CN113280668A - 一种带非对称结构管道的单向脉动热管 - Google Patents

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    • 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

本发明公开一种带非对称结构管道的单向脉动热管，其特征在于，包括散热面、中间本体、受热面、受热微通道、散热微通道、非对称结构通道、微型阀门和进液口，中间本体夹在散热面和受热面之间，形成三明治结构，中间本体于散热面侧有一列散热微通道；中间本体于受热面侧有一列受热微通道；受热微通道与散热微通道两端分别用非对称结构通道穿过中间本体相连形成闭合回路；微型阀门内置于中间本体中，其一端与最外层非对称结构通道相连，另一端开口向外作进液口。本发明传热效率高，利用非对称结构管道正反方向流动阻力不同促进脉动热管单向流动，提高传热效率；结构紧凑，加工成本低。

Description

一种带非对称结构管道的单向脉动热管
技术领域
本发明涉及脉动热管的技术领域，具体涉及一种非对称结构管道的单向脉动热管。
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，脉动热管的两侧是加热段和冷却段。脉动热管内为填充一定量的工质，该工质在管内以汽塞、液柱交替分布的形式存在。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。
发明内容
现有技术下，一般采用毛细管绕制脉动热管，结构松散，两端还需要辅助元件与发热面和散热器连接，系统复杂。本发明采用在平板两侧表面刻蚀一列平行微通道，再在微通道两端穿孔相互连接，形成闭合回路，结构紧凑，与发热元件连接方便，安装方便。在微通道中构造非对称结构利用正反方向流动阻力不同促进管内工质单向流动，提高换热效率。
本发明的目的是针对现有的脉动热管，大多采用毛细管绕作而成，结构松散，提出一种在固体内刻蚀微通道构造脉动热管，结构紧凑，利于散热，安装方便。
本发明的目的是针对现有的单向脉动热管中，大多采用定向阀，结构复杂安装难度大，提出一种非对称结构管道的单向脉动热管；在微通道内构造非对称结构管道促进单向流，阻力低，热损小。
本发明采用的技术方案为：带非对称结构管道的单向脉动热管，包括散热面(1)、中间本体(2)、受热面(3)、受热微通道(4)，散热微通道(5)、非对称结构通道(6)、微型阀门(7)和进液口(8)。中间本体(2)夹在散热面(1)和受热面(3)之间，形成三明治结构。中间本体(2)于散热面(1)侧有一列散热微通道(5)；中间本体(2)于受热面(3) 侧有一列受热微通道(4)。受热微通道(4)与散热微通道(5)两端分别用非对称结构通道 (6)穿过中间本体(2)相连形成闭合回路。微型阀门(7)内置于中间本体(2)中，其一端与最外层非对称结构通道(6)相连，另一端开口向外作进液口(8)。
所述热管还包括非对称结构通道模块(9)。将非对称结构通道模块(9)置于受热微通道(4)，或散热微通道(5)中，构造更简单，通过更换模块可适用不同换热功率，制造简单成本低，使用范围广。
受热微通道(4)两端设置有微通道穿孔(10)穿过中间本体(2)与散热微通道(5)相连，形成串联通道，通道再收尾相连构成封闭环路。
在受热微通道(4)与散热微通道(5)相连的微通道穿孔(10)两端分别构造不同锥度的圆锥孔，形成非对称结构通道(6)。
微型阀门(7)内置于中间本体(2)中，其一端与最外层非对称结构通道(6)相连，另一端开口向外作进液口(8)。
本发明在实现脉动热管内工质单向流动的同时，能保证脉动热管的结构简单、易于加工，制造成本低。本发明可采用钻铣技术在固体内制作脉动热管，用焊接技术密封形成封闭管道，所用技术简单。
本发明采用具有正反方向流动阻力不同的非对称结构管道来促进脉动热管内的单向流动。本脉动热管由多环路组成，每一环中有非对称结构管道，多环串联，从而实现单向流，提高换热效率。本发明采用无运动部件的管道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。
优点和积极效果：
1)传热效率高
利用非对称结构管道正反方向流动阻力不同促进脉动热管单向流动，提高传热效率。
2)结构紧凑，加工成本低；
利用现有的车铣技术可完成非对称结构管道和微通道的加工，利用焊接技术可完成管道密封。
附图说明
图1带非对称结构管道的单向脉动热管结构示意图；
