CN104197761B - 一种强化传热重力热管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强化传热重力热管，包括管体、液体工质、隔板、散热翅片和刮液装置，隔板固定连接在管体的外壁面上；散热翅片固定连接在冷凝段的外壁上，液体工质位于蒸发段内部；刮液装置包括弹簧、两块第一回流板、两块第二回流板、升降箱和虹吸管，弹簧的一端固定连接在管体顶部内壁面，另一端连接于升降箱的底部，虹吸管固定连接在升降箱的底面上，第一回流板和第二回流板的底端固定连接在升降箱顶端的四周；第一回流板和第二回流板的两侧边均设置有导流凸台，第一回流板和第二回流板的顶端分别装有一个橡胶刮条。该热管内的气液能有效循环，而且传热效率可获得有效提升，能较好地应用于电子芯片、仪器设备冷却的场合。
Description
技术领域
本发明属于热管技术领域，具体来说，涉及一种强化传热重力热管，
背景技术
热管技术被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路。重力式热管是最常用的一种热管形式，其工作原理为热管的蒸发段受热时热管内的工质蒸发汽化，蒸汽在微小压差下流向冷凝段放出热量凝结成液体，在重力的作用下流回蒸发段。如此循环不已，热量就由一端传到了另一端。热管具有较大的传热能力，热管巧妙的组织了热阻较小的沸腾和凝结两种相变过程，使它的等效导热系数高达紫铜导热系数的数倍以至数千倍。热管还具有优良的等温性，热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽由蒸发段流向冷凝段的压力差很小，因而热管具有优良的等温性。热管不需要输送泵以及密封润滑部件，结构简单无运动部件和噪音。
典型的热管由工质、管壳、外部扩展面、端盖组成。由于热管蒸发段通常为沸腾换热，换热系数较大，而冷凝段的外部由于安装有翅片等扩展面具有较大的换热面积，也能获得较好的传热能力，而冷凝段的内壁面由于换热面积有限，再加上冷凝液体的热阻使得其换热效果受限制。因此，强化热管换热的关键在于促进冷凝段的内壁换热并减小冷凝液膜厚度。膜状冷凝，是冷凝过程的一种。特点是冷凝液能形成液膜而完全润湿器壁表面。液膜愈积愈厚，多余的冷凝液就沿壁流下。由于热管内壁面上始终覆盖着一层液膜，壁面和被冷凝蒸气间的传热遇到了阻力，所以传热效率较低于滴状冷凝。现有技术通常通过采用可减小液膜厚度的纵槽和波纹来降低液膜厚度。这些冷凝壁面利用液体表面张力的作用，使冷凝液体集中于槽沟底部，而其他表面上的液膜厚度减薄。强化冷凝传热的另一途径是维持滴状冷凝，为此可在壁面上涂以疏水性涂层，或在蒸气中喷入少量油性添加物，但都难以得到持久的滴状冷凝，冷凝器液膜厚度直接影响到整个冷凝效率，如何减小热管冷凝段的液膜厚度是有待进一步研究的问题。由于膜状冷凝的效率低于滴状冷凝,而滴状冷凝的效率又低于无液体的壁面的冷凝,本发明转换思路,设计了一种带有自动清除冷凝液体功能的强化传热热管。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种强化传热重力热管，该热管能利用冷凝工质重量变化，周期性地对热管冷凝段的内壁面进行刮液，使得热管冷凝段内壁面液膜减少，强化热管冷凝段内壁面的传热系数，从而提升整个热管的传热效率。