一种用于热量回收的分离式脉动热管传输装置的制作方法

1.本发明涉及电子元件高热流密度散热及热量回收利用领域，具体涉及一种用于热量回收的分离式脉动热管传输装置。


背景技术：

2.进入21世纪，电子元器件成为现代工业生产、人民群众生活中不可缺少的重要组成部分。随着电子器件向着高性能、集成化、微型化的方向发展，有限空间的高热流密度电子元件的散热问题日益凸显，亟待解决。尤其是在国防军工，航空航天等领域，由于航天器的发展，其内部各电子设备的功率不断增大，高温热量聚集将对电子元器件的性能产生不利影响，严重破坏航天器飞行稳定性和安全性，因此对于解决小空间电子元器件高效散热，且确保设备密度性，抗震性和安装的便捷性的散热设备和技术需求愈发强烈。
3.脉动热管于上世纪九十年代首次被提出，是内径仅为3-5mm的一种高效的小尺度传热元件，结构简单且具有极高的传热性能和实际应用价值。其工作原理是：工质在蒸发段受热后在管内体积膨胀产生气泡，与工质液柱共同形成间隔分布汽液塞状流，汽液塞在冷凝段收缩或破裂，从而在冷热端之间形成较大的压差，在此压差和相邻管内的重力压差作用下，使汽液两相工质产生强烈的往复振荡或循环运动，当加热功率足够高时，管内形成单向循环脉动，在较小的热阻下实现高效的热传递。此时，脉动热管冷热段之间形成较小的温差和相对较大的压差，但因脉动热管绝热段为等径毛细管，绝热段的压降过程近似为绝热节流过程，此过程中工质的能量品质因火用损失大大降低，脉动热管内部压差没有得到很好地利用。另外，传统回路脉动热管在蒸发段和冷凝段之间有多根绝热连接管路，若安装在小空间，要实现冷热端分离，则装置的进出口有多个连接部位，增加了安装制造的难度，且不利于脉动热管蒸发段和冷凝段的灵活布置，应用上有较大局限，因此提出分离式脉动热管结构，其传热性能本课题组已做了大量相关研究，优势明显。
4.现阶段针对电子元件的散热及冷却主要有被动式冷却和主动式冷却方法，其中被动式冷却如液冷，风冷等，一方面组件繁多，系统复杂，另一方面，由于散热能力有限，一般只适用于低热流密度的电子元件散热。主动式冷却有热管冷却、微通道冷却以及微喷射冷却等，需要消耗较多能量，且散热热量大部分通过热交换直接排放至外界环境中，而未能实现能量的回收利用以及回收能量的品质提升。


技术实现要素：

5.大量电子元件受有限安装空间和换热条件限制，工作时将产生高热流密度的散热需要排放。本发明以小空间高热流密度散热电子元器件为热源，利用脉动热管小尺寸，热传导性能极佳，无需消耗额外动力等特点，结合分离式脉动热管简化连接管路，强化热量的远距离传输，同时利用脉动热管内部温差和压差。本发明的目的在于解决小空间内电子元器件产生的高热流密度散热问题，设计一种用于小空间高热流密度热量回收的分离式脉动热管热传输及动力输出装置，基于脉动热管高效的传热性能，将电子元器件产生的热量导出，
保证其稳定的工作环境，并对蒸发段和冷凝段之间存在的温差和压差加以利用，将工质部分焓值转化为动能，通过驱动涡轮旋转输出轴功，进一步强化了脉动热管传热性能并提高了能量利用率。
