CN100529640C - 热管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种热管，包括一由金属壳体围设形成的密封的输热腔体，该壳体内表面设有毛细结构，并在输热腔体内封入有适量工作流体，该输热腔体沿腔体长度方向分为蒸发段、冷凝段及位于两者之间的绝热段，该热管还包括一密封的储热腔体，其套设于该输热腔体的冷凝段的壳体外壁的外侧，该储热腔体具有一外壁，该储热腔体的外壁与输热腔体的冷凝段的壳体外壁组合形成环状密封腔，该密封腔内表面均设有毛细结构，在该密封腔中封入适量工作流体。

Description

热管
【技术领域】
本发明涉及一种热传导装置，特别是指一种热管。
【背景技术】
热管具有超静音、快速传热、高热传导率、重量轻、尺寸小、无可动件、结构简单及多用途等特性，且热管可在温度几乎保持不变的状况下扮演快速传输大量热能的超导体角色而被广泛的应用；其基本构造是在密闭管材内壁衬以易吸收作动流体的毛细结构层，而其中央的空间则为空洞状态，并在抽真空的密闭管材内注入相当于毛细结构层孔隙总容积的作动流体，依吸收与散出热量的相关位置可分为蒸发段、冷凝段以及其间的绝热段；其工作原理是通过工作流体的液、汽两相变化的潜热来传递热量：包括在蒸发段藉蒸发潜热自热源带走大量热量，使工作流体蒸发并使蒸汽快速通过管内空间，到达冷凝段冷却凝结成液体且释放出热能，上述工作流体则通过贴于管内壁的毛细结构层所提供的毛细力回流至蒸发段，达到持续相变化的热能循环来传输热量。
但是，现有热管受限于冷凝段散热面积过小，以及冷凝段的散热效率不佳，阻碍冷凝液体藉毛细力的回流，进而提早发生干化导致急速升温，限制其最大传热量(Qmax)；且由于热管过高的“长度/内径”比，导致蒸汽传输过程中热量的散失，而使部分流过热管中央的蒸汽提前冷凝为液滴而混合于蒸汽流中，从而阻塞或限制蒸汽向冷凝段的扩散，使热管的热阻增加并降低热管的最大传热量；再由于传统热管具有均匀的毛细结构层厚度及蒸汽流道管径，以致由蒸发段吸热汽化的蒸汽沿蒸汽流道传输到冷凝段的速度降低，助长热量的散失致使蒸发段至冷凝段的温度差(ΔT)加大。现有技术的热管对于提升最大传热量的方法是加大整支热管毛细结构层的厚度使其中的含水量增加，但相对地，却也使热管的反应时间变长及两端温度差加大；反之，对于缩小温度差的方法是薄化整支热管毛细结构层的厚度使其中的含水量降低，但相对地，却也使热管的最大传热量降低。如此形成了较难克服的矛盾。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种提升最大传热量及缩小温度差的热管。
一种热管，包括一由金属壳体围设形成的密封的输热腔体，该壳体内表面设有毛细结构，并在输热腔体内封入有适量工作流体，该输热腔体沿腔体长度方向分为蒸发段、冷凝段及位于两者之间的绝热段，该热管还包括一密封的储热腔体，其套设于该输热腔体的冷凝段的壳体外壁的外侧，该储热腔体具有一外壁，该储热腔体的外壁与输热腔体的冷凝段的壳体外壁组合形成环状密封腔，该密封腔内表面均设有毛细结构，在该密封腔中封入适量工作流体。
与现有技术相比，上述储热腔体内表面设置有毛细结构，使储热腔体内因吸收热管冷凝段的热量而发生相变化的工作液体快速回流，保障了储热腔体良好的传热性能，增强储热腔体热量传输能力，达到提升热管的最大传热量及缩小温度差的功效。
