CN100561108C - 热管 - Google Patents
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Abstract
一种热管,包括壳体、设置在壳体内壁的毛细结构以及封入壳体内的适量工作液体,该热管包括一冷凝段及一蒸发段,该蒸发段壳体内壁设置的毛细结构的毛细孔径小于所述冷凝段壳体内壁设置的毛细结构的毛细孔径。上述热管蒸发段壳体内壁设置的毛细结构的毛细孔径小于冷凝段壳体内壁设置的毛细结构的毛细孔径,既降低流体的回流阻力保证蒸发段足够的工作液体,又为蒸发段提供大量的蒸汽成核点以加速工作液体的沸腾效率,从而提升热管的传热效率。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种传热装置,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应用。
热管的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。热管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之液、汽两相变化的潜热来传递热量:包括在蒸发段通过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,上述工作液体则通过贴于热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。
热管内毛细结构所具有的毛细作用力与其的毛细孔径成反比(ΔP=4×γ×cosθ/dp=1.68×γ×cosθ/dc;γ:表面张力;θ:接口接触角;d颗粒大小;毛细孔径(dc)与颗粒大小(dp)关系dc=0.42dp;),而管内液体回流所遭遇的阻力与毛细结构的毛细孔径成反比,既毛细孔径越小,毛细作用力越强、液体回流阻力越大。不同形式的毛细结构具有大小不同的毛细孔径,其中,沟槽式毛细结构具有较大的毛细孔径,其毛细作用力小且对流体回流阻力也较小;而烧结粉末与丝网式毛细结构由于均形成多孔构造,因此具有更小的毛细孔径,对液体能产生更大的毛细作用力,但随着孔隙变小,对液体回流阻力也增加,这是因为毛细孔径越小,流体所受到的摩擦阻力与黏滞力也越大。
图1为现有热管的轴向剖面示意图,该热管包括金属壳体10及设于壳体10内的毛细结构20,该热管一端形成蒸发段40,另一端形成冷凝段60,且根据应用需要可在两段中间布置绝热段50,该蒸发段40用于接收外界热源的热量,并且把热量传递给管内的工作液体(图未示),使其蒸发,绝热段50主要是负责传输蒸汽,并担负着与外界绝热的作用,该冷凝段60的作用是使汽态的蒸汽冷凝,并把热量通过管壁传导至管外再以散热系统导至大气中。使用时,热管的蒸发段40置于高温热源处,密闭金属壳体10内的工作液体受热而蒸发成气态,该蒸汽经由壳体10内蒸汽通道流向冷凝段60后放出热量而冷凝成液态,该冷凝液体在金属壳体10内壁毛细结构的吸附力下经由绝热段50快速返回蒸发段40并继续下一次工作循环,如此将热量从一处传递至另一处,以达到热管散热的目的。
该热管内部从蒸发段40至冷凝段60均采用单一形式的毛细结构,如单一沟槽式结构、单一烧结粉末式结构或单一丝网式结构,因此在热管工作的每一局部所能承受的最大热流密度几乎是一致的,该结构单一的毛细结构无法同时兼顾较小的流体回流阻力与较大的毛细作用力,且亦不能同时在外界热源与管内工作液体之间提供有效的热传导路径。
【发明内容】
有鉴于此,有必要提供一种热传效率高的热管。
一种热管,包括壳体、设置在壳体内壁的毛细结构以及封入壳体内的适量工作液体,该热管包括一冷凝段及一蒸发段,该蒸发段壳体内壁设置的毛细结构的毛细孔径小于所述冷凝段壳体内壁设置的毛细结构的毛细孔径。
所述热管与现有技术相比具有如下优点:上述热管蒸发段壳体内壁设置的毛细结构的毛细孔径小于冷凝段壳体内壁设置的毛细结构的毛细孔径,既有效降低流体的回流阻力保证蒸发段足够的工作液体,又为蒸发段提供大量的蒸汽成核点以加速工作液体的沸腾效率,从而提升热管的传热效率。
下面参照附图,结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
【附图说明】
图1是现有技术中热管的轴向剖面示意图。
图2是本发明热管的第一实施例的轴向剖面示意图。
图3是本发明热管的第一实施例蒸发段的截面示意图。
图4是本发明热管的第二实施例蒸发段的截面示意图。
【具体实施方式】
图2和3分别是本发明热管的第一实施例的轴向剖面及其蒸发段400的截面示意图。该热管是以直型热管来举例,其主要包括壳体100、设置于壳体100内壁的毛细结构以及封入到壳体100内的适量工作液体(图未示)。壳体100可由铜、铝等导热性良好的金属材料制成,其内一般被抽成真空或接近真空,以利于工作液体的受热蒸发。工作液体一般为水、酒精、氨水及其混合物等潜热较高的液体。热管内的毛细结构包括沟槽式毛细结构200、烧结粉末式毛细结构210以及丝网式毛细结构220。
