[发明专利]一种适用于微重力环境的强化冷凝管

说明书

本发明提出了一种适用于微重力环境的强化冷凝管，用于解决微重力环境中的冷凝管换热效率低的技术问题。本发明包括外部基管，外部基管内同轴设置有吸液组件，外部基管和吸液组件之间设置有多个V型针组件，V型针组件顶角端固定于吸液组件，V型针组件尾端固定于外部基管，V型针组件尾端的宽度大于顶角端的宽度。本发明有效减少了在微重力环境中冷凝液在换热壁面的滞留，使得冷凝换热热阻显著降低，从而提高外部基管的冷凝效率，达到强化冷凝的效果。

技术领域

本发明属于强化冷凝换热的技术领域，尤其涉及一种适用于微重力环境的强化冷凝管。

背景技术

冷凝是一种极其常见的换热过程，广泛应用于石油电力、能源化工、航空航天等各种工程领域。一般认为，蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时有两种不同的凝结方式：膜状凝结与珠状凝结。常规重力情况下，珠状冷凝产生的液珠在非水平的壁面上因受到重力作用，长大到一定尺寸后就沿壁面滚下，在滚下的过程中会扫清沿途的液珠，和相遇的液珠合并成更大的液滴，进而使壁面重复液珠的形成和长大的过程；膜状凝结在壁面上始终存在一层连续的液膜，其厚度沿重力方向不断增加。无论是膜状凝结还是珠状凝结，凝结液体都会阻止蒸汽与换热壁面的直接接触，使蒸汽只能与凝结液体表面进行热量交换；当凝结液体堆积地越多、液体表面的温度越高，换热热阻就越大、换热温差就越小，冷凝效率也就越低。

随着近年来航天飞行器制造技术的发展以及探月工程、深空探测工程的稳步推进，我国载人空间站迈入在轨建设阶段。现有的传统冷凝管在微重力环境中的冷凝效率并不高。由于微重力环境中重力被大大削弱、浮力极大减小，普通的冷凝管会面临冷凝液无法及时排除而在换热壁面发生堆积的问题。堆积的凝结液将影响后续蒸汽与换热壁表面的直接接触，增加冷凝过程中的换热热阻，导致冷凝过程恶化，使冷凝效率降低。所以迫切需要一种适用于微重力环境中的冷凝管以实现蒸汽冷凝过程的高效进行。

陈宏霞等人在专利CN102278904B中公开了一种提高管内冷凝相变换热效率的内分液罩式冷凝换热管，该发明通过利用液体表面张力的作用，将冷凝液抽吸至布置在普通外换热管内具有微孔或缝隙结构的内分液罩中，从而实现气液两相流的分离，达到强化冷凝的目的。但是该发明的冷凝管在冷凝初期的效果并不佳，由于在冷凝初期汽体体积比重较大，汽体会进入内分液罩里，导致冷凝换热效率降低。尽量减少冷凝液体在换热壁面堆积的厚度是强化冷凝的有效途径，实现这一目的可以从两方面考虑：一方面可以在冷凝换热管上形成特殊形状的延伸表面，利用表面张力来减薄液膜厚度提高冷凝效率；另一方面也可以通过及时排除堆积在换热壁面的凝结液体来提高冷凝效率。鉴于微重力环境中，汽液界面的表面张力对液滴的迁移起到重要作用，这为换热壁面积液的高效清除提供了新的思路。

发明内容

针对微重力环境中的冷凝管换热效率低的技术问题，本发明提出一种适用于微重力环境的强化冷凝管，有效减少了冷凝液在换热壁面的滞留，使得冷凝换热热阻显著降低，从而提高外部基管的冷凝效率，达到强化冷凝的效果。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种适用于微重力环境的强化冷凝管，包括外部基管，外部基管内同轴设置有吸液组件，外部基管和吸液组件之间设置有多个V型针组件，V型针组件顶角端固定于吸液组件，V型针组件尾端固定于外部基管，V型针组件尾端的宽度大于顶角端的宽度。

所述吸液组件包括毛细吸液芯，毛细吸液芯内同轴设有内部轴，V型针组件的顶角固定在毛细吸液芯或内部轴上。

所述V型针组件沿外部基管的周向分布构成V型针排组，V型针排组中的V型针组件可以排列角度相同，也可以之间倾斜有一定角度；沿外部基管轴向分布多个V型针排组，V型针排组之间可以平行分布，也可以交叉分布。

所述V型针组件由金属丝组成，金属丝的直径为0.5-2mm。

所述V型针组件中的金属丝位于同一平面，可以由两根金属丝构成V字形，或者三根金属丝构成三叉结构等。