CN109945708A - 一种气液分离的强化热管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气液分离的强化热管，包括密封的热管本体，所述热管本体沿轴向依次包括蒸发段、绝热段和冷凝段，所述热管本体的内管壁设有用于供蒸发后的气体由所述蒸发段流向所述冷凝段的槽道，所述热管本体中设有粘贴并覆盖所述槽道的用于供冷凝后的液体由所述冷凝段流向所述蒸发段的复合毛细结构。上述气液分离的强化热管中气体和液体互不干扰，使得工质气液分离，工质对流加快，防止在管壁面形成大气泡而出现烧干现象，优化了热管的对流性能，强化了热管内表面的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及热交换技术领域，特别涉及一种气液分离的强化热管。
背景技术
在热交换领域，热管技术能够利用工质蒸发冷凝的潜热把高密度热流及时转移，成为解决散热问题的有效方法。
热管具有很高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热流方向的可逆性、热二极管与热开关性能、环境的适应性等一些重要特性，使得热传成为解决散热的一个重要方向。热管技术充分利用了热传导原理与相变工质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管内部的结构决定了相变工质的热传递效果，也即热管内部的对流通道是热管导热性能的关键，如果热管内部的对流循环出现故障，在管壁面会形成大气泡而出现烧干现象严重危害了热管内表面的安全性能。因此，如何能够提供一种改善和强化热管的对流性能和内表面的安全性能的气液分离的强化热管是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种气液分离的强化热管，通过设置在内壁面设置槽道和粘贴覆盖槽道的复合毛细结构，该热管中气液分离，气体不会阻碍液体的补充，工质对流加快，防止在管壁面形成大气泡而出现烧干现象，优化了热管的对流性能，强化了热管内表面安全性能。
为实现上述目的，本发明提供一种气液分离的强化热管，包括密封的热管本体，所述热管本体沿轴向依次包括蒸发段、绝热段和冷凝段，所述热管本体的内管壁设有用于供蒸发后的气体由所述蒸发段流向所述冷凝段的槽道，所述热管本体中设有粘贴并覆盖所述槽道的用于供冷凝后的液体由所述冷凝段流向所述蒸发段的复合毛细结构。
优选地，还包括用以实现在所述热管本体中流动的相变工质。
优选地，所述相变工质为纯水或自湿润流体或纳米流体。
优选地，所述复合毛细结构为铜粉烧结成型的多孔结构或金属丝烧结成型的多孔结构或泡沫金属烧结成型的多孔结构。
优选地，所述热管本体为设有空腔的对称圆柱体。
优选地，所述热管本体为铜管或不锈钢管或铝管。
优选地，所述热管本体的厚度为0.1-2mm。
优选地，所述槽道包括在所述热管本体的内管壁沿轴向延伸的第一槽体和沿周向延伸的第二槽体。
优选地，多个所述第一槽体和所述第二槽体在所述热管本体的内管壁纵横交叉以实现所述槽道的网格状分布。
优选地，所述第一槽体和所述第二槽体等宽，所述第一槽体在所述热管本体的内管壁的周向等间距均匀设置，所述第二槽体在所述热管本体的内管壁的轴向等间距均匀设置。
相对于上述背景技术，本发明所提供的气液分离的强化热管包括密封的热管本体，热管本体在轴向的方向上依次包括蒸发段、绝热段和冷凝段，热管本体的内管壁设有槽道，热管本体中设有粘贴覆盖槽道的复合毛细结构，在该气液分离的强化热管的内部，蒸发段、绝热段和冷凝段依次相连通，绝热段位于蒸发段和冷凝段之间，工质在蒸发段吸热蒸发，蒸发后的气体工质通过热管本体的内管壁的槽道经绝热段进入冷凝段，在冷凝段放热后冷凝，冷凝后的液体工质通过复合毛细结构经绝热段流回蒸发段，并由复合毛细结构吸附到管壁，补充气体流走形成的空缺，通过槽道为气体提供气体流通通道，通过复合毛细结构为液体提供液体流通通道，工质在热管本体的蒸发段蒸发吸热、在冷凝段冷凝放热，相变工质在气体流通通道和液体流通通道中相对流动，形成了气体流通通道和液体流通通道的循环回路，气体和液体互不干扰，使得工质气液分离，工质对流加快，防止在管壁面形成大气泡而出现烧干现象，优化了热管的对流性能，强化了热管内表面的安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的气液分离的强化热管的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的气液分离的强化热管的分段效果示意图；
图3为本发明实施例提供的气液分离的强化热管的正剖视图；
图4为本发明实施例提供的气液分离的强化热管的侧剖视图；