该热管按功能依次区分有蒸发段400、绝热段500和冷凝段600三个部分,该绝热段500位于热管中间连接其两端的蒸发段400和冷凝段600。此外,该绝热段500与冷凝段600两部分的壳体100内壁分别设置的一层沟槽式毛细结构200。该蒸发段400部分的壳体100内壁设置一层沟槽式毛细结构200,在该沟槽式毛细结构200的沟槽间填充陶瓷粉体或金属粉体等粉末颗粒并进行烧结,形成沟槽与烧结粉末复合式毛细结构,同时,在该层沟槽式毛细结构200的内圈形成一层烧结粉末式毛细结构210,再于该烧结粉末式毛细结构210内圈设置一层丝网式毛细结构220,这些毛细结构200、210及220中央的空间则为蒸汽通道,该沟槽与烧结粉末复合式毛细结构、烧结粉末式毛细结构210及丝网式毛细结构220由壳体100至壳体100内腔中心依序排列,它们的毛细孔径大小依序递增。
上述热管在绝热段500及冷凝段600可以设置沟槽式毛细结构200,是因为沟槽式毛细结构200的毛细孔径相对最大,由冷凝段600回流到蒸发段400的阻力最小,故冷凝的工作液体回流到蒸发段400更为顺畅、迅速。同时在蒸发段400部分的壳体100内壁的沟槽内填充粉体除可以增加毛细结构的强度外,还可以形成细小的毛细孔径,以增加其毛细力,确保在绝热段500及冷凝段600冷却的工作液体被快速且有效地吸引至蒸发段400。在径向上,热管蒸发段400设置烧结毛细结构210具有细小的毛细孔径及数量庞大的孔隙分布以利于形成沸腾热传的成核点,从而加速工作液体蒸发作用的发生,同时该烧结粉末式毛细结构210的内圈设置丝网毛细结构220,既可以将沸腾气泡再次分割以形成更多的微气分子,也可以在热管制造过程中改善其蕊棒脱膜性的不良,以增加其量产性。
图4为本发明另一实施例的热管蒸发段400的截面示意图,其较第一实施例而言,主要差异在于其不同形式的毛细结构的排列方式不同。本实施例由金属壳体100表面至腔体中心其毛细结构组合依序为沟槽式毛细结构200、丝网式毛细结构220及烧结粉末式毛细结构210,同时其孔径大小由金属壳体100表面至腔体中心依序递减。其主要功能在热管之轴向方向具有低流阻的沟槽式毛细结构200将冷凝段600或绝热段500所冷凝之工作液体迅速传输至蒸发端400,在蒸发端400因腔体中心毛细结构的毛细作用力远大于其它形式的毛细结构,同时工作液体受热形成蒸汽而膨胀有一往径向方向的分力作用,两种作用力的具有相加相成的效果因此可以有效将经相变作用所产生的蒸汽快速经由蒸汽通道传输至冷凝段600。
可以理解,在本发明实施例中,热管绝热段500可以根据需要加设,且该绝热段500设置之毛细结构可以与冷凝段600或蒸发段400相同,或者设置毛细孔径介于蒸发段400与冷凝段600之间的毛细结构,如此则从冷凝段600、绝热段500至蒸发段400所设毛细结构之毛细孔径依次逐渐减小,使回流液体回流更顺畅。
Claims (5)
1.一种热管,包括壳体、设置在壳体内壁的毛细结构以及封入壳体内的适量工作液体,该热管包括一冷凝段及一蒸发段,所述蒸发段壳体内壁设置的毛细结构的毛细孔径小于所述冷凝段壳体内壁设置的毛细结构的毛细孔径,其特征在于:仅所述蒸发段壳体内壁设置的毛细结构为复合式毛细结构,该复合式毛细结构包括在所述壳体径向上依序设置的至少两毛细结构,该至少两毛细结构分布在该蒸发段内壁整个周面上,其毛细孔径由壳体至内腔中心的方向上依序递减。
2.如权利要求1所述的热管,其特征在于:所述至少两毛细结构为不同形式的毛细结构。
3.如权利要求2所述的热管,其特征在于:所述蒸发段壳体的内壁设置有三毛细结构,依序为沟槽式毛细结构、丝网式毛细结构以及烧结粉末式毛细结构。
4.如权利要求1所述的热管,其特征在于:所述热管进一步包括介于冷凝段和蒸发段之间的绝热段,该绝热段壳体内壁的毛细结构的毛细孔径的大小介于所述冷凝段和蒸发段壳体内壁的毛细结构的毛细孔径之间,或者与冷凝段或蒸发段壳体内壁的毛细结构的毛细孔径相同。
5.如权利要求4所述的热管,其特征在于:所述冷凝段和绝热段壳体内壁设置的毛细结构均为沟槽式毛细结构。
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US4489777A (en) * | 1982-01-21 | 1984-12-25 | Del Bagno Anthony C | Heat pipe having multiple integral wick structures |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101055153A (zh) | 2007-10-17 |
US20070240855A1 (en) | 2007-10-18 |
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