CN100573019C - 热管 - Google Patents

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Abstract

一种热管，包括一密封壳体，壳体内腔内装入适量工作流体，该壳体内壁设有毛细结构，该热管包括冷凝段、蒸发段及位于二者之间的绝热段，该密封壳体内设有朝向冷凝段的喷嘴，该喷嘴朝向冷凝段的一端直径较小。当蒸发段将吸收外界热源的热量传给密封壳体内的工作流体使其蒸发，并通过该喷嘴的加速作用，可使蒸汽流更快速传输到冷凝段冷却并释出热量，且可降低蒸汽流与毛细结构界面的交互干扰，达到降低热阻及提升热管最大传热能力的功效。

Description

热管
【技术领域】
本发明涉及一种热管，特别是指一种热传效率高的热管。
【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。
热管的基本构造系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胴状态，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；其操作原理是藉由工作流体之液、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，上述工作液体则藉由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。
现有热管受限于蒸汽与回流液体于同一管中以相反方向流动，阻碍液体藉毛细力的回流，进而导致蒸发段干化，热管急速升温，限制其最大传热能力。另外，由于热管过高的长度/直径比，导致蒸汽传输过程中热量的散失，使部分流过热管中央的蒸汽提前冷凝为液体，从而阻塞或限制蒸汽的流动，使热管的热阻增加并降低热管的最大传热量。
【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，包括一密封壳体，壳体内腔内装入适量工作流体，该壳体内壁设有毛细结构，该热管包括冷凝段、蒸发段及位于二者之间的绝热段，该密封壳体内设有朝向冷凝段的喷嘴，该喷嘴朝向冷凝段的一端直径较小。
所述热管与现有技术相比具有如下优点：由于在热管密封壳体内设有朝向冷凝段的喷嘴，当蒸发段将吸收外界热源的热量传给密封壳体内的工作流体使其蒸发，并通过该喷嘴的加速作用，可使蒸汽流更快速传输到冷凝段冷却并释出热量，且可降低蒸汽流与毛细结构界面的交互干扰，达到降低热阻及提升热管最大传热能力的功效。
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是本发明热管的第一实施例的剖面示意图。
图2是本发明热管的第二实施例的剖面示意图。
图3是本发明热管的第三实施例的剖面示意图。
【具体实施方式】
以下参照图1至图3，就本发明热管的较佳实施例详加说明，俾利完全了解。本发明仅以圆管为例对主要技术特征进行说明。
图1是本发明热管的第一实施例的剖面示意图。该热管为直型热管，包括一密封壳体100、一层毛细结构200、以及一喷嘴300。该密封壳体100内装入适量工作流体(图未示)，该工作流体可遇热蒸发为蒸汽，遇冷冷凝为液体。该毛细结构200设置于该密封壳体100内壁供冷凝液体回流，而在毛细结构200中央的空间则为蒸汽通道。该毛细结构200可以为烧结粉末、沟槽式、丝网式、蜂巢式以及上述不同单一型式毛细结构的组合。该热管依次区分有蒸发段400、绝热段500、冷凝段600三个部分。其中，蒸发段400和冷凝段600分别位于两端，绝热段500位于蒸发段400和冷凝段600之间。喷嘴300设置于蒸汽通道中接近蒸发段400与绝热段500的边界并朝向冷凝段600，但该喷嘴300的位置不限于此，亦可设置于绝热段500上。喷嘴300朝向冷凝段600的一端直径较小，相应地，喷嘴300在此处截面面积最小，喷嘴300为一渐缩管。根据流体连续性原理——同一流管中任一横截面处的截面面积和该处流体流速的乘积为一恒量，以及流体连续性流动方程Q＝S×V(其中，Q代表单位时间内流过流管某一截面的流体体积；S代表流管的截面面积；V代表流体在该截面处的流速)可知：流管的截面面积大处流速小，截面面积小处流速大。因此，蒸汽在喷嘴300直径较小处的速度加大，喷嘴300具有加速蒸汽向冷凝段600方向流动的作用。当蒸发段400将吸收外界热源的热量传给密封壳体100内的工作液体使其蒸发，使蒸发段400内的蒸汽体积增加，同时蒸发段400内的压强增大，驱动蒸汽向冷凝段600的方向流动。当蒸汽流动到喷嘴300的较小端时，通过该喷嘴300的加速作用，可使蒸汽流更快速传输到冷凝段600冷却并释出热量。另外，由于蒸汽被喷嘴300加速，其流动速度较未设置喷嘴300时快，加之喷嘴300的渐缩效应，从而蒸汽而向周围扩散的机会减小，大量蒸汽通过蒸汽通道径直地流向冷凝段600，因此，喷嘴300的设置还可降低蒸汽流与毛细结构200界面的交互干扰，防止蒸汽传输过程中因热量的散失而提早发生冷凝现象所造成对传输中的蒸汽流阻加大之负面效应，并使加速的蒸汽提早到达冷凝段。由于蒸汽流与毛细结构200界面的交互干扰降低，冷凝液回流到蒸发段400更为顺畅，达到降低热阻及提升热管最大传热能力的功效。
制造时可以将套设于芯棒一定位置的喷嘴300插入底部120已缩小管径且上部140未封口的密封壳体100中，并维持与腔体壁面同心的位置，然后进行填粉或将丝网、蜂巢送入密封壳体100，再送入烧结炉中烧结，最后将芯棒抽出再进行注液、抽真空、定长、切断、封口的热管制程即可完成。
图2为本发明热管的第二实施例的剖面示意图。该热管与第一实施例的区别在于：本实施例的直型热管，其蒸发段400在中间冷凝段600在两端，绝热段500位于蒸发段400和冷凝段600之间。在蒸汽通道中接近蒸发段400与绝热段500的边界分别设置一朝向冷凝段600的喷嘴300，但该喷嘴300的位置不限于此，亦可设置于绝热段500上。与第一实施例同理，当蒸发段400将吸收外界热源的热量传给密封壳体100内的工作液体使其蒸发，并分别通过该喷嘴300的加速作用，可使蒸汽流更快速传输到两端的冷凝段600冷却并释出热量，且可降低蒸汽流与毛细结构200界面的交互干扰，使冷凝液回流到蒸发段400更为顺畅，达到降低热阻及提升热管最大传热能力的功效。
图3为本发明热管的第三实施例之剖面示意图；该热管与第二实施例的区别在于：本实施例将第二实施例的直型热管折弯使其呈U型，其蒸发段400在中间冷凝段600在两端，连接蒸发段400与冷凝段600的弯折区为绝热段500。在蒸汽通道中接近蒸发段400与绝热段500的边界分别设置一朝向冷凝段600的喷嘴300，但该喷嘴300的位置不限于此，亦可设置于绝热段500上。与第一实施例同理，当蒸发段400将吸收外界热源的热量传给密封壳体100内的工作液体使其蒸发，并分别通过该喷嘴300的加速作用，可使蒸汽流更快速传输到两端的冷凝段600冷却并释出热量，且可降低蒸汽流与毛细结构200界面的交互干扰，使冷凝液回流到蒸发段400更为顺畅，同样可达到降低热阻及提升热管最大传热能力的功效。
综上所述，在热管的蒸汽通道中接近蒸发段400与绝热段500的边界至少设置一朝向冷凝段600的喷嘴300，该喷嘴300亦可设置于绝热段500上。当蒸发段400将吸收外界热源的热量传给密封壳体100内的工作液体使其蒸发，并通过该喷嘴300的加速作用，可使蒸汽流更快速传输到冷凝段600冷却并释出热量，且可降低蒸汽流与毛细结构200界面的交互干扰，使冷凝液回流到蒸发段400更为顺畅，从而达到降低热阻及提升热管最大传热能力的功效。

