專利名稱：無泵自循環(huán)非真空分體式重力熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱管技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種無泵自循環(huán)非真空分體式重力熱管，能夠按照需要調(diào)節(jié)換熱量。
背景技術(shù)：
熱管是一種傳熱效率很高的傳熱元件，它利用工質(zhì)汽液相變來吸收和釋放熱量。常規(guī)的熱管是一根兩端封閉的管子，內(nèi)裝一定體積的液體，并在制造時(shí)將管內(nèi)抽至一定的真空度。熱管的熱端放在熱源中，冷端與冷源接觸。熱端的熱量通過熱管傳遞至冷端。由于熱管內(nèi)部為真空，熱阻很小，因此傳熱效率很高。由高效傳熱元件熱管組成的熱管換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、壓降低、效率高以及無輔助動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)，近年在技術(shù)上已日趨成熟。熱管的主要缺點(diǎn)是安裝在設(shè)備上的熱管，其傳熱量是恒定的，不能根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)；此外，若熱管內(nèi)部的真空度降低，傳熱效率也將下降。
分體式熱管是在常規(guī)熱管技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)高效傳熱技術(shù)，與普通熱管不同的是，分離式熱管的加熱段和冷凝段分開放置，管束把蒸發(fā)段或冷凝段各自組合起來，通過一根上升管和回流管把分離開的兩組管束連接起來的新設(shè)備，工作介質(zhì)在一個(gè)閉合回路中同向循環(huán)。
喬福山發(fā)明的“分體式熱管”(公開號(hào)為CN 1758009A)提供了一種新型分體式熱管，可以按需調(diào)節(jié)熱管的傳熱量和長(zhǎng)期保持熱管內(nèi)循環(huán)管道內(nèi)的真空度。但是該發(fā)明中需要設(shè)置水力真空泵來使熱管內(nèi)循環(huán)管道處于真空狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無需抽真空、無需循環(huán)泵的分體式重力熱管，可以按需調(diào)節(jié)熱管的傳熱量。
本發(fā)明包括集水箱、內(nèi)循環(huán)管道、控制閥、蒸發(fā)器、熱源、蒸發(fā)器入口、水封彎頭、冷凝器、壓力傳感器和氣庫。集水箱1上方安裝壓力傳感器9，下方設(shè)有控制閥3；控制閥3與蒸發(fā)器入口6前面的水封彎頭7連接；蒸發(fā)器4埋在熱源5中，并通過內(nèi)循環(huán)管道2連接至冷凝器8；冷凝器8位于蒸發(fā)器4的上方，其出口與集水箱1連接；在上述熱管系統(tǒng)中，還可以增設(shè)氣庫10，氣庫10連接在集水箱1的上方。
集水箱1是本發(fā)明的關(guān)鍵部件之一，一方面可以收集回流的冷凝水，另一方面可以提供循環(huán)動(dòng)力。集水箱中的水，依靠集水箱和蒸發(fā)器入口之間的液位差所產(chǎn)生重力作為循環(huán)動(dòng)力，沿著管道流入蒸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)無泵自循環(huán)。
控制閥3可以采用手動(dòng)閥或其它流量調(diào)節(jié)器。通過調(diào)節(jié)控制閥3，可以調(diào)節(jié)熱管系統(tǒng)內(nèi)液體傳熱介質(zhì)的循環(huán)流量，從而調(diào)節(jié)熱管的傳熱量。
蒸發(fā)器4采用不銹鋼管，埋在熱源5中，當(dāng)水流過蒸發(fā)器4時(shí)，可以間接吸收熱源5的熱量，形成過熱蒸汽，從而將熱源5中的熱量攜帶出來。
熱源5位于熱管的熱端，用來加熱蒸發(fā)器中的傳熱介質(zhì)。熱源5可以采用低谷電蓄熱，或者直接利用電能加熱，還可以采用燃燒燃料的方式加熱，等等。蒸發(fā)器4埋在熱源5中。
