CN108627038A - 一种热管 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传热设备技术领域，具体涉及一种热管，其特征在于，包括具有密闭空腔的管壳和密封在管壳内由吸液芯和工质组成的传热循环层，所述传热循环层呈熔融或液体状态且所述工质受热后变成气态。采用本发明的技术方案结构简单，成本低廉，利于生产，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于传热设备技术领域，具体涉及一种热管。
背景技术
随着电子行业、航空航天业以及设备制造业等行业的迅猛发展，现代工业对散热的要求也越来越高。由于高热流密度元件、设备等的诞生，传统的风冷散热已经达到散热极限而远不能满足散热要求，液冷散热也因其成本高、***复杂以及有渗漏等缺点一直难以得到普及应用。热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的元件，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、太阳能利用等领域有着越来越广泛的作用。
热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）国家实验室的乔治格罗佛（George Grover）发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何一支金属的导热能力。
物质的吸热，放热是相对的，凡是有温差存在，就必然出现热从高温处向低温处传递的现象。从热传递的方式来看（辐射、对流、传导），其中热传导最快功率最大。热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快速传导，典型的热管由管壳和吸液芯组成，管内抽成真空后充以适量的工质，使紧贴管内壁的吸液芯内充满工质后加以密封，管的一端为蒸发段、另一端为冷凝段，当热管的一端受热时，毛细芯中的液体蒸发气化，蒸汽在微小压差的作用下流向冷凝段放出热量，气相工质放热后凝结成液体，液体在毛细压头的作用下再沿吸液芯回流到蒸发段，如此不断循环，热量由一端传至另一端。该类型的热管的工作不受方向限制，即蒸发段可以根据实际需要布置于冷凝段的上方。
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。热管中的吸液芯的种类大致有金属丝网、轴向槽道、烧结金属粉末和复合吸液芯等形式，其性能各有优劣，金属丝网、轴向槽道、烧结金属粉末型工质未发生沸腾时有一定的热阻，工质发生沸腾后，吸液芯的热阻下降，但如果热流密度增加到一定程度将出现传热极限，例如一般烧结性吸液芯在烧结时中间***柱形芯棒，烧结出的吸液芯沿轴向等厚度，该吸液芯的缺点是远离加热端的芯层厚度剩余，冷凝液膜较厚，增大了冷凝传热阻力，降低传热速率，靠近加热端的芯层厚度不足，影响工质回流量，降低传热能力。另外柱形芯棒由于加工公差和变形的存在，使拔芯困难。例如授权公告号为CN104759627B的中国专利公开了一种通过还原氧化铜粉制造微型热管的方法，为了制备高孔隙率烧结铜作为吸液芯，其是利用氧化铜粉间隙以及利用不同粒度大小的氧化铜粉的混合调整颗粒间隙来控制所需氧化铜还原后形成的烧结多孔铜的孔隙率和孔径大小，利用高孔隙率和孔径变化产生的毛细作用来实现热管中介质相变过程的快速循环，制作过程包括：（1）通关清洗干燥；（2）置于模夹具中定位和放入中间柱，然后注入氧化铜粉并振实；（3）还原烧结；（4）一端焊接、一端缩颈处理；（5）抽真空注入水并封装；（6）圆状热管性能检测；（7）弯曲及形变成型；从上可见，制备方法非常的繁琐费时，而且不能保证每批生产的热管性能相同，且造价成本高；而复合型吸液芯热阻较低，但结构复杂。因此研制新型的热管具有广阔的前景。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种新型热管，其特征在于，包括具有密闭空腔的管壳和密封在管壳内由吸液芯和工质（传热工质）组成的传热循环层，所述传热循环层呈熔融或液体状态且所述工质受热后变成气态。
在一个优选的方案中，吸液芯和工质分别独立且不同时为溶剂和溶质。
溶质可以是液体或固体，溶剂是液体且溶质也是液体时，溶质是传热工质；溶剂是液体而溶质是固体时，溶剂是传热工质。
