CN110081750A - 一种带喷嘴结构的脉动热管 - Google Patents

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焦冬生
何义
何立群
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure

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Abstract

本发明公开了一种带喷嘴结构的脉动热管，包括冷却段(1)、散热板(2)、绝热段(3)、受热板(4)和蒸发段(5)，冷却段(1)、绝热段(3)、和蒸发段(5)依次连接，其中散热板(2)和受热板(4)带有沟槽，分别和冷却段(1)与蒸发段(5)管路良好贴合，从而提高传热效率，蒸发段(5)和冷却段(1)由玻璃管制成，通过高温火焰加热的方法使玻璃管一端熔融成渐缩喷嘴。本发明采用无运动部件的结构来实现脉动热管内的单向流动，相对于单向制止阀和微泵降低了成本，无需过多的维护。本发明采用的结构简单，通过现有的如胀管等加工技术可实现大批量生产。

Description

一种带喷嘴结构的脉动热管
技术领域
本发明涉及脉动热管的技术领域，具体涉及一种带喷嘴结构的脉动热管。
背景技术
19世纪90年代，Akachi等人发明了一种新型的热管：脉动热管。可由毛细管呈蛇形弯折而成，结构简单，无需吸液芯。作为今年来新型热管技术中的典型代表，脉动热管在继承传统热管简单、可靠和无功耗等基础中，较好地克服了其易受携带和沸腾等极限制约的不足，已经在微电子冷却、余热回收、太阳能集热和制冷空调等领域展现出良好的应用前景。
脉动热管是内部充有工质的环路毛细管，脉动热管的两端是加热段和冷却段，中间为绝热段。脉动热管内为真空环境，工质在管内形成了汽塞、液柱交替分布的形式。在加热段工质受热，在脉动热管加热段的内壁上会发生核态沸腾，生成小气泡，气泡内部压力由于加热段温度的升高而增大，压力驱使气泡向冷却段运动，运动的同时会发生汽塞合并和液柱分裂。在冷却段工质向环境放热，冷却段的气泡发生相变传热，由气态变为液态，由于液体密度较大使得冷却段的液体有向加热段运动的趋势。如此脉动热管在冷却段与加热段之间形成了压力差，驱动脉动热管内工质在加热段和冷却段之间往复运动，热量由加热段传递到冷却段，实现了热量的传递。假设工质受热产生气泡后同时往上运动，两端的热管产生的压力将会相互冲突，这就是脉动热管工质振荡的一个重要来源。一旦工质在振荡中前行，即使已经形成稳定的整体单向流，在单向流中必然伴随着工质的加速、减速、停止和反转。这种振荡消耗了机械能，必然削弱了整体运行的速度，使工质循环能力下降，传热性能降低。
现有技术下，一般通过在管路中安装单向制止阀或者微泵来促进脉动热管内工质的单向流动，从而提高其换热效率，但由于脉动热管的管径是由毛细管组成的，管径比较小，因此安装单向制止阀或者微泵是比较困难的。
发明内容
本发明的目的是针对现有的在脉动热管中,采用单向制止阀或者微泵来实现单向流动的这种复杂的方法，提出一种新型的多喷嘴串联结构的脉动热管。
本发明采用的技术方案为：一种带喷嘴结构的脉动热管，包括冷却段、散热板、绝热段、受热板和蒸发段，冷却段、绝热段、和蒸发段依次连接，其中散热板和受热板带有沟槽，分别和冷却段与蒸发段管路良好贴合，从而提高传热效率，蒸发段和冷却段由玻璃管制成，通过高温火焰加热的方法使玻璃管一端熔融成渐缩喷嘴。
其中，采用具有正反方向流动阻力不同的渐缩喷嘴来促进脉动热管内的单向流动。
其中，该脉动热管包括若干环，每一环中有两个渐缩喷嘴结构，多环串联，从而实现具有单向性的带喷嘴结构。
其中，该脉动热管共六环。
其中，散热板和受热板通过铣床精确加工出槽道实现和冷却段与蒸发段管路的良好贴合。
本发明的有益效果为：
