[發明專利]抗重力型螺旋盤管式非相變取熱裝置

有效

• 申請號: 201410194345.5
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN103954155B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 鄭興華;岳鵬;李玉華;邱琳;唐大偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F28D15/00
• 分類號: F28D15/00;F28F1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及工業余熱回收和電子芯片冷卻等熱交換領域，尤其涉及一種抗重力型螺旋盤管式非相變取熱裝置。

背景技術

熱交換現象廣泛存在于工業和工程領域，并且與人類生產生活息息相關。熱交換的基本要求是將熱量快速高效地從一個物體轉移到另一個物體，例如工廠的余熱回收是將煙氣或者乏汽的熱量轉移給工質進行再利用，電子器件的散熱是將電子器件產生的熱量迅速轉移到散熱器進而釋放到空氣中。

在已投運的工業企業耗能裝置中，原始設計未被合理利用的顯熱和潛熱稱為余熱。余熱資源普遍存在，各行業的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17％～67％，其中可回收利用的部分約為余熱總資源的60％，因此余熱利用在節約能源中占有重要地位。通過熱交換器將余熱收集起來是余熱再利用的重要環節。

功耗問題已經成為制約電子器件發展的重要因素。例如計算機處理器、大功率LED燈等。隨著制造工藝的不斷升級，電子器件體積越來越小，單位體積的發熱量越來越大，巨大的發熱量無法得到有效轉移，嚴重限制了其性能發展。高效散熱設備的開發始終是需要持續研究的問題。

提高換熱效率對于降低能源消耗和促進工業發展都具有很重要的意義。在常規材料導熱性能達到極限時，為達到高效快速換熱目的，熱管技術在各個領域得到廣泛應用。一般熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，內部被抽成負壓狀態，充入適當的液體。管壁有吸液芯，其由毛細多孔材料構成。管的一端為蒸發段(加熱段)，另一端為冷凝段(冷卻段)。其工作原理是：當熱量自高溫熱源傳入熱管時，處于熱管加熱段內的工質吸熱汽化變成蒸汽，蒸汽瞬間流向熱管另一端，到達另一端時遇冷放出潛熱后凝結成液體，冷凝液體沿吸液芯回流到加熱段，循環相變而實現熱量傳遞。在熱管導熱過程中，工質的循環相變換熱是熱管高效傳熱的重要支撐。熱管的到導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。將多根熱管組合排列在換熱器內形成熱管換熱器，冷熱流體均在熱管外部橫向流過，通過熱管軸向傳輸熱量。當加熱段在下，冷卻段在上，熱管呈豎直放置時，工作液體的回流靠重力足可滿足，無須毛細結構的吸液芯，這種不具有多孔體管芯的熱管被稱為熱虹吸管。熱虹吸管結構簡單，工程上廣泛應用。針對計算機處理器等體積小發熱量大的電子器件，熱管一端與之緊密接觸，快速將熱量傳導至另一端，然后通過與之相連接的翅片進行散熱。

然而，對于傳統的相變取熱器而言，傳統取熱器-管路-散熱器系統工作時受重力影響較大，無法實現多角度、多方位啟動。常規熱管的軸向導熱性很強，徑向并無太大的改善。受傳熱機理限制，熱管只能實現熱量從一端到另一端的傳導，無法實現多熱源耦合傳熱，在過載情況下也無法達到平穩換熱效果。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種抗重力型螺旋盤管式非相變取熱裝置，以克服傳統熱管受重力影響較大的缺點，提高傳熱效果。

(二)技術方案

本發明抗重力型螺旋盤管式非相變取熱裝置包括：取熱部件，其內部形成工質容納腔，其外部形成至少一個與熱源貼合的取熱面；以及螺旋盤管，設置于取熱部件的徑向外圍，沿其軸向延伸呈螺旋狀，其兩端分別通過連通管連接至取熱部件內部的工質容納腔，構成工質的密閉循環通路。

優選地，本發明抗重力型螺旋盤管式非相變取熱裝置中，對于螺旋盤管，其最窄處的螺旋直徑D滿足：D≥2d，其中，d為取熱部件在螺旋盤管內徑向延伸的長度。

優選地，本發明抗重力型螺旋盤管式非相變取熱裝置中，對于螺旋盤管，其為以下形狀其中之一：其軸向兩端的直徑和中間的直徑相同；其軸向一端的直徑大于另一端的直徑；或其軸向兩端的直徑大于中間的直徑。

優選地，本發明抗重力型螺旋盤管式非相變取熱裝置中，取熱部件位于螺旋盤管軸向的中間位置或者一端。

優選地，本發明抗重力型螺旋盤管式非相變取熱裝置中，取熱部件位于螺旋盤管(20)軸向的中間位置

優選地，本發明抗重力型螺旋盤管式非相變取熱裝置中，螺旋盤管的整段或某一段的外側面具有散熱翅片。

優選地，本發明抗重力型螺旋盤管式非相變取熱裝置中，螺旋盤管的材料為以下材料其中的一種或多種組成的合金：不銹鋼、金、銀、鋁、鈦、鎳和銅。

優選地，本發明抗重力型螺旋盤管式非相變取熱裝置中，螺旋盤管的材料為銅或不銹鋼。

優選地，本發明抗重力型螺旋盤管式非相變取熱裝置中，螺旋盤管和連通管為一整段中空管或焊接在一起的三段中空管。

優選地，本發明抗重力型螺旋盤管式非相變取熱裝置中，連通管呈“L”形或直線形。