帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于熱傳導設備技術領域，尤其是涉及一種帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置。它解決了現有傳熱裝置換熱效率低等技術問題。本熱傳導裝置包括兩端封閉的中空導熱管體，中空導熱管體內具有用于放置導熱工質的內腔，在中空導熱管體一端分別設有工質進口與工質出口，中空導熱管體內設有能將內腔軸向分割呈兩個相互獨立且均呈螺旋狀軸向分布的螺旋通道的螺旋結構，兩個螺旋通道中的一個的一端與工質進口相連通，剩余一個螺旋通道的一端與工質出口相連通，且兩個螺旋通道的另一端在中空導熱管體遠離設有工質進口與工質出口一端的內部相互連通。優(yōu)點在于：納米顆粒懸浮和/或就近聚積，導熱效果號，使用簡單安全，無需日常維護。
【專利說明】
帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于熱傳導設備技術領域，尤其是涉及一種帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置?！颈尘凹夹g】
[0002]加熱、冷卻、導熱將熱能，從A面?zhèn)鲗е罛面是日常生活，工農業(yè)各領域廣為應用的一種基本的過程。常見的導熱方式有以下幾種;第1，在溫度差作用下的間壁式導熱，第2,其熱能在流體介質或連續(xù)固體材料中的傳輸，第3,以光/聲/電磁波形態(tài)的超接觸方式傳播。 其中尤以通過流體將熱能完成一定距離輸送的方式最為普遍常用。優(yōu)點是流體介質可選范圍廣，分配合流推動方式靈活，缺點是輸送過程需要外部部力，如栗/風機等，特別的當流體是液體物質時，因其容重大，摩擦阻力大，耗電耗能成本高。在某些場合下有些應用例中其輸送能耗甚至是主要的制約因素。對于具有超導能力的重力熱管，脈動熱管，含納米粒子的復合液體方式，含納米粒子的氣體方式，存在有:穩(wěn)定性差，熱傳導效率低，熱傳導效果差， 二個端點間的重力高度差限制，納米粒子沉降聚團后不能再次啟動的隱患，冷熱二端之間不能在真實的運行系統(tǒng)中任意互換，單雙管方式限制，傳輸長度限制等問題。
[0003]為了解決現有技術存在的問題，人們進行了長期的探索，提出了各式各樣的解決方案。例如，中國專利文獻公開了一種重力熱管強化傳熱結構[申請?zhí)?201310353861.3]， 包括設置于重力熱管內腔的導流筒，導流筒內部形成汽態(tài)工質的上升通道，導流筒外側壁與重力熱管內側管壁之間形成液態(tài)工質的下降通道，導流筒的上部設有將上升通道與下降通道導通的通汽口，導流筒的下部設有將下降通道與上升通道導通的回流口。
[0004]上述方案在一定程度上解決了現有重力熱管熱傳導效果差的問題，但是該方案依然存在著:穩(wěn)定性差，熱傳導效率低，納米粒子沉降聚團后不能再次啟動的問題。
【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型的目的是針對上述問題，提供一種結構簡單合理，熱傳導效率高的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置。
[0006]為達到上述目的，本實用新型采用了下列技術方案:本帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置，其特征在于，本熱傳導裝置包括兩端封閉的中空導熱管體，所述的中空導熱管體內具有用于放置導熱工質的內腔，在中空導熱管體一端分別設有工質進口與工質出口，所述的中空導熱管體內設有能將內腔軸向分割呈兩個相互獨立且均呈螺旋狀軸向分布的螺旋通道的螺旋結構，兩個螺旋通道中的一個的一端與工質進口相連通，剩余一個螺旋通道的一端與工質出口相連通，且兩個螺旋通道的另一端在中空導熱管體遠離設有工質進口與工質出口一端的內部相互連通。