一种单向循环流动的脉动热管传热系统及其传热方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及强化传热领域，尤其涉及一种单向循环流动的脉动热管传热系统及其传热方法。
【背景技术】
[0002]随着电子制造技术的微型化、集成化的不断提高，单位容积内发热量急剧增大，由此引发的“热阻”问题已成为制约电子制造技术发展的重要因素。一方面，电子元器件的高度集成化不可避免的导致单位容积的发热量急剧增加，以计算机CPU为例，其运行过程中产生的热流密度已经达到60?lOOW/cm2，而在半导体激光器中热流密度甚至达到103W/cm2数量级。另一方面，电子器件工作的可靠性对温度十分敏感，器件温度在70?80°C水平上每增加1°C，可靠性就会下降5%，较高的温度水平已日益成为制约电子器件性能的瓶颈。因此，如何高效的散热对电子技术的发展尤为重要，研究开发新型强化传热元件具有重要的应用价值。
[0003]目前传统脉动热管传热装置，工质很难在脉动热管环路中形成稳定的单向循环流动，大大降低了蒸发区和冷凝区之间工质的交换效率，导致脉动热管工作时传热性能不稳定且传热效率不够优异；此外，在低功率下，由于脉动热管中气态、液态工质分布的随机性，使得蒸发区和冷凝区的工质循环很难建立，导致脉动热管的启动输入功率较大，在低功率条件下应用受限。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单，传热效率高的单向循环流动的脉动热管传热系统及其传热方法。
[0005]本发明通过下述技术方案实现:
[0006]一种单向循环流动的脉动热管传热系统，包括直流电源7、由金属毛细管3及串接在金属毛细管3上的离子牵引定向管4组成的中空闭环脉动热管回路、充装在中空闭环脉动热管回路内的工质；所述中空闭环脉动热管回路分为蒸发区、绝热区和冷凝区；所述离子牵引定向管4包括多个发射极6和集电极5，发射极6与集电极5之间交错依次排列并以密封绝缘的方式连接；发射极6连接直流电源7的正极，集电极5连接直流电源7的负极。
[0007]所述工质呈气态工质2和液态工质1间隔分布于中空闭环脉动热管回路内。
[0008]所述离子牵引定向管4可分为一段或多段，并串接在蒸发区、绝热区和/或冷凝区。
[0009]所述发射极6和集电极5的电极采用薄璧管，薄璧管的内壁为光滑表面或粗糙表面。
[0010]发射极6与集电极5之间设有绝缘垫圈8，其击穿电压大于10000V。
[0011]所述发射极6、集电极5的为金属材料或导电非金属材料。
[0012]所述工质为电导率范围为10 12?10 16S/cm的传热介质。
[0013]所述工质为甲醇、乙醇、丙酮、制冷剂FC-72、氟利昂或者去离子水。
[0014]所述直流电源7的输出电压为100V?10000V。
[0015]上述单向循环流动的脉动热管传热系统的传热方法:
[0016]步骤一:中空闭环脉动热管回路内为真空环境；由于表面张力的作用，气态工质2和液态工质1相互间隔分布在中空闭环脉动热管回路内；
[0017]步骤二:打开直流电源7，调节至所需电压值；
[0018]步骤三:离子牵引定向管4开始工作，发射极6与集电极5之间形成强电场，气态工质2和液态工质1在强电场作用下，受电流体动力拖动，沿离子牵引定向管4的轴向方向作定向移动，并推动气态工质2和液态工质1，在中空闭环脉动热管回路内作单向循环流动；从而完成气态工质2和液态工质1在蒸发区与冷凝区之间不断流动、交换，完成传热。
[0019]本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果:
[0020]本发明通过发射极和集电极之间外加直流高电压，产生强电场，对离子牵引定向管4中的工质产生电流体动力，使其定向运动，从而推动整个中空闭环脉动热管回路中工质的单向循环运动，不仅可大大提高工质在蒸发区和冷凝区的交换效率，极大提高脉动热管的传热效率和热稳定性，而且还可极大降低脉动热管的启动输入功率，从而解除脉动热管在低功率应用的受限。
[0021]本发明技术手段简便易行，应用领域广，具有积极地技术效果和推广应用价值。
【附图说明】
[0022]图1为本发明单向循环流动的脉动热管传热系统结构示意图。
[0023]图2为图1离子牵引定向管结构示意图。
[0024]图3为图1离子牵引定向管内壁示意图，粗糙结构(电场强化)示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0026]实施例
[0027]如图1至3所示。本发明单向循环流动的脉动热管传热系统，包括直流电源7、由金属毛细管3及串接在金属毛细管3上的离子牵引定向管4组成的中空闭环脉动热管回路、充装在中空闭环脉动热管回路内的工质(正离子9、分子10、负离子11);所述中空闭环脉动热管回路分为蒸发区、绝热区和冷凝区；所述离子牵引定向管4包括多个发射极6和集电极5，发射极6与集电极5之间交错依次排列并以密封绝缘的方式连接；发射极6连接直流电源7的正极，集电极5连接直流电源7的负极。
[0028]所述工质呈气态工质2和液态工质1间隔分布于中空闭环脉动热管回路内。