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种强化传热重力热管，该重力热管包括管体、液体工质、隔板、散热翅片和刮液装置，隔板固定连接在管体的外壁面上，且隔板位于管体中部以下，隔板以下的管体部分为蒸发段，隔板以上的管体部分为冷凝段；散热翅片固定连接在冷凝段的外壁上，液体工质位于蒸发段内部，刮液装置位于管体内部；刮液装置包括弹簧、两块第一回流板、两块第二回流板、升降箱和虹吸管，弹簧的一端固定连接在管体顶部内壁面，弹簧的另一端连接于升降箱的底部，虹吸管固定连接在升降箱的底面上，两块第一回流板的底端和两块第二回流板的底端固定连接在升降箱顶端的四周，且两块第一回流板相对设置，两块第二回流板相对设置，第一回流板的高度大于第二回流板的高度；每块第一回流板的两侧边和每块第二回流板的两侧边均设置有导流凸台，两块第一回流板的顶端和两块第二回流板的顶端分别装有一个橡胶刮条，橡胶刮条轻贴于管体的内壁面上。
进一步，所述的第一回流板、第二回流板、升降箱和虹吸管均采用密度小于1g·cm-3的塑料材质构成。
进一步，所述的管体和升降箱的横截面均呈方形，且升降箱顶端开口。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，与现有技术相比，本发明的强化传热重力热管利用冷凝液体自身的重力变化，巧妙设置升降刮液装置，自动往复刮掉热管冷凝段内壁面的冷凝液膜，可有效降低热管冷凝段内壁面的传热热阻，增加热管的冷凝效率，从而提高了热管的整体传热效率。
第二，本发明采用了带有导流的且高度不同的第一回流板和第二回流板，并且交替布置，利用第一回流板和第二回流板之间形成的间隙，作为气流的上升通道，有效地保证了蒸发气体的上升与冷凝液体的回流。
附图说明
图1为本发明中升降箱处于最高位置时，热管的结构示意图。
图2为本发明中升降箱处于最低位置时，热管的结构示意图。
图3为本发明中的升降箱、第一回流板和第二回流板的结构示意图。
图4为本发明中的升降箱与热管壁面的位置关系图。
图5为本发明中的第一回流板与橡胶刮条的位置关系图。
图6为图5中A-A的截面图。
图中有：管体1、蒸发段101、冷凝段102、液体工质2、隔板3、散热翅片4、橡胶刮条5、弹簧6、第一回流板7、第二回流板8、升降箱9、虹吸管10、导流凸台11。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的描述。
如图1至图6所示，本发明的一种强化传热重力热管，包括管体1、液体工质2、隔板3、散热翅片4和刮液装置。隔板3固定连接在管体1的外壁面上，且隔板3位于管体1中部以下。隔板3以下的管体部分为蒸发段101，隔板3以上的管体部分为冷凝段102。散热翅片4固定连接在冷凝段102的外壁上，液体工质2位于蒸发段101内部。刮液装置位于管体1内部。刮液装置包括弹簧6、两块第一回流板7、两块第二回流板8、升降箱9和虹吸管10，弹簧6的一端固定连接在管体1顶部内壁面，弹簧6的另一端连接于升降箱9的底部，虹吸管10固定连接在升降箱9的底面上，两块第一回流板7的底端和两块第二回流板8的底端固定连接在升降箱9顶端的四周，且两块第一回流板7相对设置，两块第二回流板8相对设置，第一回流板7的高度大于第二回流板8的高度；每块第一回流板7的两侧边和每块第二回流板8的两侧边均设置有导流凸台11，两块第一回流板7的顶端和两块第二回流板8的顶端分别装有一个橡胶刮条5，橡胶刮条5轻贴于管体1的内壁面上。
进一步，所述的第一回流板7、第二回流板8、升降箱9和虹吸管10均采用密度小于1g·cm-3的塑料材质构成。为了保证升降装置的刮液覆盖面，第一回流板7、第二回流板8、升降箱9和虹吸管10均采用密度小于1g·cm-3的轻质塑料材质构成。
进一步，所述的管体1和升降箱9均呈方形，且升降箱9顶端开口。管体1和升降箱9均呈方形，便于第一回流板和第二汇流板上的液体能有效回流至升降箱9中，并使得升降箱9在升降过程中保持平衡，避免发生旋转和倾斜。
本发明的工作原理和工作过程如下：
