CN114322615A - 一种用于微动力系统的相变散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于微动力系统的相变散热装置，包括封闭壳体、喷管和相变材料；所述封闭壳体内分为液体区和气体区，所述液体区位于封闭壳体的底部，所述液体区内设有相变材料，所述封闭壳体的底部与热源接触；若干所述喷管贯穿封闭壳体的气体区，且所述喷管与封闭壳体不导通；若干所述喷管内流体冷却气体。本发明结构简单易于实现，成本低廉，能够满足不同使用情境下的散热需求，且具有较简单的安装过程。
Description
技术领域
本发明涉及微动力系统与相变材料领域，特别涉及一种用于微动力系统的相变散热装置。
背景技术
随着微动力系统的不断发展以及微燃烧领域燃烧理论的不断完善，人们对能源领域，尤其是微尺度能源领域的关注度不断增长，其中，微动力系统结构简单，没有活动部件，具有良好的实用性，因此也成为了目前研究的重点。微动力系统结构的基本原理是燃烧器壁面上产生辐射，通过光电池产生电能。由于整个燃烧反应的尺度非常小，会造成许多新问题，例如散热条件差，散热不均匀等。为了解决这些问题，相变散热装置受到人们的重视。相变散热系统的基本原理是通过相变材料的物态变化，运输大量的汽化或者液化潜热。由于整个相变散热系统依赖于相变材料的物态变化，因此会产生一些不同于传统散热装置的问题，首先是由于相变材料存在物态变化，因此对于散热装置的结构设计提出了更高的要求。不良的结构设计容易造成相变材料有效质量的损失，使得散热效果下降；其次，使用相变材料的散热装置中，活动部件的使用受到限制，这是为了避免活动部件造成的散热效果下降。
在相变散热系统中，散热装置结构设计是关键，常规的燃烧室设计主要存在的问题有结构太过复杂，散热效果差，相变材料易损失等，这些问题将会直接影响散热效率。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于微动力系统的相变散热装置，通过喷管贯穿的结构设计，使相变材料的流动不受到阻碍，减少相变材料的损失，增加材料与外界的换热面积、换热强度。从而大幅提高散热效果。本发明能够有效解决相变散热系统中相变材料有效质量的损失，使得散热效果下降等问题。该发明结构简单易于实现，成本低廉，能够满足不同使用情境下的散热需求，且具有较简单的安装过程。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种用于微动力系统的相变散热装置，包括封闭壳体、喷管和相变材料；所述封闭壳体内分为液体区和气体区，所述液体区位于封闭壳体的底部，所述液体区内设有相变材料，所述封闭壳体的底部与热源接触；若干所述喷管贯穿封闭壳体的气体区，且所述喷管与封闭壳体不导通；若干所述喷管内流体冷却气体。
进一步，所述喷管为渐缩管，所述喷管出口直径为入口直径的三分之一。
进一步，将若干所述喷管到封闭壳体的底部距离相同的一组喷管设有一排喷管单元，相邻每排喷管单元的喷管渐缩方向相反。
进一步，所述液体区接触的封闭壳体壁面面积小于气体区接触的封闭壳体壁面面积。
进一步，所述封闭壳体的横截面呈马蹄形。
进一步，所述喷管数量为3，其中1条喷管位于气体区顶端，另外2条喷管为一组喷管单元，位于气体区底端；位于气体区顶端的喷管圆心与其余两喷管圆心的连线和水平线所成夹角位于0°～60°之间。
进一步，所述封闭壳体内部安装若干散热肋片，所述散热肋片横截面呈三角形，所述散热肋片两壁面之间夹角位于0°～90°之间。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的用于微动力系统的相变散热装置，在其内部加入液-气相变材料，主要通过释放相变材料汽化潜热达到增加散热效果的目的。
2.本发明所述的用于微动力系统的相变散热装置，其气体区与壁面接触表面积大于液体区，从而增大了换热量。
3.本发明所述的用于微动力系统的相变散热装置，其气体区中间加入渐缩喷管，使喷管中气体流速自然提升，加大喷管部位外部的流动换热率，从而增加换热量。
4.本发明所述的用于微动力系统的相变散热装置，可根据实际情况加入不同相变材料，用于不同温度的散热对象和不同环境。
5.本发明所述的用于微动力系统的相变散热装置，通过安装散热肋片，增大了壁面的散热面积，从而增加了换热强度。