優(yōu)選地，本裝置可以埋在地下，通過管壁與土壤換熱，也可以應用于地表，進行垂直方向傳熱，由于中空導熱管體兩端端點之間的溫度差作用推動管內導熱工質運動并帶動納米粒子運動，使得本裝置易于熱量的傳導且能夠在任意的高度差，即小于或等于100米，足夠的長度下，小于或等于1000米，不改變安裝位置的情況下，可雙向任選熱流傳遞方向，在-35-1000°C范圍內的溫度效率為95-99%，軸向導熱能量密度15-30ff/mm2 ；所述的中空導熱管體具有氣密性，耐壓值之0.2MPa，可以彎曲；所述的中空導熱管體為光管、波紋管與螺紋管中的任意一種，且所述的中空導熱管體為鋼管、銅管、塑料金屬復合管和塑料管中的任意一種;所述的導熱工質主要成分為粒徑1-20納米的碳粒子/二氧化鈦/Rl 23/水/溴化鋰溶液/Rl 34a，灌注量為中空導熱管體內容積的3 % -100 %。
[0007]在上述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置中，所述的螺旋結構包括軸向設置在中空導熱管體內且以中空導熱管體軸心呈螺旋狀設置的螺旋板，所述的螺旋板下端部與中空導熱管體下端底部之間具有間距，所述的螺旋通道在間距內相互連通。即這里的螺旋板呈雙螺旋結構，其材質為鋼/銅/塑料，螺旋板將中空導熱管體隔開，形成兩個螺旋通道，兩個螺旋通道僅在中空導熱管體的底部連通。
[0008]在上述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置中，所述的導熱工質為納米顆粒超導介質，所述的螺旋板周向外側分別與中空導熱管體的周向內側相互密封且當中空導熱管體兩端無溫度差時能使納米顆粒超導介質中的納米顆粒懸浮和/或就近聚積于所述螺旋板上從而為下次更快地熱傳導啟動做好準備。由于中空導熱管體兩端之間的溫度差作用推動管內導熱工質運動并帶動納米粒子運動，由于螺旋板存在并在內部熱流的作用下旋轉并帶動更多的納米粒子參與到懸浮碰撞運動之中，以此將熱量由溫度高的一端傳送至溫度低的一端，當工作停止，中空導熱管體兩端無溫度差，中空導熱管體內流體靜止，部分納米粒子懸浮或就近聚積在螺旋板上，為下次更快的熱啟動做好準備，以此往復循環(huán)作用以完成熱量的傳遞。
[0009]在上述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置中，所述的間距處設有能對導熱工質進行攪拌從而防止納米顆粒超導介質中的納米顆粒沉積的攪拌機構。
[0010]在上述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置中，所述的攪拌機構包括通過轉動安裝結構設置在螺旋板下端部且能周向轉動的葉輪，且所述的葉輪朝向螺旋通道設置。即通過葉輪的周向轉動來對導熱工質進行攪拌，從而防止導熱工質中的納米粒子沉積在中空導熱管體的底部。
[0011]在上述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置中，所述的葉輪能在導熱工質的熱流作用下直接被帶動旋轉;或者所述的葉輪上連接有能驅動葉輪旋轉的動力機構。即葉輪主動或被動轉動，可以隨導熱工質運動而轉動，也可以通過動力機構而轉動。
[0012]在上述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置中，所述的轉動安裝結構包括固定設置在中空導熱管體內的固定支架，所述的固定支架內穿設有能周向轉動的驅動軸，所述的葉輪固定設置在驅動軸上，且所述的驅動軸端部延伸至螺旋板上，所述的螺旋板通過軸承與驅動軸相連。葉輪優(yōu)選采用斜流葉片形式，這樣能提高攪拌效果，防止納米顆粒超導介質中的納米顆粒沉積。
[0013]在上述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置中，所述的中空導熱管體底部設有能防止導熱工質沉積在中空導熱管體底部的防沉積結構。
