一種蠕動泵驅動的閉式單向運行脈動熱管傳熱系統及方法與流程
2023-09-21 23:25:30
本發明涉及強化傳熱領域，尤其涉及一種蠕動泵驅動的閉式單向運行脈動熱管傳熱系統及方法。
背景技術：
隨著電子製造技術的發展，電子元件的集成度越來越高。摩爾定律指出，集成電路的電晶體密度每隔18個月就增加一倍。電子元件的集成度越高，熱流密度越大。電子元件的可靠性和壽命將越來越依賴於熱控制系統的完善程度。相關研究表明，電子元件的工作溫度每升高10℃，系統的可靠性和電子元件的壽命將會下降一半左右。
目前的散熱技術主要包括：空氣對流散熱、液冷散熱、熱管散熱等。其中，空氣對流散熱效率低，液冷散熱效果好但使用受到限制，而熱管冷卻技術憑藉其優異的性能和成熟的工藝擁有廣闊的市場應用空間。脈動熱管相比於傳統的熱管價格更加低廉。脈動熱管與傳統的相變熱管傳熱機理不同，它內部既存在相變傳熱又有對流換熱，同時工質還會循環流動，故有望取得更優異的傳熱性能。傳統的脈動熱管傳熱系統，工質很難在脈動熱管環路中形成穩定的單向循環流動，導致脈動熱管工作時傳熱性能不穩定且傳熱效率低。此外，在低功率下，由於脈動熱管中氣態、液態工質分布的隨機性，加熱段和冷凝段的工質循環很難建立，導致脈動熱管的啟動輸入功率較大，在低功率條件下應用受限。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種蠕動泵驅動的閉式單向運行脈動熱管傳熱系統及方法。顯著提高了運行的穩定性和增強了傳熱能力。
本發明通過下述技術方案實現：
一種蠕動泵驅動的閉式單向運行脈動熱管傳熱系統，包括盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)，盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)的兩個埠之間連接有一段矽膠管(3)；
所述蠕動泵驅動的閉式單向運行脈動熱管傳熱系統，還包括一個蠕動泵；所述矽膠管(3)嵌入蠕動泵的泵殼(4)內壁與轉子(6)之間，轉子(6)轉動時，轉子(6)依次循環擠壓矽膠管(3)的管壁，使矽膠管(3)內的工質向著蠕動泵電機(11)的電機軸(5)旋轉方向流動。
所述轉子(6)包括三個滾輪；通過三個滾輪依次循環擠壓矽膠管(3)壁，使矽膠管(3)內的工質在盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)內單向循環運行。
所述工質在盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)內，以氣體(10)和液體(9)形成氣液相隔的狀態單向循環運動。
所述矽膠管(3)與盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)接口處，分別採用直角管(2)和三通管(8)連接。
所述盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)，自下而上分為加熱段、絕熱段、冷卻段；以氣液相隔的工質，依次在加熱段、絕熱段、冷卻段之間循環。
所述盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)中的熱管採用毛細管，毛細管直徑小於1.8倍的毛細管常數。
本發明蠕動泵驅動的閉式單向運行脈動熱管傳熱系統的運行方法，包括步驟：
將毛細管彎曲纏繞呈盤式形狀的迴路，再用矽膠管(3)將毛細管的首尾連接起來，再通過三通管(8)引出一個抽真空接口(7)用於抽取真空；
然後通過抽真空接口(7)對盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)及矽膠管(3)進行抽真空、注入工質；最後對抽真空接口(7)進行密封；
先把矽膠管(3)嵌入蠕動泵的泵殼(4)內壁與轉子(6)之間，打開蠕動泵的電機帶動電機軸(5)轉動，從而驅動轉子(6)轉動，轉子(6)依次循環擠壓矽膠管(3)的管壁從而驅動矽膠管(3)內的工質單向循環運動；在加熱段，熱量通過毛細管的管壁傳遞到毛細管內的工質中；在蠕動泵的驅動下毛細管內氣液相隔的工質單向循環運行，把熱量帶到冷卻段通過毛細管壁散發出去，完成傳熱。
