[發明專利]擴容型脈動熱管

有效

• 申請號: 201010102490.8
• 申請日: 2010-01-29
• 公開（公告）號: CN101776408A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 李惟毅;曹濱斌;汪健生;王宇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F28D15/02
• 分類號: F28D15/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 韓素琴

技術領域

本發明涉及一種新型的強化換熱元件，更具體的說，本發明涉及一種用于余熱鍋爐及芯片冷卻等大功率傳熱領域的脈動熱管。

背景技術

現有的脈動熱管，是出現在20世紀90年代的一種新型熱管，該脈動熱管的基本結構形式為圖1所示的長圓形環狀管，所述的長圓形環狀管由下至上分為加熱段1、絕熱段2以及冷卻段3，其啟動運行過程是：

(1)在抽成真空的管內充注部分工質，使其在表面張力作用下自發形成間歇的汽塞與液塞，充注管內的工質可以是根據需要所選擇的水、氟利昂、乙醇、FC-72等；

(2)加熱所述的加熱段1，使所述工質在加熱狀態下沿管所構成的環路循環流動，從而達到傳遞熱量的目的。

這種脈動熱管具有以下顯著優點：

(1)由于所述的脈動熱管可以使用管徑很小的材料制作，而且不需要設置吸液芯，所以，其整體尺寸小，結構簡單，降低了熱管結構的復雜性與生產成本。

(2)以實驗室可視化研究通常采用的玻璃管制脈動熱管為例，在內徑2.66mm的玻璃管內充注50％的水作為工質，豎直工作狀態下，其傳輸熱流密度可達600W/cm²，與傳輸熱流密度只能達到50W/cm²的普通吸液芯熱管相比，其傳熱效果更好。

但是，在實際應用中，申請人發現，前述的脈動熱管還存在一些缺陷。比如：該脈動熱管啟動運行的驅動力來自于管內工質的膨脹與壓縮所造成的壓力不平衡，但在所述的加熱段1被緩慢受熱時，管內工質容易出現相鄰管間壓力對稱的平衡現象，這樣，就使其自發過程中形成的壓力不平衡狀態出現了不穩定性，以至工質不能形成沿管所構成的環路單向循環的穩定流動，從而造成傳熱元件失效。

發明內容

本發明所要解決的問題，就是克服前述現有技術的缺陷，并為此提供一種能夠進一步降低啟動溫度、同時進一步提高傳熱性能的擴容型脈動熱管。

本發明的擴容型脈動熱管，包括以長圓形環狀管構成的脈動熱管基體，所述的脈動熱管基體自下至上分為加熱段、絕熱段以及冷卻段，所述冷卻段的上部設置有通過連接喉管與其連接的擴容室。

所述連接喉管的直徑為所述脈動熱管基體管徑的1/10-1/8；

所述擴容室的容積為所述脈動熱管基體容積的1/10-1/8。

本發明的擴容型脈動熱管與現有技術的脈動熱管相比，具有如下有益效果：

(1)啟動溫度低：在相同工質及相同充液率下，本發明的擴容型脈動熱管相比于現有技術的脈動熱管，啟動溫度降低20-25℃。

(2)相鄰管間壓力無平衡現象：在相同工質及相同充液率的實驗條件下，本發明的擴容型脈動熱管從未出現因相鄰管間壓力平衡所造成的影響啟動運行的現象。

(3)傳熱量提高：在相同工質及相同充液率的實驗條件下，本發明的擴容型脈動熱管相比于現有技術的脈動熱管，傳輸熱流密度提高了25％左右。

附圖說明

圖1是現有技術的脈動熱管結構示意圖；

圖2是本發明擴容型脈動熱管的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，以下結合附圖以及較佳實施例對本發明的技術方案作以詳細說明。

圖2示出了本發明擴容型脈動熱管的結構。

由圖可見，本發明的擴容型脈動熱管，包括以長圓形環狀管構成的脈動熱管基體6，所述的脈動熱管基體6自下至上分為加熱段1、絕熱段2以及冷卻段3，所述冷卻段3的上部設置有通過連接喉管4與其連接的擴容室5。

根據多次試驗結果確定：

當本發明中所述連接喉管4的直徑為所述脈動熱管基體6管徑的1/10-1/8，且所述擴容室5的容積為所述脈動熱管基體6容積的1/10-1/8時，可獲得最好的熱傳遞效果。所述脈動熱管基體6的管徑則根據不同工質的表面張力計算得到。

實施例：

本實施例為單環路銅制擴容型脈動熱管，采用水為工質，充液率為50％。

根據工質的表面張力，計算得到所述脈動熱管基體6的管徑為2.5mm，由此，設置所述連接喉管4的直徑0.3mm，所述擴容室5的直徑為4mm。同時，根據安裝需要，設置所述連接喉管4的長度為4mm，所述擴容室5的長度為50mm，相鄰管間的間距為85mm，并設置所述的加熱段1、絕熱段2以及冷卻段3的長度各為180mm。

當加熱所述的加熱段1使其溫度達到55℃時，該擴容型脈動熱管啟動；當所述的加熱段1溫度達到70℃時，其傳熱量最大，其傳輸熱流密度可達925W/cm²。