6.本发明所述的用于微动力系统的相变散热装置，液体区液体受热汽化，带走热量，气体于气体区接触低温壁面，液化放热，重新回落至液体区。
附图说明
图1为本发明所述的用于微动力系统的相变散热装置主视图。
图2为本发明所述的用于微动力系统的相变散热装置的一种喷管的剖视图。
图3为本发明所述的用于微动力系统的相变散热装置的另一种喷管的剖视图。
图中：
1-封闭壳体；2-渐缩管；3-喷管；4-液体区；5-气体区；6-散热肋片。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所述，本发明所述的用于微动力系统的相变散热装置，包括封闭壳体1、喷管3和相变材料4；所述封闭壳体1内分为液体区4和气体区5，所述液体区4位于封闭壳体1的底部，所述液体区4内设有相变材料4，相变材料4为乙醇；所述封闭壳体1的底部与热源接触，也可以所述封闭壳体1的壁面与热源接触；若干所述喷管3贯穿封闭壳体1的气体区5，且所述喷管3与封闭壳体1不导通；若干所述喷管3内流体冷却气体。图中可以看出喷管3位于气态区之中，被气态区完全包围，所述喷管3为渐缩管，所述喷管3出口直径为入口直径的三分之一。
如图2和图3所示，将若干所述喷管3到封闭壳体1的底部距离相同的一组喷管3设有一排喷管单元，相邻每排喷管单元的喷管渐缩方向相反。实施例中所述喷管3数量为3，其中1条喷管3位于气体区5顶端，其单独构成第一喷管单元，另外2条喷管3为第二喷管单元，位于气体区5底端；第一喷管单元的喷管3的渐缩方向与第二喷管单元的喷管3的渐缩方向相反。位于气体区5顶端的喷管3圆心与其余两喷管3圆心的连线和水平线所成夹角位于0°～60°之间。
所述液体区4接触的封闭壳体1壁面面积小于气体区5接触的封闭壳体1壁面面积。所述封闭壳体1的横截面呈马蹄形。所述封闭壳体1内部安装若干散热肋片6，所述散热肋片6横截面呈三角形，所述散热肋片6两壁面之间夹角位于0°～90°之间。
工作原理：
将整个封闭壳体1置于需散热的对象之上，例如一微型动力系统。封闭壳体1紧贴于对象外壁面上方，内部流体热量经壁面传入封闭壳体1内相变材料4，使其受热挥发，带走部分热量。相变材料4蒸汽由于温度较高，密度较小，自然上升并与封闭壳体1外壁面、散热肋片6接触，遇冷放热，重新液化为酒精并沿外壁面流下，重新汇入液体区。周而复始，达到降温效果。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于微动力系统的相变散热装置，其特征在于，包括封闭壳体(1)、喷管(3)和相变材料(4)；所述封闭壳体(1)内分为液体区(4)和气体区(5)，所述液体区(4)位于封闭壳体(1)的底部，所述液体区(4)内设有相变材料(4)，所述封闭壳体(1)表面与热源接触；若干所述喷管(3)贯穿封闭壳体(1)的气体区(5)，且所述喷管(3)与封闭壳体(1)不导通；若干所述喷管(3)内流体冷却气体。
2.根据权利要求1所述的用于微动力系统的相变散热装置，其特征在于，所述喷管(3)为渐缩管，所述喷管(3)出口直径为入口直径的三分之一。
3.根据权利要求2所述的用于微动力系统的相变散热装置，其特征在于，将若干所述喷管(3)到封闭壳体(1)的底部距离相同的一组喷管(3)设有一排喷管单元，相邻每排喷管单元的喷管渐缩方向相反。
4.根据权利要求1所述的用于微动力系统的相变散热装置，其特征在于，所述液体区(4)接触的封闭壳体(1)壁面面积小于气体区(5)接触的封闭壳体(1)壁面面积。
5.根据权利要求4所述的用于微动力系统的相变散热装置，其特征在于，所述封闭壳体(1)的横截面呈马蹄形。
6.根据权利要求3所述的用于微动力系统的相变散热装置，其特征在于，所述喷管(3)数量为3，其中1条喷管(3)位于气体区(5)顶端，另外2条喷管(3)为一组喷管单元，位于气体区(5)底端；位于气体区(5)顶端的喷管(3)圆心与其余两喷管(3)圆心的连线和水平线所成夹角位于0°～60°之间。
7.根据权利要求1所述的用于微动力系统的相变散热装置，其特征在于，所述封闭壳体(1)内部安装若干散热肋片(6)，所述散热肋片(6)横截面呈三角形，所述散热肋片(6)两壁面之间夹角位于0°～90°之间。
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