一种热管

摘要

本发明提供了一种热管，包括竖直部分、水平部分和竖直管，其中竖直部分的底端连通水平部分，所述水平部分从竖直部分的底端向着远离竖直部分的方向延伸，所述水平部分下部连通多个竖直管，其中竖直管是热管的蒸发端，竖直部分是热管的冷凝端；从竖直管下部向竖直管上部，相邻的竖直管之间设置多个连通管；从竖直管下部向竖直管上部，相邻连通管之间的距离不断减小。本发明提供了一种热管，能够保证在流体流动过程中尽快的达到压力均衡。

权利要求

1.一种根据PM10电场的强度调整的热管系统，包括热管、烟气管道和空气通道，所述热管的蒸发端设置在烟气管道中，冷凝端设置在蒸发通道中，所述热管包括竖直部分、水平部分和竖直管，其中竖直部分的底端连通水平部分，所述水平部分从竖直部分的底端向着远离竖直部分的方向延伸，所述水平部分下部连通多个竖直管，其中竖直管是热管的蒸发端，竖直部分是热管的冷凝端，所述竖直管和水平部分设置在烟气管道中；从竖直管下部向竖直管上部，相邻的竖直管之间设置多个连通管；从竖直管下部向竖直管上部，相邻连通管之间的距离不断减小；所述系统还包括燃煤烟气污染物的脱除装置，所述装置设置在热管所在烟道的下游，所述装置包括静电除尘段、静电/超声耦合除尘段和等离子/超声耦合催化场除尘段，其中静电除尘段设置在前部，在静电除尘段里面设置收尘极板并产生静电场，静电/超声耦合除尘段设置在静电除尘段的后面，静电/超声耦合除尘段内设置有收尘极板和超声波发生端，并在内部产生静电场，超声波发生端与外部的超声波发生器连接；等离子/超声耦合催化场除尘段设置在静电/超声耦合除尘段后面，等离子/超声耦合催化场除尘段内设置等离子体反应器和超声波发生端，超声波发生端与外部的超声波发生器连接；

静电除尘段入口设置PM10粉尘检测仪，用于检测入口位置的PM10浓度N1，PM10粉尘检测仪与中央控制器数据连接；

静电除尘段入口设置流量传感器，用于测量进入静电除尘段的烟气流量V；所述中央控制器根据测量的检测的PM10浓度N1和流量V的数据来自动调整电场的强度。

说明书

一种热管

技术领域

[0001] 本发明涉及一种热管技术，尤其涉及一种新式结构的热管。

背景技术

[0002] 热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(GeorgeGrover)发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质
的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何
已知金属的导热能力。

[0003] 热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单
一散热模式，采用热管技术使得散热器获得满意的换热效果，开辟了散热行业新天地。目前
热管广泛的应用于各种换热设备，其中包括核电领域，例如核电的余热利用等。

[0004] 现有技术中，热管的外形影响了蒸发端的吸热面积，因此一般蒸发端吸热范围比较小，在热源中有时候需要设置多个热管来满足吸热需求；而且多蒸发端存在的时候，各个
蒸发端因为处于热源的位置不同，会产生吸热不均匀的现象。

[0005] 针对上述问题，本发明在前面发明的基础上进行了改进，提供了一种新的热管结构，充分利用热源，降低能耗，提高开采效果。

发明内容

[0006] 本发明提供了一种新的热管结构，扩展蒸发端的吸热范围，节约能源。

[0007] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

[0008] 一种热管，包括竖直部分、水平部分和竖直管，其中竖直部分的底端连通水平部分，所述水平部分从竖直部分的底端向着远离竖直部分的方向延伸，所述水平部分下部连
通多个竖直管，其中竖直管是热管的蒸发端，竖直部分是热管的冷凝端。

[0009] 作为优选，所述水平部分为扁平管结构，竖直管为圆管结构，水平部分为方形结构；所述的竖直管为多排，其中相邻两排为错列布置；竖直管的圆心与相邻排的临近的两个
竖直管圆心构成等腰三角形，所述竖直管的圆心位于等腰三角形顶角的点的位置。