6.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种用于热量回收的分离式脉动热管传输装置，其特征在于，包括分离式回路脉动热管蒸发段1、脉动热管冷凝段2、热动转换装置3、脉动热管绝热连接管路4、脉动热管绝热回流管路5和单向阀6；所述分离式脉动热管蒸发段1和所述脉动热管冷凝段2都由小尺寸蛇形扁管构成，二者之间由带有绝热喷管21的所述热动转换装置3和带有所述单向阀6的所述脉动热管绝热回流管路5串接成一个循环回路；所述脉动热管冷凝段2布置在所述脉动热管蒸发段1的上部或斜上部位置，所述绝热喷管21位于所述脉动热管蒸发段1的出口，布置在所述热动转换装置3的进口部位；所述单向阀6布置在所述脉动热管绝热回流管路5的中间部位；所述绝热喷管21、热动转换装置3、脉动热管绝热回流管路5和单向阀6作为分离式脉动热管的绝热部件，外壁面均加装绝热保温材料11；
8.所述脉动热管蒸发段1用于工质从元器件9吸热，所述脉动热管冷凝段2用于工质向冷源或热用户的放热，从而实现热量的回收和利用；
9.所述热动转换装置3包括涡轮腔体13、涡轮底壳14、带轴涡轮15、涡轮顶盖16和外接风扇17，所述热动转换装置3用于将从脉动热管蒸发段1获得的部分热量转换为机械能，以轴功形式输出利用；
10.所述脉动热管绝热回流管路5用于保证热管工质在管内的振荡运动方向是汽液塞状流工质依次通过所述脉动热管蒸发段1、所述脉动热管绝热连接管路4、所述热动转换装置3、所述脉动热管冷凝段2和所述脉动热管绝热回流管路5流回到所述脉动热管蒸发段1，完成单向循环脉动。
11.所述涡轮腔体13与涡轮底壳14为圆桶形，所述涡轮腔体13侧面设有所述绝热喷管21，所述涡轮底壳14侧面设有输出管25，所述涡轮腔体13、所述涡轮底壳14与涡轮顶盖16连接组成所述热动转换装置3的外壳，所述带轴涡轮15布置在热动转换装置外壳中间，所述外接风扇17在热动转换装置外壳外面连接所述带轴涡轮15；其中所述涡轮腔体13包嵌于所述涡轮底壳14内，通过涡轮腔体底面螺柱24和螺母18将所述涡轮腔体13与所述涡轮底壳14紧固连接；所述带轴涡轮15通过连接轴承20固定在所述热动转换装置3中间，所述外接风扇17连接在涡轮转轴顶端。
12.所述脉动热管蒸发段1布置于整个热传导装置的下部，且安装在所述元器件9所处的小空间内，所述脉动热管蒸发段1由金属材料制成的多根蛇形扁管构成，具体为紫铜，具体为两管并列的方式，扁管宽度为4-6mm，所述脉动热管蒸发段1通过超薄高导热硅胶12粘贴于均温导热板10上，所述均温导热板10的另一侧通过所述超薄高导热硅胶12紧密粘贴在发热的所述元器件9上；所述超薄高导热硅胶12具有优良的导热性、对多种金属、非金属材料有良好的粘接性，且对材料无腐蚀，在工作温度范围内可长期使用；所述脉动热管蒸发段1两端沿工质流动方向分为入口和出口，两端的管道为扁管到圆管的渐变管道，工质流入端为所述脉动热管蒸发段1的入口，蒸发段入口连接所述脉动热管绝热回流管路5；工质流出端为所述脉动热管蒸发段1的出口，蒸发段出口连接所述绝热喷管21，并确保连接部位紧密密封；所述均温导热板10基板材料为铜，一单层原子层结构的石墨烯薄层在光滑基板表面
上，厚度为1nm以下。其中，铜基板具有极好的纵向导热性能，而石墨烯均温膜具有极佳的横向导热性能导热系数3000～5000k/m.k。且均温板表面积可大于热源面积。由于电子元件表面积较小，局部热流密度较高，均温导热板10可以将电子元器件9局部高温热量均匀分布于大表面积的均温板上，增加了脉动热管蒸发段1的铺设面积。
13.所述脉动热管冷凝段2由金属材料制成的小尺寸蛇形弯曲圆管构成，具体为紫铜，管径3-5mm，具体为多根管道并列组成，数量与所述脉动热管蒸发段1并列管道数量一致；所述脉动热管冷凝段2布置在整个热传导装置的上方或斜上方；所述脉动热管冷凝段2弯头处设有一个充液阀，所述脉动热管蒸发段1温度较高，高温环境下充液阀长时间工作容易造成接口老化，影响密封效果。安装前，热管通过充液阀抽真空，充入部分工质；