[0029]所述离子牵引定向管4可分为一段或多段，并串接在蒸发区、绝热区和/或冷凝区。离子牵引定向管4与金属毛细管3的连接，可采用有机高分子粘剂(聚醋酸乙烯胶粘剂)粘合。粘合后，离子牵引定向管4与金属毛细管3之间相互绝缘，且密封性良好。发射极6和集电极5的连接与
[0030]所述发射极6和集电极5的电极采用薄璧管，薄璧管的内壁为光滑表面或粗糙表面。
[0031]所述发射极6与集电极5之间设有绝缘垫圈8(硅胶垫圈)，其击穿电压大于lOOOOVo其粘结与离子牵引定向管4和金属毛细管3的粘合方式相同。
[0032]所述发射极6、集电极5的为金属材料或导电非金属材料。
[0033]所述工质为电导率范围为10 12?10 16S/cm的传热介质，如甲醇、乙醇、丙酮、制冷剂FC-72、氟利昂或者去离子水。
[0034]所述直流电源7的输出电压为100V?10000V。
[0035]上述单向循环流动的脉动热管传热系统的传热方法，可通过如下步骤实现:
[0036]步骤一:中空闭环脉动热管回路内为真空环境；由于表面张力的作用，气态工质2和液态工质1相互间隔分布在中空闭环脉动热管回路内；
[0037]步骤二:打开直流电源7，调节至所需电压值；
[0038]步骤三:离子牵引定向管4开始工作，发射极6与集电极5之间形成强电场，气态工质2和液态工质1在强电场作用下，受电流体动力拖动，沿离子牵引定向管4的轴向方向作定向移动，并推动气态工质2和液态工质1，在中空闭环脉动热管回路内作单向循环流动；从而完成气态工质2和液态工质1在蒸发区与冷凝区之间不断流动、交换，完成传热。
[0039]如上所述，便可较好地实现本发明。
[0040]本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种单向循环流动的脉动热管传热系统，其特征在于:包括直流电源(7)、由金属毛细管(3)及串接在金属毛细管(3)上的离子牵引定向管(4)组成的中空闭环脉动热管回路、充装在中空闭环脉动热管回路内的工质；所述中空闭环脉动热管回路分为蒸发区、绝热区和冷凝区； 所述离子牵引定向管⑷包括多个发射极(6)和集电极(5)，发射极(6)与集电极(5)之间交错依次排列并以密封绝缘的方式连接；发射极(6)连接直流电源(7)的正极，集电极(5)连接直流电源(7)的负极。2.根据权利要求1所述的单向循环流动的脉动热管传热系统，其特征在于:所述工质呈气态工质(2)和液态工质(1)间隔分布于中空闭环脉动热管回路内。3.根据权利要求1所述的单向循环流动的脉动热管传热系统，其特征在于:所述离子牵引定向管(4)可分为一段或多段，并串接在蒸发区、绝热区和/或冷凝区。4.根据权利要求1至3中任一项所述的单向循环流动的脉动热管传热系统，其特征在于:所述发射极(6)和集电极(5)的电极采用薄璧管，薄璧管的内壁为光滑表面或粗糙表面。5.根据权利要求4所述的单向循环流动的脉动热管传热系统，其特征在于:发射极(6)与集电极(5)之间设有绝缘垫圈(8)，其击穿电压大于10000V。6.根据权利要求4所述的单向循环流动的脉动热管传热系统，其特征在于:所述发射极(6)、集电极(5)的为金属材料或导电非金属材料。7.根据权利要求4所述的单向循环流动的脉动热管传热系统，其特征在于:所述工质为电导率范围为10 12?10 16S/cm的传热介质。8.根据权利要求4所述的单向循环流动的脉动热管传热系统，其特征在于:所述工质为甲醇、乙醇、丙酮、制冷剂FC-72、氟利昂或者去离子水。9.根据权利要求4所述的单向循环流动的脉动热管传热系统，其特征在于:所述直流电源⑵的输出电压为100V?10000V。10.权利要求1至9中任一项所述单向循环流动的脉动热管传热系统的传热方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤一:中空闭环脉动热管回路内为真空环境；由于表面张力的作用，气态工质(2)和液态工质(1)相互间隔分布在中空闭环脉动热管回路内； 步骤二:打开直流电源(7)，调节至所需电压值； 步骤三:离子牵引定向管(4)开始工作，发射极(6)与集电极(5)之间形成强电场，气态工质(2)和液态工质(1)在强电场作用下，受电流体动力拖动，沿离子牵引定向管(4)的轴向方向作定向移动，并推动气态工质(2)和液态工质(1)，在中空闭环脉动热管回路内作单向循环流动；从而完成气态工质(2)和液态工质(1)在蒸发区与冷凝区之间不断流动、交换，完成传热。
【专利摘要】本发明公开了一种单向循环流动的脉动热管传热系统及其传热方法，包括直流电源、离子牵引定向管、中空闭环脉动热管回路、离子牵引定向管包括多个发射极和集电极，发射极与集电极之间交错依次排列并以密封绝缘的方式连接；发射极连接直流电源的正极，集电极连接直流电源的负极。发射极与集电极之间形成强电场，气态工质和工质液态在强电场作用下，受电流体动力拖动，沿离子牵引定向管的轴向方向作定向移动，并推动气态工质和工质液态，在中空闭环脉动热管回路内作单向循环流动；从而完成气态工质和工质液态在蒸发区与冷凝区之间不断流动、交换，完成传热。本系统技术手段简便易行，应用领域广，具有积极地技术效果和推广应用价值。
【IPC分类】F28D15/04
【公开号】CN105300149
【申请号】CN201510656725
【发明人】万珍平, 林庆宏, 陆龙生, 汤勇
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月13日