一种强化携带极限的超长重力热管制造技术

本发明专利技术公开了一种强化携带极限的超长重力热管。该热管包括上密封端盖、热管基体、下密封端盖和汽液分流装置；所述上密封端盖、所述热管基体和所述下密封端盖形成密闭腔体，所述汽液分流装置套设在所述热管基体内，所述汽液分流装置和所述热管基体之间的间隙为凝结液回流通道；所述汽液分流装置中心通道为汽体上升通道；所述汽液分流装置包括钢缆、钢缆支架和钢缆夹扣。本发明专利技术应适用于任何需要强化热管携带极限的场合，在应用中，本发明专利技术采用分布于热管密闭腔体壁面附近的一组钢缆来阻隔上升蒸汽与下降凝结液膜，减小上升汽流对下降液膜的剪切力，提高了热管的携带极限，具有结构简单、造价低廉和适用性广等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种强化携带极限的超长重力热管
本专利技术涉及采油井井筒重力热管领域，尤其涉及一种强化携带极限的超长重力热管。
技术介绍
热管是一种高效的传热器件，其通过内部工质相变将热量迅速地从热端传输到冷端。具体地，热管工作时，工质在热端(蒸发段)吸热汽化，在热端和冷端饱和压差作用下输运至冷端(凝结段)凝结放热，凝结液在重力或毛细力作用下回流到蒸发段重新吸热，实现工质的循环流动。重力热管即指冷凝液回流驱动力为重力的热管。热管具有极高的等效导热系数及优良的等温性，已被广泛应用于暖通建筑、化工、电子设备冷却等。近些年来，随着节能环保意识的增强，热管技术用于地热开采利用、余热回收等方面得到越来越多的关注。相比于常规地热开采利用、余热回收系统，热管优势在于不需要消耗额外的泵功，另一方面，由于热管工质仅在管内循环，可以有效避免出现工质流失、管道结垢以及环境污染等问题。目前，对于长度在10m以内的重力热管已得到了较多的研究，并已成功应用于浅层地热能的开发和利用，如融雪、冻土层稳定等。采用超长重力热管实现深层地热能开采的应用概念已经提出，如：利用超长热管输运地层深处热能至井筒上部以改善井筒流体温度剖面，开采深层地热用于发电等等。然而，超长重力热管的长度可达数千米，长径比可达数万，导致常规公式和涉及参数不再适用。对于超长重力热管，其难点在于以下方面：(1)传热能力受热管携带极限限制。热管工作时，向上流动的高速蒸汽流与向下流动的冷凝液膜形成汽液逆流，在汽液界面剪切力作用下，液膜回流受到阻碍，限制了重力热管的传热能力。(2)超长重力热管底部积液形成传热死区。为保证热管热端(蒸发段)的充分润湿，通常需要在热管蒸发段形成一段液柱，在重力作用下，液柱下端压力较高，对应的饱和温度也较高。当液柱高度大于一定值时，液态工质饱和温度高于管外热源温度，此时工质无法发生相变，形成传热死区。(3)蒸汽流动路径长，阻力大，难以流动到冷凝区。(4)热管过长，蒸发段液膜可能发生破裂、干涸，降低传热性能。“采油井井筒组合式重力热管”的设计(专利申请号201210511161.8)能解决超长重力热管大长径比带来的携带、沸腾死区等问题，但是该专利设计的这种组合式重力热管将空心抽油杆的内腔设计为重力热管的封闭腔，通过将各抽油杆热管依次连接得到超长热管。然而，这种组合式热管主要热阻在相邻热管连接部分，不利于将热量从井底提升至井口。“井筒内低品位余热回收的串级式翅片重力热管装置”(专利申请号201810554281.3)，此设计也为组合式热管，并对相邻热管连接部分加以改进，但结构太复杂，成本高。对于常规尺寸重力热管，常用的强化携带极限的方式是在蒸发段、冷凝段或是整个重力热管内设置一根带孔的同轴导管。在蒸发段，工质在重力热管和同轴导管间的缝隙间沸腾、蒸发，产生的蒸汽通过同轴导管的汽孔快速溢出，进入导管内，汽体沿导管向上输运到达冷凝段，蒸汽从导管进入重力热管和同轴导管间的缝隙并在重力热管管壁冷凝，冷凝液沿缝隙回流到蒸发段，从而避免了蒸汽对液膜的剪切与携带。此原理对于超长重力热管应当同样适用，但在超长热管内设置同轴导管存在技术上的难度和成本的制约。因此，本领域的技术人员致力于开发一种强化携带极限的超长重力热管，以克服现有方案的局限性。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是减小上升汽流对下降液膜的剪切力，提高热管的携带极限。本专利技术的目的在于克服现有超长重力热管实际应用难点，提供一种结构简单、造价低廉、适用性广的强化携带极限的超长重力热管。为实现上述目的，本专利技术提供了一种强化携带极限的超长重力热管，包括上密封端盖、热管基体、下密封端盖和汽液分流装置；所述上密封端盖、所述热管基体和所述下密封端盖形成密闭腔体，所述汽液分流装置套设在所述热管基体内，所述汽液分流装置和所述热管基体之间的间隙为凝结液回流通道；所述汽液分流装置中心通道为汽体上升通道；所述汽液分流装置包括钢缆、钢缆支架和钢缆夹扣。进一步地，所述上密封端盖、所述下密封端盖与所述热管基体采用无缝焊接在一起，所述上密封端盖设置工艺接口，所述工艺接口用于热管密闭腔体抽真空及工质充装。进一步地，所述钢缆悬挂于所述上密封端盖或所述热管基体上部，所述钢缆夹扣固定于所述钢缆上，所述钢缆支架通过所述钢缆夹扣悬挂在所述钢缆上，所述钢缆在所述钢缆支架的限位作用下，分布于所述热管基体内壁附近。进一步地，所述钢缆支架外周有卡槽数个，所述卡槽用于固定钢缆，保证钢缆不从卡槽中脱出。进一步地，所述钢缆支架中心开有通孔为钢缆支架中心孔，所述钢缆支架中心孔是所述蒸汽上升通道的一部分。进一步地，所述钢缆支架上端面有一个凸台。进一步地，所述热管基体为连续管、多段焊接管或螺纹连接管。进一步地，所述热管基体是金属材料，外部可添加绝热层。进一步地，所述钢缆可以是单股钢缆、编织多股钢缆或钢绞线。进一步地，所述钢缆直径小于热管基体内径的0.1倍。进一步地，热管基体的材质可为碳钢、不锈钢、铝合金或铜；可根据需要在所述热管基体内部或外部添加强化结构，如多孔层、沟槽和翅片，亦可在热管基体外部某一范围根据需要添加绝热层；优选热管基体内径为1-1000mm，长度为0.1-10000m。进一步地，所述热管的工质是氨、水、二氧化碳或其他有机工质；工质的体积是密闭腔体内容积的5％-30％；工质的种类与超长热管设计工作温度相关，对于工作温度在120℃以内的超长热管，以氨作为工质具有最佳效果。进一步地，所述钢缆可以均匀、非均匀、平行、交错或交叉分布，交错或交叉分布指钢缆形成网状结构分布于热管基体内壁附近。进一步地，钢缆支架有一定厚度，以防止其在热管基体内翻转和倾斜，优选厚度应大于其中，Di和do分别为热管基体的内尺寸和钢缆支架的外轮廓尺寸；钢缆支架的具体尺寸、分布、数量与工质种类、冷凝量、热管基体布置形式及钢缆的承载能力有关；钢缆支架的第一个作用是支撑钢缆，使钢缆分布在热管基体内壁附近，第二个作用是布液，即在钢缆支架正上方形成一个低速流动区域，使冷凝液通过钢缆支架与热管基体之间的间隙沿热管基体内壁向下流动，实现冷凝液均匀地分布在热管蒸发段的蒸发换热面上，实现降膜蒸发，从而强化蒸发换热过程。进一步地，钢缆夹扣为铝夹扣、螺纹夹扣或其他可固定于钢缆上的零部件，钢缆夹扣尺寸与钢缆尺寸匹配。本专利技术的工作原理为，本专利技术将若干钢缆组固定于热管基体内壁附近，使得钢缆与热管基体内壁之间及相邻钢缆之间形成受限空间，当凝结液膜沿热管基体内壁下降时，钢缆充当屏障作用，减小液膜附近上升蒸汽流速，从而减小上升汽流对下降液膜的剪切力，综上，所述汽液分流装置的原理是在钢缆与热管基体内壁之间及相邻钢缆之间形成凝结液回流通道，钢缆围成的圆形空间则作为汽体上升通道，从而实现汽液分流，增强超长热管的携带极限。本专利技术适用于任何需要强化热管携带极限的场合，尤其适合油井井筒伴热，使用时将超长热管下入井筒中，超长热管在地层温度梯度作用下即可工作。在油井下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强化携带极限的超长重力热管，其特征在于，包括上密封端盖、热管基体、下密封端盖和汽液分流装置；所述上密封端盖、所述热管基体和所述下密封端盖形成密闭腔体，所述汽液分流装置套设在所述热管基体内，所述汽液分流装置和所述热管基体之间的间隙为凝结液回流通道；所述汽液分流装置中心通道为汽体上升通道；所述汽液分流装置包括钢缆、钢缆支架和钢缆夹扣。/n

