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一種可自組裝的旋轉(zhuǎn)重力熱管及一種散熱器

文檔序號:40436963發(fā)布日期:2024-12-24 15:11閱讀:10來源:國知局
一種可自組裝的旋轉(zhuǎn)重力熱管及一種散熱器

本發(fā)明屬于重力熱管換熱性能結(jié)構(gòu)協(xié)同強化換熱,涉及一種可自組裝的旋轉(zhuǎn)重力熱管及一種散熱器。


背景技術(shù):

1、熱管作為一種基于氣液相變原理的高效傳熱元件,由于其體積小、傳熱能力強、溫度均勻性好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于電子散熱、余熱回收等各個領(lǐng)域。隨著人類在工業(yè)(包括制造業(yè),建筑業(yè),電力、煤氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè))的飛速發(fā)展,對節(jié)能環(huán)保的要求不斷提高,重力熱管作為最有效的換熱元件之一,如何提高其換熱效率成為了最關(guān)鍵的問題。旋轉(zhuǎn)熱管是使用旋轉(zhuǎn)離心力作為驅(qū)動工作介質(zhì)從冷凝段回流至蒸發(fā)段液池的驅(qū)動力。根據(jù)旋轉(zhuǎn)熱管的軸線與旋轉(zhuǎn)軸的位置,可以將熱管分為熱管軸線與旋轉(zhuǎn)軸重合的軸向旋轉(zhuǎn)熱管、熱管軸線與旋轉(zhuǎn)軸垂直的徑向旋轉(zhuǎn)熱管以及熱管軸線與旋轉(zhuǎn)軸相交但不垂直的回轉(zhuǎn)熱管。

2、如今對于強化重力熱管換熱的方法,主要有表面處理、設(shè)置內(nèi)插管、使用高效換熱工質(zhì)等方法。設(shè)置內(nèi)插管、紐帶和肋片等方法是為了增加熱管內(nèi)流體的擾動以起到強化換熱的作用。采用納米流體等高效換熱工質(zhì)的方法,是為了利用工質(zhì)的高效導(dǎo)熱能力實現(xiàn)熱量的快速傳遞。表面處理的方法是改變管內(nèi)換熱壁面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),以起到增加壁面的換熱面積、增加壁面成核點等作用,這種方法的成本較低,有效性較高,但是目前的表面結(jié)構(gòu)改進單一,無法有效實現(xiàn)高效換熱。


技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,本發(fā)明提供一種可自組裝的旋轉(zhuǎn)重力熱管及一種散熱器,從而解決現(xiàn)有技術(shù)中重力熱管換熱效率較低的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):

3、一種可自組裝的旋轉(zhuǎn)重力熱管,包括依次可拆卸連接設(shè)置的蒸發(fā)段、絕熱段以及冷凝段;

4、所述蒸發(fā)段的內(nèi)壁以及冷凝段的內(nèi)壁均設(shè)有螺紋結(jié)構(gòu);

5、所述冷凝段的外壁設(shè)有若干翅片組件,若干所述翅片組件為中空結(jié)構(gòu),且所述翅片組件的中空結(jié)構(gòu)與所述冷凝段連通設(shè)置;

6、所述重力熱管與水平方向的夾角在30~90°范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)。

7、優(yōu)選的,所述螺紋結(jié)構(gòu)的寬度為1~5?mm,螺距為1~5?mm。

8、優(yōu)選的,所述翅片組件與冷凝段外壁的夾角為30~60°。

9、優(yōu)選的,所述翅片組件與冷凝段外壁的夾角為45°。

10、優(yōu)選的,所述冷凝段的直徑與翅片組件寬度的比例為(0.6~3):1,與翅片組件厚度的比例為(1.5~6):1,與翅片組件長度的比例為(0.3~1):1。

11、優(yōu)選的,所述翅片組件的內(nèi)部設(shè)有吸液芯。

12、優(yōu)選的,所述吸液芯為金屬網(wǎng)、石墨氈或陶瓷纖維中的至少一種。

13、優(yōu)選的,所述冷凝段的內(nèi)壁設(shè)有凹槽,所述吸液芯的一端嵌設(shè)在所述凹槽內(nèi),另一端沿所述冷凝段的中空內(nèi)腔延伸設(shè)置。

14、優(yōu)選的,所述蒸發(fā)段與冷凝段的長度之比為1:(1~2)。

15、一種散熱器,包含上述的重力熱管。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:

