一種超臨界流體熱管的製作方法

2023-05-24 22:50:11

本發明涉及熱管領域，特別是涉及一種超臨界流體熱管。

背景技術：

熱管是人們所知的有效的高效傳熱元件之一，具有導熱性能好、結構簡單、工作可靠等良好性能。熱管這種發明傳熱元件已經在航天領域顯示出非常優異的性能，在一般工程技術中也已經成為研究的焦點，尤其在電子器件冷卻，化工、動力、輕工等過程的熱回收方面，應用前景非常廣闊。

熱管當量導熱係數可達105W/(m·K)，是一般金屬材料的數百倍，乃至上千倍，普通熱管由三部分組成：管殼、毛細芯、工作液，從傳熱狀況看，熱管沿軸向可分為蒸發段、絕熱段和冷凝段，熱管依靠自身內部工作液體的相變實現將熱量從蒸發段傳遞至冷凝段。

熱管雖然具有優異的傳熱性能，但其傳熱過程受到毛細力、蒸汽及冷凝等因素的影響，熱負荷過大時會構成熱管的傳熱極限，熱管的傳熱極限與熱管內部的工作介質、熱管尺寸、形狀等有關，由於熱管傳熱極限的限制，當熱負荷提高、進行高熱負荷、遠距離傳輸時，散熱能力、驅動力等方面顯示出不足；另外，當管內工作液體同殼體發生化學反應或物理變化時，會影響熱管的壽命，產生熱管不相容問題。熱管不相容的主要形式有：

(1)產生不凝性氣體。由於工作液體與管殼材料發生化學反應或電化學反應，產生不凝性氣體，在冷凝段形成氣塞，從而使有效冷凝面積減小，熱阻增大，傳熱性能惡化。

(2)工作液體物性惡化。有機工作介質在一定溫度下，會逐漸發生分解，工作介質物理性能發生變化。

(3)管殼材料的腐蝕、溶解。工作液體在管殼內連續流動，同時存在溫差、雜質等因素，使管殼材料發生溶解和腐蝕，流動阻力增大，熱管傳熱性能降低。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種充入超臨界流體的超臨界流體熱管，以解決上述現有技術存在的問題，使熱管的傳熱性能增強、使用壽命增長。

為實現上述目的，本實用發明提供了如下方案：本申請提供一種超臨界流體熱管，包括管體，所述管體內注入有超臨界流體，所述管體包括依次貫通的加熱段、連接段和冷卻段，所述超臨界流體在所述加熱段吸收熱量，所述超臨界流體在所述冷卻段釋放熱量。

優選的，所述連接段包括第一連接段和第二連接段，所述管體包括依次貫通的加熱段、第一連接段、冷卻段和第二連接段。

優選的，所述管體為封閉的環形管。

優選的，還包括所述加熱段和所述冷卻段設置有多孔介質，所述多孔介質增加所述超臨界流體與所述加熱段和所述超臨界流體與所述冷卻段的接觸面積。

優選的，所述超臨界流體為超臨界二氧化碳。

優選的，所述管體上設置有安全閥。

優選的，所述管體的材料為A16061。

優選的，所述管體的內徑為2mm，壁厚為1mm。

優選的，所述管體上設置有所述超臨界流體的注入口。

根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：本申請提供的一種超臨界流體熱管結構中設置有一管體，在管體內充入超臨界流體，管體包括依次貫通的加熱段、連接段和冷卻段，其中加熱段和冷卻段可以採用不同的加熱和冷卻方式對管內流體進行加熱和冷卻。超臨界流體作為工作介質，會在加熱段吸收熱量，溫度升高，受浮升力的影響開始流動，沿管體內部流動至冷卻段，在冷卻段被冷卻，溫度降低，並在重力的作用下繼續流動，再沿管體內部流動至加熱段。最終，超臨界流體在管內形成穩定流量的循環流動，能夠將加熱段的熱量轉移至冷卻段，從而使加熱段的壁溫維持在一定溫度，不會持續增加；

由於超臨界流體兼有氣體和液體的優點，其粘度小、擴散係數大、密度大，其在傳熱能力方面，超臨界流體在準臨界點附近比熱急劇增大，對流換熱性能顯著增強，換熱能力和沸騰液體換熱能力相當；超臨界流體的溫度發生變化時超臨界流體的物理性能變化劇烈，超臨界流體內的密度差會形成較大的浮升力，從而實現超臨界流體在熱管中主動循環，而無需藉助管體上的毛細多孔結構形成毛細力驅動，本申請文件所公開的超臨界流體熱管避免了驅動力不足的情況出現，從而增強了熱管的傳熱性能；另外由於超臨界流體不同於兩相液體，沒有明顯的氣液分界面，在溫度升高時，壓力變化不大，從而避免了填充液體熱管常見的壓力波動大的問題，使得可靠性、穩定性大大提高；超臨界流體為環保工質且化學性質穩定的流體，長期運行不會分解，不會對管殼材料造成腐蝕，使得熱管的相容性問題得到大幅改善，提高了熱管的運行壽命；本申請中提供的一種超臨界流體熱管中在熱管中填充的超臨界流體不僅使得熱管的傳熱性能增強，還使得熱管的使用壽命得以延長。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為超臨界流體熱管的整體結構示意圖；

