一種熱管及工作液體在熱管中的循環(huán)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳熱領(lǐng)域，尤其涉及一種熱管及工作液體在熱管中的循環(huán)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在世界范圍內(nèi)，從空間到地面，從軍工到民用，在航天、航空、電子、電機(jī)、核工業(yè)、熱工、建筑、醫(yī)療、溫度調(diào)節(jié)、余熱回收以及太陽(yáng)能與地?zé)崂玫确矫嬉延袛?shù)以萬(wàn)計(jì)的熱管正在運(yùn)行中。由于熱管不需要外界供給任何外力在很小的溫差條件下就能迅速傳遞大量的熱能而成為所謂熱的導(dǎo)體。因此，在能源問(wèn)題已成為國(guó)際問(wèn)題的今天，作為高效的傳熱元件，熱管在民用產(chǎn)品應(yīng)用方面的廣泛研究對(duì)于建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重大的意義。
[0003]熱管依靠其內(nèi)部流動(dòng)的工質(zhì)發(fā)生氣液相變時(shí)吸收或釋放潛熱來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移，具有高效的導(dǎo)熱性、高度的等溫性、熱通量可變性、熱流方向可逆等優(yōu)點(diǎn)。較常規(guī)換熱設(shè)備更安全、可靠，可長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，大大增強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，已成為解決高熱通量電子器件冷卻的重要技術(shù)手段。按照工作液體的回流方式可分為芯熱管、重力熱管、重力輔助熱管、旋轉(zhuǎn)熱管等。盡管熱管的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但在某些使用環(huán)境下，還是有許多弊端。如在熱管的正常工作中，毛細(xì)吸液芯熱管由于受到毛細(xì)壓差的限制而不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離、較大功率的傳熱；由于常見(jiàn)的重力熱管為一根直管，使得氣體與冷凝液在同一根熱管中流動(dòng)且流動(dòng)方式為逆流，從而影響重力熱管的大熱量、遠(yuǎn)距離的熱量傳輸?shù)?。因此，并不是所有的現(xiàn)有熱管結(jié)構(gòu)都可以滿足工業(yè)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種熱管及工作液體在熱管中的循環(huán)方法，具有可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳熱、熱傳輸量大、傳熱面積大、氣液流動(dòng)互不干擾等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足絕大多數(shù)熱管所應(yīng)用的場(chǎng)合。
[0005]本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種熱管，包括氣液分離裝置2、設(shè)置在氣液分離裝置2上部的冷凝段1、蒸發(fā)段5、用于連通氣液分離裝置2與蒸發(fā)段5的絕熱段3 ;所述氣液分離裝置2與蒸發(fā)段5之間還增設(shè)有一液體回流管4，該液體回流管4的下端管口位置處于蒸發(fā)段5內(nèi)工作液體6的液面之下。
[0007]所述絕熱段3的下端管口連通蒸發(fā)段5的頂部，上端管口連通氣液分離裝置2的底部，并且上端管口的位置高于氣液分離裝置2內(nèi)的工作液體的液面。
[0008]所述蒸發(fā)段5是由相互連通的兩條水平管道與多條豎直管道共同組成，而且水平管道的管徑大于豎直管道的管徑。
[0009]所述絕熱段3為直管，其管徑與蒸發(fā)段5的豎直管道的管徑相同。
[0010]所述氣液分離裝置2為一根水平管道，其管徑與蒸發(fā)段5的水平管道的管徑相同。
[0011]所述冷凝段I由多條密封管構(gòu)成，其管徑與絕熱段3以及蒸發(fā)段5豎直管道的管徑相同。
[0012]工作液體在上述熱管中循環(huán)的方法如下:當(dāng)熱管的蒸發(fā)段5受熱時(shí)，管內(nèi)的工作液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在壓差的作用下流經(jīng)絕熱段3流向冷凝段1，在冷凝段I釋放熱量凝結(jié)成液體，液體依靠自身的重力作用流經(jīng)液體回流管4返回到蒸發(fā)段5，再繼續(xù)蒸發(fā)、冷凝，如此實(shí)現(xiàn)工作液體6在管內(nèi)的循環(huán)。
[0013]熱量由蒸發(fā)段5傳至冷凝段I的熱量轉(zhuǎn)移過(guò)程中，包含:
[0014](I)熱量從熱源通過(guò)蒸發(fā)段5的管壁傳遞到液-汽分界面；
[0015](2)液體在蒸發(fā)段5內(nèi)的液-汽分界面上蒸發(fā)；
[0016](3)蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段5流到冷凝段I ;
[0017](4)蒸汽在冷凝段I內(nèi)的汽-液分界面上凝結(jié)；
[0018](5)熱量從汽-液分界面通過(guò)液體和冷凝段I的管壁傳遞給冷源；
[0019](6)冷凝后的工作液體在自身重力的作用下通過(guò)液體回流管4流回蒸發(fā)段5。
