CN1304025A - 气泡循环热交换装置 - Google Patents

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Abstract

一种气泡循环热交换装置。为提供一种使用安全、热交换效率高的热交换装置,提出本发明,它包括受热源、封闭的回路及容置于回路中的液体;回路本身为散热体及产生气泡的气泡发生器。

Description

气泡循环热交换装置
本发明属于热交换装置，特别是一种气泡循环热交换装置。
习知的热管(Heat pipe)式散热器，包括密闭的真空腔体，其内填充适量的工作流体。腔体上方设有复数个散热鳍片，腔体内设毛细结构区。其工作原理是加热胴体一端使工作流体产生沸腾(boiling)而蒸发(evaporate)的现象，由管内一侧的热区流向另一侧的冷区，然后在冷区将气体冷凝成液体后，再以重力(gravity)或毛细力(capillary force)，使液体回流，因热管先天上的结构，其热传量随操作角度(operation inclination)增大而变差。另因热管中结构毛细力的限制，当加热过高时会产生烧干(dry-out)现象。一旦形成烧干状态，便无液体回流，使加热区内部全部是高温气体，形成单一气相的状态，因而温度急剧上升，而使得热管中的热超导(heat supperconduction)现象失败，大幅度减低使用效果。另外，热管必须高度除气(exhaustnon-condensing gas)，否则超导特性会受很大影响。且由于有操作角度，很怕受被折或被移动而影响其无法运作顺畅。由此看来，热管式散热器有其先天不良后天失调的无可弥补的缺点。
本发明的目的是提供一种使用安全、热交换效率高的气泡循环热交换装置。
本发明包括受热源、封闭的回路及容置于回路中的液体；回路本身为散热体及产生气泡的气泡发生器。
其中：
回路另一端设有散热体。
回路中设有产生气泡的气泡发生器。
回路中设有为容纳膨胀气体空间的膨胀区域。
回路上接设有构成容纳膨胀气体空间的膨胀室。
膨胀室形成于回路旁的弹性腔体。
回路为无限延长的管路，并于回路上设有注入口。
回路包括至少两个串联的支回路；一端设置受热源的支回路的散热体为另一支回路的受热源而成为传热体。
回路包括至少两个并联的支回路；受热源置于至少两个并联支回路的一端。
由于本发明包括受热源、封闭的回路及容置于回路中的液体；回路本身为散热体及产生气泡的气泡发生器。运作时，藉由回路本身吸收受热源热量产生气泡，并藉由不平衡的热力，使气泡快速脱离受热源区域，带动封闭于回路中的液体朝单一方向流动，使回路中更容易形成循环及加快循环速度，并随着液体的流动，将自受热源吸收的热量散出，使回路不断进行自热力不平衡至热力平衡的运作，快速降低受热源的温度，不仅使用安全，而且热交换效率高，从而达到本发明的目的。
图1、为本发明实施例一结构示意正视图。
图2、为本发明实施例二结构示意正视图。
图3、为本发明实施例三结构示意正视图。
图4、为本发明实施例四结构示意正视图。
图5、为本发明实施例五结构示意正视图。
图6、为本发明实施例六结构示意正视图。
图7、为本发明实施例七结构示意正视图。
图8、为本发明实施例八结构示意正视图。
图9、为本发明实施例九结构示意正视图。
图10、为本发明实施例十结构示意正视图。
图11、为本发明实施例十一结构示意正视图。
图12、为本发明实施例十二结构示意正视图。
下面结合附图对本发明进一步详细阐述。
图1至图12为本发明的数种实施例。本发明包括受热源1、封闭的回路2、容置于回路2中的液体3、散热体5及气泡发生器6。于回路2中设有供液体3产生气泡的膨胀区域4及液体注入口7。受热源1及散热体5分别置于回路2两端，气泡发生器6设置于回路2中，并邻近受热源1。气泡发生器6吸收受热源1的热量过热使封闭于回路2中的液体3沸腾产生气泡，形成的不平衡时，使气泡快速脱离受热源1区域，并使封闭于回路2中的液体3流动，随着液体3的流动，将自受热源1吸收的热量传递至近散热体5处，并经散热体5将热量导出，使回路2不断进行自热力不平衡至热力平衡的运作。
实施例一
如图1所示，为本发明最简单的实施例。它包括受热源1、封闭的回路2及容置于回路2中的液体3。回路2设有液体注入口7。散热体为回路2本身，回路2的长短可任意，气泡发生器为液体所处的回路本身。
实施例二
如图2所示，本发明包括受热源1、封闭的回路2、容置于回路2中的液体3及散热体5。回路2的长短可任意，气泡发生器为液体所处的回路本身。
实施例三
如图3所示，本发明它包括受热源1、封闭的回路2及容置于回路2中的液体3。散热体为回路2本身，回路2的长短可任意，气泡发生器6置于回路2中，并位于近受热源1处。
实施例四
如图4所示，本发明包括受热源1、封闭的回路2、容置于回路2中的液体3及散热体5。回路2的长短可任意，气泡发生器6置于回路2中，并位于近受热源1处。
实施例五
如图5所示，本发明它包括受热源1、封闭的回路2及容置于回路2中的液体3。散热体为回路2本身，回路2的长短可任意，气泡发生器6置于回路2中，并位于近受热源1处。回路2中设有为容纳膨胀气体空间的膨胀区域4。
实施例六
如图6所示，本发明包括受热源1、封闭的回路2、容置于回路2中的液体3及散热体5。回路2的长短可任意，气泡发生器6置于回路2中，并位于近受热源1处。回路2中设有为容纳膨胀气体空间的膨胀区域4。
实施例七
