CN101776408B - 扩容型脉动热管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扩容型脉动热管，所述的扩容型脉动热管包括长圆形环状管的脉动热管基体，所述的脉动热管基体自下至上分为加热段、绝热段以及冷却段，所述冷却段的上部设置有通过连接喉管相连接的扩容室。所述连接喉管的直径为所述脉动热管基体管径的1/10-1/8；所述扩容室的容积为所述脉动热管基体容积的1/10-1/8。本发明的优点是：降低了启动温度，提高了传热量，克服了现有技术的脉动热管容易出现相邻管间压力的平衡现象，具有很好的新创性和实用性。

Description

扩容型脉动热管
技术领域
本发明涉及一种新型的强化换热元件，更具体的说，本发明涉及一种用于余热锅炉及芯片冷却等大功率传热领域的脉动热管。
背景技术
现有的脉动热管，是出现在20世纪90年代的一种新型热管，该脉动热管的基本结构形式为图1所示的长圆形环状管，所述的长圆形环状管由下至上分为加热段1、绝热段2以及冷却段3，其启动运行过程是：
(1)在抽成真空的管内充注部分工质，使其在表面张力作用下自发形成间歇的汽塞与液塞，充注管内的工质可以是根据需要所选择的水、氟利昂、乙醇、FC-72等；
(2)加热所述的加热段1，使所述工质在加热状态下沿管所构成的环路循环流动，从而达到传递热量的目的。
这种脉动热管具有以下显著优点：
(1)由于所述的脉动热管可以使用管径很小的材料制作，而且不需要设置吸液芯，所以，其整体尺寸小，结构简单，降低了热管结构的复杂性与生产成本。
(2)以实验室可视化研究通常采用的玻璃管制脉动热管为例，在内径2.66mm的玻璃管内充注50％的水作为工质，竖直工作状态下，其传输热流密度可达600W/cm2，与传输热流密度只能达到50W/cm2的普通吸液芯热管相比，其传热效果更好。
但是，在实际应用中，申请人发现，前述的脉动热管还存在一些缺陷。比如：该脉动热管启动运行的驱动力来自于管内工质的膨胀与压缩所造成的压力不平衡，但在所述的加热段1被缓慢受热时，管内工质容易出现相邻管间压力对称的平衡现象，这样，就使其自发过程中形成的压力不平衡状态出现了不稳定性，以至工质不能形成沿管所构成的环路单向循环的稳定流动，从而造成传热元件失效。
发明内容
本发明所要解决的问题，就是克服前述现有技术的缺陷，并为此提供一种能够进一步降低启动温度、同时进一步提高传热性能的扩容型脉动热管。
本发明的扩容型脉动热管，包括以长圆形环状管构成的脉动热管基体，所述的脉动热管基体自下至上分为加热段、绝热段以及冷却段，所述冷却段的上部设置有通过连接喉管与其连接的扩容室。
所述连接喉管的直径为所述脉动热管基体管径的1/10-1/8；
所述扩容室的容积为所述脉动热管基体容积的1/10-1/8。
本发明的扩容型脉动热管与现有技术的脉动热管相比，具有如下有益效果：
(1)启动温度低：在相同工质及相同充液率下，本发明的扩容型脉动热管相比于现有技术的脉动热管，启动温度降低20-25℃。
(2)相邻管间压力无平衡现象：在相同工质及相同充液率的实验条件下，本发明的扩容型脉动热管从未出现因相邻管间压力平衡所造成的影响启动运行的现象。
(3)传热量提高：在相同工质及相同充液率的实验条件下，本发明的扩容型脉动热管相比于现有技术的脉动热管，传输热流密度提高了25％左右。
附图说明
图1是现有技术的脉动热管结构示意图；
图2是本发明扩容型脉动热管的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，以下结合附图以及较佳实施例对本发明的技术方案作以详细说明。
图2示出了本发明扩容型脉动热管的结构。