水封彎頭7安裝在蒸發(fā)器4的入口處，在水汽化為過熱蒸汽的過程中，體積膨脹，壓力增大，部分過熱蒸汽倒流，一方面妨礙集水箱1中的水流入蒸發(fā)器4，另一方面導(dǎo)致蒸發(fā)器入口6處溫度過高，因此設(shè)置水封彎頭7來防止蒸汽倒流，確保無泵自循環(huán)的實(shí)現(xiàn)。
冷凝器8為冷、熱流體提供熱交換的場(chǎng)所?？梢圆捎锰淄彩綋Q熱器，其管道的安裝角度與水平方向成一傾角，以保證冷凝水可以沿管道流回集水箱1。過熱蒸汽進(jìn)入冷凝器8，經(jīng)換熱后冷凝成液態(tài)水，回流到集水箱1，從而完成一個(gè)閉路循環(huán)。冷凝器8位于蒸發(fā)器4的上方。
為了提高熱管的傳熱效率，可以設(shè)置氣庫10。氣庫10用來存儲(chǔ)熱管系統(tǒng)內(nèi)部的初始空氣或惰性氣體。放熱過程中，熱管系統(tǒng)內(nèi)部的液態(tài)水變?yōu)樗羝?，管?nèi)的壓力升高，過熱蒸汽在壓差的驅(qū)動(dòng)下向上流動(dòng)，將熱管系統(tǒng)內(nèi)部的大部分空氣或惰性氣體壓縮到氣庫10中，從而使熱管內(nèi)部的空氣或惰性氣體濃度降低，可以提高熱管的傳熱效率。
工作過程如下打開控制閥3，集水箱1中的水，依靠集水箱1和蒸發(fā)器入口6之間的液位差所產(chǎn)生的重力作為循環(huán)動(dòng)力，經(jīng)過控制閥3和水封彎頭7流入蒸發(fā)器4，在流過蒸發(fā)器4的過程中，吸收熱源5中的熱量，發(fā)生相變變?yōu)轱柡驼羝?，進(jìn)一步被加熱成為過熱蒸汽；過熱蒸汽在壓差的驅(qū)動(dòng)下向上流動(dòng)，經(jīng)過內(nèi)循環(huán)管道2進(jìn)入冷凝器8，經(jīng)換熱后冷凝成液態(tài)水，在重力作用下，沿著傾斜管道回流到集水箱1，從而完成一個(gè)閉路循環(huán)。在裝有氣庫10的熱管系統(tǒng)中，當(dāng)水發(fā)生相變時(shí)，熱管內(nèi)部的壓力升高，管道內(nèi)部所包含的空氣或惰性氣體被驅(qū)趕壓縮到氣庫10中，熱管內(nèi)部的空氣或惰性氣體濃度降低，熱管的傳熱效率提高。
本發(fā)明中，熱管系統(tǒng)內(nèi)部無需抽真空，初始狀態(tài)為常壓，管內(nèi)含有空氣或惰性氣體。當(dāng)熱管系統(tǒng)內(nèi)部的蒸汽溫度很高時(shí)，為了防止管道內(nèi)空氣中的氧氣氧化管道，可以利用惰性氣體置換管內(nèi)的空氣。
本發(fā)明中，依靠集水箱1和蒸發(fā)器入口6之間的液位差所產(chǎn)生的重力作為循環(huán)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)無泵自循環(huán)。
本發(fā)明中，可以通過調(diào)節(jié)控制閥3的開度和集水箱1的初始液位高度來調(diào)節(jié)熱管的傳熱量。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用集水箱和蒸發(fā)器入口之間的液位差所產(chǎn)生重力作為循環(huán)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)無泵自循環(huán)；調(diào)節(jié)控制閥的開度和集水箱的初始液位高度，可以調(diào)節(jié)熱管的傳熱量；熱管系統(tǒng)內(nèi)部無需抽真空，工程上安裝、使用和維護(hù)方便，工作可靠。


圖1為本發(fā)明專利的一種無泵自循環(huán)非真空分體式重力熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，集水箱1，內(nèi)循環(huán)管道2，控制閥3，蒸發(fā)器4，熱源5，蒸發(fā)器入口6，水封彎頭7，冷凝器8，壓力傳感器9和氣庫10。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明包括集水箱1、內(nèi)循環(huán)管道2、控制閥3、蒸發(fā)器4、熱源5、水封彎頭7、冷凝器8、壓力傳感器9和氣庫10。