下面参照附图，结合实施例对本发明作进一步的描述。
【附图说明】
图1是本发明一较佳实施例的热管纵向截面图。
图2至图6分别是本发明热管不同外形的输热腔体与储热腔体组合的各实施方式的横向截面图。
图7是本发明另一较佳实施例的热管纵向截面图。
【具体实施方式】
请参阅图1，是为本发明热管一实施例的纵向截面图；所示热管包括一由金属壳体围设形成的密封输热腔体10，该壳体内表面设有供冷凝液回流的毛细结构12，而在毛细结构12内侧中央的空间则为蒸汽通道14，并在输热腔体10内部封入有适量工作流体且可适度抽至一定的真空度；该输热腔体10沿腔体长度方向依据其各段的使用功能可分为蒸发段C、冷凝段A及位于二者之间的绝热段B；该输热腔体10的对应冷凝段A外壁上密封套设一储热腔体20。其中，该输热腔体10是由导热性能较好的铝、铜或其合金制成的金属管体，该储热腔体20是由导热性能较好的铝、铜或其合金制成的环状金属壳体。
该储热腔体20包括一直径大于输热腔体10直径的筒状第一侧壁211(或者相对输热腔体10的冷凝段A壁面具一定间距)及该筒状第一侧壁211两端缘分别与输热腔体10外壁连接设置的环形第二侧壁221(该第二侧壁221的内边缘也称为内环)；该第一侧壁211(也称为外环)、第二侧壁221(也可以将二者组合称为外壁，如纵向截面形状为“ㄇ”状的外壁)及相应的输热腔体10外壁组合形成一密封的储热腔，该储热腔的内壁，即该第一侧壁211及第二侧壁221的内表面及对应的输热腔体10冷凝段A外壁面也设有供冷凝液回流的毛细结构22，而在毛细结构22内侧中央的空洞储热腔则为蒸汽通道24，并储热腔体20内部封入有适量工作流体且可适度抽至一定的真空度。当蒸发段C管壁吸收外部热源的热量传给其内的工作流体使其蒸发，并经由蒸汽通道14传输至冷凝段A，通过冷凝段A管壁将热量传输至储热腔体20内的工作流体，使其蒸发并吸收相变的蒸发潜热。该储热腔体20具有较大散热面积，从而使热管快速大量地散发热量；另，输热腔体10及储热腔体20的工作流体结合而增加热管整体所能吸收的潜热量，可提升热管最大传热能力及降低热管热阻，也可缩小蒸发段C及冷凝段A之间的温度差。
上述实施例中，该储热腔体20贴近输热腔体10的内边缘未设壁面，而与输热腔体10的蒸发段壁面组合形成闭合环状的密封腔体，其制造时套设于输热腔体10上之后进行密封或焊接等工作。
可以理解地，本实施例的储热腔体还可以为独立的闭合环状密封腔体，即，除了上述实施例的第一侧壁211及第二侧壁221外，还设有直径小于第一侧壁211并连接该二第二侧壁221内环缘的筒状内壁，该独立的储热腔体可直接套设于输热腔体10上使该内壁与输热腔体10壁面热导性连接(如通过过盈配合、锡焊或导热胶等进行固定连接)即可。还可以理解地，本发明上述实施例中的储热腔体20可环绕于输热腔体10的冷凝段A整个周壁面而形成闭合的环形体；也可环绕于输热腔体10的冷凝段A部分周壁面而形成半环形腔体，如横截面为“C”字状。又可以理解地，上述实施例中的储热腔体外壁面于热管纵向截面(热管轴向上的截面)形状也可为弧形面(此时上述实施例的储热腔体第一侧壁与第二侧壁组合呈弧形，如半圆形)。
上述输热腔体10及储热腔体20内的毛细结构可以为烧结粉末式、沟槽式、丝网式、蜂巢式等以及上述不同单一型式毛细结构的组合。
上述输热腔体10及储热腔体20内的工作流体可以为水、酒精、液态氨等，或者是上述不同单一工作流体的组合。