如图7所示，本发明包括受热源1、封闭的回路2及容置于回路2中的液体3。散热体为回路2本身，回路2的长短可任意，气泡发生器为液体所处的回路本身。回路2上接设有构成容纳膨胀气体空间的膨胀室40，如此即可于回路2中灌满液体3，容纳气体(vapor)与气泡的膨胀室40形成于回路2旁，可具有弹性，如同气球般扩张，或是外伸一段管路，以形成允许容纳受热产生气体的空间。
实施例八
如图8所示，本发明包括受热源1、封闭的回路2、容置于回路2中的液体3及散热体5。回路2的长短可任意，气泡发生器为液体所处的回路本身。回路2上接设有构成容纳膨胀气体空间的膨胀室40，如此即可于回路2中灌满液体3，容纳气体(vapor)与气泡的膨胀室40形成于回路2旁，可具有弹性，如同气球般扩张，或是外伸一段管路，以形成允许容纳受热产生气体的空间。
实施例九
如图9所示，本发明包括受热源1、封闭的回路2及容置于回路2中的液体3。散热体为回路2本身，回路2的长短可任意，气泡发生器6置于回路2中，并位于近受热源1处。回路2上接设有构成容纳膨胀气体空间的膨胀室40，如此即可于回路2中灌满液体3，容纳气体(vapor)与气泡的膨胀室40形成于回路2旁，可具有弹性，如同气球般扩张，或是外伸一段管路，以形成允许容纳受热产生气体的空间。
实施例十
如图10所示，本发明包括受热源1、封闭的回路2、容置于回路2中的液体3及散热体5。回路2的长短可任意，气泡发生器6置于回路2中，并位于近受热源1处。回路2上接设有构成容纳膨胀气体空间的膨胀室40，如此即可于回路2中灌满液体3，容纳气体(vapor)与气泡的膨胀室40形成于回路2旁，可具有弹性，如同气球般扩张，或是外伸一段管路，以形成允许容纳受热产生气体的空间。
实施例十一
如图11所示，本发明包括受热源1、封闭的回路2、容置于回路2中的液体3及散热体5。回路2可无限延长，并加设有注入口7。气泡发生器6置于回路2中，并位于近受热源1处。回路2中设有为容纳膨胀气体空间的膨胀区域4。
实施例十二
如图12所示，本发明包括受热源1、第一封闭的回路2、第二封闭的回路2’、液体3、散热体5及传热体8。第一、第二回路2、2’串联设置，即第一回路2设置受热源1，并将第一回路2的散热体作为第二回路2’的受热源而成为传热体8，使受热源1的热量经与其接触的第一回路2传递至为第一回路的散热体的传热体8，再经第二回路2’及第二回路2’的散热体5散热，以完成一种规格化的串接，方便生产及组装，无须特殊施布回路。同样，亦可以同一受热源设置多组并联回路。
回路的流体可依操作的温度、压力而选用适当的物质。回路中可抽真空(exhaust to vacuum)，亦可不抽真空，依使用流体的种类或操作温度范围而定。回路本身可为各种形状、外形、材质及其组合，以作为刚性(rigid)或挠性(flexble)及其组合，并以串联、并联、网状、独立、多回路及其任意组合。
散热体可为回路本身，亦可为回路延伸至欲进行热交换的散热体的部分，散热体能与习知的各种散热结构连接而进行热交换。气泡发生器(bubble generator)为产生气泡的结构，其可为各种开头的回路断面内壁，或于回路中设有各种形状的嵌入物，亦可是大小管径相接处。回路可形成串联、并联的结构及其组合。甚至形成网状回路。
回路中的膨胀区域具有膨胀或收缩气室(vapor space)可为回路中适当大小的内部空间，也就是指回路中液体不填满的区域；或是如图7、图8、图9、图10所示，为附于回路上，经以适当的压力即可伸缩变形的结构。此时，液体可以完全充填满于整个回路，当然不包括该可扩展的区域。因此，能提供回路内的液体中因升温气化所产生的气体体积膨胀容纳置放的空间，以防止回路中发生爆破损坏的现象。
回路的受热源能以各种已知的方式与回路适当的结合，以便进行热传导；也能将上述的各种型态的回路中气泡发生器设置在受热源上，与回路一接触，亦会产生相同的启动气泡产生的功效；其间能以适当的方法结合，如胶合、焊接、铆接、扣接等机械构及其组合的方法结合。
回路本身必须提供有系统流体注入(charge)及封存(seal)的结构，注入口与封存方式可以依回路的外形作变化，只要达到使全回路在注入液体后形成封闭的状态，其中，注入口可设置于适当的地方，由于是管路式回路，每接点必须封存，以减少液体泄漏。
本发明亦可以并联或串联的方式组而成，以进行连续热交换(heatexchange)。最后达到整个装设系统热平衡(thermal equilibrium)。其中，受热源为受热装置(heating device)，散热体为散热装置(cooling device)，其间的热传(heat transfer)介质是液体。循环产生的原动力是气体，回路系统于受热源处藉由气泡发生器直接或间接吸收受热源的热量产生气泡，推动回路系统朝不平衡方向流动，使回路系统由平衡的静冷状态而转变成不断地循环流动状态，以传递受热源的热量，并由另一侧的散热体进行为流体的液体气体散热(heat dissipated)冷却，散热后的液体流回受热源处再次进行下一热交换循环。系统必须有足够作为热交换介质的液体。
本发明可延设很长的回路，并设置若干散热体，以适应受热源所需排除的热量。若干散热体可在同一位置，亦可设置在为回路本身或特殊场所的其他位置，藉由可排列、转折、及堆叠的回路，将受热源的热量传至另一场所进行热交换，以达到远距离传递。
综上所述，本发明以简单的回路进行热力循环的热交换推动型式，可应用在众多结构上，小至电子元件，大至动力厂，皆可应用本发明进行热交换。

