。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，若干个冷凝管
组件围绕圆环腔体的水平轴线均匀排布，即任意相邻两个冷凝管组件之间的夹角相等。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，圆弧形蒸汽集管、圆弧形液体集管、冷凝管、直蒸汽集管或直液体集管的管壁厚度为2～5mm。在上述适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器中，圆弧形蒸汽集管、圆弧形液体集管、冷凝管、直蒸汽集管、直液体集管及肋片的材质均为金属，优选铝或铜。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)、本专利技术对冷凝器进行了创新设计，所有冷凝管的轴线均指向圆环柱状腔体的轴线，自然形成了不同倾角的冷凝管，而传统冷凝管多竖直放置(倾角为90°)，内部蒸汽冷凝时，冷凝液膜沿内壁面流下，形成的降液膜在轴方向上的平均厚度过大，总的效果是，热量穿过液膜的距离偏长，因此热阻偏大；本专利技术的倾角设计从原理上强化了冷凝管内部的传热，几乎对每根冷凝管，在重力作用下，内部的凝结液膜均会集中每个横截面的底部，这会使大部分的液膜厚度保持在较薄水平，降低了热阻；另一方面，不同的径向冷凝管的倾角不同，入口的蒸汽对横截面底部液膜的冲击扰动加强(与竖管相比)，这会进一步减小底部的液膜厚度，从而也起到降低热阻的作用。(2)、本专利技术采用冷凝管组件的结构设计，每个径向位置的冷凝管通过直蒸汽集管和直液体集管，形成“冷凝管组件式”设计，方便了批量生产和组装，此外轴向冷却流体均可横向冲刷不同径向位置的冷凝管，从换热原理上，换热管的布置位置最佳。(3)、本专利技术采用圆弧蒸汽集管和圆弧液体集管将每个冷凝管组件的直蒸汽集管和直液体集管集中起来，顺应圆环腔的结构约束，蒸汽和凝结液的流动方向始终向下，圆弧蒸汽集管和圆弧液体集管的尺度外围设计接
近圆环腔体布置空间的轮廓，即各圆弧集管和直集管均充分利用了圆环腔体布置空间，它们也同时是一定的冷凝换热面，进一步提升了换热能力。(4)、本专利技术冷凝器优选布置于圆环状的上部空间，即轴线所在水平面的上部，所有的冷凝管和集管中，蒸汽和液体的流动方向均是向下的，冷凝器的内部各接管处无流体滞留区。(5)、本专利技术冷凝管内部流动满足换热热阻最小的原理，体现在两个方面。其一，每根冷凝管倾斜布置，每个横截面的大部分均处于液膜较薄的流动状态，热阻小，传热强，而不像垂直冷凝管中大部分处于液膜较厚的状态；其二，蒸汽流通过圆弧集管进入直集管再到冷凝管，对冷凝管横截面底部的较厚液膜有吹动、扰动作用，底本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器，其特征在于：包括若干个冷凝管组件、圆弧形蒸汽集管(1)和圆弧形液体集管(3)，每个冷凝管组件包括直蒸汽集管(4)、直液体集管(5)和n个冷凝管(2)，所述直蒸汽集管(4)与n个冷凝管(2)的一端连通，所述直液体集管(5)与n个冷凝管(2)的另一端连通，若干个冷凝管组件围绕圆环腔体的水平轴线(10)排布，使得每个冷凝管组件中的n个冷凝管(2)的轴线均指向圆环腔体的水平轴线(10)，所述圆弧形蒸汽集管(1)将若干个冷凝管组件中的直蒸汽集管(4)连通，所述圆弧形液体集管(3)将若干个冷凝管组件中的直液体集管(5)连通，其中n为正整数，且n≥2。
【技术特征摘要】
1.一种适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器，其特征在于：包括若干个冷凝管组件、圆弧形蒸汽集管(1)和圆弧形液体集管(3)，每个冷凝管组件包括直蒸汽集管(4)、直液体集管(5)和n个冷凝管(2)，所述直蒸汽集管(4)与n个冷凝管(2)的一端连通，所述直液体集管(5)与n个冷凝管(2)的另一端连通，若干个冷凝管组件围绕圆环腔体的水平轴线(10)排布，使得每个冷凝管组件中的n个冷凝管(2)的轴线均指向圆环腔体的水平轴线(10)，所述圆弧形蒸汽集管(1)将若干个冷凝管组件中的直蒸汽集管(4)连通，所述圆弧形液体集管(3)将若干个冷凝管组件中的直液体集管(5)连通，其中n为正整数，且n≥2。2.根据权利要求1所述的一种适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器，其特征在于：所述每个冷凝管组件中的n个冷凝管(2)长度相同且平行排列。3.根据权利要求1所述的一种适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器，其特征在于：所述每个冷凝管组件中的直蒸汽集管(4)和直液体集管(5)的轴线均与圆环腔体的水平轴线(10)平行。4.根据权利要求1所述的一种适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器，其特征在于：所述每个冷凝管组件中的直蒸汽集管(4)的轴线高于直液体集管(5)的轴线，或者每个冷凝管组件中的直蒸汽集管(4)的轴线与直液体集管(5)的轴线在同一水平面内。5.根据权利要求1～4之一所述的一种适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器，其特征在于：所述若干个冷凝管组件中的冷凝管(2)长度均相等；或者若干个冷凝管组件中位于下部的冷凝管组件中的冷凝管(2)长度大于相邻的或不相邻的位于上部的冷凝管组件中的冷凝管(2)长度。6.根据权利要求1所述的一种适用于圆环腔体布置的环路热管的冷
\t凝器，其特征在于：所述若干个冷凝管组件、圆弧形蒸汽集管(1)和圆弧形液体集管(3)形成的冷凝器布置于圆环腔体的上部空间，即圆环腔体水平轴线的上方。7.根据权利要求1所述的一种适用于圆环腔体布置的环路热管的冷凝器，其特征在于：所述冷凝管(2)的倾角β满足：0°≤β≤90°，所述冷凝管(2)的倾角β指...
【专利技术属性】
技术研发人员：曲伟，李炜，俞继军，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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