一種單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)及其傳熱方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及強(qiáng)化傳熱領(lǐng)域，尤其涉及一種單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)及其傳熱方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子制造技術(shù)的微型化、集成化的不斷提高，單位容積內(nèi)發(fā)熱量急劇增大，由此引發(fā)的“熱阻”問題已成為制約電子制造技術(shù)發(fā)展的重要因素。一方面，電子元器件的高度集成化不可避免的導(dǎo)致單位容積的發(fā)熱量急劇增加，以計(jì)算機(jī)CPU為例，其運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱流密度已經(jīng)達(dá)到60?lOOW/cm2，而在半導(dǎo)體激光器中熱流密度甚至達(dá)到103W/cm2數(shù)量級(jí)。另一方面，電子器件工作的可靠性對(duì)溫度十分敏感，器件溫度在70?80°C水平上每增加1°C，可靠性就會(huì)下降5%，較高的溫度水平已日益成為制約電子器件性能的瓶頸。因此，如何高效的散熱對(duì)電子技術(shù)的發(fā)展尤為重要，研究開發(fā)新型強(qiáng)化傳熱元件具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]目前傳統(tǒng)脈動(dòng)熱管傳熱裝置，工質(zhì)很難在脈動(dòng)熱管環(huán)路中形成穩(wěn)定的單向循環(huán)流動(dòng)，大大降低了蒸發(fā)區(qū)和冷凝區(qū)之間工質(zhì)的交換效率，導(dǎo)致脈動(dòng)熱管工作時(shí)傳熱性能不穩(wěn)定且傳熱效率不夠優(yōu)異；此外，在低功率下，由于脈動(dòng)熱管中氣態(tài)、液態(tài)工質(zhì)分布的隨機(jī)性，使得蒸發(fā)區(qū)和冷凝區(qū)的工質(zhì)循環(huán)很難建立，導(dǎo)致脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)輸入功率較大，在低功率條件下應(yīng)用受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高的單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)及其傳熱方法。
[0005]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，包括直流電源7、由金屬毛細(xì)管3及串接在金屬毛細(xì)管3上的離子牽引定向管4組成的中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路、充裝在中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)的工質(zhì)；所述中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路分為蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)和冷凝區(qū)；所述離子牽引定向管4包括多個(gè)發(fā)射極6和集電極5，發(fā)射極6與集電極5之間交錯(cuò)依次排列并以密封絕緣的方式連接；發(fā)射極6連接直流電源7的正極，集電極5連接直流電源7的負(fù)極。
[0007]所述工質(zhì)呈氣態(tài)工質(zhì)2和液態(tài)工質(zhì)1間隔分布于中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)。
[0008]所述離子牽引定向管4可分為一段或多段，并串接在蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)和/或冷凝區(qū)。
[0009]所述發(fā)射極6和集電極5的電極采用薄璧管，薄璧管的內(nèi)壁為光滑表面或粗糙表面。
[0010]發(fā)射極6與集電極5之間設(shè)有絕緣墊圈8，其擊穿電壓大于10000V。
[0011]所述發(fā)射極6、集電極5的為金屬材料或?qū)щ姺墙饘俨牧稀?br>[0012]所述工質(zhì)為電導(dǎo)率范圍為10 12?10 16S/cm的傳熱介質(zhì)。
[0013]所述工質(zhì)為甲醇、乙醇、丙酮、制冷劑FC-72、氟利昂或者去離子水。
[0014]所述直流電源7的輸出電壓為100V?10000V。
[0015]上述單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)的傳熱方法:
[0016]步驟一:中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)為真空環(huán)境；由于表面張力的作用，氣態(tài)工質(zhì)2和液態(tài)工質(zhì)1相互間隔分布在中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)；
[0017]步驟二:打開直流電源7，調(diào)節(jié)至所需電壓值；
[0018]步驟三:離子牽引定向管4開始工作，發(fā)射極6與集電極5之間形成強(qiáng)電場(chǎng)，氣態(tài)工質(zhì)2和液態(tài)工質(zhì)1在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，受電流體動(dòng)力拖動(dòng)，沿離子牽引定向管4的軸向方向作定向移動(dòng)，并推動(dòng)氣態(tài)工質(zhì)2和液態(tài)工質(zhì)1，在中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)作單向循環(huán)流動(dòng)；從而完成氣態(tài)工質(zhì)2和液態(tài)工質(zhì)1在蒸發(fā)區(qū)與冷凝區(qū)之間不斷流動(dòng)、交換，完成傳熱。
