CN203719486U - 一种组合式热管吸液芯 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种组合式热管吸液芯，由管壁（1）、管内金属纤维毡（3）和金属丝网（4）组成；其中，管壁（1）内侧上切割一系列沟槽（2），金属丝网（4）将金属纤维毡（3）固定在热管管壁（1）的内侧。本实用新型组合式吸液芯结构在具有较高当量导热系数的同时，能保证热管在不同的工作倾角下正常运行，可适应不同工作倾角，具有良好稳定的传热性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种组合式热管吸液芯，含有此结构的热管可用于新能源利用、航天、电力以及石油化工等对热管性能要求较为严格的行业。
背景技术
热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的原件，具有高效导热性和优良等温性，在航空工程、电子元器件冷却、太阳能利用等领域中有广泛的应用。
吸液芯作为热管内的核心部件，其主要作用是提供毛细抽力来驱动热管的工作介质从冷凝段回流至蒸发段，并且将工作介质均匀地分布在热管蒸发段，性能直接影响着热管的传热效果。热管中吸液芯的种类大致有金属丝网、轴向槽道、烧结金属粉末和金属纤维毡等形式，其性能各有优劣，单一结构吸液芯无法同时兼顾高渗透率和高孔隙率。因此，提出了组合式吸液芯结构以求达到最佳的传热性能。
已有的组合式吸液芯，主要将两种常规吸液芯相结合，一部分起毛细抽吸作用，使回流液体克服流动阻力和重力的影响，并使其在多变倾角的工作条件下依然能均布在热管蒸发段；另一部分起液体回流通道作用，应具有较小的流动阻力。其中金属纤维毡具有较大的毛细抽力和孔隙率，沟槽具有较小的流动阻力，但两者结合时，由于金属纤维毡质软，在热管运行中易脱落，严重影响热管性能，阻碍了金属纤维毡吸液芯在热管中的应用。因此，针对现有技术中存在的上述问题，亟需要提供一种毛细抽力大、回流阻力小，且性能稳定的吸液芯，既能使金属纤维毡固定好性能稳定，又能提高吸液芯性能。
发明内容
本实用新型的目的为提供一种组合式热管吸液芯，可克服热管内单一结构吸液芯无法同时兼顾高渗透率和高孔隙率的缺点。该吸液芯具备毛细抽力大、回流阻力小，且性能稳定的吸液芯，既能使金属纤维毡固定好性能稳定，又能提高吸液芯性能。同时，有效避免热管内回流液体与管内蒸气的接触，减小回流液体的剪切阻力，防止携带传热极限的发生，且能提供较多的有效汽化核心，使热管始终处于核态沸腾状态，具有较高的传热性能。
本实用新型的技术方案为：一种组合式热管吸液芯，其特征在于由管壁、管内金属纤维毡和金属丝网组成；其中，管壁内侧上切割一系列沟槽，金属丝网将金属纤维毡固定在热管管壁的内侧，即沟槽齿顶处。
优选管壁采用热管常规材料，如不锈钢、碳钢、铁、铜、黄铜、铝、硅、镍或钛。
在热管内壁上的沟槽，槽深一般为0.1mm-1.5mm，槽道数为50-200个，起到热管内工作介质的主要流通通道的作用。
优选沟槽的形状为三角形、矩形、梯形、倒梯形、半圆形、半椭圆形或星形中的一种或几种组合。
优选上述的金属纤维毡的纤维材料为不锈钢，采用金属纤维丝直径为4μm-60μm，采用同规格或不同规格的金属纤维毡，一层或多层金属纤维毡的组合。金属纤维毡直径可为4μm-60μm，孔隙率达到90%-99.8%，具有较高的孔隙率和渗透率，采用是相同或不同面密度、金属纤维直径的单层金属纤维毡或多层金属纤维毡的组合。金属纤维毡的层数越大则其孔隙率和渗透率会略有下降，这是由其固定方式决定的，然而金属纤维毡层数的增加可以提高热管的传热量，所以热管设计时需综合考虑金属纤维毡层数对热管性能的影响进行层数选取。
