CN201662350U - 纳米碳纤维真空超导热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种纳米碳纤维真空超导热管，包括真空管和纳米碳纤维制备成的超导介质，而超导介质植入密闭的真空管中。本实用新型利用纳米碳纤维作为传热介质，在外界温差的激发下利用微粒子的高频率振动传递热量，无相变，热阻极小，可在传热过程中实现高效和低能耗。

Description

纳米碳纤维真空超导热管

技术领域

本实用新型涉及一种高效热管，可广泛应用于各种传热及相关产品，如太阳能(热水器、采暖设备等)、石油、化工、冶金、电力、电子、建材、再生能源、冻土防治、道路溶雪等。

背景技术

常规热管的传热介质大多采用水或者其他有机物质，常规热管是靠管内介质液态和气态的相变传递热能，它内部充有沸点较低的液体，当热管受热，液体吸收热量后会迅速沸腾变成气体，在这个转变过程中，吸收了大量热，当这些受热的气体散发到热管的冷凝段就会重新变成液体，同时释放出大量的热量，并且被与热管粘连的散热片带走。常规热管受到温度和循环相变速度的限制，有热损，寿命也不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种纳米碳纤维真空超导热管，其传热介质是由纳米碳纤维组成，在外界温差的激发下利用微粒子的高频率振动传递热量，无相变，热阻极小。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种纳米碳纤维真空超导热管，包括真空管和纳米碳纤维制备成的超导介质，而超导介质植入密闭的真空管中。

所述的纳米碳纤维是指纤维直径小于1000nm(直径一般在50～500nm)的实心结构的碳纤维。

所述的真空管采用金属、非金属或板状材料制成。

所述的金属为铜、碳钢或不锈钢。

所述的非金属为玻璃或陶瓷。

所述热管结构为“n”型、“∏”型、“H”型或“一”型。

采用上述结构，本实用新型超导热管又称介质导热管，“纳米碳纤维真空超导热管技术”是真空热管技术的升级，将纳米碳纤维这种新型材料运用于超导传热和高效换热技术，是一种新型热传导元件。它打破了传统的以水为介质的传热方式，可将大量热量通过极小的截面积实现远距离快速传输，能够在传热过程中实现高效和低能耗。其原理是将纳米碳纤维制备成超导介质，植入密闭的真空管中，真空管的两端(分别是加热段和冷凝段)一旦具有温度差，超导介质即可被被激化，以超音速传递热能。本实用新型采用纳米碳纤维作为导热介质，主要具有以下优点：

一、启动迅速、传热速度快

热量自热管元件的加热段传递到冷凝段只需数秒钟即可完成。

二、热阻小、均温性好

纳米碳纤维高效热管主要是通过密封腔体内部的纳米碳纤维介质来实现热量传递过程，传热能力远远高于金属材料，沿高效热管轴向温差趋近于零，从而使高效热管的表面温度趋于一致。

三、导热系数高，传热能力大

当量导热系数为20MW/m.℃，是纯银的4.6万倍。

四、零下40度的低温环境下不结冰，没有冻结隐患。常规热管的传热介质容易在低温下结冰，特别是采用水作为传热介质的常规热管。

五、适用温度范围广：介质适用温度范围-35～1000℃。

六、工作压力低

工作时纳米碳纤维高效热管内腔压力低，不会发生高温爆管。常规热管腔体内有气压，在高温下容易***。

七、相容性好

纳米碳纤维高效热管介质与常用金属材料不发生化学反应。常规热管的传热介质主要是有机元素，与腔体的金属材料容易发生化学反应。

八、长效寿命

纳米碳纤维高效热管介质自身消降速率持续10万小时，可使纳米碳纤维高效热管长期稳定运行。经大量实践证明，纳米碳纤维高效热管介质与多种金属如铜、铝、碳钢和不锈钢及非金属具有良好的相容性，使用寿命长。