本發(fā)明中的熱管產(chǎn)生熱水的過程打開控制閥3，集水箱1中的水，依靠集水箱1和蒸發(fā)器入口6之間的液位差所產(chǎn)生的重力作為循環(huán)動(dòng)力，沿著管道流入蒸發(fā)器4，在蒸發(fā)器4的流動(dòng)過程中，吸收熱源5中的熱量，到達(dá)飽和狀態(tài)，然后發(fā)生相變變?yōu)轱柡驼羝?，最后被加熱成為過熱蒸汽。過熱蒸汽在壓差的驅(qū)動(dòng)下向前流動(dòng)，沿著內(nèi)循環(huán)管道2進(jìn)入頂部的冷凝器8，經(jīng)換熱后冷凝成液態(tài)水，在重力作用下，沿著傾斜管道回流到集水箱1，從而完成一個(gè)閉路循環(huán)。同時(shí)，來自供水系統(tǒng)的冷水從冷水入口流經(jīng)冷凝器8，吸收過熱蒸汽放出的熱量后，被加熱成溫度較高的熱水從出口流出，供各種場(chǎng)合使用。
實(shí)施例1本發(fā)明提供的無泵自循環(huán)非真空分體式重力熱管，包括熱源、冷凝器、蒸發(fā)器、集水箱、內(nèi)循環(huán)管道以及其它連接管道，同時(shí)包括一些測(cè)量?jī)x表，如流量計(jì)、溫度計(jì)、壓力傳感器。在本實(shí)施例中，利用本發(fā)明提供的無泵自循環(huán)非真空分體式重力熱管來產(chǎn)生熱水。
結(jié)構(gòu)參數(shù)如下冷凝器采用套筒式換熱器，其內(nèi)管采用Φ12×1mm的銅管，外管采用Φ25×1.5mm的銅管，長(zhǎng)度為1000mm。集水箱為圓筒形，內(nèi)徑為80mm，高度為200mm。蒸發(fā)器采用內(nèi)徑12mm的不銹鋼管，裝置中所有其它連接管道均為內(nèi)徑12mm的銅管?？刂崎y采用通徑為Φ4mm的電磁閥。熱源的溫度保持為450℃。熱源對(duì)外可輸出的最大功率為6kW。
熱水產(chǎn)生過程。打開控制閥3，集水箱1中的水，依靠集水箱1和蒸發(fā)器入口6之間的液位差所產(chǎn)生的重力作為循環(huán)動(dòng)力，沿著管道流入蒸發(fā)器4，在蒸發(fā)器4的流動(dòng)過程中，吸收熱源5中的熱量，到達(dá)飽和狀態(tài)，然后發(fā)生相變變?yōu)轱柡驼羝?，最后被加熱成為過熱蒸汽。過熱蒸汽在壓差的驅(qū)動(dòng)下向前流動(dòng)，沿著內(nèi)循環(huán)管道2進(jìn)入頂部的冷凝器8，經(jīng)換熱后冷凝成液態(tài)水，在重力作用下，沿著傾斜管道回流到集水箱1，從而完成一個(gè)閉路循環(huán)。同時(shí)，來自供水系統(tǒng)的冷水從入口流經(jīng)冷凝器8的冷側(cè)，吸收過熱蒸汽放出的熱量后，被加熱成溫度較高的熱水而流出，供各種場(chǎng)合使用。
集水箱與蒸發(fā)器入口之間的液位差為290mm。當(dāng)冷水流量為150L/h，進(jìn)水溫度為14℃時(shí)，出口的熱水溫度為41℃，熱管的傳熱量為4.74kW；當(dāng)冷水流量為200L/h，進(jìn)水溫度為14℃時(shí)，出口的熱水溫度為35.9℃，熱管的傳熱量為5.12kW；當(dāng)冷水流量為300L/h，進(jìn)水溫度為14℃時(shí)，出口的熱水溫度為29℃，熱管的傳熱量為5.27kW；當(dāng)冷水流量為500L/h，進(jìn)水溫度為14℃時(shí)，出口的熱水溫度為23.1℃，熱管的傳熱量為5.32kW。集水箱的表壓力一直保持在0.1MPa以下。因此，冷水流量增大時(shí)，出口的熱水溫度降低，而熱管的傳熱量增大。運(yùn)行過程中性能穩(wěn)定可靠。