[0010] 与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：

[0011] 1)本发明对热管的蒸发端的结构进行了改进，将热管的蒸发端延伸到更远的方向，在不改变热管的冷凝端体积的情况下，使得热管的蒸发端的吸热面积增加，这样可以扩
大热管的吸热范围，可以吸收热源最远端的热量。相对于现有技术中的热管蒸发端和冷凝
端保持一致大小，能够提高40％以上的换热效率。同时减少换热器的体积和占地面积，使得
结构紧凑。

[0012] 2)本发明在相邻的蒸发端设置连通管，可以在竖直管受热不同而导致压力不同的情况下，可以使得压力大的蒸发端内的流体快速的流向压力小的蒸发端，从而保持整体压
力均衡，避免局部过热或者过冷。

[0013] 3)进行了大量的数值模拟和实验的研究，对热管在蓄热器中的分布结构进行了最优的结构，而且通过研究得出热管分布的最优关系式，进一步提高热管的分布，达到最佳的
热吸收，降低成本。

[0014] 4)本发明在相邻的热管之间设置连通管的间距和直径变化，实现热管之间的压力均衡，换热均衡。随着流体的向上流动，流体不断的受热，随着流体不断的受热，不同集热管
内的受热越来越不均匀，因此通过上述设置，能够保证在流体流动过程中尽快的达到压力
均衡。

附图说明

[0015] 图1是本发明烟气余热利用结构示意图。

[0016] 图2是本发明烟气处理装置结构示意图。

[0017] 图3是烟气处理装置中的等离子反应器结构示意图。

[0018] 图4为本发明热管结构示意图。

[0019] 图5为图4从底部观察的示意图。

[0020] 图6为本发明设置连通管的热管局部结构示意图。

[0021] 图7为本发明设置在烟道中热管结构示意图。

[0022] 图8是图5的局部放大标注示意图。

[0023] 图中：1‑壳体，2‑收尘极板，3‑超声波发生器，4‑接地极板，5‑引风机，6‑灰斗，7‑陶瓷板，8‑电晕极，9‑高压电源，10‑热管，11‑风机，12‑温度传感器，13‑流量传感器，14‑中央
控制器，101‑竖直部分，102‑水平部分，103‑竖直管，104‑管道，105‑空气通道，106‑烟气管
道，107‑连通管

具体实施方式

[0024] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

[0025] 本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

[0026] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

[0027] 如图1所示，一种烟气余热利用系统，包括热管10、烟气管道106和空气通道105，所述热管10的蒸发端设置在烟气管道106中，冷凝端设置在空气通道105中，所述空气通道105
入口管设置风机11，通过风机的频率变化用于控制进入空气通道105中的空气流量。所述烟
气管道设置温度传感器12和流量传感器13，用于测量烟气的温度和流量，所述系统包括中
央控制器14，所述中央控制器14与风机11、温度传感器12和流量传感器13数据连接，中央控
制器14根据检测的烟气温度T和流量V的数据来自动调整风机的频率。

[0028] 本发明提供了一种新式结构的余热利用系统，可以根据烟气温度和流量综合控制风机的频率，改变了过去单独依靠温度或速度进行空气流量的缺陷，使得控制更加准确，实
现系统的智能化，提高余热利用。

[0029] 作为优选，中央控制器根据V*(T‑t)的大小来自动调整风机的频率，其中t是空气通道入口的空气温度，或者环境温度，或者空气通道入口的空气温度和空气通道出口温度
的加权平均值。进一步优选，选择空气通道入口的空气温度和空气通道出口温度的加权平
均值。通过如此，可以保证空气的风机功率的准确度。

[0030] 作为优选，如果检测的V*(T‑t)增加，中央控制器自动增加风机的频率，如果检测的V*(T‑t)降低，中央控制器自动减少风机的频率。通过如此智能控制，能够使得输入的空
气与烟气的放热量相当，避免输出的空气温度过高或者过低。