所述热管某处受热时传热工质蒸发吸热，在压力差作用下向低温区运动并将热量送往低温区，从而实现传热，冷凝后的工质则通过溶剂通道或停留在管壁的物质（管壁通道）构成的通道扩散回受热区，从而可以连续循环。在此工作过程中，溶剂由于高粘性作用基本保持在原处不动，使得通道可以一直存在，蒸汽通过管道传送形成汽液分离而使得循环可以一直进行。
所述管壁通道是由于工质蒸发带着一部分吸液芯停留在管壁上形成的。
在一个优选的实施方案中，所述传热循环层还包括增强子，所述增强子为能增强导热或增强对液态工质吸引力的固体，该固体可以是能溶于溶质或能溶于溶剂的固体，也可以是不能溶于溶质或溶剂的固体，增强子的特性往往是可以提高停留在原处的物质的粘度，或提高其导热率，同时减少汽液柱的形成，或增强对工质液体抽吸回流等作用，这样可以加快工质的快速回流和循环，和提高传热效率。
所述的吸液芯和工质分别独立的可以呈液体、固体或气液共存形态，只要吸液芯与工质组合在一起可以呈熔融或液体状态就能够达到本发明的目的。
在一个优选的方案中，所述工质为液态。
示例性的，所述吸液芯为冷冻油、纤维素、聚乙烯醇、水玻璃、丙三醇和氯化钙等或与其它固体组成的混合物。
示例性的，所述工质为制冷剂、水等。
示例性的，所述增强子为改性淀粉、石墨烯、碳粉、铜粉、膨润土等。
在一个优选的实施方案中，所述溶质与溶剂的用量重量比为1:（1-10）。
采用该比例的优点为：水平传热时可以较好保持液面平行，同时减少壁面热阻，提高抗干烧能力。
在一个优选的实施方案中，所述传热循环层在热管直径方向上高度为热管直径的0.01-0.5倍。
在一个优选的实施方案中，所述管壳的内壁设有一系列相互平行的突起。采用该突起结构的优点为：可以固定冷冻油限制冷冻油流动，保证吸液的连续顺利进行。或者所述管壳内壁填充有如纤维，铜丝或铜丝网，碳纤维，碳粉，膨润土等填充物，可以起到相同的作用。
与烧结铜热管相比有极大优势，烧结铜热管需要关键设备约有十几台，需要较大投资才能运作，制作材料仅限于铜管，长度受设备限制，一般最长不超过1米。新方法需要的设备比烧结铜少而且简单，需要投资成本比烧结铜少得多，新方法制作材料不限于铜，任何材料都可以，长度也不受限，这样就大大扩展了热管的使用范围和降低制造成本，在水平传热能力上不比烧结铜差，在散热传热市场应用上比烧结铜热管有利等多，性价比有优势。
附图说明
图1为本发明实施例热管结构示意图；
图2为本发明实施例热管结构示意图；
图中1为空腔，2为管壳，3为吸液芯，4为工质，5为突起，6为传热循环层。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的内容，下面结合具体的实施方式对本发明的内容做详细的说明，但是具体的实施方式并不是对本发明内容的限制。
实施例1：热管制作方法
按图纸裁切相应尺寸直径为10mm铝管，清洗管子内外壁，用缩管机旋压封住管子一端至密封，钎焊加封，按要求折弯成90度，灌注丙三醇15g和纤维素2g，用缩管机旋压铝管另一端至图纸设定尺寸一般为内径3mm，长50mm作为工艺管，在每条工艺管上焊上工艺阀，通过工艺阀抽真空，设定时间为60S，通过工艺阀灌注水15g，设定为每条管30g，在50℃热水中测试，通过工艺阀排除管内多余不凝性气体至每条管的两个测试点温度一致，用封口钳在工艺管处封口，用氩弧焊或钎焊加封密封，制作完毕，包装出货。
水平传热对比试验
实施例2 水和丙三醇组合
本发明样板1（实施例1制备得到的热管）与烧结铜热管水平散热能力测试对比：烧结铜热管形状尺寸，壁厚0.3mm紫铜管直径8mm烧结压扁至6mm，长度670mm。样板1壁厚1mm 6061铝管直径10mm，长度1100mm，加热部位两者都是用相同恒温平台水平加热500mm，冷凝部位也是水平。
其中烧结铜热管与平台接触面积比样板1大，烧结铜热管的受热条件比样板1好，测试结果如下：冷却水起始温度都是18℃，水量都是50ml，冷却时间都是30S，该测试反复做了3次，结果相近，取平均值，冷却水温温升烧结铜2.1℃，样板1冷却水温温升2.5℃。通过比较样板1散热能力比烧结铜散热能力略好。
热管内仅仅有传热介质（工质）没有其它结构普通小管径热管包括沟槽管热管都不能水平持续传热，受热后传热介质都会往冷端集中不能回流从而导致加热面干烧，传热散热失败。
实施例3：水和聚乙烯醇组合