图5为本发明实施例提供的气液分离的强化热管的内壁的结构示意图。
其中：
1-热管本体、11-槽道、111-第一槽体、112-第二槽体、12-槽块、2-复合毛细结构、31-蒸发段、32-绝热段、33-冷凝段。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图5，其中，图1为本发明实施例提供的气液分离的强化热管的结构示意图，图2为本发明实施例提供的气液分离的强化热管的分段效果示意图，图3为本发明实施例提供的气液分离的强化热管的正剖视图，图4为本发明实施例提供的气液分离的强化热管的侧剖视图，图5为本发明实施例提供的气液分离的强化热管的内壁的结构示意图。
在第一种具体的实施方式中，本发明提供的气液分离的强化热管包括密封的热管本体1，热管本体1沿轴向延伸，在轴向延伸的方向上热管本体1包括蒸发段31、绝热段32和冷凝段33。热管本体1的内管壁设有槽道11，槽道11依次经过蒸发段31、绝热段32和冷凝段33并连通。热管本体1中设有复合毛细结构2，复合毛细结构2粘贴并覆盖槽道11。在热管本体1的内管壁上，每一处槽道11的下方均有复合毛细结构2进行粘贴覆盖，槽道11构成了用于供气体流通的气体流通通道，复合毛细结构2构成了用于供液体流通的液体流通通道。
在本实施例中，相变工质在蒸发段31利用相变原理和热传导原理蒸发吸热，相变工质在蒸发段31由液体转化为气体，蒸发后的气体通过槽道11由蒸发段31经过绝热段32进入冷凝段33，相变工质在冷凝段33再次利用相变原理和热传导原理冷凝放热，相变工质由气体转化为液体，冷凝后的液体通过复合毛细结构2经过绝热段32进入蒸发段31，并由复合毛细结构2吸附到管壁，补充气体流走形成的空缺，以此往复，实现相变工质在循环回路中的相变传热。综上，相变工质在蒸发段31吸收热量并由液体相变转化为气体，通过槽道11提供的气体流通通道进入冷凝段33，相变工质在冷凝段33放出热量并由气体相变转化为液体，再通过复合毛细结构2提供的液体流通通道进入蒸发段31，再由复合毛细结构2吸附到管壁，补充气体流走形成的空缺，以此完成一个循环也即一次吸热和一次放热的传热过程。
综上，工质在热管本体1的蒸发段31蒸发吸热、在冷凝段33冷凝放热，相变工质在气体流通通道和液体流通通道中相对流动，形成了气体流通通道和液体流通通道的循环回路，气体液体互不干扰，使得工质气液分离，工质对流加快，防止在管壁面形成大气泡而出现烧干现象，优化了热管的对流性能，强化了热管内表面的安全性能。
需要说明的是，复合毛细结构2作为一种已被广泛公开的利用毛细作用的结构，借助毛细作用也即毛细作用力实现液体的在液体流通通道的流动，以与供气体流通的气体流通通道构成循环回路，实现相变工质的相变与传热，至于复合毛细结构2具体的设置方式请参考现有技术，这里不再一一赘述。
在本实施例中，槽道11和复合毛细结构2中流动的相变工质具体为纯水。同样的，还可以将相变工质设置为自湿润流体，能够有效地提升热管内表面的湿润性，进而进一步改善热管的热传输性能。需要说明的是，自湿润流体因为具有当温度达到一定值后表面张力随温度的升高而增大的不同寻常的特性，从而产生推动力促使液体工质自发从低温区域回流润湿高温区域，也即促使相变工质从冷凝段33自发回流润湿蒸发段31，增强了沸腾传热，是沸腾传热的理想工质。更具体的，自湿润流体为0.2％的庚醇水溶液或5％的丁醇水溶液，需要说明的是，本实施例中的相变工质包括但不限于上述自湿润流体，对于其他百分配比的自湿润流体同应属于本实施例的说明范围。
除此以外，相变工质包括但不限于自湿润流体，相变工质还可以设置为纳米流体，进一步的，上述自湿润流体为拥有更好的自湿润特性以及导热能力的自湿润纳米流体。纳米流体是指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油等传统换热介质中，制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质，纳米流体的制备不作为本发明的创新改进点，对于纳米流体的具体组合和其设置方式请参考现有技术，这里不再一一赘述。
为了更好的技术效果，复合毛细结构2为铜粉烧结成型的多孔结构或金属丝烧结成型的多孔结构或泡沫金属烧结成型的多孔结构，也即复合毛细结构2为铜粉、金属丝或泡沫金属制成。本实施例中的复合毛细结构2的长度与槽道11的轴向长度相一致，烧结于槽道11的表面。复合毛细结构2的厚度为0.5mm，当复合毛细结构2为铜粉烧结成型的多孔结构时，烧结温度为900℃，对于其他材料烧结的复合毛细结构2的工艺及其温度，请参考现有技术，这里不再一一赘述。