(1)本发明在实现脉动热管内工质单向流动的同时，能保证热管的结构简单、制造成本低。
(2)本发明采用具有正反方向流动阻力不同的渐缩喷嘴来促进脉动热管内的单向流动。本脉动热管由多环路组成，每一环中有两个渐缩喷嘴结构，多环串联，从而实现具有单向性的带喷嘴结构。本发明采用无运动部件的结构来实现脉动热管内的单向流动，相对于单向制止阀和微泵降低了成本，无需过多的维护。
(3)本发明采用的结构简单，通过现有的如胀管等加工技术可实现大批量生产。
(4)本发明将散热和受热部分集中于两个高热导率的金属平板上，易于散热器件的布置，且提高了换热效率。
(5)本发明应用场景丰富，如太阳能板、电子元器件等领域的散热，有较为广阔的前景。
附图说明
图1为脉动热管结构示意图；
图2为改进后的带喷嘴管路；
图3为脉动热管单环路结构细节图(有汽塞和液柱)；
图4为无喷嘴和多喷嘴串联脉动热管热阻对比图；
图5为扁平多喷嘴串联脉动热管结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面以实施例结合附图对本发明所涉及的做具体阐述。
实施例1：图1是本发明的一种多喷嘴串联结构的脉动热管的结构示意图。如图1所示，脉动热管包括：冷却段1、散热板2、绝热段3、受热板4和蒸发段5。其中散热板2和受热板4通过铣床精确加工出槽道实现和冷却段1与蒸发段5管路的良好贴合，从而提高传热效率。本实施例中，蒸发段5和冷却段1由玻璃管制成，单管内径为2mm,外径为3.2mm，长度为100mm，通过高温火焰加热的方法使玻璃管一端熔融成渐缩喷嘴的形状如图2所示，一端内径从2mm烧至0.95mm。对于渐缩喷嘴，正反方向流动阻力不同，如图3所示，单环中设计两个沿环路同方向的渐缩喷嘴结构。本实施例中共有六环，故共有十二个渐缩喷嘴结构串联在一起用于促进脉动热管的整体单向流运行。如图4所示在为以乙醇为工质，充液率为60％，无渐缩喷嘴结构和多渐缩喷嘴串联脉动热管的热阻随功率的变化曲线。由图像可知，在不同功率下，多渐缩喷嘴串联脉动热管的热阻都是比无渐缩喷嘴结构的脉动热管的更小，从而证明其具有比传统的脉动热管更好的传热性能。
实施例2：如图5所示，为喷嘴结构应用于扁平脉动热管中的结构示意图，其正常段管径为2mm，渐缩喷嘴的尖端处为最小直径0.95mm，也可促进管内的单向流动，从而提高换热效率。
此实施例只是为了说明本发明较佳的具体实施方式，其他如采用开式的脉动热管、增加脉动热管的环路、改变绝热段等的长度、改变工质、改变充液率、改变喷嘴数量等可轻易想到的变化或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带喷嘴结构的脉动热管，其特征在于：包括冷却段(1)、散热板(2)、绝热段(3)、受热板(4)和蒸发段(5)，冷却段(1)、绝热段(3)、和蒸发段(5)依次连接，其中散热板(2)和受热板(4)带有沟槽，分别和冷却段(1)与蒸发段(5)管路良好贴合，从而提高传热效率，蒸发段(5)和冷却段(1)由玻璃管制成，通过高温火焰加热的方法使玻璃管一端熔融成渐缩喷嘴。
2.根据权利要求1所述的一种带喷嘴结构的脉动热管，其特征在于：采用具有正反方向流动阻力不同的渐缩喷嘴来促进脉动热管内的单向流动。
3.根据权利要求1所述的一种带喷嘴结构的脉动热管，其特征在于：该脉动热管包括若干环，每一环中有两个渐缩喷嘴结构，多环串联，从而实现具有单向性的带喷嘴结构。
4.根据权利要求1所述的一种带喷嘴结构的脉动热管，其特征在于：该脉动热管共六环。
5.根据权利要求1所述的一种带喷嘴结构的脉动热管，其特征在于：其中散热板(2)和受热板(4)通过铣床精确加工出槽道实现和冷却段(1)与蒸发段(5)管路的良好贴合。
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