17、本發(fā)明公開一種可自組裝的旋轉(zhuǎn)重力熱管,蒸發(fā)段和冷凝段的內(nèi)壁均采用了螺紋結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)能夠顯著增加熱管內(nèi)壁的表面積,在熱交換過程中,更大的表面積意味著更多的熱量可以在相同時間內(nèi)被傳遞,從而提高了換熱效率,螺紋結(jié)構(gòu)還能在流體(如工質(zhì))流動時產(chǎn)生渦流和湍流效應(yīng),這些效應(yīng)有助于打破熱邊界層,減少熱阻,使熱量更快速地傳遞到熱管的其它部分;冷凝段的外壁設(shè)置了翅片組件,若干所述翅片組件為中空結(jié)構(gòu),且翅片組件中空結(jié)構(gòu)與所述冷凝段連通設(shè)置,這種結(jié)構(gòu)同樣增大了熱管與外部環(huán)境的接觸面積,在冷凝過程中,更多的熱量可以通過這些翅片散發(fā)到周圍環(huán)境中,從而提高了冷凝效率,特別是在有自然風或強制對流的情況下,在有翅片組件的情況下,空氣流動會帶走更多的熱量,進一步增強了換熱效果;蒸發(fā)段和冷凝段采用可拆卸連接設(shè)置,這種設(shè)計便于維護和更換,當熱管內(nèi)部出現(xiàn)積垢、損壞或適應(yīng)不同場景需要更換單獨某段時,可以單獨拆卸并清洗或更換相應(yīng)部分,而無需更換整個熱管,這有助于保持熱管的高效運行狀態(tài);所述重力熱管與水平方向的夾角在30~90°范圍內(nèi)可調(diào)節(jié),這種傾斜安裝有助于工質(zhì)在熱管內(nèi)的自然循環(huán),在蒸發(fā)段,工質(zhì)受熱蒸發(fā)上升,在冷凝段,蒸汽遇冷凝結(jié)并沿壁面回流至蒸發(fā)段,形成連續(xù)的循環(huán),傾斜安裝在確保工質(zhì)在重力作用下順暢流動的同時,可適用于斜向散熱器或遠離熱源的場合等不同的工業(yè)場景需求,進而提升換熱效率。綜上所述,該旋轉(zhuǎn)重力熱管通過設(shè)置可拆卸的結(jié)構(gòu),并在蒸發(fā)段以及冷凝段的內(nèi)壁設(shè)置螺紋結(jié)構(gòu),在冷凝段的外壁設(shè)置若干與冷凝段連通的翅片組件,通過不同修飾結(jié)構(gòu)的配合協(xié)同,并結(jié)合適當?shù)男D(zhuǎn)角度設(shè)置,顯著提高了換熱效率以及使用便捷程度。

18、進一步的,本發(fā)明的另外一個發(fā)明點在于所述螺紋結(jié)構(gòu)的寬度1~5?mm,螺距為1~5mm,在給定長度內(nèi),螺紋結(jié)構(gòu)通過其螺旋形狀有效地增加了熱管內(nèi)壁的表面積,這種表面積的增加為熱量傳遞提供了更多的接觸點,使得熱量能夠更快速地從熱源傳遞到工質(zhì),再從工質(zhì)傳遞到冷凝段,從而提高了整體的換熱效率。螺紋結(jié)構(gòu)的寬度和螺距適中時,能夠在流體(工質(zhì))流動過程中產(chǎn)生適度的湍流效應(yīng)。湍流有助于破壞熱邊界層,減少熱阻,使熱量傳遞更加高效。然而,如果螺距過大或過小,可能會導(dǎo)致湍流效應(yīng)不足或過度,從而影響換熱效率。因此,1~5?mm的螺距是一個相對優(yōu)化的選擇。適度的螺紋寬度和螺距還有助于促進流體在熱管內(nèi)的混合。在蒸發(fā)段,這有助于工質(zhì)均勻受熱并快速蒸發(fā);在冷凝段,則有助于蒸汽與冷凝壁面充分接觸并快速凝結(jié)。流體混合的增強進一步提高了換熱效率。雖然螺紋結(jié)構(gòu)會增加流體流動的阻力,但在合理的寬度和螺距范圍內(nèi),這種阻力增加是可控的。適度的螺紋設(shè)計可以在保證換熱效率的同時,盡量減少流體流動的壓降,從而保持熱管內(nèi)工質(zhì)的順暢循環(huán)。