[0031] 作为优选，如果选择环境温度，则t为20摄氏度。

[0032] 热管的结构优选如图4、7所示，所述热管包括竖直部分101、水平部分102和竖直管103，其中竖直部分101的底端连通水平部分102，所述水平部分102从竖直部分101的底端向
着远离竖直部分101的方向延伸，所述水平部分102下部连通多个竖直管103，其中竖直管
103是热管的蒸发端，竖直部分101是热管的冷凝端。所述的竖直部分至少一部分设置在空
气通道中，所述竖直管和水平部分设置在烟气管道106中

[0033] 本发明热管在运行中，通过竖直管103从烟气中吸收热量，然后竖直管103中的流体进行蒸发，通过水平部分进入到竖直部分，然后在竖直部分将热量释放给空气，流体进行
冷凝，依靠重力的作用再进入竖直管103。

[0034] 本发明对热管的通过设置热管的蒸发端的结构进行了改进，将热管的蒸发端延伸到更远的方向，在不改变热管的冷凝端体积的情况下，使得热管的蒸发端的吸热面积增加，
这样可以扩大热管的吸热范围，可以吸收热源最远端的热量。相对于现有技术中的热管蒸
发端和冷凝端保持一致大小，能够提高45％以上的换热效率。同时减少冷凝端的体积和占
地面积，使得结构紧凑。

[0035] 此外，本发明通过设置多个竖直管103作为热管的蒸发端，使得每个竖直管103作为一个个独立的吸热管加入热量的吸收，也增加了整体热管蒸发端的吸热面积。

[0036] 作为优选，所述水平部分102为扁平管结构，竖直管103为圆管结构。通过设置水平部分为扁平管结构，可以增加竖直管103的分布，进一步提高热量的吸收。

[0037] 进一步优选，水平部分102为方形结构。

[0038] 作为优选，如图5所示，所述的竖直管103为多排，其中相邻两排为错列布置。通过错列布置，可以进一步提高热管的吸热量。

[0039] 作为优选，竖直管103位于相邻排的相邻竖直管103的圆心连接线段的中线的延长线上。即竖直管103的圆心与相邻排的临近的两个竖直管103圆心构成等腰三角形，所述竖
直管的圆心位于等腰三角形顶角的点的位置。

[0040] 作为优选，如图6所示，至少两个相邻的竖直管103之间设置连通管107。在研究中发现，在竖直段吸热的过程中，会出现不同位置的吸热管的吸收热量不同，导致竖直管103
之间的压力或者温度不同，这样会导致部分竖直管103受热过高，造成寿命缩短，一旦一个
竖直管103出现问题，可能导致整个热管出现无法使用的问题。本发明通过大量的研究，在
相邻的竖直管设置连通管107，可以在竖直管受热不同而导致压力不同的情况下，可以使得
压力大的竖直管103内的流体快速的流向压力小的竖直管103，从而保持整体压力均衡，避
免局部过热或者过冷。

[0041] 作为优选，从竖直管103下部向竖直管103上部，相邻的竖直管103之间设置多个连通管107。通过设置多个连通管，能够使得流体在吸热蒸发过程中不断的均衡压力，保证整
个竖直管内的压力均衡。

[0042] 作为优选，从竖直管103下部向竖直管103上部，相邻连通管107之间的距离不断减小。此目的是为了设置更多的连通管，因为随着流体的向上流动，流体不断的受热，随着流
体不断的受热，不同集热管内的受热越来越不均匀，因此通过上述设置，能够保证在流体流
动过程中尽快的达到压力均衡。

[0043] 作为优选，从竖直管103下部向竖直管103上部，相邻连通管之间的距离不断减小的幅度越来越大。通过实验发现，上述设置，能够保证在流体流动过程中更优更快的达到压
力均衡。这也是通过大量的研究压力分布变化规律而得来的最佳的连通方式。

[0044] 作为优选，从竖直管103下部向竖直管103上部，连通管107的直径不断增加。此目的是为了设置保证更大的连通面积，因为随着流体的向上流动，流体不断的受热，随着流体
不断的受热，不同集热管内的受热越来越不均匀，因此通过上述设置，能够保证在流体流动
过程中尽快的达到压力均衡。

[0045] 作为优选，从竖直管103下部向竖直管103上部，连通管107的直径不断增加的幅度越来越大。通过实验发现，上述设置，能够保证在流体流动过程中更优更快的达到压力均
衡。这也是通过大量的研究压力分布变化规律而得来的最佳的连通方式。

