[发明专利]一种带环形元器件的重力热管

说明书

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。

技术领域

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。

发明内容

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：