优选金属丝网的材料为低碳钢、黄铜、锡青铜、镍或不锈钢，一般目数为1.33目-635目。金属丝网通过自身张力、烧结或点焊将金属纤维毡固定在热管管壁的内侧，目数较小的金属丝网，如1.33目-101.6目，能依靠其自身的刚性通过张力将金属纤维毡固定在热管内壁上；大目数的金属丝网，如101.6目-635目，则可通过烧结或点焊的方式连同金属纤维毡一并固定在热管内壁上。通过不同的方式将金属纤维毡固定在热管内壁即沟槽齿顶处，以保证热管在大倾角的工作状态下，金属纤维毡不出现褶皱或坍塌现象。
本实用新型先于热管内壁加工出一系列相互平行的沟槽。金属纤维毡依靠金属丝网的张力被紧密的固定在沟槽上部，也可通过烧结或点焊的方法使金属丝网和金属纤维毡直接与热管内壁上的沟槽连接。热管内壁上的沟槽主要起到热管内工作介质流动通道的作用；而金属纤维毡由于其较高的渗透率和孔隙率，在提供部分热管工质回流通道作用的同时，主要提供毛细抽力驱动冷凝液体回流和提供有效汽化核心，并将热管蒸气与回流液体分开，是热管工质发生核态沸腾传热的主要地方；金属丝网合理固定金属纤维毡，并提供部分抽力。
所述的一种组合式热管吸液芯，其管壁厚度、沟槽深度和宽度、金属纤维毡厚度和金属丝网层数的选取，需结合热管应用领域中所需传热量而进行热管尺寸设计，以达到预期传热效果。
本实用新型所涉及的热管内部组合式吸液芯，在流动状态上，由于金属纤维毡较小的毛细孔径，能提供足够的毛细抽力驱动热管工质从热管冷凝段回流至蒸发段，热管内壁沟槽被热管工质完全淹没，一部分热管工质通过沟槽回流至蒸发段，所以沟槽在热管工质回流的过程中起到部分流动通道和减小径向热阻的作用。同时由于金属纤维毡具有90%以上的孔隙率，其渗透率远大于具有相同毛细孔径的吸液芯，回流液体在其中流动的阻力较小，因此金属纤维毡也起到流动通道的作用，但其主要作用之一还是依靠本身较小的毛细孔径提供毛细抽力。这样组合式吸液芯既能满足可以提供高毛细抽力的要求，同时，还具有较高的渗透率，热管工质在其中的流动阻力减小，使热管能满足多种倾角放置的工作条件并且能正常工作，不会因为吸液芯无法提供足够的毛细抽力，使热管工质在蒸发段被“烧干”而达到传热极限。
本实用新型所涉及的热管内部组合式吸液芯，在传热状态上，热量首先通过导热从管壁传递到沟槽，由于沟槽是直接在热管内壁线切割而成，因此沟槽的径向热阻很小。随着热流密度和温度的不断升高，热管工质在沟槽和金属纤维毡内部发生沸腾传热。由于金属纤维毡内部多孔结构可以提供沸腾传热所需的有效汽化核心，因此可以使管内传热稳定在核态沸腾阶段，热管工质受热蒸发，由于密度差流向热管冷凝段放热冷凝成液态回流至热管蒸发段，同时因为金属纤维毡能提供较大的毛细抽力，加强了回流液体间的扰动程度，增加了热管的换热系数，所以沿热管轴向的温差在各种工作倾角下较小。金属丝网固定金属纤维毡，提供部分毛细抽力，并将管内蒸发的蒸气和回流液体隔开，减小其相互间的影响，防止携带传热极限的发生，所以组合式吸液芯结构具有良好的传热性能。
有益效果：
本实用新型的有益效果是：组合式吸液芯中的沟槽减小了热管的径向热阻，提供部分流体流动通道；金属纤维毡提供了毛细抽力驱动液体回流和部分流体通道以及工质沸腾传热时所需的汽化核心；金属丝网提供部分毛细抽力，将金属纤维毡固定在热管管壁上，与金属纤维毡共同作用将热管蒸气和回流液体隔开，减小携带作用。因此组合式吸液芯结构在具有较高当量导热系数的同时，能保证热管在不同的工作倾角下正常运行，可适应不同工作倾角，具有良好稳定的传热性能。
附图说明
图1是实施例1组合式吸液芯的剖视图；
图2是实施例1组合式吸液芯的局部放大图；
图3是实施例2组合式吸液芯的剖视图；
图4是实施例2组合式吸液芯的局部放大图；