【技术特征摘要】
1.一种强化携带极限的超长重力热管，其特征在于，包括上密封端盖、热管基体、下密封端盖和汽液分流装置；所述上密封端盖、所述热管基体和所述下密封端盖形成密闭腔体，所述汽液分流装置套设在所述热管基体内，所述汽液分流装置和所述热管基体之间的间隙为凝结液回流通道；所述汽液分流装置中心通道为汽体上升通道；所述汽液分流装置包括钢缆、钢缆支架和钢缆夹扣。


2.如权利要求1所述的强化携带极限的超长重力热管，其特征在于，所述上密封端盖、所述下密封端盖与所述热管基体采用无缝焊接在一起，所述上密封端盖设置工艺接口，所述工艺接口用于热管密闭腔体抽真空及工质充装。


3.如权利要求1所述的强化携带极限的超长重力热管，其特征在于，所述钢缆悬挂于所述上密封端盖或所述热管基体上部，所述钢缆夹扣固定于所述钢缆上，所述钢缆支架通过所述钢缆夹扣悬挂在所述钢缆上，所述钢缆在所述钢缆支架的限位作用下，分布于所述热管基体内壁附近。


4.如权利要求1所述的强化携带极限的超长重...

【专利技术属性】
技术研发人员：林涛，全晓军，李金京，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31