19、進一步的,本發(fā)明的另外一個發(fā)明點在于所述翅片組件與冷凝段外壁的夾角為30~60°,翅片與冷凝段外壁的夾角在這個范圍內(nèi)時,能夠有效地引導(dǎo)周圍空氣流動,當空氣流經(jīng)翅片時,由于翅片的傾斜角度,空氣會受到一定的導(dǎo)向作用,形成渦流或湍流,從而增加空氣與翅片表面的接觸時間和接觸面積,這種增強的空氣流動有助于更快地將熱量從翅片傳遞到周圍環(huán)境中,提高冷凝效率。傾斜的翅片組件使得熱量在傳遞過程中能夠沿著更長的路徑進行,從而增加了熱傳遞的時間。同時,由于翅片與冷凝段外壁的夾角適中,熱量能夠更均勻地分布在翅片表面,減少了局部熱點和冷點的形成,進一步提高了熱傳遞效率。翅片組件的存在本身就能夠減小熱阻,因為翅片增加了冷凝段與空氣的接觸面積,使得熱量更容易從冷凝段傳遞到空氣中。而傾斜的翅片組件則能夠進一步優(yōu)化這一效果,通過引導(dǎo)空氣流動和增加熱傳遞路徑來減少熱阻。傾斜的翅片組件在垂直方向上也占據(jù)了一定的空間,從而增加了冷凝段的總體散熱面積,更大的散熱面積意味著更多的熱量可以在相同時間內(nèi)被散發(fā)到周圍環(huán)境中,從而提高了冷凝段的散熱能力。進一步的,本發(fā)明的另外一個發(fā)明點在于所述翅片組件與冷凝段外壁的夾角為45°,該角度具有最大化空氣流動效率、均勻分布熱量、優(yōu)化熱傳遞路徑并減少熱阻,這些效果共同作用,使得該旋轉(zhuǎn)重力熱管在冷凝過程中能夠更有效地將熱量散發(fā)到周圍環(huán)境中,提高了整體的換熱效率。

20、進一步的,本發(fā)明的另外一個發(fā)明點在于所述冷凝段的直徑與翅片組件寬度的比例為(0.6~3):1,與翅片組件厚度的比例為(1.5~6):1,與翅片組件長度的比例為(0.3~1):1,翅片為中空結(jié)構(gòu),與冷凝段連通,另外優(yōu)選的方案中,翅片組件的壁厚范圍為1~5?mm,使得翅片能夠在冷凝段外壁上占據(jù)適當?shù)目臻g,既不過于密集導(dǎo)致空氣流動受阻,也不過于稀疏而浪費空間,這樣的寬度設(shè)計有助于最大化翅片與空氣的接觸面積,從而提高換熱效率;冷凝段的直徑與翅片組件長度的比例為(0.3~1):1,確保了翅片有足夠的長度來引導(dǎo)空氣流動,并在其表面形成有效的熱交換,較長的翅片能夠增加熱傳遞路徑,使熱量有更多機會與空氣進行交換;冷凝段的直徑與翅片組件厚度的比例為(1.5~6):1,在保證結(jié)構(gòu)強度的同時,也提供了足夠的熱傳遞面積,較厚的翅片能夠更有效地將冷凝段上的熱量傳遞到翅片表面,進而傳遞到空氣中,此外,適當?shù)暮穸冗€有助于減少熱阻,提高熱傳遞效率。寬度、厚度和長度的綜合設(shè)計,使得翅片組件在整體上更加緊湊且高效。這種設(shè)計有助于在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)最大的換熱效果。適當?shù)暮穸仍O(shè)計不僅有助于增強熱傳遞效果,還能夠提高翅片組件的穩(wěn)定性,較厚的翅片能夠更好地抵抗風壓、振動等外部因素的影響,保持熱管的整體穩(wěn)定性。

21、進一步的,本發(fā)明的另外一個發(fā)明點在于,所述翅片組件的內(nèi)部設(shè)有吸液芯,吸液芯的主要功能之一是提供強大的毛細力,這有助于工質(zhì)(如液體)在熱管內(nèi)部循環(huán),在翅片內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)內(nèi)壁面上設(shè)置吸液芯,可以確保工質(zhì)能夠更有效地從冷凝段回流到蒸發(fā)段,即使在微小的通道或孔隙中也能保持連續(xù)的流動,這種增強的毛細作用有助于維持熱管內(nèi)部工質(zhì)的穩(wěn)定循環(huán),從而提高換熱效率。吸液芯通常具有較大的表面積,這增加了工質(zhì)與熱管內(nèi)壁之間的接觸面積。在翅片內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)內(nèi)壁面上設(shè)置吸液芯,可以進一步增加這種接觸面積,使得熱量能夠更快速地從熱源傳遞到工質(zhì),并從工質(zhì)傳遞到冷凝段。這種增強的熱傳遞效率有助于減少熱阻,提高整體換熱性能。在冷凝段,吸液芯能夠迅速吸收蒸汽并促進其冷凝,有助于加快熱管內(nèi)部的工作循環(huán),從而提高換熱效率。吸液芯的存在有助于減少熱管內(nèi)部的氣泡和干涸現(xiàn)象,這些現(xiàn)象會導(dǎo)致熱管性能下降甚至失效,通過在翅片內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)內(nèi)壁面上設(shè)置吸液芯,可以確保工質(zhì)在熱管內(nèi)部均勻分布并持續(xù)循環(huán),從而提高熱管的可靠性和使用壽命。