图5是实施例3组合式吸液芯的剖视图；
图6是实施例3组合式吸液芯的局部放大图；
其中1为热管管壁，2为沟槽，3为金属纤维毡，4为金属丝网。
具体实施方式
结合以下实施例对本实用新型作进一步描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例，如图1和图2所示，先于热管管壁1的内壁加工出一系列相互平行的沟槽2；金属纤维毡3依靠金属丝网4被紧密的固定在沟槽2上部，也可通沟槽2主要起到热管回流液体流动通道的作用，而热管工质的沸腾传热则主要发生在金属纤维毡3内，金属丝网4可以固定金属纤维毡3，提供部分毛细抽力，将热管内蒸气和回流液体分开，防止产生热管的携带传热极限。
其中管壁1采用不锈钢314L，外径为32mm，壁厚3mm，长400mm。
其中所述的三角沟槽2是在热管内壁上直接线切割加工而成。沟槽2采用三角沟槽，槽宽和槽深均为0.8mm，共102条。
其中金属纤维毡3采用不锈钢316L金属纤维毡，金属纤维直径为8μm，面密度为300g/m2，2层。
其中采用不锈钢金属丝网目数为40目，一层，依靠自身张力将金属纤维毡固定在管壁内侧即三角沟槽齿顶处。
该组合式吸液芯具有较高的毛细抽力，约为槽高和槽深均为0.8mm的三角沟槽吸液芯的6倍；因为较沟槽吸液芯增加了金属纤维毡，使得流动阻力增大，但同时由于增加了沸腾传热的有效汽化核心，使得热管的传热量和所承受的最大热流密度都得到提高。
实施例2
本实施例，如图3所示，先于热管管壁1的内壁加工出一系列相互平行的沟槽2；金属纤维毡3依靠金属丝网4被紧密的固定在沟槽2上部；
其中热管管壁1，壁厚为4mm；材质为碳钢；矩形沟槽2，沟槽深度1mm，沟槽宽度0.6mm；金属纤维毡3，采用不锈钢316L金属纤维毡，金属纤维直径为4μm，2层。金属丝网4，采用不锈钢金属丝网120目，一层，依靠烧结将金属纤维毡固定在管壁内侧即三角沟槽齿顶处。
实施例3
本实施例，如图4所示，先于热管管壁1的内壁加工出一系列相互平行的沟槽2；金属纤维毡3依靠金属丝网4被紧密的固定在沟槽2上部。
其中热管管壁1，壁厚为2mm，材质为铝；梯形沟槽2，沟槽深度0.8mm，沟槽宽度1mm；金属纤维毡3，采用不锈钢316L金属纤维毡，金属纤维直径为8μm和4μm各1层，8μm金属纤维毡的外侧固定在管壁内侧即梯形槽道齿顶处，8μm金属纤维毡内则铺设4μm金属纤维毡。金属丝网4，采用低碳钢金属丝网200目，一层，依靠烧结将金属纤维毡固定在管壁内侧即三角沟槽齿顶处。
Claims (5)
1.一种组合式热管吸液芯，其特征在于由管壁（1）、管内金属纤维毡（3）和金属丝网（4）组成；其中，管壁（1）内侧上切割一系列沟槽（2），金属丝网（4）将金属纤维毡（3）固定在热管管壁（1）的内侧。
2.根据权利要求1所述的组合式热管吸液芯，其特征在于所述的管壁（1）的材料为不锈钢、碳钢、铁、铜、黄铜、铝、硅、镍或钛。
3.根据权利要求1所述的组合式热管吸液芯，其特征在于沟槽（2）的形状为三角形、矩形、梯形、倒梯形、半圆形、半椭圆形或星形中的一种或几种组合。
4.根据权利要求1所述的组合式热管吸液芯，其特征在于所述的金属纤维毡（3）的纤维材料为不锈钢。
5.根据权利要求1所述的组合式热管吸液芯，其特征在于金属丝网（2）的材料为低碳钢、黄铜、锡青铜、镍或不锈钢。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140716 |
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| CX01 | Expiry of patent term |