[0014]在上述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置中，所述的防沉積結構包括設置在中空導熱管體底部且位于葉輪下方的旋轉毛刷，且所述的旋轉毛刷與驅動軸固定相連。優(yōu)選地，這里的旋轉毛刷與中空導熱管體側壁以及底部，保持合適的距離，避免旋轉毛刷晃動和卡死，其中，旋轉毛刷材質為碳纖維、不銹鋼纖維、銅纖維與塑料纖維中任意一種，直徑0.01-0.lmm〇
[0015]在上述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置中，所述的中空導熱管體至少一端設有橫向設置的換熱器，且所述的換熱器一端設有位于中空導熱管體一側的換熱器流體入口，另一端設有位于中空導熱管體另一側的換熱器流體出口。優(yōu)選地，這里的中空導熱管體兩端均設有換熱器，且換熱器與中空導熱管體內的導熱工質進行間壁導熱換熱，也可以流體直接接觸管壁進行對流換熱，在中空導熱管體外表面可安裝有與換熱器相連的翅片結構。
[0016]與現有的技術相比，本帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置的優(yōu)點在于:1冷熱量從 A處傳遞至B處的過程中，由其外部提供的輸送動力在氣態(tài)介質場合可以減小到零的程度， 只僅靠流體自身的熱能驅動便可。2用一根管就可傳輸冷、熱能量，并且在已安裝的實際應用中，冷/熱端可互反運行。3傳輸管A處至B處的實際安裝位置的高度差可達100米，延伸長度可達1000米以上。4使用簡單安全，無需日常維護?！靖綀D說明】
[0017]圖1為本實用新型提供的結構示意圖。
[0018]圖2為本實用新型提供的A-A處的剖視圖。
[0019]圖3為本實用新型提供的螺旋板的結構示意圖。
[0020]圖4為本實用新型提供的本裝置設有換熱器時的結構示意圖。[0021 ]圖中，中空導熱管體1、螺旋結構2、螺旋通道21、螺旋板22、工質進口 3、工質出口 4、 間距5、攪拌機構6、葉輪61、動力機構62、固定支架63、驅動軸64、軸承65、旋轉毛刷66、換熱器7、換熱器流體入口 71、換熱器流體出口 72、翅片結構73。【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0023]如圖1-3所示，本帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置，包括兩端封閉的中空導熱管體1，中空導熱管體1內具有用于放置導熱工質的內腔，在中空導熱管體1 一端分別設有工質進口3與工質出口4,中空導熱管體1內設有能將內腔軸向分割呈兩個相互獨立且均呈螺旋狀軸向分布的螺旋通道21的螺旋結構2,兩個螺旋通道21中的一個的一端與工質進口 3相連通，剩余一個螺旋通道21的一端與工質出口 4相連通，且兩個螺旋通道21的另一端在中空導熱管體1遠離設有工質進口 3與工質出口 4一端的內部相互連通，優(yōu)選地，本裝置可以埋在地下，通過管壁與土壤換熱，也可以應用于地表，進行垂直方向傳熱，由于中空導熱管體1兩端端點之間的溫度差作用推動管內導熱工質運動并帶動納米粒子運動，使得本裝置易于熱量的傳導且能夠在任意的高度差，即小于或等于100米，足夠的長度下，小于或等于1000米，不改變安裝位置的情況下，可雙向任選熱流傳遞方向，在-35-1000°C范圍內的溫度效率為95-99%，軸向導熱能量密度15-30W/mm2;其中，中空導熱管體1具有氣密性，耐壓值2 0.2MPa， 可以彎曲；中空導熱管體1為光管、波紋管與螺紋管中的任意一種，且中空導熱管體1為鋼管、銅管、塑料金屬復合管和塑料管中的任意一種;導熱工質主要成分為粒徑1-20納米的碳粒子/二氧化鈦/R123/水/溴化鋰溶液/R134a，灌注量為中空導熱管體內容積的3%-100%。
