一种环路重力热管传热装置制造方法及图纸

本发明专利技术是有关于一种环路重力热管传热装置，主要包括蒸发器、冷凝器、蒸汽管路和液体管路，其中：蒸发器为管状，内部密封并装有工质，蒸汽管路的入口略探入蒸发器顶部，液体管路的出口穿过蒸发器顶部并插入至蒸发器底部；蒸汽管路的出口与冷凝器的上部连通，液体管路的入口与冷凝器下部连通。本发明专利技术一种环路重力热管传热装置，其热传输性能及使用扩展能力良好，可避免安装困难，满足任意大小的真空管集热器的热量传输需要，结构及制造工艺可靠且成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能源利用领域的高效热传输装置，特别涉及一种新型环路重力热管传热原理及装置。
技术介绍
环路重力热管传热装置在能源利用、尤其是在清洁能源利用领域具有普遍的应用。例如，在青藏铁路的建设过程中，由于冬季和夏季的温差大，在冬季地表形成冻土层，到夏季受热地表软化，如果不加以控制，地表土壤的软硬变化将导致铁路路基失稳，从而带来灾害。在此，就利用了两相重力传热装置(俗称两相重力热管、热棒)来解决上述问题。当大气温度低于冻土的地温时，重力热管自动开始工作，源源不断地把冷量从环境空气中传入到地表下的土壤，从而实现冻土层厚度加大的目的(相应地可理解为利用热棒把深层土壤中的热量持续释放到环境冷空气中去)。当大气温度高于冻土地温，重力热管自动停止工作，不会将大气中的热量带入地基。青藏铁路有32公里路基采用了热棒措施，获得了基底地温降低、冻土上限上升的良好效果。另外，近年来，随着世界范围内的能源危机，尤其是在2010年哥本哈根全球气候大会后，节能减排、绿色环保更是成为广泛共识。许多工业企业中的用热行业，也开始关注太阳能。改进太阳能集热器的结构，提高太阳能集热器的性能，已经成为当务之急。目前市场上针对太阳能集热器的热传输常用的方法包括以下几种(1)单相(水)自循环；(2)单相(水)强迫循环；(3)(两相)重力热管；(4)(两相)环路重力热管。早期的热传输方法主要是第一种和第二种。然而单相水循环方式，由于工作介质-水具有很大的热容，再加上太阳热流密度不大(年平均200W/m2)，因此循环水温上升有限，并且单相流动换热系数也有限，即使对强迫循环而言，考虑到泵功率的消耗以及设备承压等问题，强化传热的效果也有限。重力热管(thermosyphon heat pipe)，是现有比较成熟的传热装置，已经广泛使用在地热能利用以及太阳能热利用领域。重力热管的结构请参阅图1所示。重力式热管是利用重力作用，让处于负压密闭环境中的工质产生循环，使热量连续不断地从高温区(即吸热区)传递到低温区(即释热区)。由于利用了工质的相变传热，具有非常高的传热系数和较低的热阻，因此传热效率较高。但是，由于该重力热管在结构上的限制，每根热棒虽然外形尺寸较大，但是露在空气侧(即冷凝侧)的长度有限，无法得到足够的冷凝换热面，因此每根热管实际的热传输量有限，例如应用在青藏铁路上时，就需在铁轨两侧密集排列重力热管，才可达到需要的热传递效果，增加了施工成本和周期。同样，受制于重力热管的结构局限性，在太阳能热利用中，考虑到结构强度，也不能在冷凝侧(即蓄热罐)设置尺寸以及重量过大的蓄热或冷凝装置，因此现有的重力热管仍不能达到理想的传热效果。而环路重力热管可以解决上述的问题。请参阅图2所示，为一款现有的环路重力热管示意图，环路重力热管主要包括带有蒸发槽道11的蒸发器10、冷凝器20、上行蒸汽管道30以及下行液体管道40。其中，冷凝器20布置在蒸发器10的上方，上行蒸汽管道30的两端分别与蒸发器10、冷凝器20的上方连接，下行液体管道40的两端分别与蒸发器10、冷凝器20的下方连通。工作时，位于蒸发器10内部的工作介质，接收从发热器件(例如平板集热器)传递过来的热量并蒸发，通过上行蒸汽管道30流到冷凝器20，在冷凝器20中把热量释放到蓄热罐或环境中，蒸汽冷凝转变为液体，并在重力作用下经由下行液体管道40返回蒸发器10，完成一次热力学循环。据此循环往复，持续不断地把热量从发热器件释放到蓄热介质中。环路重力热管由于采用了与蒸发器分体的冷凝器，可以通过任意增大或者改变冷凝器自身的结构和尺寸，因而可强化换热，降低热阻，提高热利用的效率。