本發明相對於現有技術，具有如下的優點及效果：
本發明與傳統的相變熱管傳熱機理不同，它內部的工質由蠕動泵驅動在熱管內單向循環流動，而且循環速度可以通過蠕動泵電機的轉速調節，既存在相變傳熱又有對流換熱，因此它既有液冷散熱系統的特徵，又有熱管冷卻技術的特徵。蠕動泵具有體積小、運行可靠、功耗低等特點。與現有的技術水平相比，該脈動熱管由蠕動泵驅動，具有超長距離的熱量輸送、抗重力工作和工質的單向運行的特點，解決了脈動熱管運行過程中出現的震蕩、停頓和反轉等問題，降低了不穩定性，極大地滿足了高密度熱量傳輸的要求。
本發明技術手段簡便易行，通過蠕動泵驅動熱管內部氣液相隔的工質單向循環運動，提升了脈動熱管的傳熱性能，運行可靠，且其工作不受重力約束。
附圖說明
圖1為本發明蠕動泵驅動的閉式單向運行脈動熱管傳熱系統結構示意圖。
圖2為盤繞式真空閉式脈動熱管迴路1、矽膠管3的連接示意圖。
圖3為氣液在盤繞式真空閉式脈動熱管迴路1、矽膠管3內的狀態示意圖。
圖4為蠕動泵結構示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步具體詳細描述。
實施例
如圖1至4所示。本發明公開了一種蠕動泵驅動的閉式單向運行脈動熱管傳熱系統，包括盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)，盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)的兩個埠之間連接有一段矽膠管(3)；
所述蠕動泵驅動的閉式單向運行脈動熱管傳熱系統，還包括一個蠕動泵；所述矽膠管(3)嵌入蠕動泵的泵殼(4)內壁與轉子(6)之間，轉子(6)轉動時，轉子(6)依次循環擠壓矽膠管(3)的管壁，使矽膠管(3)內的工質向著蠕動泵電機(11)的電機軸(5)旋轉方向流動。通過改變蠕動泵電機(11)的旋轉方向可改變工質的流動方向。
所述轉子(6)包括三個滾輪；通過三個滾輪依次循環擠壓矽膠管(3)壁，使矽膠管(3)內的工質在盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)內單向循環運行。矽膠管3具有一定彈性及壁厚，確保脈動熱管內部在真空狀態時大氣壓不會把矽膠管3壓扁。
所述工質在盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)內，以氣體(10)和液體(9)形成氣液相隔的狀態單向循環運動。
所述矽膠管(3)與盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)接口處，分別採用直角管(2)和三通管(8)連接。
所述盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)，自下而上分為加熱段、絕熱段、冷卻段；以氣液相隔的工質，依次在加熱段、絕熱段、冷卻段之間循環。
所述盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)中的熱管採用毛細管，毛細管直徑小於1.8倍的毛細管常數。
本發明蠕動泵驅動的閉式單向運行脈動熱管傳熱系統的運行方法，包括步驟：
將毛細管彎曲纏繞呈盤式形狀的迴路，再用矽膠管(3)將毛細管的首尾連接起來，再通過三通管(8)引出一個抽真空接口(7)用於抽取真空；
然後通過抽真空接口(7)對盤繞式真空閉式脈動熱管迴路(1)及矽膠管(3)進行抽真空、注入工質；最後對抽真空接口(7)進行密封；
先把矽膠管(3)嵌入蠕動泵的泵殼(4)內壁與轉子(6)之間，打開蠕動泵的電機帶動電機軸(5)轉動，從而驅動轉子(6)轉動，轉子(6)依次循環擠壓矽膠管(3)的管壁從而驅動矽膠管(3)內的工質單向循環運動；在加熱段，熱量通過毛細管的管壁傳遞到毛細管內的工質中；在蠕動泵的驅動下毛細管內氣液相隔的工質單向循環運行，把熱量帶到冷卻段通過毛細管壁散發出去，完成傳熱。
如上所述，便可較好地實現本發明。
本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。