按照实施例1的方法制作样板2，其中工质为水15g，吸液芯为聚乙烯醇4g，与烧结铜热管水平散热能力测试对比：烧结铜热管形状尺寸，壁厚0.3mm紫铜管直径8mm烧结压扁至6mm，长度670mm。样板2壁厚1mm 6061铝管直径10mm，长度1100mm，加热部位两者都是用相同恒温平台水平加热500mm，冷凝部位也是水平。
其中烧结铜热管与平台接触面积比样板2大，烧结铜热管的受热条件比样板好，测试结果如下：冷却水起始温度都是18℃，水量都是50ml，冷却时间都是30S，该测试反复做了3次，结果相近，取平均值。冷却水温温升烧结铜2.1℃，样板2冷却水温温升2.4℃，通过比较样板2散热能力比烧结铜散热能力略好。
样板2适用于水平和倾斜一定角度向下传热。
实施例4：水和石墨烯和水玻璃组合
按照实施例1的方法制作样板3，其中工质为水15g，吸液芯为水玻璃4g，增强子为石墨烯2g，与烧结铜热管水平散热能力测试对比：烧结铜热管形状尺寸，壁厚0.3mm紫铜管直径8mm烧结压扁至6mm，长度670mm。样板3壁厚1mm 6061铝管直径10mm，长度1100mm，加热部位两者都是用相同恒温平台水平加热500mm，冷凝部位也是水平。
其中烧结铜热管与平台接触面积比样板3大，烧结铜热管的受热条件比样板好，测试结果如下：冷却水起始温度都是18℃，水量都是50ml，冷却时间都是30S，该测试反复做了3次，结果相近，取平均值。冷却水温温升烧结铜2.1℃，样板2冷却水温温升2.7℃，通过比较样板3散热能力比烧结铜散热能力略好。
样板3适用于高温区且传热效率高。
实施例5：改性淀粉和水和氯化钙组合
按照实施例1的方法制作样板4，其中工质为水30g，吸液芯为氯化钙3g，增强子为氯改性淀粉2g，与烧结铜热管水平散热能力测试对比：烧结铜热管形状尺寸，壁厚0.3mm紫铜管直径8mm烧结压扁至6mm，长度670mm。样板4壁厚1mm 6061铝管直径10mm，长度1100mm，加热部位两者都是用相同恒温平台水平加热500mm，冷凝部位也是水平。
其中烧结铜热管与平台接触面积比样板4大，烧结铜热管的受热条件比样板好，测试结果如下：冷却水起始温度都是18℃，水量都是50ml，冷却时间都是2min，该测试反复做了3次，结果相近，取平均值。冷却水温温升烧结铜6.7℃，样板2冷却水温温升10.5℃，通过比较样板4散热能力比烧结铜散热能力略好。
样板4抗干烧能力更强。
实施例6：R134a和冷冻油组合
按照实施例1的方法制作样板5，其中工质为R134a 30g，吸液芯为冷冻油10g，与烧结铜热管水平散热能力测试对比：烧结铜热管形状尺寸，壁厚0.3mm紫铜管直径8mm烧结压扁至6mm，长度670mm。样板5壁厚1mm 6061铝管直径10mm，长度1100mm，加热部位两者都是用相同恒温平台水平加热500mm，冷凝部位也是水平。
其中烧结铜热管与平台接触面积比样板5大，烧结铜热管的受热条件比样板好，测试结果如下：冷却水起始温度都是18℃，水量都是50ml，冷却时间都是30S，该测试反复做了3次，结果相近，取平均值。冷却水温温升烧结铜2.1℃，样板5冷却水温温升2.8℃，通过比较样板5散热能力比烧结铜散热能力略好。
样板5适用于中低温区。
实施例7：水和丙三醇组合
按照实施例1的方法制作样板6，其中工质为水15g，吸液芯为丙三醇4g，与烧结铜热管水平散热能力测试对比：烧结铜热管形状尺寸，壁厚0.3mm紫铜管直径8mm烧结压扁至6mm，长度670mm。样板6壁厚1mm 6061铝管直径10mm，长度1100mm，加热部位两者都是用相同恒温平台水平加热500mm，冷凝部位也是水平。
其中烧结铜热管与平台接触面积比样板6大，烧结铜热管的受热条件比样板好，测试结果如下：冷却水起始温度都是18℃，水量都是50ml，冷却时间都是30S，该测试反复做了3次，结果相近，取平均值。冷却水温温升烧结铜2.1℃，样板5冷却水温温升2.8℃，通过比较样板6散热能力比烧结铜散热能力略好。
样板6适用于中高温区。
实施例8：丙酮和醋酸纤维素组合
按照实施例1的方法制作样板7，其中工质为丙酮15g，吸液芯为醋酸纤维素4g，与烧结铜热管水平散热能力测试对比：烧结铜热管形状尺寸，壁厚0.3mm紫铜管直径8mm烧结压扁至6mm，长度670mm。样板7壁厚1mm 6061铝管直径10mm，长度1100mm，加热部位两者都是用相同恒温平台水平加热500mm，冷凝部位也是水平。