Claims (7)

1.一种热管，包括一密封壳体，壳体内腔内装入适量工作流体，该壳体内壁设有毛细结构，该热管包括冷凝段、蒸发段及位于二者之间的绝热段，其特征在于：该密封壳体内还设有朝向冷凝段的喷嘴，该喷嘴朝向冷凝段的一端直径较小。
2.如权利要求1所述的热管，其特征在于：所述毛细结构中央的空间为蒸汽通道，所述喷嘴设置于蒸汽通道中接近蒸发段与绝热段的边界。
3.如权利要求2所述的热管，其特征在于：所述喷嘴设置于绝热段上。
4.如权利要求1至3中任一项所述的热管，其特征在于：所述毛细结构为烧结粉末、沟槽式、丝网式、蜂巢式或上述不同单一型式毛细结构的组合。
5.如权利要求1至3中任一项所述的热管，其特征在于：所述热管为直型热管，其蒸发段和冷凝段分别位于两端，绝热段位于蒸发段和冷凝段之间。
6.如权利要求1至3中任一项所述的热管，其特征在于：所述热管为直型热管，其蒸发段在中间，冷凝段在两端，绝热段位于蒸发段和冷凝段之间。
7.如权利要求1至3中任一项所述的热管，其特征在于：所述热管为U型热管，其蒸发段在中间，冷凝段在两端，连接蒸发段与冷凝段的弯折区为绝热段。
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