CN106288894A - 一种超临界流体热管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超临界流体热管，包括管体，所述管体内注入有超临界流体，所述管体包括依次贯通的加热段、连接段和冷却段，所述超临界流体在所述加热段吸收热量，所述超临界流体在所述冷却段释放热量，超临界流体能够实现在热管中主动循环，避免了驱动力不足的情况出现，从而增强了热管的传热性能；超临界流体为环保工质且化学性质稳定的流体，长期运行不会分解，不会对管壳材料造成腐蚀，使得热管的相容性问题得到大幅改善，提高了热管的运行寿命。

Description

一种超临界流体热管
技术领域
本发明涉及热管领域，特别是涉及一种超临界流体热管。
背景技术
热管是人们所知的有效的高效传热元件之一，具有导热性能好、结构简单、工作可靠等良好性能。热管这种发明传热元件已经在航天领域显示出非常优异的性能，在一般工程技术中也已经成为研究的焦点，尤其在电子器件冷却，化工、动力、轻工等过程的热回收方面，应用前景非常广阔。
热管当量导热系数可达105W/(m·K)，是一般金属材料的数百倍，乃至上千倍，普通热管由三部分组成：管壳、毛细芯、工作液，从传热状况看，热管沿轴向可分为蒸发段、绝热段和冷凝段，热管依靠自身内部工作液体的相变实现将热量从蒸发段传递至冷凝段。
热管虽然具有优异的传热性能，但其传热过程受到毛细力、蒸汽及冷凝等因素的影响，热负荷过大时会构成热管的传热极限，热管的传热极限与热管内部的工作介质、热管尺寸、形状等有关，由于热管传热极限的限制，当热负荷提高、进行高热负荷、远距离传输时，散热能力、驱动力等方面显示出不足；另外，当管内工作液体同壳体发生化学反应或物理变化时，会影响热管的寿命，产生热管不相容问题。热管不相容的主要形式有：
(1)产生不凝性气体。由于工作液体与管壳材料发生化学反应或电化学反应，产生不凝性气体，在冷凝段形成气塞，从而使有效冷凝面积减小，热阻增大，传热性能恶化。
(2)工作液体物性恶化。有机工作介质在一定温度下，会逐渐发生分解，工作介质物理性能发生变化。
(3)管壳材料的腐蚀、溶解。工作液体在管壳内连续流动，同时存在温差、杂质等因素，使管壳材料发生溶解和腐蚀，流动阻力增大，热管传热性能降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种充入超临界流体的超临界流体热管，以解决上述现有技术存在的问题，使热管的传热性能增强、使用寿命增长。
为实现上述目的，本实用发明提供了如下方案：本申请提供一种超临界流体热管，包括管体，所述管体内注入有超临界流体，所述管体包括依次贯通的加热段、连接段和冷却段，所述超临界流体在所述加热段吸收热量，所述超临界流体在所述冷却段释放热量。
优选的，所述连接段包括第一连接段和第二连接段，所述管体包括依次贯通的加热段、第一连接段、冷却段和第二连接段。
优选的，所述管体为封闭的环形管。
优选的，还包括所述加热段和所述冷却段设置有多孔介质，所述多孔介质增加所述超临界流体与所述加热段和所述超临界流体与所述冷却段的接触面积。
优选的，所述超临界流体为超临界二氧化碳。
优选的，所述管体上设置有安全阀。
优选的，所述管体的材料为A16061。
优选的，所述管体的内径为2mm，壁厚为1mm。
优选的，所述管体上设置有所述超临界流体的注入口。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本申请提供的一种超临界流体热管结构中设置有一管体，在管体内充入超临界流体，管体包括依次贯通的加热段、连接段和冷却段，其中加热段和冷却段可以采用不同的加热和冷却方式对管内流体进行加热和冷却。超临界流体作为工作介质，会在加热段吸收热量，温度升高，受浮升力的影响开始流动，沿管体内部流动至冷却段，在冷却段被冷却，温度降低，并在重力的作用下继续流动，再沿管体内部流动至加热段。最终，超临界流体在管内形成稳定流量的循环流动，能够将加热段的热量转移至冷却段，从而使加热段的壁温维持在一定温度，不会持续增加；
由于超临界流体兼有气体和液体的优点，其粘度小、扩散系数大、密度大，其在传热能力方面，超临界流体在准临界点附近比热急剧增大，对流换热性能显著增强，换热能力和沸腾液体换热能力相当；超临界流体的温度发生变化时超临界流体的物理性能变化剧烈，超临界流体内的密度差会形成较大的浮升力，从而实现超临界流体在热管中主动循环，而无需借助管体上的毛细多孔结构形成毛细力驱动，本申请文件所公开的超临界流体热管避免了驱动力不足的情况出现，从而增强了热管的传热性能；另外由于超临界流体不同于两相液体，没有明显的气液分界面，在温度升高时，压力变化不大，从而避免了填充液体热管常见的压力波动大的问题，使得可靠性、稳定性大大提高；超临界流体为环保工质且化学性质稳定的流体，长期运行不会分解，不会对管壳材料造成腐蚀，使得热管的相容性问题得到大幅改善，提高了热管的运行寿命；本申请中提供的一种超临界流体热管中在热管中填充的超临界流体不仅使得热管的传热性能增强，还使得热管的使用寿命得以延长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为超临界流体热管的整体结构示意图；