由图可见，本发明的扩容型脉动热管，包括以长圆形环状管构成的脉动热管基体6，所述的脉动热管基体6自下至上分为加热段1、绝热段2以及冷却段3，所述冷却段3的上部设置有通过连接喉管4与其连接的扩容室5。
根据多次试验结果确定：
当本发明中所述连接喉管4的直径为所述脉动热管基体6管径的1/10-1/8，且所述扩容室5的容积为所述脉动热管基体6容积的1/10-1/8时，可获得最好的热传递效果。所述脉动热管基体6的管径则根据不同工质的表面张力计算得到。
实施例：
本实施例为单环路铜制扩容型脉动热管，采用水为工质，充液率为50％。
根据工质的表面张力，计算得到所述脉动热管基体6的管径为2.5mm，由此，设置所述连接喉管4的直径0.3mm，所述扩容室5的直径为4mm。同时，根据安装需要，设置所述连接喉管4的长度为4mm，所述扩容室5的长度为50mm，相邻管间的间距为85mm，并设置所述的加热段1、绝热段2以及冷却段3的长度各为180mm。
当加热所述的加热段1使其温度达到55℃时，该扩容型脉动热管启动；当所述的加热段1温度达到70℃时，其传热量最大，其传输热流密度可达925W/cm2。
本发明扩容型脉动热管的启动运行过程及工作原理如下：
(1)先将管内抽成真空；
(2)再在管内充注部分工质，使其在表面张力作用下自发形成间歇的汽塞与液塞(所述的工质可以是根据工作需要所选择的水、氟利昂、乙醇、FC-72等)；
(3)对所述脉动热管基体6中的加热段1加热，使管内工质形成的汽塞与壁面之间的液膜及液塞吸热蒸发，并使所述脉动热管基体6内的整体工质压力增大；
(4)由于所述扩容室5的截面积相对于所述脉动热管基体6的截面积大，并因此形成局部大空间，故两者之间产生压差，致使所述脉动热管基体6内的工质由所述的加热段1经所述的绝热段2向所述的冷却段3移动；
(5)当其移动到所述的连接喉管4处，部分工质进入所述的扩容室5，部分工质则凝结在所述的冷却段3处；
(6)当凝结在所述冷却段3的工质冷却致使所述的冷却段3压力降低时，进入所述扩容室5的部分工质通过所述的连接喉管4回流至所述的冷却段3内，从而完成一次热量的传递循环。
可见，由于本技术方案在所述的脉动热管基体6上设置了连接喉管4和扩容室5，所以，本发明中的工质运动方式相比于现有技术的工质运动方式发生了根本改变，而这种改变，有利于打破相邻管间压力的对称平衡，便于推动工质由所述的冷却段3沿管所形成的环路经所述的绝热段2向所述的加热段1回流并补充所述加热段1中的工作流体，从而形成热通路，使管内工质的单向、连续循环趋于稳定，保证了热量从所述的加热段1源源不断地传向所述的冷却段3。
以上结合附图和实施例对本发明进行了示意性描述，该描述没有限制性。本领域的技术人员应能理解，本发明的结构形式以及其中各部分的设置方式均可能根据生产要求或实际应用情况发生某些改变；而在本发明的启示下，其他人员也可能作出与本发明相似的设计。特别需要指出的是，只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的改变，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种扩容型脉动热管，包括以长圆形环状管构成的脉动热管基体，所述的脉动热管基体自下至上分为加热段、绝热段以及冷却段，其特征是，所述冷却段的上部设置有通过连接喉管与其连接的扩容室。
2.根据权利要求1所述的扩容型脉动热管，其特征是，所述连接喉管的直径为所述脉动热管基体管径的1/10-1/8。
3.根据权利要求1所述的扩容型脉动热管，其特征是，所述扩容室的容积为所述脉动热管基体容积的1/10-1/8。
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