Claims (21)

1、一种气泡循环热交换装置，它包括受热源、封闭的回路及容置于回路中的液体；其特征在于回路本身为散热体及产生气泡的气泡发生器。
2、根据权利要求1所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路另一端设有散热体。
3、根据权利要求1所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路中设有产生气泡的气泡发生器。
4、根据权利要求2所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路中设有产生气泡的气泡发生器。
5、根据权利要求1或3所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路中设有为容纳膨胀气体空间的膨胀区域。
6、根据权利要求2或4所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路中设有为容纳膨胀气体空间的膨胀区域。
7、根据权利要求1所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路上接设有构成容纳膨胀气体空间的膨胀室。
8、根据权利要求2所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路上接设有构成容纳膨胀气体空间的膨胀室。
9、根据权利要求7或8所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的膨胀室形成于回路旁的弹性腔体。
10、根据权利要求7所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路中设有产生气泡的气泡发生器。
11、根据权利要求8所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路中设有产生气泡的气泡发生器。
12、根据权利要求6所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路为无限延长的管路，并于回路上设有注入口。
13、根据权利要求2、4所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路包括至少两个串联的支回路；一端设置受热源的支回路的散热体为另一支回路的受热源而成为传热体。
14、根据权利要求6所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路包括至少两个串联的支回路；一端设置受热源的支回路的散热体为另一支回路的受热源而成为传热体。
15、根据权利要求8或11所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路包括至少两个串联的支回路；一端设置受热源的支回路的散热体为另一支回路的受热源而成为传热体。
16、根据权利要求2、4所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路包括至少两个并联的支回路；受热源置于至少两个并联支回路的一端。
17、根据权利要求6所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路包括至少两个并联的支回路；受热源置于至少两个并联支回路的一端。
18、根据权利要求8或11所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路包括至少两个并联的支回路；受热源置于至少两个并联支回路的一端。
19、根据权利要求1或3所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路包括至少两个并联的支回路；受热源置于至少两个并联支回路的一端。
20、根据权利要求5所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路包括至少两个并联的支回路；受热源置于至少两个并联支回路的一端。
21、根据权利要求7或10所述的气泡循环热交换装置，其特征在于所述的回路包括至少两个并联的支回路；受热源置于至少两个并联支回路的一端。
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