一种单向传热装置及工作方法与流程

1.本发明涉及相变换热设备技术领域，具体涉及一种单向传热装置及工作方法。


背景技术：

2.传统的热管依赖工质的相变和重力、毛细力等作用维持工质循环来进行传热。作为一种高效的非能动传热设备，热管具有传热效率高、等温性能优良、加工制造简便、物理结构简单、安装维修方便等优势。对于特殊的应用场景，要求热管具有单向传热的特点。采用吸液芯的毛细力维持工质循环的热管无法满足单向传热的要求；采用重力维持循环的热虹吸管具有单向传热特性，但对于摆放位置有苛刻的要求。


技术实现要素：

3.为实现在高效单向传热的要求，本发明设计了一种单向传热装置及工作方法，本发明结构简化，可实现单向高效传热。
4.为达到上述目的，本发明采取以下设计方案：
5.一种单向传热装置，包括底部端盖1、管壳2、周向槽3、多孔吸液芯4、输运通道5、蒸气腔6、顶部端盖7、充液管8和工质；所述管壳2两端分别设置有底部端盖1和顶部端盖7，顶部端盖7有充液管8穿过连通外部环境与蒸气腔6，管壳2的内壁面沿轴向设置有若干周向槽3，周向槽3内贴附有多孔吸液芯4，多孔吸液芯4内部沿轴向设置有输运通道5，多孔吸液芯4内侧为蒸气腔6；通道管壁51将输运通道5和多孔吸液芯4分割，通道管壁51内沿轴向设置有若干导流瓣52和活动膜53，每个导流瓣52包括周向布置的若干瓣片521，瓣片521一端固定于通道管壁51，另一端置于输运通道5内部，周向布置的若干瓣片521组合形成单向渐缩的导流瓣52，每个活动膜53包括膜片531和牵引臂532，活动膜53的膜片531一端固定于通道管壁51，另一端置于输运通道5内部并通过牵引臂532连接通道管壁51，同一轴向位置的膜片531的转动可能够闭或打开输运通道5，所述牵引臂532限制膜片531使得输运通道5单向封闭或打开；工质填充于管壳2内部；根据热量径向传递的方向，单向传热装置置于热源区域吸收热量的区域为蒸发段10，置于热阱区域释放热量的区域为冷凝段30，连接蒸发段10和冷凝段30无径向热量传递的区域为绝热段20。
6.所述周向槽3为圆形或多边形。
7.所述周向槽3具有两种布置方案：方案一为若干周向槽3沿周向环绕管壳2内壁，各周向槽3相互独立；方案二为周向槽3呈螺旋状环绕管壳2内壁，周向槽3沿一条或多条螺旋线进行设置。
8.所述位于蒸发段10或冷凝段30的周向槽3可设置若干轴向槽道进行连通，促进蒸发段10或冷凝段30内液态工质的轴向分布。
9.所述多孔吸液芯4具有方向性，位于蒸发段10或冷凝段30的多孔吸液芯4沿轴向和周向输运液态工质，位于绝热段20的多孔吸液芯4仅沿周向输运液态工质。
10.所述导流瓣52的厚度小于1cm，膜片531的厚度小于1cm。
11.所述导流瓣52的材料为铁、铝、铜、银、金、钛或金属合金，膜片531的的材料为铁、铝、铜、银、金、钛或金属合金。
12.单向传热装置正常工作时，蒸发段10的管壳2吸收热量，液态工质吸收热量产生蒸气，由于多孔吸液芯4和周向槽3的存在，液态工质在蒸发段10内是均匀分布的，蒸气在蒸气腔6内经过绝热段20到达冷凝段30释热冷凝为液态工质，冷凝段30的液态工质在多孔吸液芯4和周向槽3的输运作用下在冷凝段30均匀分布，位于绝热段20的多孔吸液芯4和周向槽3均为周向输运，不参与轴向液态工质的输运，由于输运通道5的存在，液态工质由热阱区域经绝热区域输运到热源区域，导流瓣52和活动膜53内液态工质的流动方向为由大开口侧指向小开口侧；单向传热装置非正常工作时，蒸发段10内管壳2吸收热量，液态工质吸收热量产生蒸气，由于多孔吸液芯4和周向槽3的存在，液态工质在蒸发段10内是均匀分布的，蒸气在蒸气腔6内经过绝热段20到达冷凝段30释热冷凝为液态工质，冷凝段30的液态工质在多孔吸液芯4和周向槽3的输运作用下在冷凝段30均匀分布，位于绝热段20的多孔吸液芯4和周向槽3均为周向输运，不参与轴向液态工质的输运，对于输运通道5，由于液态工质的流动方向与导流瓣52和活动膜53内正常流动方向相反，导流瓣52对液态工质的流动产生阻碍，活动膜53的膜片531在液态工质的冲击下闭合，牵引臂532的存在抵消液态工质的冲击作用，输运通道5内液态工质的输运过程中断，导致传热无法继续，实现了单向传热。
13.和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