图2至图6是分别为本发明热管的不同外形的输热腔体与储热腔体组合的各实施方式的横向截面图：其中图2所示为上述实施例的圆形输热腔体10与圆形储热腔体20的组合，即该储热腔体20的第二侧壁221内环为圆形，第一侧壁211横截面也为圆形；图3所示为圆形输热腔体101与矩形储热腔体201的组合，即该储热腔体201的第二侧壁内环为圆形，第一侧壁212横截面为矩形；图4所示为矩形输热腔体102与圆形储热腔体202的组合，即该储热腔体202的第二侧壁内环为矩形，第一侧壁213横截面为圆形；图5为圆形输热腔体103与三角形储热腔体203的组合，即该储热腔体203的第二侧壁内环为圆形，第一侧214横截面为三角形；图6为矩形输热腔体104与矩形储热腔体204的组合，即该储热腔体204的第二侧壁内环为矩形，第一侧壁215横截面为矩形。由上述截面的示意图可知，本发明热管的输热腔体的外型可为各种形状，而储热腔体的内轮廓形状与输热腔体外型匹配，其外轮廓形状可为各种形状；在本发明热管结构中输热腔体的壳体的内表面及储热腔体的内壁及对应的冷凝段的外管壁均设有毛细结构。
请参阅图7，是为本发明热管的另一实施例的纵向截面图。其与上述图1所示的实施例的区别在于，本实施例在套设于输热腔体10’外壁的储热腔体20’外壁面上向外延伸设置若干散热鳍片26，以进一部增加散热面积。
从上述可知，具有上述特征的本发明热管，通过在热管的冷凝段上套设一密封于管壁外的储热腔体，以提供较大散热面积；以及通过储热腔体在冷凝段的内、外管壁所设置的毛细结构，使其中工作流体发生相变的吸收与释出蒸发潜热的大幅增大，增强热量传输能力，达到提升热管的最大传热量及缩小温度差的功效。

Claims (7)

1.一种热管，包括一由金属壳体围设形成的密封的输热腔体，该壳体内表面设有毛细结构，并在输热腔体内封入有适量工作流体，该输热腔体沿腔体长度方向分为蒸发段、冷凝段及位于两者之间的绝热段，该热管还包括一密封的储热腔体，其套设于该输热腔体的冷凝段的壳体外壁的外侧，其特征在于：该储热腔体具有一外壁，该储热腔体的外壁与输热腔体的冷凝段的壳体外壁组合形成环状密封腔，该密封腔内表面均设有毛细结构，在该密封腔中封入适量工作流体。
2.如权利要求1所述的热管，其特征在于：上述储热腔体为独立的环状密封腔体，该储热腔体的外壁包括与输热腔体的冷凝段的壳体外壁具一定间距的第一侧壁、与输热腔体的冷凝段的壳体外壁贴合的内壁及两端缘分别与内壁连接设置的第二侧壁，储热腔体的第一侧壁、第二侧壁及内壁顺序连接。
3.如权利要求1或2所述的热管，其特征在于：上述储热腔体外壁于热管纵向截面形状为“ㄇ”状或半圆形。
4.如权利要求1或2所述的热管，其特征在于：上述储热腔体环绕于输热腔体的冷凝段的壳体外壁的整个周壁面而形成闭合的环形体。
5.如权利要求1或2所述的热管，其特征在于：上述储热腔体环绕于输热腔体的冷凝段的壳体外壁的部分周壁面而形成半环形体。
6.如权利要求1所述的热管，其特征在于：上述储热腔体外壁向外延伸设有若干散热鳍片。
7.如权利要求1至2项中任一项所述的热管，其特征在于：上述输热腔体的冷凝段的壳体外壁横截面形状为圆形、椭圆形、多边形或其复合形之一，该储热腔体的横截面内环与输热腔体的冷凝段的壳体外壁的横截面形状相对应，该储热腔体外壁横截面为圆形、椭圆形、多边形或其复合形之一。
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