22、進一步的,本發(fā)明的另外一個發(fā)明點在于,所述吸液芯為金屬網(wǎng)、石墨氈或陶瓷纖維中的至少一種,金屬網(wǎng)、石墨氈和陶瓷纖維都具有良好的毛細性能,能夠有效地吸收和保持工質(zhì),這種特性確保了工質(zhì)在熱管內(nèi)部能夠順暢地循環(huán),特別是在工質(zhì)從蒸發(fā)段向冷凝段的回流過程中,吸液芯的毛細力起到了關(guān)鍵作用。金屬網(wǎng)作為金屬材質(zhì),具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能,它能夠迅速將熱量從蒸發(fā)段傳遞到冷凝段,減少熱阻,提高整體換熱效率。石墨氈雖然不如金屬導(dǎo)熱性能好,但其高導(dǎo)熱性和良好的熱穩(wěn)定性也使其在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出色。陶瓷纖維雖然導(dǎo)熱性相對較低,但其耐高溫、耐腐蝕的特性使得它在特定工況下成為優(yōu)選材料。金屬網(wǎng)、石墨氈和陶瓷纖維都具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度,能夠抵抗腐蝕和磨損,從而延長熱管的使用壽命。它們還能夠減少熱管內(nèi)部的氣泡和干涸現(xiàn)象,保持工質(zhì)的穩(wěn)定循環(huán),提高熱管的可靠性和穩(wěn)定性。

23、進一步的,本發(fā)明的另外一個發(fā)明點在于,所述冷凝段的內(nèi)壁設(shè)有凹槽,所述吸液芯嵌設(shè)在所述凹槽內(nèi),凹槽的設(shè)計為吸液芯提供了一個更加穩(wěn)定和集中的環(huán)境,有助于進一步增強其毛細作用,吸液芯在凹槽內(nèi)能夠更好地保持形狀和位置,確保工質(zhì)在蒸發(fā)段和冷凝段之間順暢循環(huán),減少因流動不暢而導(dǎo)致的性能下降;另外,凹槽還可能形成微小的渦流或湍流,有助于打破熱邊界層,進一步提高換熱性能,凹槽的設(shè)計有助于優(yōu)化工質(zhì)在熱管內(nèi)部的分布。吸液芯在凹槽內(nèi)的定位使得工質(zhì)能夠更均勻地分布在熱管內(nèi)部,減少局部過熱或過冷現(xiàn)象的發(fā)生。這種均勻的工質(zhì)分布有助于提高熱管的穩(wěn)定性和可靠性。凹槽和吸液芯的結(jié)合使用,有助于減少熱管內(nèi)部的熱阻。凹槽的設(shè)計可能使得熱傳遞路徑更加直接和高效,而吸液芯則能夠迅速將熱量從蒸發(fā)段傳遞到冷凝段。這種設(shè)計減少了熱量在傳遞過程中的損失,提高了整體換熱效率。凹槽的設(shè)計還可能對翅片組件起到加強作用,提高其機械強度和穩(wěn)定性。特別是在高溫高壓等惡劣工況下,凹槽和吸液芯的結(jié)合使用有助于減少翅片的變形和損壞,延長熱管的使用壽命。

24、進一步的,本發(fā)明的另外一個發(fā)明點在于所述蒸發(fā)段與冷凝段的長度之比為1:(1~2),蒸發(fā)段與冷凝段的長度比例設(shè)計,確保了熱傳遞路徑的合理性,較短的蒸發(fā)段可以迅速將熱量傳遞給工質(zhì),使其蒸發(fā)并上升到冷凝段。而冷凝段相對較長,則提供了足夠的空間和時間供蒸汽冷凝并釋放熱量,這種設(shè)計有助于實現(xiàn)熱量的高效傳遞和轉(zhuǎn)換。由于冷凝段相對較長,蒸汽在冷凝段內(nèi)有更長的路徑進行冷凝,從而增加了與冷凝壁面的接觸時間和接觸面積,這有助于更充分地利用冷凝段的散熱能力,提高冷凝效率,同時,較短的蒸發(fā)段可以減少熱量在傳遞過程中的損失,使得更多的熱量能夠用于工質(zhì)的蒸發(fā)。蒸發(fā)段與冷凝段的合理長度比例還有助于提高整個熱管系統(tǒng)的穩(wěn)定性,較短的蒸發(fā)段可以減少工質(zhì)在蒸發(fā)過程中的壓力波動和溫度梯度,而較長的冷凝段則有助于穩(wěn)定蒸汽的冷凝過程。這種設(shè)計有助于減少系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素,提高系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。

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