[实用新型]一种热管冷凝段防颗粒物沉积系统

说明书

本实用新型公开了一种热管冷凝段防颗粒物沉积系统，涉及包括核能在内的能源领域以及机械设备领域，解决了热管内颗粒物沉积较多而影响换热效率的技术问题，其技术方案要点是该热管所在主体部分为冷凝段，还包括蒸发段以及冷凝段与蒸发段之间的绝热段；在管体内设置吸液芯以及在管体内填充并循环流动的工质。冷凝段内外表面处设计特殊结构，可改变流体流动速率，对流体起到扰流作用，并且使流体中细颗粒物产生碰撞，以降低细颗粒物沉积速率，同时增强管外传热。本申请适用于包括移动式小型反应堆在内的能源相关的热管系统，可广泛应用于太空、深海、医用应急能源等广泛领域。

技术领域

本申请属于包括核能在内的能源领域以及机械设备领域，具体涉及一种可有效防止热管冷凝段细颗粒物沉积的系统。

背景技术

热管是1963年美国LosAlamos国家实验室发明的一种通过汽化潜热进行传热，依赖毛细力、重力、向心力等作用维持工质循环的非能动传热设备，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，其特点为传热效率高、等温性高、可变性强、结构简单且能较好地适应环境，从宇航事业到厨房设备，热管在加热、恒温、冷却、均热、热交换及热控制等方面，其应用范围十分广泛。小型堆应用高温热管即碱金属热管作为换热装置，以简化一、二回路换热方式，提高换热效率以及保障其安全性。

已有研究将热管作为反应堆的换热装置，尤其在小型核电设备中正在开始积极应用研究。早在21世纪初，美国新墨西哥大学就提出将热管应用于空间反应堆电源系统，在其传热过程中，可能会存在细颗粒物杂质，颗粒物在工质中凝聚、沉积并附着在换热管道表面，阻碍换热甚至造成管道腐蚀，引发严重事故，对反应堆安全性造成不利影响。而现有的研究多集中于翅片管式、套管式以及板式换热器等传统换热设备内的颗粒物沉积。近年来对反应堆用热管的性能、能量转换、制造工艺等方向研究较多，对热管式换热器尤其是冷凝段部分细颗粒物沉积的研究很少。

影响细颗粒物沉积的因素以自然循环条件下颗粒受到的热泳力、浮力、重力为主导，其所在介质的黏度、流速、介质与壁面间的温差以及壁面表面能等均会影响细颗粒物的沉积率。研究表明，颗粒沉降过程中，颗粒的反弹速度与颗粒的弹性模量、粒径以及规则超疏水表面的表面能有关。颗粒越大，弹性模量越大，表面能越低，则颗粒更易反弹，从而难以黏附于表面。因此，改进热管系统结构，减少细颗粒物沉积特别是冷凝段的沉积是亟需解决的问题。

实用新型内容

本申请提供了一种热管冷凝段防颗粒物沉积系统，其技术目的是有效防止热管内颗粒物沉积特别是冷凝段沉积，进而提高换热效率，减轻管壁腐蚀。

本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种热管冷凝段防颗粒物沉积系统，该防颗粒物沉积系统所在位置为热管的冷凝段，所述热管还包括蒸发段以及冷凝段与蒸发段之间的绝热段，所述热管的管体的外层为管壁，所述管壁内表面设有与之连接的吸液芯，所述管体内填充有循环流动的热管内工质，所述冷凝段外表面处设有圆角凸起和凹槽，所述冷凝段外部设有正交方向的电磁场。

进一步地，位于所述冷凝段管壁外表面的超疏水表面由位于冷凝段管壁外表面的纳米涂层构成，所述纳米涂层材料为SiO₂或Al或Ti或V，所述超疏水表面的接触角θ150°。

进一步地，所述圆角凸起的高度为3mm～5mm，所述圆角凸起的材料为铝合金或石墨烯或GH2747。

进一步地，所述凹槽为平行于热管横截面的环状凹槽，所述凹槽的横截面为矩形，该横截面宽为2mm～3mm，深度为1mm～3mm。

进一步地，所述冷凝段的进口处和出口处都设有圆环形状的磁铁，进口处磁铁N极与出口处磁铁S极相对；将冷凝段接地，热管外工质接正电极，所述冷凝段与热管外工质形成回路，所述回路的电场方向与所述管体轴线垂直。

进一步地，所述绝热段、所述冷凝段和所述蒸发段均为直管，所述绝热段管道截面面积大于所述蒸发段和所述冷凝段的管道截面面积。