[0046] 通过数值模拟和实验发现，竖直管103之间的距离，包括同一排的距离和相邻排之间的距离不能过小，过小会导致热管分布过多，导致每根热管的吸热量不足，过大会导致热
管分布太少，导致热管过热，因此本申请通过大量的数值模拟和实验，总结出来热管竖直管
103分布的最优化的分布，使得热管既不能吸热量不足，又不能吸热量过大。

[0047] 如图8所示，竖直管103的外径为d，同一排的相邻的竖直管103圆心之间的距离为L，竖直管103的圆心与相邻排的临近的两个竖直管103圆心构成等腰三角形的顶角为A，则
满足下面要求：

[0048] Sin(A)＝a‑b*Ln(d/L)，其中Ln是对数函数，a，b是参数，满足如下要求：

[0049] 0.095＜a＜0.105，0.29＜b＜0.31；

[0050] 进一步优选，所述a＝0.1016，b＝0.3043。

[0051] 作为优选，随着d/L的逐渐变小，a越来越大，b越来越大。

[0052] 作为优选，15°＜A＜80°。

[0053] 进一步优选，20°＜A＜40°。

[0054] 0.1＜d/L＜0.7，进一步优选，0.2＜d/L＜0.5。

[0055] 上述经验公式是通过大量数值模拟和实验得到，通过上述关系式得到的结构，能够实现最优化的热管结构，而且经过试验验证，误差基本上在3％以内。

[0056] 热管的吸热能力900‑1100W，进一步优选为1000W；

[0057] 烟气的温度90‑110摄氏度，进一步优选为100℃。

[0058] 图4所示的热管水平部分优选为正方形，边长为400‑600毫米，进一步优选为500毫米。

[0059] 竖直管103外径d为9‑12毫米，进一步优选为11mm。

[0060] 作为优选，如图5所示，所述系统中包括了两个热管，所述两个热管的水平部分102分别朝向相对的方向延伸.通过设置两个对称的热管，可以在不同方向上吸热，满足换热的
需求。

[0061] 作为优选，本发明包括燃煤烟气污染物的脱除装置，包括静电除尘段、静电/超声耦合除尘段和等离子/超声耦合催化场除尘段，其中静电除尘段设置在前部，里面设置收尘
极板2并在静电除尘段产生静电场，下方设置灰斗6，静电/超声耦合除尘段设置在静电除尘
段的后面，在内部产生静电场，静电/超声耦合除尘段内设置有收尘极板和超声波发生端，
超声波发生端与外部的超声波发生器3连接；等离子/超声耦合催化场除尘段设置在静电/
超声耦合除尘段后面，等离子/超声耦合催化场除尘段内设置等离子体反应器和超声波发
生端，超声波发生端与外部的超声波发生器连接。

[0062] 所述燃煤烟气污染物的脱除装置可以单独进行设置，进行单独保护，也可以和前面的余热利用装置一起设置。

[0063] 本发明对原有的静电除尘器进行改造，通过分为三个不同的段，每个段都有针对性的除去不同的污染物，不仅能够很好的实现烟气中大颗粒物的脱除，而且通过超声波对
颗粒的凝并团聚作用，可有效脱除细颗粒物，解决原静电除尘器对PM10以及PM2.5脱除效果
不理想的弊端。运用等离子体技术对有机污染物的降解作用，结合超声波的高频分散效应，
高效降解烟气中的有机污染物。本发明在实现燃煤烟气高效除尘同时实现有机物的脱除。

[0064] 本发明通过这三个阶段先后顺序的合理的搭配，避免了颗粒对除尘效果的影响，使得除尘效果达到最佳。相反，通过大量的实验发现，如果将三个阶段的顺序不按照本申请
进行排列，则污染物排出的效果明显的不好。

[0065] 作为优选，静电除尘段、静电/超声耦合除尘段采用宽极距、高电压的常规多场设计方式，同极距300mm‑400mm，运行电压不超过80kV；作为优选，所述静电除尘段为两级，分
别是第一级和第二级。通过设置两级除尘，可以更加高效的将大颗粒，例如PM10以上的去
除。