[0019]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0020]本發(fā)明通過發(fā)射極和集電極之間外加直流高電壓，產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，對(duì)離子牽引定向管4中的工質(zhì)產(chǎn)生電流體動(dòng)力，使其定向運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)整個(gè)中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路中工質(zhì)的單向循環(huán)運(yùn)動(dòng)，不僅可大大提高工質(zhì)在蒸發(fā)區(qū)和冷凝區(qū)的交換效率，極大提高脈動(dòng)熱管的傳熱效率和熱穩(wěn)定性，而且還可極大降低脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)輸入功率，從而解除脈動(dòng)熱管在低功率應(yīng)用的受限。
[0021]本發(fā)明技術(shù)手段簡(jiǎn)便易行，應(yīng)用領(lǐng)域廣，具有積極地技術(shù)效果和推廣應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為圖1離子牽引定向管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3為圖1離子牽引定向管內(nèi)壁示意圖，粗糙結(jié)構(gòu)(電場(chǎng)強(qiáng)化)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0026]實(shí)施例
[0027]如圖1至3所示。本發(fā)明單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，包括直流電源7、由金屬毛細(xì)管3及串接在金屬毛細(xì)管3上的離子牽引定向管4組成的中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路、充裝在中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)的工質(zhì)(正離子9、分子10、負(fù)離子11);所述中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路分為蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)和冷凝區(qū)；所述離子牽引定向管4包括多個(gè)發(fā)射極6和集電極5，發(fā)射極6與集電極5之間交錯(cuò)依次排列并以密封絕緣的方式連接；發(fā)射極6連接直流電源7的正極，集電極5連接直流電源7的負(fù)極。
[0028]所述工質(zhì)呈氣態(tài)工質(zhì)2和液態(tài)工質(zhì)1間隔分布于中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)。
[0029]所述離子牽引定向管4可分為一段或多段，并串接在蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)和/或冷凝區(qū)。離子牽引定向管4與金屬毛細(xì)管3的連接，可采用有機(jī)高分子粘劑(聚醋酸乙烯膠粘劑)粘合。粘合后，離子牽引定向管4與金屬毛細(xì)管3之間相互絕緣，且密封性良好。發(fā)射極6和集電極5的連接與
[0030]所述發(fā)射極6和集電極5的電極采用薄璧管，薄璧管的內(nèi)壁為光滑表面或粗糙表面。
[0031]所述發(fā)射極6與集電極5之間設(shè)有絕緣墊圈8(硅膠墊圈)，其擊穿電壓大于lOOOOVo其粘結(jié)與離子牽引定向管4和金屬毛細(xì)管3的粘合方式相同。
[0032]所述發(fā)射極6、集電極5的為金屬材料或?qū)щ姺墙饘俨牧稀?br>[0033]所述工質(zhì)為電導(dǎo)率范圍為10 12?10 16S/cm的傳熱介質(zhì)，如甲醇、乙醇、丙酮、制冷劑FC-72、氟利昂或者去離子水。
[0034]所述直流電源7的輸出電壓為100V?10000V。
[0035]上述單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)的傳熱方法，可通過如下步驟實(shí)現(xiàn):
[0036]步驟一:中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)為真空環(huán)境；由于表面張力的作用，氣態(tài)工質(zhì)2和液態(tài)工質(zhì)1相互間隔分布在中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)；
[0037]步驟二:打開直流電源7，調(diào)節(jié)至所需電壓值；
[0038]步驟三:離子牽引定向管4開始工作，發(fā)射極6與集電極5之間形成強(qiáng)電場(chǎng)，氣態(tài)工質(zhì)2和液態(tài)工質(zhì)1在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，受電流體動(dòng)力拖動(dòng)，沿離子牽引定向管4的軸向方向作定向移動(dòng)，并推動(dòng)氣態(tài)工質(zhì)2和液態(tài)工質(zhì)1，在中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)作單向循環(huán)流動(dòng)；從而完成氣態(tài)工質(zhì)2和液態(tài)工質(zhì)1在蒸發(fā)區(qū)與冷凝區(qū)之間不斷流動(dòng)、交換，完成傳熱。