其中，1-管体、2-超临界流体、3-加热段、4-冷却段、5-第一连接段、6-第二连接段。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种充入超临界流体的超临界流体热管，以解决上述现有技术存在的问题，使热管的传热性能增强、使用寿命增长。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
如图1所示，本申请提供一种超临界流体热管，包括管体1，所述管体1内注入有超临界流体2，所述管体1包括依次贯通的加热段3、连接段和冷却段4，所述超临界流体2在所述加热段3吸收热量，所述超临界流体2在所述冷却段4释放热量。
其中，超临界流体2为超临界压力流体或者超临界温度流体，在热管的管体1的内部充入超临界流体2后，在管体1上设置加热段3、连接段和冷却段4，管体1为封闭的环形管或者为封闭的单管，超临界流体2在管体1的加热段3吸收热量以后温度升高，受浮升力的影响开始流动，沿管体1内部流动至冷却段4，在冷却段4被冷却，温度降低，并在重力的作用下继续流动，再沿管体1内部流动至加热段3；从而使加热段3的壁温维持在一定温度，不会持续增加。
本申请中超临界流体热管中的超临界流体2在加热段3和冷却段4的作用下可以在封闭的管体1内部可以实现稳定的循环流动，且超临界流体2的物理性能变化时实现超临界流体2的主动循环，而不会出现超临界流体2驱动力不足在管体1内部循环受阻的现象，增强了热管的传热性能；超临界流体2为环保工质且化学性质稳定的流体，长期运行不会分解，不会对管壳材料造成腐蚀，使得热管的相容性问题得到大幅改善，提高了热管的运行寿命。
实施例2：
如图1所示，本实施例一种超临界流体热管的结构与实施例1相同，区别在于：本实施例的连接段包括第一连接段5和第二连接段6，所述管体1包括依次贯通的加热段3、第一连接段5、冷却段4和第二连接段6；所述管体1为封闭的环形管；所述超临界流体2为超临界二氧化碳；所述管体1上设置有安全阀；所述管体1的材料为A16061，所述管体1的内径为2mm，壁厚为1mm；所述管体1上设置有所述超临界流体2的注入口；
与现有技术相比本实施例中超临界流体热管为首尾相连的环形热管，管体1上的加热段3、第一连接段5、冷却段4和第二连接段6依次连接贯通，其管内直径为2mm，壁厚为1mm(仅以此为例，并不限于此)，管体1材料为A16061材质，管体1内部通过设置在管体1侧壁上的注入口或者设置在管体1本体上的充填口(即密封填充技术，先在管体1一端预留充填口在特定环境下填充进超临界流体后，再将充填口密封)充入超临界流体2，其中，超临界流体2为超临界二氧化碳；
本申请中管体1的加热段3和冷却段4可以采用不同的加热和冷却方式对管体1内超临界二氧化碳进行加热和冷却，超临界二氧化碳在加热段3吸收热量，在冷却段4放出热量，超临界二氧化碳为处于超临界压力下的二氧化碳，其在管体1内的不同位置有稳定的温度差，由于剧烈的物性变化导致超临界二氧化碳在浮升力和重力的影响下形成主动循环，使加热段3的壁温维持在一定温度，不会持续增加；由于二氧化碳为环保工质且化学性质稳定，长期运行不会分解，不会对管壳材料造成腐蚀，使得热管的相容性问题得到大幅改善，提高了热管的运行寿命。
本申请文件中管体1侧壁上还设置有安全阀，安全阀在管体1上的具***置根据需要设定，安全阀的主要作用在于当发现超临界流体热管中压力高于设定的危险压力时，安全阀阀门打开进行泄压，从而保证设备的安全性。
实施例3：如图1所示，本实施例一种超临界流体热管的结构与实施例1和实施例2相同，区别在于：本实施例中在加热段3和冷却段4中均设置有多孔介质，所述多孔介质增加所述超临界流体2与所述加热段3和所述超临界流体2与所述冷却段4的接触面积，即在加热段3和冷却段4布置多孔介质以达到强化换热的目的，从而更好地降低加热段3的壁温。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种超临界流体热管，其特征在于，包括管体，所述管体内注入有超临界流体，所述管体包括依次贯通的加热段、连接段和冷却段，所述超临界流体在所述加热段吸收热量，所述超临界流体在所述冷却段释放热量。
2.根据权利要求1所述的超临界流体热管，其特征在于，所述连接段包括第一连接段和第二连接段，所述管体包括依次贯通的加热段、第一连接段、冷却段和第二连接段。
3.根据权利要求1或2所述的超临界流体热管，其特征在于，所述管体为封闭的环形管。
4.根据权利要求1所述的超临界流体热管，其特征在于，还包括所述加热段和所述冷却段设置有多孔介质，所述多孔介质增加所述超临界流体与所述加热段和所述超临界流体与所述冷却段的接触面积。
5.根据权利要求1所述的超临界流体热管，其特征在于，所述超临界流体为超临界二氧化碳。
6.根据权利要求1所述的超临界流体热管，其特征在于，所述管体上设置有安全阀。
7.根据权利要求1所述的超临界流体热管，其特征在于，所述管体的材料为A16061。
8.根据权利要求1所述的超临界流体热管，其特征在于，所述管体的内径为2mm，壁厚为1mm。
9.根据权利要求1所述的超临界流体热管，其特征在于，所述管体上设置有所述超临界流体的注入口。
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