图2受热面微通道布置图；
图3冷却面微通道布置图；
图4带非对称结构管道模块的单向脉动热管结构示意图；
图5带非对称结构管道模块安装示意图。
图中，1-散热面；2-中间本体；3-受热面；4-受热微通道；5-散热微通道、6-非对称结构通道；7-微型阀门；8-进液口；9-非对称结构通道模块；10-微通道穿孔。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于理解，下面以实施例结合附图对本发明专利所涉及的内容具体阐述。
如图1-5所示，带非对称结构管道的脉动热管，包括散热面1、中间本体2、受热面3、受热微通道4、散热微通道5、非对称结构通道6、微型阀门7和进液口8。中间本体2夹在散热面1和受热面3之间，形成三明治结构。中间本体2于散热面1侧有一列散热微通道5；中间本体2于受热面3侧有一列受热微通道4。受热微通道4两端设置有微通道穿孔10穿过中间本体2与散热微通道5相连，形成串联通道，通道再收尾相连构成封闭环路。在受热微通道4与散热微通道5相连的微通道穿孔10两端分别构造不同锥度的圆锥孔，形成非对称结构通道6。微型阀门7内置于中间本体2中，其一端与最外层非对称结构通道6相连，另一端开口向外作进液口8。
将非对称结构通道模块9置于受热微通道4，或散热微通道5中，构造更简单，通过更换模块可适用不同换热功率，制造简单成本低，使用范围广。
实施例1：在长40mm宽40mm厚10mm的铜板一侧加工一列长24mm、宽1mm的正方形微通道，间隔2mm。微通道两端各钻直径0.5mm的小孔穿透铜板。在铜板另一侧同样用1mm的正方形截面微通道错开连接穿透的小孔，再绕道首尾相连形成相连通道。在贯通的微孔两端各钻不同椎度的渐变小孔，形成非对称结构管道。再用两块厚2mm的铜板覆盖在两侧，形成封闭的连通管道构成脉动热管，用焊锡密封，螺钉紧固。
在四角的其中一个角制作一个微型阀门，用于连接真空泵抽真空，关闭阀门，移去真空泵。然后接上注液器，打开阀门，注入适量的传热介质，关闭阀门。
实施例2：在长40mm宽40mm厚10mm的铜板一侧加工一列长24mm、宽1mm的正方形微通道，间隔2mm。微通道两端各钻直径1mm的小孔穿透铜板。在铜板另一侧同样用 1mm的正方形截面微通道错开连接穿透的小孔，再绕道首尾相连形成相连通道。
在受热面开槽宽5mm，深2mm长35mm，受热面开槽宽5mm深1mm，长35mm,非对称结构管道模块宽5mm厚3mm长35mm，在模块上制作一列开口1mm的拉瓦尔喷管，间隔2mm，槽内安放非对称结构管道模块。再用带长槽的铜板封闭，形成封闭的连通管道构成脉动热管，用焊锡密封，螺钉紧固。
在四角的其中一个角制作一个微型阀门，用于连接真空泵抽真空，关闭阀门，移去真空泵。然后接上注液器，打开阀门，注入适量的传热介质，关闭阀门。
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种带非对称结构管道的单向脉动热管，其特征在于，包括散热面(1)、中间本体(2)、受热面(3)、受热微通道(4)、散热微通道(5)、非对称结构通道(6)、微型阀门(7)和进液口(8)，中间本体(2)夹在散热面(1)和受热面(3)之间，形成三明治结构，中间本体(2)于散热面(1)侧有一列散热微通道(5)；中间本体(2)于受热面(3)侧有一列受热微通道(4)；受热微通道(4)与散热微通道(5)两端分别用非对称结构通道(6)穿过中间本体(2)相连形成闭合回路；微型阀门(7)内置于中间本体(2)中，其一端与最外层非对称结构通道(6)相连，另一端开口向外作进液口(8)。
2.根据权利要求1所述的脉动热管，其特征在于，所述热管还包括非对称结构通道模块(9)，将非对称结构通道模块(9)置于受热微通道(4)，或散热微通道(5)中。
3.根据权利要求1所述的脉动热管，其特征在于，受热微通道(4)两端设置有微通道穿孔(10)穿过中间本体(2)与散热微通道(5)相连，形成串联通道，通道再收尾相连构成封闭环路。
4.根据权利要求3所述的脉动热管，其特征在于，在受热微通道(4)与散热微通道(5)相连的微通道穿孔(10)两端分别构造不同锥度的圆锥孔，形成非对称结构通道(6)。
5.根据权利要求4所述的脉动热管，其特征在于，微型阀门(7)内置于中间本体(2)中，其一端与最外层非对称结构通道(6)相连，另一端开口向外作进液口(8)。
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