[實用新型]一種側(cè)面固定有電控壓電陶瓷塊的板式脈動熱管傳熱系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220137554.2
• 申請日: 2012-04-01
• 公開（公告）號: CN202582302U
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙楠楠;馬鴻斌;趙殿禮
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號: F28D15/04
• 分類號: F28D15/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅

技術(shù)領(lǐng)域??本實用新型涉及一種電控的脈動熱管傳熱系統(tǒng)，屬于換熱、制冷技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)??隨著電子科技的不斷發(fā)展，因電子元件的高頻、高速化以及集成電路的密集化與小型化，導(dǎo)致單位容積電子器件的發(fā)熱功率大幅增加，從而使其冷卻問題變得日趨嚴峻。脈動熱管具有體積小、當量導(dǎo)熱系數(shù)大、結(jié)構(gòu)簡單、樣式多樣等優(yōu)點，因而作為一種高效散熱元件被廣泛應(yīng)用于電子元器件冷卻領(lǐng)域。脈動熱管由一個毛細管多次穿過蒸發(fā)端以及冷凝端制成，狀如蛇形。毛細管內(nèi)充有工作流體，形成氣塞以及液塞。工作時，管內(nèi)工作流體在蒸發(fā)端蒸發(fā)，在冷凝端冷凝，這將導(dǎo)致毛細管在冷凝端與加熱端產(chǎn)生壓力差，這一壓力差使得工作流體在脈動熱管內(nèi)快速流動。在此過程中由于工作流體的相變以及強制對流作用使熱量有效地從加熱端傳遞到冷凝端。由于脈動熱管的脈動限制，其啟動困難的問題，以及其在低功率條件下的工作不穩(wěn)定，限制了脈動熱管在低功率輸入狀態(tài)下的應(yīng)用。

超聲波是指振動頻率較高的物體在介質(zhì)中所產(chǎn)生的彈性波，其頻率范圍為20kHz～10MHz。將大振幅、低頻率的超聲波能量集中，可以使介質(zhì)產(chǎn)生劇烈振動，強化流體流動和傳熱。并且超聲波可以引起空化效應(yīng)。空化效應(yīng)是指存在于液體中的微小泡核在超聲波作用下，經(jīng)歷超聲的稀疏相和壓縮相，體積生長、收縮、再生長、再收縮，多次周期行振蕩，最終高速破裂的動力學(xué)過程。實驗測定，泡核內(nèi)溫度高達5200K，壓力高達5.05×10⁷Pa，泡核周圍極小的空間范圍內(nèi)(泡核液相層厚度為200～300nm)的溫度也可高達1900K。由于這種局部高溫、高壓條件存在的時間極短(小于10um)，故溫度變化率可高達109K/s，并伴有強烈的沖擊波和時速高達400km/h的微射流，這就為在一般條件下難以實現(xiàn)或不可能實現(xiàn)的物理化學(xué)反應(yīng)提供了一種極端的條件。空化反應(yīng)主要發(fā)生在20kHz～1000kHz的中頻范圍內(nèi)。

壓電陶瓷是一種具有壓電效應(yīng)的材料，是一種能夠?qū)C械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，屬于無機非金屬材料。壓電陶瓷是超聲振動的驅(qū)動源，通過外加電場控制，壓電陶瓷可產(chǎn)生不同頻率的振動，從而發(fā)出各種不同頻率的聲音，其中就包括超聲波。使用壓電陶瓷制作成超聲波換能器，可以把高頻電能轉(zhuǎn)化為機械能，超聲波換能器作為能量轉(zhuǎn)換器件，它的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機械功率(即超聲波)再傳遞出去，而它自身消耗很少的一部分功率。

實用新型內(nèi)容??本實用新型要解決的技術(shù)問題是，通過一種技術(shù)手段，使脈動熱管的脈動流動和傳熱性能得到控制和強化，降低脈動熱管的脈動限制，并且解決脈動熱管啟動困難的問題；降低脈動熱管的啟動所需要的輸入功率，提高脈動熱管在低功率條件下工作的穩(wěn)定性，解除脈動熱管在低功率輸入下的應(yīng)用限制。此外，控制并強化脈動熱管在正常工作時的傳熱性能。為解決上述問題，本實用新型提出以下技術(shù)方案：一種側(cè)面固定有電控壓電陶瓷塊的板式脈動熱管傳熱系統(tǒng)，包括內(nèi)部設(shè)有彎曲孔道的板，該彎曲孔道內(nèi)充有工質(zhì)。板內(nèi)的彎曲孔道自下而上可依次分為蒸發(fā)區(qū)，絕熱區(qū)，冷凝區(qū)。它的特點是：在板的側(cè)面固定有電控壓電陶瓷塊。電控壓電陶瓷塊可以分別固定在蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)與冷凝區(qū)，也可以在蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)、冷凝區(qū)中都有固定。電控壓電陶瓷塊可以固定在板的一個側(cè)面。也可以固定在板的兩側(cè)面。當電控壓電陶瓷塊固定在板的兩側(cè)面時，可以對稱固定，也可以不對稱固定。電控壓電陶瓷塊的面積與厚度可根據(jù)需要改變。電控壓電陶瓷塊上施加的電壓可調(diào)。施加的電壓范圍為5伏～1000伏。電控壓電陶瓷塊上施加的電壓頻率可調(diào)。施加的電壓頻率范圍為50Hz～2MHz。施加的電壓頻率最佳范圍為1kHz～1000kHz。電控壓電陶瓷塊(3)的材質(zhì)為鈣鈦礦型壓電陶瓷中的鈦酸鉛(PbTiO3)，也可以是二元系PbZrO3-PbTiO3壓電陶瓷(簡稱PZT)或三元系鈣鈦礦型壓電陶瓷。

采用了以上技術(shù)方案的側(cè)面固定有電控壓電陶瓷塊的板式脈動熱管傳熱系統(tǒng)，與傳統(tǒng)脈動熱管傳熱裝置相比，具有如下優(yōu)點：通過控制加載在壓電陶瓷上的電壓的大小和頻率，使壓電陶瓷產(chǎn)生的超聲波的頻率和強度得到控制，從而使脈動熱管的啟動和正常工作時的傳熱性能得到控制。此外，由于壓電陶瓷產(chǎn)生的超聲波和脈動熱管聯(lián)合使用，可以降低脈動熱管的啟動功率，解除脈動熱管在低功率條件下的應(yīng)用限制。采用空化原理還可以降低脈動熱管的傳熱熱阻，強化脈動熱管在正常工作時的傳熱性能。所選用的各種材料普通常見，造價低廉。制作方便，使用簡單。

附圖說明??圖1為本實用新型一種側(cè)面固定有電控壓電陶瓷塊的板式脈動熱管傳熱系統(tǒng)主視圖。

圖2為圖1的一種結(jié)構(gòu)的左視圖。這種情況下電控壓電陶瓷塊固定在板的一個側(cè)面。