14.优选的，所述脉动热管冷凝段2由两根并列热管组成，设有两个充液阀，分别为充液阀一7和充液阀二8。所述脉动热管冷凝段2两端沿工质流动方向分为入口和出口，具体为工质流入端为所述脉动热管冷凝段2的入口，冷凝段入口连接所述脉动热管绝热连接管路4；工质流出端为所述脉动热管冷凝段2的出口，冷凝段出口连接所述脉动热管绝热回流管路5。
15.所述脉动热管绝热连接管路4是所述脉动热管蒸发段1、所述热动转换装置3和所述脉动热管冷凝段2三者之间的连接管路；所述脉动热管绝热回流管路5布置在脉动热管回路中部，连接所述脉动热管冷凝段2和所述脉动热管蒸发段1，所述脉动热管绝热连接管路4和所述脉动热管绝热回流管路5均由多根等径毛细管组成，其数量与所述脉动热管蒸发段1并列管道数量一致，管道外包裹所述绝热保温材料11；所述保温材料(11)是一种玻璃纤维材质的保温棉，包裹在所述脉动热管绝热连接管路4、所述脉动热管绝热回流管路5和热动转换装置3的外壁，避免热量的散失。
16.所述单向阀6选用直通式单向阀，布置在所述脉动热管绝热回流管路5中间，连接部位衔接处完全密封，所述单向阀6外表面包裹所述绝热保温材料11。
17.所述绝热喷管21为所述涡轮腔体13侧面的输入管，属于腔体的一部分；所述绝热喷管21入口连接处留有长度2-3mm的等径管道连接所述脉动热管蒸发段1出口，所述绝热喷管21内径从入口到出口逐渐缩小，喷管顶锥角在10
°
～12
°
之间；所述绝热喷管21出口直接连接所述涡轮腔体13入口，利用喷管提高工质流速。
18.所述涡轮腔体13整体为圆桶形外壳，外径38-44mm，高度为15-18mm，壁厚为3-5mm，其上端外表面设有连接螺纹；所述涡轮腔体13内侧面开有直径为1-3mm的工质进口圆孔，该圆孔连接所述绝热喷管21的出口，该圆孔对侧面腔体开有圆弧形流道口23；所述涡轮腔体13内底面中心开有圆槽，下底面圆槽凸出部位外侧壁设有腔体底面螺柱24，轴承牢固安装在腔体底面中心圆槽22内，所述腔体底面螺柱24与螺母18连接；所述涡轮腔体13包裹所述绝热保温材料11；
19.所述涡轮底壳14为带有底板的圆桶形外壳，所述涡轮腔体13从上往下套入所述涡轮底壳14中，所述涡轮腔体13下底面与所述涡轮底壳14内表面贴合；底壳底面中心圆孔27为所述腔体底面螺柱24伸出孔，所述涡轮底壳14一侧开有底壳弧形通口26，所述绝热喷管21布置在所述底壳弧形通口26处；所述底壳弧形通口26对侧壁面封住腔体的所述圆弧形流道口23，该部分壁面中间开有工质出口圆孔，圆孔与外壁面的输出管25连接，圆孔数量与所述绝热连接管路4数量一致，用于工质的流出；所述涡轮腔体13在所述涡轮底壳14内可水平
转动，用以调整所述热动转换装置3工质进出口的相对角度，该角度的调节范围在75
°‑
120
°
；
