一种带环形元器件的重力热管的制作方法

本发明涉及一种新型高效热交换器重力热管，特别涉及一种通过改变管壁结构来减薄冷凝膜厚的重力热管，属于热交换技术领域。

背景技术：

当今传热工程面临的两大难题：研究高绝热材料和高导热材料。但目前已知的具有良好导热性的导热材料导热系数只能达到10²w/m·℃的数量级，远远不能满足一些工程上快速传热的需要。热管的发明就解决了这个问题，它的传热系数是一般金属材料的数百倍乃至上千倍，可以将大量的热量通过很小的截面积远距离地传输而无需外加动力。其中重力热管具有传热效率高、结构简单、成本低廉等突出优点。

但是，重力热管工作时由于种种因素换热效率并不高，例如冷热气流相对运动形成对冲，在重力热管内增加了一个不必要的冷热蒸汽的混合过程，增加了冷热气流的运行阻力影响传热。此外，由于冷凝段内壁面换热面积有限，尤其是工质受热蒸发到达冷凝段时在壁面会形成一层厚厚的液膜，加大了热阻严重阻碍了换热。因此强化热管换热的关键在于促进冷凝段的内壁换热并减小冷凝液膜的厚度。膜状冷凝作为冷凝过程的一种，其特点是冷凝液能形成液膜而完全润湿壁面，液膜越积越厚，多余的冷凝液就沿壁流下。由于热管内壁上始终覆盖着一层液膜，壁面与被冷凝蒸气间的传热遇到了阻力，所以传热效率较低于滴状凝结。

在已公开的专利中，“多头螺旋槽换热管”（zl00250108.2）属波纹管类，已有的螺纹换热管通过加大换热面积和使管内流体产生扰动加强换热，虽然提高了换热效率但较易结垢，而且用于强化传热的螺旋元器件由于加工效率较低或制造工艺复杂，其制造费用相对较高。“一种重力热管强化传热结构”（cn203534295u）通过设置导流筒加强传热，通过在重力热管内腔添加导流筒减少重力热管工作过程中冷热气流对冲问题提高传热效率，结构简单但换热效率提高不大。且二者均不能解决由于液膜造成的换热效率低的问题。针对液膜造成的液阻问题，现有的解决方案通常是利用纵槽和波纹来降低液膜的厚度。冷凝壁面通过液体表面的张力作用，使冷凝液集中在沟槽的底部从而使液膜的厚度变薄。另一种方案是变膜状凝结为珠状凝结，在壁面涂上疏水性的材料或是在蒸气里加入少量的油性添加物，但是都无法长久地保持珠状凝结。此外，“一种强化传热重力热管”（cn104197761a）通过在重力热管内添加扫液装置强化换热的方法，结构复杂不利于推广。

技术实现要素：

本发明的任务在于针对重力热管冷凝段液膜积聚增大冷凝热阻影响换热的问题，通过对重力热管的管壁添加环形元器件，使冷凝液体及时排出，从而减薄蒸汽冷凝在管壁形成的冷凝液膜厚度，从而达到加强重力热管换热的目的；同时，为了强化蒸发段的蒸发换热，在蒸发段加装了具有布液功能的环形元器件，使冷凝段流下来的液体能够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。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种带环形元器件的重力热管，包括设置于重力热管内壁冷凝段多级环形元器件和蒸发段多级环形元器件，冷凝段多级环形元器件内侧既是液体工质的下降通道，又是来自蒸发段工质蒸气的上升通道；冷凝段多级环形元器件外侧与重力热管内腔壁密封连接，以便于冷凝液离开壁面从冷凝段多级环形元器件内侧流出，冷凝段多级环形元器件在减薄冷凝液膜增强冷凝换热的同时，扩展了冷凝换热面积，具有双重的传热强化效果；蒸发段多级环形元器件外侧与重力热管内壁连接处留有布液的间隙，形成液态工质的下降通道，以便于液膜比较均匀地分布在热管蒸发段内腔壁上，实现降膜蒸发，蒸发段多级环形元器件内侧为工质蒸汽的上升通道，蒸发段多级环形元器件也增加了蒸发换热面积。