九、安全可靠

纳米碳纤维高效热管介质由纳米碳纤维构成，介质本身无毒、无污染、无腐蚀性。

十、纳米碳纤维高效热管，无论在受热激发状态或静止状态，均不会产生任何有害人体的放射性物质。

附图说明

图1所示为本实作新型的结构示意图。

以下结合附图对本实用新型作进一步说明：

具体实施方式

如图1所示，一种纳米碳纤维真空超导热管，包括真空管1和纳米碳纤维制备成的超导介质2。

其中，真空管1可采用铜、碳钢、不锈钢等金属或玻璃、陶瓷等非金属管状或板状材料组成；超导介质2是纳米碳纤维的混合物，将超导介质2注入到真空管1内，经密封成型后即形成高效热管。

碳纤维是一种具有耐热性好、质量轻、强度高及高模量的高性能纤维，已广泛用于航天、运动器材用品、医疗器材及纺织等各领域。碳纤维的发展最早开始于1959年，是由美国联合碳化物公司所生产。碳纤维直径一般在7～20mm的范围，而耐米碳纤维是指纤维直径小于1000nm(直径一般在50～500nm)的实心结构的碳纤维。

碳纤维依所用的原料可分为纤维素基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维及沥青基碳纤维等三大类，都是以湿式纺丝或熔融纺丝法纺制纤维再经稳定化、碳化或石墨化的热处理过程而获得。耐米碳纤维需要采用气相成长法、聚合物混掺熔融纺丝法及放电纺丝法等先进制造工艺来生产。例如，气相成长法，亦称化学气相沉积法，在高温时使烷类气体在催化剂上进行热分解即可形成耐米碳纤维，这种耐米碳纤维具有极低的热膨胀系数、很高的导热性能(室温下其导热系数可以与钻石相媲美，约2320W/m·K)以及接近聚丙烯腈系碳纤维的强度模数。

在金属中，导热系数最高的是银，约429W/m·K，然后是铜，约401W/m·K，而纳米碳纤维的导热系数是银的5倍，是水的4300倍(水的导热系数为0.54W/m·K)，是水蒸汽92800倍，(水蒸汽的导热系数为0.0235～0.025W/m·K)。

因此，耐米碳纤维介质是一种节能环保型冷却、传热和储热介质。

超导热管与常规导热管所产生的效果差异主要是由于采用的介质不同所产生不同的传热效果。超导热管与目前市面上的常规热管完全不同。常规热管是靠管内介质液态和气态的相变传递热能，它受到温度和循环相变速度的限制，有热损，寿命也不高；而纳米碳纤维超导热管的传热介质2是由纳米碳纤维组成，在外界温差的激发下利用微粒子的高频率振动传递热量，无相变，热阻极小。

高效热管介质受热激发后沿腔壁将受加热段热能向冷凝段传递。元件外表面的均温性表明元件具有良好的传热性能；元件表面均布的温度测点显示：温度延轴向表现出正弦波分布的特性。

热管结构可以根据使用条件、相应的机械结构，散热要求等设计成不同形状，例如可以制备成“n”型、“∏”型、“H”型、“一”型等形状。

Claims (7)

1.一种纳米碳纤维真空超导热管，其特征在于：包括真空管和纳米碳纤维制备成的超导介质，而超导介质植入密闭的真空管中。

2.如权利要求1所述的一种纳米碳纤维真空超导热管，其特征在于：所述的纳米碳纤维是指纤维直径小于1000nm。

3.如权利要求1所述的一种纳米碳纤维真空超导热管，其特征在于：所述的真空管采用金属或非金属制成。

4.如权利要求3所述的一种纳米碳纤维真空超导热管，其特征在于：所述的金属为铜、碳钢或不锈钢。

5.如权利要求3所述的一种纳米碳纤维真空超导热管，其特征在于：所述的非金属为玻璃或陶瓷。

6.如权利要求1所述的一种纳米碳纤维真空超导热管，其特征在于：所述的真空管采用板状材料制成。

7.如权利要求1所述的一种纳米碳纤维真空超导热管，其特征在于：所述热管结构为“n”型、“∏”型、“H”型或“一”型。 

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