調(diào)節(jié)集水箱與蒸發(fā)器入口之間的液位差，可以調(diào)節(jié)熱管的傳熱量。當(dāng)液位高度為235mm時(shí)，熱管的傳熱量為3.5kW。當(dāng)液位高度為290mm時(shí)，熱管的傳熱量為5.27kW。當(dāng)液位高度為360mm時(shí)，熱管的傳熱量為6.38kW。因此，通過調(diào)節(jié)集水箱的初始液位高度，可以調(diào)節(jié)熱管的傳熱量。產(chǎn)生的熱水可以供廚房、浴室或取暖使用，或者其它任何需要使用熱水的場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.一種無泵自循環(huán)非真空分體式重力熱管，包括集水箱、內(nèi)循環(huán)管道、控制閥、蒸發(fā)器、熱源、蒸發(fā)器入口、水封彎頭、冷凝器、壓力傳感器和氣庫；其特征在于集水箱(1)上方安裝壓力傳感器(9)，下方設(shè)有控制閥(3)；控制閥(3)與蒸發(fā)器入口(6)前面的水封彎頭(7)連接，水封彎頭(7)安裝在蒸發(fā)器(4)的入口處，熱源(5)位于熱管的熱端；蒸發(fā)器(4)埋在熱源(5)中，并通過內(nèi)循環(huán)管道(2)連接至冷凝器(8)；冷凝器(8)位于蒸發(fā)器(4)的上方，其出口與集水箱(1)連接；工作過程為打開控制閥(3)，集水箱(1)中的水，依靠集水箱(1)和蒸發(fā)器入口(6)之間的液位差所產(chǎn)生的重力作為循環(huán)動(dòng)力，經(jīng)過控制閥(3)和水封彎頭(7)流入蒸發(fā)器(4)，在流過蒸發(fā)器(4)的過程中，吸收熱源(5)中的熱量而發(fā)生相變，變?yōu)轱柡驼羝?，進(jìn)一步被加熱成為過熱蒸汽；過熱蒸汽在壓差的驅(qū)動(dòng)下向上流動(dòng)，經(jīng)過內(nèi)循環(huán)管道(2)進(jìn)入冷凝器(8)，經(jīng)換熱后冷凝成液態(tài)水，在重力作用下，沿著傾斜管道回流到集水箱(1)，從而完成一個(gè)閉路循環(huán)。
2.按照權(quán)利要求1所述的無泵自循環(huán)非真空分體式重力熱管，其特征在于在上述熱管系統(tǒng)中增設(shè)氣庫(10)，氣庫(10)連接在集水箱(1)的上方；氣庫(10)用于存儲(chǔ)熱管內(nèi)部的不凝性空氣或惰性氣體，使熱管內(nèi)部的不凝性空氣或惰性氣體濃度降低，提高傳熱效率。
3.如權(quán)利要求1所述的分體式熱管，其特征在于熱管的冷凝器(8)位于熱管系統(tǒng)的最上方，熱管的蒸發(fā)器(4)位于熱管系統(tǒng)的最下方。
4.如權(quán)利要求1所述的分體式熱管，其特征在于熱管系統(tǒng)初始狀態(tài)時(shí)為常壓，系統(tǒng)里充滿空氣或惰性氣體，不需要抽真空。
5.如權(quán)利要求1所述的分體式熱管，其特征在于依靠集水箱(1)和蒸發(fā)器入口(6)之間的液位差所產(chǎn)生的重力作為循環(huán)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)無泵自循環(huán)；可以通過調(diào)節(jié)控制閥(3)的開度或調(diào)節(jié)集水箱(1)的初始液位高度來實(shí)現(xiàn)熱管傳熱量的調(diào)節(jié)。
全文摘要
一種無泵自循環(huán)非真空分體式重力熱管，屬于泵循環(huán)技術(shù)領(lǐng)域。包括集水箱、內(nèi)循環(huán)管道、控制閥、蒸發(fā)器、熱源、蒸發(fā)器入口、水封彎頭、冷凝器、壓力傳感器和氣庫。集水箱(1)上方安裝壓力傳感器(9)，下方設(shè)有控制閥(3)；控制閥(3)與蒸發(fā)器入口(6)前面的水封彎頭(7)連接；蒸發(fā)器(4)埋在熱源(5)中，通過內(nèi)循環(huán)管道(2)連接至冷凝器(8)；冷凝器(8)位于蒸發(fā)器(4)的上方，其出口與集水箱(1)連接，也可增設(shè)氣庫(10)，氣庫(10)連接在集水箱(1)的上方。優(yōu)點(diǎn)在于采用集水箱和蒸發(fā)器入口之間的液位差所產(chǎn)生重力作為循環(huán)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)無泵自循環(huán)；熱管系統(tǒng)內(nèi)部無需抽真空，工程上安裝、使用和維護(hù)方便，工作可靠。
文檔編號(hào)F28D15/02GK1865828SQ20061001219
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者王立, 尹少武, 童莉葛, 周筠清, 孫淑鳳 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)