[0020]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，至少具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0021 ] 本發(fā)明通過(guò)在氣液分離裝置2與蒸發(fā)段5之間增設(shè)一液體回流管4，該液體回流管4的下端管口位置處于蒸發(fā)段5內(nèi)工作液體6的液面之下，使得氣液分開(kāi)流動(dòng)，即冷凝液無(wú)需經(jīng)過(guò)絕熱段而是直接通過(guò)液體回流管回到蒸發(fā)段，因此本發(fā)明的熱管可應(yīng)用于大熱量、氣液流動(dòng)互不干擾、遠(yuǎn)距離的熱量傳輸。
[0022]本發(fā)明絕熱段3的下端管口連通蒸發(fā)段5的頂部，上端管口連通氣液分離裝置2的底部，并且上端管口的位置高于氣液分離裝置2內(nèi)的工作液體的液面，因此氣液分離裝置可以保證冷凝液在回流時(shí)不經(jīng)過(guò)絕熱段。
[0023]本發(fā)明熱管的一個(gè)絕熱段可連接多個(gè)蒸發(fā)段與冷凝段，從而可以增大熱管的傳熱面積。
[0024]本發(fā)明所熱管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、造價(jià)低廉、工作可靠，可在各行各業(yè)的熱能綜合利用和余熱回收技術(shù)中，發(fā)揮巨大的優(yōu)越性。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0027]如圖1所示。本發(fā)明熱管，包括氣液分離裝置2、設(shè)置在氣液分離裝置2上部的冷凝段1、蒸發(fā)段5、用于連通氣液分離裝置2與蒸發(fā)段5的絕熱段3 ;所述氣液分離裝置2與蒸發(fā)段5之間還增設(shè)有一液體回流管4，該液體回流管4的下端管口位置處于蒸發(fā)段5內(nèi)工作液體6的液面之下，使得冷凝液的回流無(wú)需經(jīng)過(guò)絕熱段3，直接通過(guò)液體回流管4即可回到蒸發(fā)段5，因此可應(yīng)用于大熱量、遠(yuǎn)距離的熱量傳輸；該液體回流管4的長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際需要來(lái)確定。
[0028]氣液分離裝置2的作用是防止冷凝液流回蒸發(fā)段時(shí)經(jīng)過(guò)絕熱段3，從而可實(shí)現(xiàn)氣液流動(dòng)的互不干擾。
[0029]所述絕熱段3的下端管口連通蒸發(fā)段5的頂部，上端管口連通氣液分離裝置2的底部，并且上端管口的位置高于氣液分離裝置2內(nèi)的工作液體的液面。
[0030]所述蒸發(fā)段5是由相互連通的兩條水平管道與多條豎直管道共同組成，而且水平管道的管徑大于豎直管道的管徑。
[0031]所述絕熱段3為直管，其管徑與蒸發(fā)段5的豎直管道的管徑相同。在實(shí)際應(yīng)用中絕熱段3可采用軟管、無(wú)縫鋼管或不銹鋼波紋管等。
[0032]所述氣液分離裝置2為一根水平管道，其管徑與蒸發(fā)段5的水平管道的管徑相同，長(zhǎng)度根據(jù)冷凝段I的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)確定。
[0033]所述冷凝段I由多條密封管構(gòu)成，其管徑與絕熱段3以及蒸發(fā)段5豎直管道的管徑相同，在實(shí)際應(yīng)用中可以在這些密封管的外表面加工一些肋片以加快散熱。
[0034]蒸發(fā)段5與冷凝段I的熱管可做成粗糙表面，用來(lái)強(qiáng)化蒸發(fā)段和冷凝段的傳熱。
[0035]若液體回流管4直接與蒸發(fā)段5的下端水平管道相通，那么在加熱蒸發(fā)段5工質(zhì)時(shí)，液體回流管4同樣也會(huì)被加熱，因而會(huì)使得回流液產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象。但是本發(fā)明中的液體回流管4部分管長(zhǎng)是直接插入到蒸發(fā)段5，即液體回流管4的下端管口位置處于蒸發(fā)段5內(nèi)工作液體6的液面之下，從而避免了上述蒸發(fā)現(xiàn)象。由于冷凝后的工作液體6從冷凝段I返回到蒸發(fā)段5不是靠吸液芯所產(chǎn)生的毛細(xì)力，而是依靠工作液體6自身的重力，因此本發(fā)明熱管的工作具有一定的方向性，即蒸發(fā)段5必須置于冷凝段I的下方，這樣才能使得工作液體6依靠自身的重力返回到蒸發(fā)段5。
[0036]該發(fā)明的熱管，可將管內(nèi)抽真空后充入一定量的工作液體，可在工作液體中加入一定劑量的緩蝕劑(又稱(chēng)鈍化劑，屬于這類(lèi)的鈍化劑有鉻酸鹽、重鉻酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、硼酸鹽、苯甲酸鹽、肉桂酸鹽等)以減緩不凝性氣體的產(chǎn)生，之后再對(duì)熱管進(jìn)行密封。
[0037]工作液體在上述熱管中循環(huán)的方法如下:當(dāng)熱管的蒸發(fā)段5受熱時(shí)，管內(nèi)的工作液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在壓差的作用下流經(jīng)絕熱段3流向冷凝段1，在冷凝段I釋放熱量凝結(jié)成液體，液體依靠自身的重力作用流經(jīng)液體回流管4返回到蒸發(fā)段5，再繼續(xù)蒸發(fā)、冷凝，如此實(shí)現(xiàn)工作液體6在管內(nèi)的循環(huán)。
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