[0039]如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0040]本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在于:包括直流電源(7)、由金屬毛細(xì)管(3)及串接在金屬毛細(xì)管(3)上的離子牽引定向管(4)組成的中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路、充裝在中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)的工質(zhì)；所述中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路分為蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)和冷凝區(qū)； 所述離子牽引定向管⑷包括多個(gè)發(fā)射極(6)和集電極(5)，發(fā)射極(6)與集電極(5)之間交錯(cuò)依次排列并以密封絕緣的方式連接；發(fā)射極(6)連接直流電源(7)的正極，集電極(5)連接直流電源(7)的負(fù)極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在于:所述工質(zhì)呈氣態(tài)工質(zhì)(2)和液態(tài)工質(zhì)(1)間隔分布于中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在于:所述離子牽引定向管(4)可分為一段或多段，并串接在蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)和/或冷凝區(qū)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)射極(6)和集電極(5)的電極采用薄璧管，薄璧管的內(nèi)壁為光滑表面或粗糙表面。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在于:發(fā)射極(6)與集電極(5)之間設(shè)有絕緣墊圈(8)，其擊穿電壓大于10000V。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)射極(6)、集電極(5)的為金屬材料或?qū)щ姺墙饘俨牧稀?.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在于:所述工質(zhì)為電導(dǎo)率范圍為10 12?10 16S/cm的傳熱介質(zhì)。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在于:所述工質(zhì)為甲醇、乙醇、丙酮、制冷劑FC-72、氟利昂或者去離子水。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在于:所述直流電源⑵的輸出電壓為100V?10000V。10.權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)的傳熱方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)為真空環(huán)境；由于表面張力的作用，氣態(tài)工質(zhì)(2)和液態(tài)工質(zhì)(1)相互間隔分布在中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)； 步驟二:打開直流電源(7)，調(diào)節(jié)至所需電壓值； 步驟三:離子牽引定向管(4)開始工作，發(fā)射極(6)與集電極(5)之間形成強(qiáng)電場(chǎng)，氣態(tài)工質(zhì)(2)和液態(tài)工質(zhì)(1)在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，受電流體動(dòng)力拖動(dòng)，沿離子牽引定向管(4)的軸向方向作定向移動(dòng)，并推動(dòng)氣態(tài)工質(zhì)(2)和液態(tài)工質(zhì)(1)，在中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)作單向循環(huán)流動(dòng)；從而完成氣態(tài)工質(zhì)(2)和液態(tài)工質(zhì)(1)在蒸發(fā)區(qū)與冷凝區(qū)之間不斷流動(dòng)、交換，完成傳熱。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單向循環(huán)流動(dòng)的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)及其傳熱方法，包括直流電源、離子牽引定向管、中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路、離子牽引定向管包括多個(gè)發(fā)射極和集電極，發(fā)射極與集電極之間交錯(cuò)依次排列并以密封絕緣的方式連接；發(fā)射極連接直流電源的正極，集電極連接直流電源的負(fù)極。發(fā)射極與集電極之間形成強(qiáng)電場(chǎng)，氣態(tài)工質(zhì)和工質(zhì)液態(tài)在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，受電流體動(dòng)力拖動(dòng)，沿離子牽引定向管的軸向方向作定向移動(dòng)，并推動(dòng)氣態(tài)工質(zhì)和工質(zhì)液態(tài)，在中空閉環(huán)脈動(dòng)熱管回路內(nèi)作單向循環(huán)流動(dòng)；從而完成氣態(tài)工質(zhì)和工質(zhì)液態(tài)在蒸發(fā)區(qū)與冷凝區(qū)之間不斷流動(dòng)、交換，完成傳熱。本系統(tǒng)技術(shù)手段簡(jiǎn)便易行，應(yīng)用領(lǐng)域廣，具有積極地技術(shù)效果和推廣應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】F28D15/04
【公開號(hào)】CN105300149
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510656725
【發(fā)明人】萬珍平, 林慶宏, 陸龍生, 湯勇
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年10月13日