[0024]具體地，本實施例中的螺旋結構2包括軸向設置在中空導熱管體1內且以中空導熱管體I軸心呈螺旋狀設置的螺旋板22，螺旋板22下端部與中空導熱管體I下端底部之間具有間距5，螺旋通道21在間距5內相互連通，即這里的螺旋板22呈雙螺旋結構，其材質為鋼/銅/塑料，螺旋板22將中空導熱管體I隔開，形成兩個螺旋通道21，兩個螺旋通道21僅在中空導熱管體I的底部連通。其中，這里的導熱工質為納米顆粒超導介質，螺旋板22周向外側分別與中空導熱管體I的周向內側相互密封且當中空導熱管體I兩端無溫度差時能使納米顆粒超導介質中的納米顆粒懸浮和/或就近聚積于所述螺旋板22上從而為下次更快地熱傳導啟動做好準備，這是由于中空導熱管體I兩端之間的溫度差作用推動管內導熱工質運動并帶動納米粒子運動，由于螺旋板22存在并在內部熱流的作用下旋轉并帶動更多的納米粒子參與到懸浮碰撞運動之中，以此將熱量由溫度高的一端傳送至溫度低的一端，當工作停止，中空導熱管體I兩端無溫度差，中空導熱管體I內流體靜止，部分納米粒子懸浮或就近聚積在螺旋板22上，為下次更快的熱啟動做好準備，以此往復循環(huán)作用以完成熱量的傳遞。
[0025]進一步地，本實施例中的間距5處設有能對導熱工質進行攪拌從而防止納米顆粒超導介質中的納米顆粒沉積的攪拌機構6。其中，這里的攪拌機構6可以包括通過轉動安裝結構設置在螺旋板22下端部且能周向轉動的葉輪61，且葉輪61朝向螺旋通道21設置，即通過葉輪61的周向轉動來對導熱工質進行攪拌，從而防止導熱工質中的納米粒子沉積在中空導熱管體I的底部，這里的葉輪61能在導熱工質的熱流作用下直接被帶動旋轉;或者葉輪61上連接有能驅動葉輪61旋轉的動力機構62，即葉輪61主動或被動轉動，可以隨導熱工質運動而轉動，也可以通過動力機構62而轉動。更具體地，這里的轉動安裝結構包括固定設置在中空導熱管體I內的固定支架63，固定支架63內穿設有能周向轉動的驅動軸64，葉輪61固定設置在驅動軸64上，且驅動軸64端部延伸至螺旋板22上，螺旋板22通過軸承65與驅動軸64相連，葉輪61優(yōu)選采用斜流葉片形式，這樣能提高攪拌效果，防止納米顆粒超導介質中的納米顆粒沉積。為了防止導熱工質中的納米顆粒沉積在中空導熱管體I底部，中空導熱管體I底部設有能防止導熱工質沉積在中空導熱管體I底部的防沉積結構。這里的防沉積結構包括設置在中空導熱管體I底部且位于葉輪61下方的旋轉毛刷66，且旋轉毛刷66與驅動軸64固定相連，優(yōu)選地，這里的旋轉毛刷66與中空導熱管體I側壁以及底部，保持合適的距離，避免旋轉毛刷晃動和卡死，其中，旋轉毛刷66材質為碳纖維、不銹鋼纖維、銅纖維與塑料纖維中任意一種，直徑0.01-0.1mm。
[0026]如圖4所示，本裝置在使用時，中空導熱管體I至少一端設有橫向設置的換熱器7，且換熱器7—端設有位于中空導熱管體I 一側的換熱器流體入口 71，另一端設有位于中空導熱管體I另一側的換熱器流體出口 72，優(yōu)選地，這里的中空導熱管體I兩端均設有換熱器7，且換熱器7與中空導熱管體I內的導熱工質進行間壁導熱換熱，也可以流體直接接觸管壁進行對流換熱，在中空導熱管體I外表面可安裝有與換熱器7相連的翅片結構73，這樣更加提高了換熱效果。
[0027]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
[0028]盡管本文較多地使用了中空導熱管體1、螺旋結構2、螺旋通道21、螺旋板22、工質進口 3、工質出口 4、間距5、攪拌機構6、葉輪61、動力機構62、固定支架63、驅動軸64、軸承65、旋轉毛刷66、換熱器7、換熱器流體入口 71、換熱器流體出口 72、翅片結構73等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質;把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
【主權項】