如图1所示，本发明的重力热管呈竖直布置，热管内的液体工质2在蒸发段101吸收热量气化，并在冷凝段102冷凝成液体后，回流到蒸发段101底部。图1为升降箱处于最高位置时，热管的结构示意图。此时，升降箱9处于最高位置，弹簧6也处于最小拉伸长度。热管工作过程中，液体工质在蒸发段101气化产生的气体从第一回流板7和第二回流板8之间的间隙进入冷凝段102，并在热管冷凝段102的内壁面冷凝成液体后，通过第一回流板7和第二回流板8流进升降箱9。随着冷凝液不断向升降箱9中存积，升降箱9质量逐渐增加，弹簧6逐渐拉长。当流入的冷凝液的液位低于虹吸管10上端弯曲的部分时，因为管内有气体不会发生虹吸现象。但是随着持续流入冷凝液，当流入的冷凝液的液位高于虹吸管10上方弯曲部分时，如图2所示，升降箱9质量达到最大，弹簧6拉伸长度也达到最大。此时，升降箱9内灌满了冷凝液，则发生虹吸现象。大气压强压着冷凝液流入虹吸管10。由于虹吸管10的出液口低于升降箱9的液位，产生了压强差，冷凝液就顺着虹吸管10流了出来，直到冷凝液液位下降到虹吸管10的弯管进液口之下。当冷凝液流掉后，升降箱9质量又达到最轻，弹簧6收缩，使得升降箱9又回到最高位置。以此循环，重复着升降箱9接液—虹吸管10放液，弹簧6上移—弹簧6下移过程。
本发明的热管中，升降箱9往复上下移动，带动第一回流板7和第二回流板8顶端的橡胶刮条5进行上下往复刮液作业，刮掉热管冷凝段102内壁面的冷凝液膜，有效降低热管冷凝段102内壁面的传热热阻，增加热管的冷凝效率，从而提高了热管的整体传热效率。
在热管的工作过程中，带导流凸台11的第一回流板7和第二回流板8作为回流通道，同时也是橡胶刮条12的支撑件，而且第一回流板7和第二回流板8之间的间隙为蒸发气体的上升通道。这样使得热管内的气液能有效循环，并利用冷凝液体工质2重量变化，周期性地对清除热管内壁面的液体，减小热阻，提升热管的传热效率。这些都是本发明的关键创新之处。
本发明的热管可以较好地应用于电子芯片、仪器设备冷却的场合。
Claims (3)
1.一种强化传热重力热管，其特征在于，该重力热管包括管体(1)、液体工质(2)、隔板(3)、散热翅片(4)和刮液装置，隔板(3)固定连接在管体(1)的外壁面上，且隔板(3)位于管体(1)中部以下，隔板(3)以下的管体部分为蒸发段(101)，隔板(3)以上的管体部分为冷凝段(102)；散热翅片(4)固定连接在冷凝段(102)的外壁上，液体工质(2)位于蒸发段(101)内部，刮液装置位于管体(1)内部；刮液装置包括弹簧(6)、两块第一回流板(7)、两块第二回流板(8)、升降箱(9)和虹吸管(10)，弹簧(6)的一端固定连接在管体(1)顶部内壁面，弹簧(6)的另一端连接于升降箱(9)的底部，虹吸管(10)固定连接在升降箱(9)的底面上，两块第一回流板(7)的底端和两块第二回流板(8)的底端固定连接在升降箱(9)顶端的四周，且两块第一回流板(7)相对设置，两块第二回流板(8)相对设置，第一回流板(7)的高度大于第二回流板(8)的高度；每块第一回流板(7)的两侧边和每块第二回流板(8)的两侧边均设置有导流凸台(11)，两块第一回流板(7)的顶端和两块第二回流板(8)的顶端分别装有一个橡胶刮条(5)，橡胶刮条(5)轻贴于管体(1)的内壁面上。
2.按照权利要求1所述的强化传热重力热管，其特征在于，所述的第一回流板(7)、第二回流板(8)、升降箱(9)和虹吸管(10)均采用密度小于1g·cm-3的塑料材质构成。
3.按照权利要求1所述的强化传热重力热管，其特征在于，所述的管体(1)和升降箱(9)的横截面均呈方形，且升降箱(9)顶端开口。
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