在本实施例中，热管本体1为设有空腔的对称圆柱体，热管本体1为铜管或不锈钢管或铝管，除此以外，热管本体1也即对称圆柱体的厚度为1mm。需要说明的是，本实施例仅仅给出了一种热管本体1的具体的设置方式，也即该热管本体1包括但不限于上述的设置方式，对于其他在不付出创造性劳动的前提下获得的形状及规格的热管本体1同应属于本实施例的说明范围。
为了更好的技术效果，槽道11包括在热管本体1的内管壁沿轴向延伸的第一槽体111和沿周向延伸的第二槽体112。在本实施例中，第一槽体111沿轴向延伸，也即第一槽体111为热管本体1长度方向上的直线型槽体；第二槽体112沿周向延伸，也即第二槽体112为热管本体1宽度方向上的环线型槽体。槽道11作为气体流通通道，为了进一步强化气体的流动，第一槽体111和第二槽体112为多个且在热管本体1的内管壁纵横交叉，第一槽体111和第二槽体112的十字交叉处构成槽块12，槽块12相较于第一槽体111和第二槽体112向热管本体1的内部凸起，复合毛细结构2粘贴并覆盖槽道11也即复合毛细结构2与槽块12接触粘贴以实现对第一槽体111和第二槽体112的覆盖。
为了更好的技术效果，第一槽体111和第二槽体112等宽，第一槽体111在热管本体1的内管壁的周向等间距均匀设置，第二槽体112在热管本体1的内管壁的轴向等间距均匀设置，在第一槽体111和第二槽体112的均匀交叉下，槽道11在热管本体1的内管壁上呈网状结构。更具体的，网状结构的槽道11的宽度为0.5mm，深度为0.5mm，相邻的第一槽体111或相邻的第二槽体112之间的间距为0.5mm。除此以外，槽道11还可以在热管本体1的内管壁呈螺旋状分布，也即槽道11的设置方式包括但不限于网状结构，对于在现有技术中已被公开的螺旋状和其他类似形状结构的槽道11同应属于本说明书的保护范围。
在本实施例中，本发明提供的气液分离的强化热管相较于传统热管增加了一条通道，以强化对流。更具体地说，常规热管中，气体和液体在管腔中均有流动，而本发明不仅在热管本体1的腔体内具有与常规热管一致的气液流动，而且在贴近热管本体1的壁面处具有新的对流通道。本发明通过在热管本体1的内管壁采用槽道11的形式以构成新的对流通道，让蒸发段31产生的蒸汽能迅速通过该对流通道流动至冷凝段33，以避免阻碍工作液体补充到热壁面，气体液体互不干扰，使得工质气液分离，工质对流加快，防止在管壁面形成大气泡而出现烧干现象，优化了热管的对流性能，强化了热管内表面的安全性能。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明所提供的气液分离的强化热管进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种气液分离的强化热管，其特征在于，包括密封的热管本体(1)，所述热管本体(1)沿轴向依次包括蒸发段(31)、绝热段(32)和冷凝段(33)，所述热管本体(1)的内管壁设有用于供蒸发后的气体由所述蒸发段(31)流向所述冷凝段(33)的槽道(11)，所述热管本体(1)中设有粘贴并覆盖所述槽道(11)的用于供冷凝后的液体由所述冷凝段(33)流向所述蒸发段(31)的复合毛细结构(2)。
2.根据权利要求1所述的气液分离的强化热管，其特征在于，还包括用以实现在所述槽道(11)和所述复合毛细结构(2)中流动的相变工质。
3.根据权利要求2所述的气液分离的强化热管，其特征在于，所述相变工质为纯水或自湿润流体或纳米流体。
4.根据权利要求1所述的气液分离的强化热管，其特征在于，所述复合毛细结构(2)为铜粉烧结成型的多孔结构或金属丝烧结成型的多孔结构或泡沫金属烧结成型的多孔结构。
5.根据权利要求1所述的气液分离的强化热管，其特征在于，所述热管本体(1)为设有空腔的对称圆柱体。
6.根据权利要求5所述的气液分离的强化热管，其特征在于，所述热管本体(1)为铜管或不锈钢管或铝管。
7.根据权利要求5所述的气液分离的强化热管，其特征在于，所述热管本体(1)的厚度为0.1-2mm。
8.根据权利要求1至6任一项所述的气液分离的强化热管，其特征在于，所述槽道(11)包括在所述热管本体(1)的内管壁沿轴向延伸的第一槽体(111)和沿周向延伸的第二槽体(112)。
9.根据权利要求8所述的气液分离的强化热管，其特征在于，多个所述第一槽体(111)和所述第二槽体(112)在所述热管本体(1)的内管壁纵横交叉以实现所述槽道(11)的网格状分布。
10.根据权利要求9所述的气液分离的强化热管，其特征在于，所述第一槽体(111)和所述第二槽体(112)等宽，所述第一槽体(111)在所述热管本体(1)的内管壁的周向等间距均匀设置，所述第二槽体(112)在所述热管本体(1)的内管壁的轴向等间距均匀设置。
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