20.所述带轴涡轮15的转轴为二级阶梯轴，上段为细直径轴杆32，其直径小于“t”型密封圈19内径，下段为粗直径轴杆31，其直径与轴承20内径相同，且所述细直径轴杆32长于所述粗直径轴杆31，保证细直径轴杆能伸出热动转换装置内部；涡轮叶片33为矩形叶片，在所述热动转换装置3内，所述涡轮叶片33垂直于所述涡轮腔体13底面。沿径向等角度分布在所述粗直径轴杆31中部周围，长度小于所述涡轮腔体13半径，数量为8到11个；所述粗直径轴杆31下端插入布置在涡轮腔体底面中心圆槽22处的所述轴承20内，保证与所述轴承20表面以及所述涡轮腔体13内膛底面不接触，减小带轴涡轮转动时的摩擦力，所述粗直径轴杆31上端插入布置在顶盖中心大孔29处的所述轴承20，所述涡轮叶片33与所述涡轮顶盖16、所述涡轮腔体13内壁面不接触，留有距离；所述细直径轴杆32的轴头穿过布置在所述顶盖中心大孔29内的所述轴承20和所述“t”型密封圈19，与所述外接风扇17紧密固定连接；所述带轴涡轮15的材料为耐温250℃的硬质材料，具体材料不限；
21.所述涡轮顶盖16放置在所述涡轮腔体13上面，厚度8-10mm，直径40-46mm；顶盖中心开有两级阶梯形圆柱孔，上面为顶盖中心小孔28，其内径等于所述“t”型密封圈19上部凸起段直径；下面为所述顶盖中心大孔29，直径等于所述轴承20外径，顶盖中心大孔的高度为安置在其中顶盖的所述轴承20厚度与所述“t”型密封圈19的底面厚度之和；靠近所述涡轮顶盖16外边缘处开有顶盖圆形槽道30，所述盖圆形槽道30外壁面刻有螺纹结构，所述“t”型密封圈19上端凸起段插入所述顶盖中心小孔28，表面紧密贴合；所述轴承20置于所述顶盖中心大孔29内、所述“t”型密封圈19下方；
22.所述“t”型密封圈19为柔性石墨密封圈，其底面直径等于所述顶盖中心小孔28直径，尺寸为8-12mm，所述“t”型密封圈19内径大于所述细直径轴杆32直径，尺寸为2-4mm；柔性石墨密封圈耐高温，具有优异的密封性，适用于除强氧化性酸之外的绝大多数工质。
23.所述轴承20型号尺寸相同，外径8-12mm，内径3-5mm，高度3-5mm，一个安装在所述腔体底面中心圆槽22内，另一个安装在所述涡轮顶盖中心大孔29内，均为耐受本装置工作温度的抗振动密封轴承；所述外接风扇17固定于涡轮转轴顶端轴头，为常规小型风扇，无特殊要求。
24.所述分离式脉动热管传输装置的传输原理为：利用所述超薄高导热硅胶12将均温导热板10粘合于散热元件的表面，所述均温导热板10的高导热性能使热源散热量均匀分布在其表面，所述脉动热管蒸发段1选用扁管，增加和均温板的接触面积，利用所述超薄高导热硅胶12粘合于所述均温导热板10的另一侧，所述脉动热管蒸发段1外覆盖所述保温材料11，保证所述脉动热管蒸发段1吸收的热量全部传递至所述脉动热管冷凝段2；工质在脉动热管蒸发段受中低温热源加热后迅速膨胀升压，汽化形成间隔分布的气泡，形成的气泡在所述脉动热管冷凝段2体积缩小或破裂，完成所述脉动热管蒸发段1到所述脉动热管冷凝段2的热量传递，所述脉动热管绝热回流管路5上安装的所述单向阀6使工质在整个脉动热管回路中进行恒定地单向循环流动；由于绝热段两端存在温差和压差，因此工质流经绝热段时是一个绝热降压、膨胀汽化过程，绝热段流动过程中，工质在压差的作用下部分焓值转变成动能，但该部分实际热动转换效率较低；工质从所述绝热喷管21进入热动转换装置内部驱动所述带轴涡轮15，而后从输出管25离开所述热动转换装置3，流入所述脉动热管绝热连
接管路4；所述带轴涡轮15是实现工质动能到机械能转换的核心部件，气液塞状流工质从输入管进入所述热动转换装置3后，驱动涡轮叶片33旋转并带动涡轮转轴旋转，由工质部分动能转换得来的机械能以轴功形式输出，由此带动所述外接风扇17转动，完成能量的转换和品质提升；汽液塞状流工质在所述脉动热管冷凝段2完成与外界的热交换；通过所述绝热喷管21的结构可有效提高工质热焓转换成动能的效率，大幅度提升工质流速，增速后的工质进入所述热动转换装置3内，所述带轴涡轮15受单向流动的工质驱动旋转向外输出轴功，驱动风扇工作，完成动力输出；做功后的工质保持气液两相状态，输出管重新回到所述脉动热管绝热段回流管路5中，最终回到所述脉动热管蒸发段1，完成单次循环流动。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