其中烧结铜热管与平台接触面积比样板7大，烧结铜热管的受热条件比样板好，测试结果如下：冷却水起始温度都是18℃，水量都是50ml，冷却时间都是30S，该测试反复做了3次，结果相近，取平均值，冷却水温温升烧结铜2.1℃，样板7冷却水温温升2.4℃。通过比较样板7散热能力比烧结铜散热能力略好。
Claims (10)
1.一种热管，其特征在于，包括具有密闭空腔的管壳和密封在管壳内由吸液芯和工质组成的传热循环层，所述传热循环层呈熔融或液体状态且所述工质受热后变成气态。
2.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，所述吸液芯和工质分别独立且不同时为溶剂和溶质。
3.根据权利要求2所述的热管，其特征在于，所述溶质可以是液体或固体。
4.根据权利要求1-3任一项所述的热管，其特征在于，所述管壳上包括由于工质蒸发带着一部分吸液芯停留在管壁上形成的管壁工质液体通道。
5.根据权利要求4所述的热管，其特征在于，所述传热循环层还包括增强子。
6.根据权利要求5所述的热管，其特征在于，所述增强子为能增强导热或增强对工质吸引力的固体，该固体可以是能溶于溶质或能溶于溶剂的固体，也可以是不能溶于溶质或溶剂的固体。
7.根据权利要求4所述的热管，其特征在于，所述工质为液态。
8.根据权利要求4所述的热管，其特征在于，所述吸液芯为冷冻油、纤维素、聚乙烯醇、水玻璃、丙三醇和氯化钙等或其中两种或两种以上的混合物；所述工质为制冷剂、水等；所述增强子为改性淀粉、石墨烯、碳粉、铜粉或其它盐类等。
9.根据权利要求4所述的热管，其特征在于，所述溶质与溶剂的用量重量比为1:（1-10）。
10.根据权利要求4所述的热管，其特征在于，所述管壳的内壁设有一系列相互平行的突起或者所述管壳内壁填充有如纤维，铜丝或铜丝网，碳纤维，碳粉，膨润土等填充物。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| TW200528679A (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-01 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | Heat pipe |
| CN2735283Y (zh) * | 2004-09-15 | 2005-10-19 | 大连熵立得传热技术有限公司 | 锥形吸液芯热管导热柱 |
| CN1940453A (zh) * | 2005-09-29 | 2007-04-04 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 热管 |
| CN103940269A (zh) * | 2014-04-25 | 2014-07-23 | 上海交通大学 | 基于碳纳米管吸液芯的热管及其制备方法 |
| CN103997877A (zh) * | 2014-05-07 | 2014-08-20 | 江苏科技大学 | 一种高热流密度均温散热装置 |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200528679A (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-01 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | Heat pipe |
| CN2735283Y (zh) * | 2004-09-15 | 2005-10-19 | 大连熵立得传热技术有限公司 | 锥形吸液芯热管导热柱 |
| CN1940453A (zh) * | 2005-09-29 | 2007-04-04 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 热管 |
| CN103940269A (zh) * | 2014-04-25 | 2014-07-23 | 上海交通大学 | 基于碳纳米管吸液芯的热管及其制备方法 |
| CN103997877A (zh) * | 2014-05-07 | 2014-08-20 | 江苏科技大学 | 一种高热流密度均温散热装置 |
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