[0066] 作为优选，静电除尘段第一级和第二级的电场强度不同。进一步优选，所述第二级的电场强度小于第一级的电场强度。主要是因为通过第一级的除尘，烟气中含有的大颗粒
下降，因此通过减少电场强度，可以使得在采用较少能源的情况下达到基本相同的效果。

[0067] 作为优选，每级设置多个收尘极板2，所述收尘极板2相互平行；收尘极板之间均匀布置若干电晕极；收尘极板表面设有清灰装置，清除极板表面的灰尘，落于壳体下方的灰
斗，被输灰装置带走。

[0068] 作为优选，所述电晕极与高压电源相连，与收尘极板2之间建立电场。

[0069] 所述高压电源的高压是不超过80kV(单位)。

[0070] 作为优选，静电除尘段入口设置PM10粉尘检测仪，用于检测入口位置的PM10浓度N1，PM10粉尘检测仪与控制器数据连接。

[0071] 作为优选，静电除尘段入口设置流量传感器，用于测量进入静电除尘段的烟气流量V。当然作为优选，如果和余热利用装置一起使用，也可以采用流量传感器13测量的流量
作为烟气流量数据，此时就没有必要在静电除尘段入口设置流量传感器。所述中央控制器
14根据测量的检测的PM10浓度N1和流量V的数据来自动调整电场的强度。

[0072] 本发明提供了一种新式结构的除尘系统，可以根据PM10浓度N1和流量V综合控制静电除尘的电场的频率，改变了单独依靠PM10浓度进行电场调整的缺陷，使得控制更加准
确，实现系统的智能化，提高除尘效果，节约能源。

[0073] 作为优选，中央控制器根据V*(N1‑n1)的大小来自动调整电场的强度，其中n1是目标浓度，即达到排放标准的浓度。通过如此，可以保证电场强度的准确度。

[0074] 作为优选，如果检测的V*(N1‑n1)增加，中央控制器自动增加电场的强度，如果检测的V*(N1‑n1)降低，中央控制器自动减少电场的强度。通过如此智能控制，能够使得输入
的电场与烟气中污染物的量相当。

[0075] 控制器通过控制向电晕极的供电功率的大小来控制电场的大小。

[0076] 通过上述的智能控制，自动根据颗粒物浓度来控制电场的大小，从而实现系统的智能化操作，而且还可以达到节约能源的要求，进一步提高烟气的污染物脱除效果。

[0077] 作为优选，所述第一级入口和第二级入口分别设置PM10粉尘检测仪，所述控制器根据第一级入口和第二级入口的PM10粉尘检测仪检测的数据分别独立控制第一级和第二
级内的电场强度。

[0078] 所述静电/超声耦合除尘段为两级，分别是第三级和第四级，等离子/超声耦合催化场除尘段是一级，是第五级。

[0079] 所述三、四级静电/超声耦合除尘段，静电场的建立与一、二级相同；装置内设置超声波发生端，超声波发生端与超声波发生器3连接，建立超声场。

[0080] 作为优选，静电/超声耦合除尘段入口段设置pm2.5检测仪，用于检测入口位置的pm2.5的浓度N2，pm2.5检测仪与控制器14数据连接，所述控制器根据检测的pm2.5浓度N2和
和流量V的数据来自动调整超声波发生器3的功率。

[0081] 本发明提供了一种新式结构的除尘系统，可以根据pm2.5浓度N2和流量V综合控制静电除尘的电场的频率，改变了单独依靠pm2.5浓度N2进行电场调整的缺陷，使得控制更加
准确，实现系统的智能化，提高除尘效果，节约能源。

[0082] 作为优选，中央控制器根据V*(N2‑n2)的大小来自动调整超声波发生器3的功率，其中n2是目标浓度，即达到排放标准的浓度。通过如此，可以保证超声波发生器3的功率的
准确度。

[0083] 作为优选，如果检测的V*(N2‑n2)增加，中央控制器自动增加超声波发生器3的功率，如果检测的V*(N2‑n2)降低，中央控制器自动减少超声波发生器3的功率。通过如此智能
控制，能够使得超声波发生器3的功率与烟气中污染物的量相当。