26.本发明以电子元件在有限空间内产生的高热流密度散热为热源，通过设计分离式脉动热管与热动转换装置的结合，简化脉动热管结构，使得冷凝段布置更加灵活，便于远距离高效传递热量，且装置无需消耗额外能量即可运行。热动转换装置将分离式脉动热管工作时工质的部分焓值转换为动能，并通过喷管提高脉动热管内部压差利用率，进一步提升工质动能。在热动转换装置内，工质驱动涡轮转轴，将动能转换为轴功，最终实现对外输送机械能或电能，实现能量高品质利用。工质在冷凝段排放的热量，可通过回收利用，应用于飞行器或用热用户在其他部位的灵活用热需求，如加热水等。
27.本发明既能够强化脉动热管内的热量传递，提升脉动热管工作性能，又提高了能量的利用品质；完成对电子元器件高热流密度废热的稳定回收利用和排放，具有散热能力强，使用灵活方便，占用空间小等特点，有着广阔的发展利用空间和前景。
28.脉动热管尺寸小，工作在中低温区段且具有高效的传热能力，本发明利用分离式回路脉动热管，使用两条绝热段管道将蒸发段和冷凝段管道分离，简化了管路布置及脉动热管的结构，使冷凝段布置更加灵活便捷，可以将电子元件散热热量从所在工作空间导出，而后在元器件外部环境排放，整个运行过程无需外部动力。脉动热管冷凝段管路可实现散热或热量的回收利用；蒸发段管路通过在热源上布置较大面积的均温板，将局部高温热量均匀分摊并传给热管蒸发段；而装置的绝热连接管路可采用柔性材料，具备抗震，可弯曲和灵活布置的特性。
29.本发明装置结构简单，尺寸小，能够满足电子元器件在小空间内高热流密度的散热需求，冷凝段放出的热量能够回收利用以满足加热水等其他灵活用热的需求。同时本发明利用绝热段在冷热源作用下存在温差和压差的特点，设计布置在脉动热管绝热段且利用脉动热管内部压差驱动的热动转换装置，可以在实现小空间高热流密度电子元器件散热的同时，将部分热量转换为机械能，驱动风扇转动，提升了能量品质。必要时，还可将涡轮连接小型发电设备，将内能转化为可直接利用的电能，具备较好的实际价值和节能减排意义。此装置适用于实现有限空间内电子元器件的高热流密度散热及热量转换回收利用。
附图说明
30.图1为本发明用于热量回收的分离式脉动热管传输装置的整体结构示意图；
31.图2为本发明用于热量回收的分离式脉动热管传输装置的左侧剖面示意图；
32.图3为本发明用于热量回收的分离式脉动热管传输装置的热动转换装置结构示意图；
33.图4为本发明用于热量回收的分离式脉动热管传输装置的涡轮腔体结构示意图之一；
34.图5为本发明用于热量回收的分离式脉动热管传输装置的涡轮腔体结构示意图之二；
35.图6为本发明用于热量回收的分离式脉动热管传输装置的涡轮底壳结构示意图；
36.图7为本发明用于热量回收的分离式脉动热管传输装置的涡轮顶盖结构示意图之一；
37.图8为本发明用于热量回收的分离式脉动热管传输装置的涡轮顶盖结构示意图之二；
38.图9为本发明用于热量回收的分离式脉动热管传输装置的带轴涡轮结构示意图之一；
39.图10为本发明用于热量回收的分离式脉动热管传输装置的带轴涡轮结构示意图之二；