14.本发明采用周向槽3和多孔吸液芯4组合的方式实现在热源和热阱区域液态工质的均匀分布，有利于温度平均；设置导流瓣52和活动膜53控制输运通道5内液态工质的流动方向。
15.本发明针对单向高效传热的问题，提出一种单向传热装置及工作方法，本发明结构紧凑，质量较轻，无运动部件，特殊的结构设计能够实现单向高效传热。
附图说明
16.图1为单向传热装置的示意图。
17.图2为输运通道的示意图。
具体实施方式
18.现结合实例、附图对本发明作进一步描述：
19.如图1所示，一种单向传热装置，包括底部端盖1、管壳2、周向槽3、多孔吸液芯4、输运通道5、蒸气腔6、顶部端盖7、充液管8和工质；所述管壳2两端分别设置有底部端盖1和顶部端盖7，顶部端盖7有充液管8穿过连通外部环境与蒸气腔6，管壳2的内壁面沿轴向设置有若干周向槽3，周向槽3内贴附有多孔吸液芯4，多孔吸液芯4内部沿轴向设置有输运通道5，多孔吸液芯4内侧为蒸气腔6；通道管壁51将输运通道5和多孔吸液芯4分割，通道管壁51内沿轴向设置有若干导流瓣52和活动膜53，每个导流瓣52包括周向布置的若干瓣片521，瓣片521一端固定于通道管壁51，另一端置于输运通道5内部，周向布置的若干瓣片521组合形成单向渐缩的导流瓣52，每个活动膜53包括膜片531和牵引臂532，活动膜53的膜片531一端固定于通道管壁51，另一端置于输运通道5内部并通过牵引臂532连接通道管壁51，同一轴向位置的膜片531的转动可能够闭或打开输运通道5，所述牵引臂532限制膜片531使得输运通
道5单向封闭或打开；工质填充于管壳2内部；根据热量径向传递的方向，单向传热装置置于热源区域吸收热量的区域为蒸发段10，置于热阱区域释放热量的区域为冷凝段30，连接蒸发段10和冷凝段30无径向热量传递的区域为绝热段20。
20.作为本发明的优选实施方式，所述周向槽3为圆形或多边形。
21.作为本发明的优选实施方式，所述周向槽3具有两种布置方案：方案一为若干周向槽3沿周向环绕管壳2内壁，各周向槽3相互独立；方案二为周向槽3呈螺旋状环绕管壳2内壁，周向槽3沿一条或多条螺旋线进行设置。
22.作为本发明的优选实施方式，所述位于蒸发段10或冷凝段30的周向槽3可设置若干轴向槽道进行连通，促进蒸发段10或冷凝段30内液态工质的轴向分布。
23.作为本发明的优选实施方式，所述多孔吸液芯4具有方向性，位于蒸发段10或冷凝段30的多孔吸液芯4沿轴向和周向输运液态工质，位于绝热段20的多孔吸液芯4仅沿周向输运液态工质。通过该设计，实现蒸发段10或冷凝段30内液态工质的均匀分布，有利于温度展平；绝热段20实现周向液态工质的均匀分布，有利于周向温度展平。
24.作为本发明的优选实施方式，所述导流瓣52的厚度小于1cm，膜片531的厚度小于1cm。通过该设计，导流瓣52和膜片531在保证实现单向传热的基础上兼顾减小装置质量。
25.作为本发明的优选实施方式，所述导流瓣52的材料为铁、铝、铜、银、金、钛或金属合金，膜片531的的材料为铁、铝、铜、银、金、钛或金属合金。通过该设计，选用导热性能和延展性能较强的金属材料，有利于装置的高效工作和可靠性。
26.本发明的工作原理为：单向传热装置正常工作时，蒸发段10的管壳2吸收热量，液态工质吸收热量产生蒸气，由于多孔吸液芯4和周向槽3的存在，液态工质在蒸发段10内是均匀分布的，蒸气在蒸气腔6内经过绝热段20到达冷凝段30释热冷凝为液态工质，冷凝段30的液态工质在多孔吸液芯4和周向槽3的输运作用下在冷凝段30均匀分布，位于绝热段20的多孔吸液芯4和周向槽3均为周向输运，不参与轴向液态工质的输运，由于输运通道5的存在，液态工质由热阱区域经绝热区域输运到热源区域，导流瓣52和活动膜53内液态工质的流动方向为由大开口侧指向小开口侧；单向传热装置非正常工作时，蒸发段10内管壳2吸收热量，液态工质吸收热量产生蒸气，由于多孔吸液芯4和周向槽3的存在，液态工质在蒸发段10内是均匀分布的，蒸气在蒸气腔6内经过绝热段20到达冷凝段30释热冷凝为液态工质，冷凝段30的液态工质在多孔吸液芯4和周向槽3的输运作用下在冷凝段30均匀分布，位于绝热段20的多孔吸液芯4和周向槽3均为周向输运，不参与轴向液态工质的输运，对于输运通道5，由于液态工质的流动方向与导流瓣52和活动膜53内正常流动方向相反，导流瓣52对液态工质的流动产生阻碍，活动膜53的膜片531在液态工质的冲击下闭合，牵引臂532的存在抵消液态工质的冲击作用，输运通道5内液态工质的输运过程中断，导致传热无法继续，实现了单向传热。