热管冰蓄冷结构设计

　　1 前言

　　热管是一种不需要动力的高效传热性能的元件,怎样让热管这种高性能的传热元件应用到冰蓄冷空调系统中,使冰蓄冷空调系统在发挥其自身优势的同时,又能减少系统的运行及投资费用,在当今社会已变得越来越重要!对热管冰蓄冷这门新技术进行研究就显得非常有意义。目前在这一领域无论在理论上还是在实际应用中基本还是一片空白。

　　鉴于上述研究现状,本文拟做如下研究:确定适宜冰蓄冷工作的热管管材、热管工质及其基本尺寸。

　　2 换热装置的基本结构设计

　　为实际应用和研究的需要,我们考虑做为蓄冷装置,要求冷量既能够储存,还能将储存的冷量放出。因此首先需要对装置的结构进行合理的设计。图1是我们设计的热管式蓄冷、放冷换热装置的结构示意图。本装置分为上、中,下三部分,中间部分为蓄冷段,是存放相变介质水的部分;上部是蓄冰工况放冷流体乙二醇的通道;下部是融冰工况空调冷水的通道。上,中、下三部分之间分别用挡板隔开,成为相互独立,互不相通地区域。作为换热元件热管将自上而下贯通三个区域,起到热量传递的作用。本装置的结构设计方法已申请国家专利授权。

　　3 热管材质与热管工质的初步设计

　　热管作为此蓄冷装置的主要元件,其壳体材料与热管工质的选择将对整个蓄冷装置能否正常、高效的工作起到举足轻重的作用。

　　3. 1 热管材质的初步选择设计

　　在还没有确定工质的前提下,作为热管的壳体材料首先应满足在工作温度下的刚度和强度要求,由前面可知本热管的工作温度范围为-10e~12e之间,属低温热管范畴。由文献[5]可知铝、不锈钢、低碳钢、铁及铜均满足以上要求,同时我们考虑到热管最上部段在蓄冰时要与低温的乙二醇溶液相接触,所以热管的材质一定要在满足上述条件的同时还要与乙二醇溶液相容,不能被其腐蚀。

　　我们知道乙二醇溶液对某些金属物铅、锌、镁、镉不相容,对钢、铸铁、黄铜、紫铜、铝金属等均钢、低碳钢、铁及铜等五种金属作为热管壳体的备选材料。

　　3. 2 热管工质的选择设计

　　热管是依靠工作液体的相变来传递热量的,因此工作液体的各种物理性质对于热管的工作特性也就具有重要的影响。

　　首先我们要确定热管工质的工作温度。已知蓄冰时冷凝段平均温度约为-7e左右,蒸发段平均温度为-1e左右;融冰时冷凝段平均温度为0e,蒸发段平均温度为9e左右,所以认为工质的工作温度范围为-7e~9e之间。

　　良好的热管工作时,工作液体必然处于汽液两相状态,因此所选择的工作液体熔点应低于热管的工作温度,热管才有可能正常工作。所以欲选定一种适宜的液体工质,首先要考虑的是蒸汽运行的温度范围。表1是各种常用的热管液体工质的蒸汽运行温度范围表。