所述的多级环形元器件包括冷凝段多级环形元器件和蒸发段多级环形元器件两类。通过在管中加入冷凝段环形元器件改变冷凝壁面结构，从而及时把液体从壁面排出，减薄液膜，强化冷凝换热；通过在管中加入蒸发段环形元器件改变蒸发壁面结构，实现降膜蒸发，加强蒸发换热。同时，环形元器件的加入也增加了冷凝段和蒸发段的换热面积，起到了强化传热的作用。此外，重力热管的环形元器件与管壁之间通过过盈配合固定，解决了热管内不容易焊接的问题，整体制作工艺简单，加工效率较高，成本低廉。

附图说明

图1为本发明实施例的带环形元器件的重力热管结构示意图。

图2为本发明实施例的带环形元器件的重力热管中所采用的蒸发段环形元器件结构示意图。

图3为本发明实施例的带环形元器件的重力热管中所采用的冷凝段环形元器件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行说明。

参看图1，并结合图2和图3，一种带环形元器件的重力热管，包括壳体1、冷凝段2、蒸发段3、保温段7、工艺口11和安装在蒸发段3的n个蒸发段环形元器件4和安装在冷凝段2的n个冷凝段环形元器件8。蒸发段环形元器件根据需要设置n个，冷凝段环形元器件根据需要设置n个，n为大于等于1的整数。冷凝段环形元器件10与冷凝段2管壁通过过盈配合固定在一起。冷凝段环形元器件10内侧中心孔既是液体工质的下降通道，又是来自蒸发段3工质蒸气的上升通道；蒸发段环形元器件6外侧与重力热管内壁连接处留有布液的间隙，形成液态工质的下降通道，以便于液膜比较均匀地分布在热管蒸发段3内腔壁上，蒸发段环形元器件6内侧中心孔是热管工质蒸汽的上升通道。每个冷凝段环形元器件10采用相同的结果尺寸，也可以采用上部一级冷凝段环形元器件10比下部一级冷凝段环形元器件9略大的中心孔尺寸，以保证冷凝液体从靠上一级环形元器件流下时不会影响靠下一级环形元器件上液膜的排出。每个蒸发段环形元器件6靠下一级环形元器件5比靠上一级环形元器件6的中心孔略小，或者在除底部一级外的上部每一级蒸发段环形元器件6上设溢出孔12，从而使上部每级蒸发段环形元器件6中的液体工质能够通过溢流流入下部的蒸发段环形元器件5。

液体工质在蒸发段3蒸发，经过保温段到达冷凝段2凝结，通过冷凝段环形元器件10减薄液膜强化冷凝换热，冷凝液依靠重力到达蒸发段环形元器件6中，并完成蒸发段液膜的布液，强化蒸发换热。蒸发段环形元器件6外侧被加工成锯齿状，蒸发段环形元器件6与重力热管蒸发段3内壁面通过盈配合固定，锯齿之间的间隙与重力热管内壁之间形成的小孔形成液态工质降膜蒸发的下降通道，以保证蒸发液膜的均匀分布，强化换热效果。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种新型高效热交换器重力热管，特别涉及一种通过改变管壁结构来减薄冷凝膜厚的重力热管，属于热交换技术领域，重力热管由蒸发段、保温段和冷凝段三个区域组成。重力热管工作时，工质受热蒸发到达冷凝段在壁面形成一层厚厚的液膜，加大了热阻严重阻碍了换热。本发明就是通过在管中加入环形元器件改变壁面结构从而减薄液膜。蒸发段环形元器件的加入使得蒸发段液膜均匀分布，实现降膜蒸发；冷凝段环形元器件的加入减薄液膜，强化冷凝换热。同时环形元器件的加入增加了冷凝段和蒸发段的换热面积强化传热，此外蒸发段元器件的排列还能解决由于液膜过厚造成溢出的液体重新回到液池的问题，避免冷热气流交汇影响传热。

技术研发人员：杜鹏飞;王德昌;刘振;李学瑞;李延辉
受保护的技术使用者：青岛大学;青岛四度环境节能科技有限公司
技术研发日：2017.07.18
技术公布日：2017.09.08