[0084] 通过上述的智能控制，自动根据颗粒物浓度和空气流量来控制超声波发生器3功率的大小，从而实现系统的智能化操作，而且还可以达到节约能源的要求，进一步提高烟气
的污染物脱除效果。

[0085] 作为优选，所述第三级入口和第四级入口分别设置pm2.5检测仪，所述控制器根据第三级入口和第四级入口的PM2.5检测仪检测的数据分别独立控制第三级和第四级内的超
声波发生器功率的大小。

[0086] 作为优选，如图3所示，等离子体反应器采用线‑板式结构，包括接地极板4、陶瓷板7、电晕极8和高压交流电源9，接地极板4接地，陶瓷板7覆盖在极板4上形成线板，陶瓷板7作
为阻挡介质，形成介质阻挡放电，同时负载催化剂，作为催化剂载体；所述电晕极8设置在两
块线板的相对的陶瓷板7之间。

[0087] 超声场的建立与与第三级、第四级相同。

[0088] 作为优选，相对的陶瓷板7的相对的面之间的间距不超过5cm。

[0089] 作为优选，所述末级等离子/超声耦合催化场，采用线‑板式等离子体反应器结构，采用介质阻挡放电方式产生等离子体。等离子体反应器平行布置若干电极板，中间均匀布
置若干电晕线，电极表面贴付陶瓷板作为阻挡介质和催化剂载体。

[0090] 一种利用前面所述的装置进行燃煤烟气污染物的脱除方法，包括以下步骤：

[0091] 1)燃煤烟气进入静电除尘段，烟气中的颗粒物在静电除尘段的静电场中被吸附到收尘极板，经过清灰装置落入下方的灰斗，被输灰装置带走，静电除尘段脱除烟气中的颗粒
物，特别是PM10以上的颗粒物：

[0092] 2)烟气从静电除尘段进入静电/超声耦合除尘段，通过静电/超声耦合场，颗粒在超声场中做激烈的机械振动，粒子的动能增加，粒子碰撞的机会也增加，粒子之间的内聚力
通常使两个粒子在碰撞后凝聚在一起，通过不断地碰撞凝并使小颗粒变成大颗粒，易被静
电吸附脱除，可有效脱除烟气中PM2.5以下的颗粒物；

[0093] 3)烟气从静电/超声耦合除尘段进入等离子/超声耦合催化场除尘段，通过介质阻挡放电在等离子体反应器中产生大量的等离子体，包括高能粒子和活性物质；高能粒子和
活性物质与烟气中的有机污染物发生复杂的物理化学反应，降解有机物；介质挡板负载催
化剂对有机物的脱除起到催化作用；超声波的高频分散作用促进有机物与活性物质及催化
剂的反应，增强脱除效果。

[0094] 本发明的工作原理：本发明对原有的电除尘器进行改造，其中一、二级为常规电场，三、四级为静电/超声耦合场，末级为等离子/超声耦合催化场。燃煤烟气进入静电除尘
器，在一、二级的常规静电场中，颗粒物荷电后被收尘极板吸附，放电后粘附在收尘极板上，
经过清灰装置清除后，落入下方的灰斗，在静电场中烟气中的颗粒物(特别是PM10以上的颗
粒物)被高效脱除。经过三、四级静电/超声耦合场，颗粒在超声场中做激烈的机械振动，粒
子的动能增加，粒子碰撞的机会也增加，粒子之间的内聚力通常使两个粒子在碰撞后凝聚
在一起，通过不断地碰撞凝并使小颗粒变成大颗粒，易被静电吸附脱除，可有效脱除烟气中
PM2.5以下的颗粒物。末级的等离子体含有大量的高能粒子和活性物质，可氧化降解烟气中
的有机污染物，协同负载催化剂的催化作用、超声波高频分散，高效脱除有机污染物。

[0095] 作为优选，燃煤烟气污染物的脱除装置设置在余热利用装置的前部。

[0096] 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应
当以权利要求所限定的范围为准。