1.一種帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置，其特征在于，本熱傳導裝置包括兩端封閉 的中空導熱管體(1)，所述的中空導熱管體(1)內具有用于放置導熱工質的內腔，在中空導 熱管體(1)一端分別設有工質進口(3)與工質出口(4)，所述的中空導熱管體(1)內設有能將 內腔軸向分割呈兩個相互獨立且均呈螺旋狀軸向分布的螺旋通道(21)的螺旋結構(2)，兩 個螺旋通道(21)中的一個的一端與工質進口(3)相連通，剩余一個螺旋通道(21)的一端與 工質出口(4)相連通，且兩個螺旋通道(21)的另一端在中空導熱管體(1)遠離設有工質進口 (3)與工質出口(4)一端的內部相互連通，中空導熱管體(1)為光管、波紋管與螺紋管中的任 意一種。2.根據權利要求1所述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置，其特征在于，所述的螺旋 結構(2)包括軸向設置在中空導熱管體(1)內且以中空導熱管體(1)軸心呈螺旋狀設置的螺 旋板(22)，所述的螺旋板(22)下端部與中空導熱管體(1)下端底部之間具有間距(5)，所述 的螺旋通道(21)在間距(5)內相互連通。3.根據權利要求2所述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置，其特征在于，所述的導熱 工質為納米顆粒超導介質，所述的螺旋板(22)周向外側分別與中空導熱管體(1)的周向內 側相互密封且當中空導熱管體(1)兩端無溫度差時能使納米顆粒超導介質中的納米顆粒懸 浮和/或就近聚積于所述螺旋板(22)上從而為下次更快地熱傳導啟動做好準備。4.根據權利要求2或3所述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置，其特征在于，所述的 間距(5)處設有能對導熱工質進行攪拌從而防止納米顆粒超導介質中的納米顆粒沉積的攪 拌機構(6)。5.根據權利要求4所述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置，其特征在于，所述的攪拌 機構(6)包括通過轉動安裝結構設置在螺旋板(22)下端部且能周向轉動的葉輪(61)，且所 述的葉輪(61)朝向螺旋通道(21)設置。6.根據權利要求5所述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置，其特征在于，所述的葉輪 (61)能在導熱工質的熱流作用下直接被帶動旋轉;或者所述的葉輪(61)上連接有能驅動葉 輪(61)旋轉的動力機構(62)。7.根據權利要求5所述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置，其特征在于，所述的轉動 安裝結構包括固定設置在中空導熱管體(1)內的固定支架(63)，所述的固定支架(63)內穿 設有能周向轉動的驅動軸(64)，所述的葉輪(61)固定設置在驅動軸(64)上，且所述的驅動 軸(64)端部延伸至螺旋板(22)上，所述的螺旋板(22)通過軸承(65)與驅動軸(64)相連。8.根據權利要求4所述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置，其特征在于，所述的中空 導熱管體(1)底部設有能防止導熱工質沉積在中空導熱管體(1)底部的防沉積結構。9.根據權利要求8所述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置，其特征在于，所述的防沉 積結構包括設置在中空導熱管體(1)底部且位于葉輪(61)下方的旋轉毛刷(66)，且所述的 旋轉毛刷(66)與驅動軸(64)固定相連。10.根據權利要求1所述的帶螺旋結構的單管超級熱傳導裝置，其特征在于，所述的中 空導熱管體(1)至少一端設有橫向設置的換熱器(7)，且所述的換熱器(7) —端設有位于中 空導熱管體(1)一側的換熱器流體入口(71)，另一端設有位于中空導熱管體(1)另一側的換 熱器流體出口(72)。
【文檔編號】F28D15/02GK205580265SQ201620179182
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月9日
【發(fā)明人】夏驚濤, 石磊, 吳宏偉
【申請人】浙江陸特能源科技股份有限公司