其中，1-管體、2-超臨界流體、3-加熱段、4-冷卻段、5-第一連接段、6-第二連接段。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明的目的是提供一種充入超臨界流體的超臨界流體熱管，以解決上述現有技術存在的問題，使熱管的傳熱性能增強、使用壽命增長。

為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

實施例1：

如圖1所示，本申請提供一種超臨界流體熱管，包括管體1，所述管體1內注入有超臨界流體2，所述管體1包括依次貫通的加熱段3、連接段和冷卻段4，所述超臨界流體2在所述加熱段3吸收熱量，所述超臨界流體2在所述冷卻段4釋放熱量。

其中，超臨界流體2為超臨界壓力流體或者超臨界溫度流體，在熱管的管體1的內部充入超臨界流體2後，在管體1上設置加熱段3、連接段和冷卻段4，管體1為封閉的環形管或者為封閉的單管，超臨界流體2在管體1的加熱段3吸收熱量以後溫度升高，受浮升力的影響開始流動，沿管體1內部流動至冷卻段4，在冷卻段4被冷卻，溫度降低，並在重力的作用下繼續流動，再沿管體1內部流動至加熱段3；從而使加熱段3的壁溫維持在一定溫度，不會持續增加。

本申請中超臨界流體熱管中的超臨界流體2在加熱段3和冷卻段4的作用下可以在封閉的管體1內部可以實現穩定的循環流動，且超臨界流體2的物理性能變化時實現超臨界流體2的主動循環，而不會出現超臨界流體2驅動力不足在管體1內部循環受阻的現象，增強了熱管的傳熱性能；超臨界流體2為環保工質且化學性質穩定的流體，長期運行不會分解，不會對管殼材料造成腐蝕，使得熱管的相容性問題得到大幅改善，提高了熱管的運行壽命。

實施例2：

如圖1所示，本實施例一種超臨界流體熱管的結構與實施例1相同，區別在於：本實施例的連接段包括第一連接段5和第二連接段6，所述管體1包括依次貫通的加熱段3、第一連接段5、冷卻段4和第二連接段6；所述管體1為封閉的環形管；所述超臨界流體2為超臨界二氧化碳；所述管體1上設置有安全閥；所述管體1的材料為A16061，所述管體1的內徑為2mm，壁厚為1mm；所述管體1上設置有所述超臨界流體2的注入口；

與現有技術相比本實施例中超臨界流體熱管為首尾相連的環形熱管，管體1上的加熱段3、第一連接段5、冷卻段4和第二連接段6依次連接貫通，其管內直徑為2mm，壁厚為1mm(僅以此為例，並不限於此)，管體1材料為A16061材質，管體1內部通過設置在管體1側壁上的注入口或者設置在管體1本體上的充填口(即密封填充技術，先在管體1一端預留充填口在特定環境下填充進超臨界流體後，再將充填口密封)充入超臨界流體2，其中，超臨界流體2為超臨界二氧化碳；

本申請中管體1的加熱段3和冷卻段4可以採用不同的加熱和冷卻方式對管體1內超臨界二氧化碳進行加熱和冷卻，超臨界二氧化碳在加熱段3吸收熱量，在冷卻段4放出熱量，超臨界二氧化碳為處於超臨界壓力下的二氧化碳，其在管體1內的不同位置有穩定的溫度差，由於劇烈的物性變化導致超臨界二氧化碳在浮升力和重力的影響下形成主動循環，使加熱段3的壁溫維持在一定溫度，不會持續增加；由於二氧化碳為環保工質且化學性質穩定，長期運行不會分解，不會對管殼材料造成腐蝕，使得熱管的相容性問題得到大幅改善，提高了熱管的運行壽命。

本申請文件中管體1側壁上還設置有安全閥，安全閥在管體1上的具體位置根據需要設定，安全閥的主要作用在於當發現超臨界流體熱管中壓力高於設定的危險壓力時，安全閥閥門打開進行洩壓，從而保證設備的安全性。

實施例3：如圖1所示，本實施例一種超臨界流體熱管的結構與實施例1和實施例2相同，區別在於：本實施例中在加熱段3和冷卻段4中均設置有多孔介質，所述多孔介質增加所述超臨界流體2與所述加熱段3和所述超臨界流體2與所述冷卻段4的接觸面積，即在加熱段3和冷卻段4布置多孔介質以達到強化換熱的目的，從而更好地降低加熱段3的壁溫。

本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的系統而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。