目前这种环路重力热管常见于和太阳能平板集热器配合使用。但是，现有的环路重力热管在实际使用中主要还存在以下问题1、该环路重力热管无法适用于现有太阳能真空管集热器上，由于真空管集热器为一端封闭的桶式结构，环路重力热管内部工质将无法从蒸发器下部进入蒸发器，并从上部离开蒸发器；2、从地热利用考虑，现有的环路重力热管具有较高的施工难度，占地面积较大，工程造价也较高，不适于广泛推广。由此可见，上述现有的传热装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种结构简单、轻便、造价低、易于安装、节省空间，且热传输效率高，可使用于太阳能真空管集热器上，并适用于地热利用等场合的新的环路重力热管传热装置，实属当前本领域的重要研究目标。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种依靠重力循环的环路重力热管运行原理，并在此基础上，设计一款新型环路重力热管传热装置，该环路重力热管可以方便地使用在真空管集热器使用的场合以及地热利用的场合，可以实现高效热传输，同时具有轻便，易于安装，节省空间，造价低等特点，为地热利用以及太阳能热利用提供高效、廉价的热利用装置。所要解决的技术问题是(1)必须能够很好地满足真空管集热器的安装使用，达到和真空管充分并且有效地接触的目的；( 可以最大程度地降低传热热阻，提高热传输效率，减少热损失；(3)其蒸发器结构节省空间，易于安装使用，易于真空管集热器维护/更换。并且所设计的环路重力热管结构制程简单可靠，成本较低，从而更加适于实用。本专利技术所提供的设计结构及制造工艺能够充分开拓环路重力热管的散热潜能。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下的技术原理方案来实现的为解决上述技术问题，本专利技术一种环路重力热管传热装置，主要包括蒸发器、冷凝器、蒸汽管路和液体管路，其中蒸发器为管状，内部密封并装有工质，蒸汽管路的入口略探入蒸发器顶部，液体管路的出口穿过蒸发器顶部并插入至蒸发器底部；蒸汽管路的出口与冷凝器的上部连通，液体管路的入口与冷凝器下部连通。作为本专利技术的一种改进，所述的冷凝器为盘管式冷凝器。所述的冷凝器为蛇形或螺旋形盘管式冷凝器。所述的蒸汽管路或液体管路上设置有出口可封闭的三通结构。所述的蒸发器、冷凝器为铜、铝或不锈钢材质；蒸汽管路、液体管路和三通结构为铜、铝、不锈钢或聚四氟乙烯材质。所述的蒸发器与蒸汽管路、液体管路焊接或粘接，蒸汽管路、冷凝器、液体管路和三通结构焊接、粘接或一体成型。所述的蒸发器内表面为光滑、沟槽、内螺旋沟槽表面或在内表面烧结有多孔材料层；冷凝器内壁面为光滑、直沟槽、螺旋沟槽或附着换热涂层的表面；蒸发器及冷凝器的外壁面为光滑表面或者设有翅片或肋结构。所述的工质为水、丙酮、乙醇、三氧化二铝与水混合的纳米流体、氧化铜与水混合的纳米流体、氟利昂或液体金属。所述的蒸发器为多个，相互并联，冷凝器设置在管路总路上。采用这样的设计后，本专利技术至少具有如下优点1、本专利技术将液体管路直接内插入蒸发器外管内，可以很好地满足与太阳能真空管集热器等一端封闭的设备安装使用要求，达到和真空管充分、有效接触的目的；2、本专利技术蒸发器内部为工作液体，工作液体受热沸腾产生蒸汽，蒸汽受热上升进入蒸发器顶部的蒸汽管路，通过液体管路和重力作用实现蒸发器内部液体和蒸汽的分离；3、本专利技术提出了一种新的环路重力热管内部工质循环方法及原理，依靠重力作用以及管壁阻隔作用，可以使得在环路重力热管的蒸发器的一端实现液相和气相工质同时进出，而蒸发器另一端完全封闭；4、依据本专利技术提出的一种特殊的蒸发器结构，通过和液体管路的配合使用，在重力作用下，可以实现控制工作介质在蒸发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李骥，
申请(专利权)人：北京芯铠电子散热技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：