40.图11为本发明用于热量回收的分离式脉动热管传输装置的内部管路结构示意图；
41.图中：1、脉动热管蒸发段，2、脉动热管冷凝段，3、热动转换装置，4、脉动热管绝热连接管路，5、脉动热管绝热回流管路，6、单向阀，7、充液阀一，8、充液阀二，9、元器件，10、均温导热板，11、保温材料，12、超薄高导热硅胶，13、涡轮腔体，14、涡轮底壳，15、带轴涡轮，16、涡轮顶盖，17、外接风扇，18、螺母，19、“t”型密封圈，20、轴承，21、绝热喷管，22、腔体底面中心圆槽，23、腔体圆弧形流道口，24、腔体底面螺柱，25、输出管，26、底壳弧形通口，27、底壳底面中心圆孔，28、顶盖中心小孔，29、顶盖中心大孔，30、顶盖圆形槽道，31、粗直径轴杆，32、细直径轴杆，33、涡轮叶片；m、冷源热用户。
具体实施方式
42.下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
43.实施例
44.一种用于热量回收的分离式脉动热管传输装置，其特征在于，包括分离式回路脉动热管蒸发段1、脉动热管冷凝段2、热动转换装置3、脉动热管绝热连接管路4、脉动热管绝热回流管路5和单向阀6；所述分离式脉动热管蒸发段1和所述脉动热管冷凝段2都由小尺寸蛇形扁管构成，二者之间由带有绝热喷管21的所述热动转换装置3和带有所述单向阀6的所述脉动热管绝热回流管路5串接成一个循环回路；所述脉动热管冷凝段2布置在所述脉动热管蒸发段1的上部或斜上部位置，所述绝热喷管21位于所述脉动热管蒸发段1的出口，布置在所述热动转换装置3的进口部位；所述单向阀6布置在所述脉动热管绝热回流管路5的中间部位；所述绝热喷管21、热动转换装置3、脉动热管绝热回流管路5和单向阀6作为分离式脉动热管的绝热部件，外壁面均加装绝热保温材料11；
45.所述脉动热管蒸发段1用于工质从元器件9吸热，所述脉动热管冷凝段2用于工质向冷源或热用户的放热，从而实现热量的回收和利用；
46.所述热动转换装置3包括涡轮腔体13、涡轮底壳14、带轴涡轮15、涡轮顶盖16和外接风扇17，所述热动转换装置3用于将从脉动热管蒸发段1获得的部分热量转换为机械能，以轴功形式输出利用；
47.所述脉动热管绝热回流管路5用于保证热管工质在管内的振荡运动方向是汽液塞状流工质依次通过所述脉动热管蒸发段1、所述脉动热管绝热连接管路4、所述热动转换装置3、所述脉动热管冷凝段2和所述脉动热管绝热回流管路5流回到所述脉动热管蒸发段1，完成单向循环脉动。
48.所述涡轮腔体13与涡轮底壳14为圆桶形，所述涡轮腔体13侧面设有所述绝热喷管21，所述涡轮底壳14侧面设有输出管25，所述涡轮腔体13、所述涡轮底壳14与涡轮顶盖16连接组成所述热动转换装置3的外壳，所述带轴涡轮15布置在热动转换装置外壳中间，所述外接风扇17在热动转换装置外壳外面连接所述带轴涡轮15；其中所述涡轮腔体13包嵌于所述涡轮底壳14内，通过涡轮腔体底面螺柱24和螺母18将所述涡轮腔体13与所述涡轮底壳14紧固连接；所述带轴涡轮15通过连接轴承20固定在所述热动转换装置3中间，所述外接风扇17连接在涡轮转轴顶端。
49.所述脉动热管蒸发段1布置于整个热传导装置的下部，且安装在所述元器件9所处的小空间内，所述脉动热管蒸发段1由金属材料制成的多根蛇形扁管构成，具体为紫铜，具体为两管并列的方式；
50.实验结果表明，多根分离式脉动热管并列的结构能够有效提高热动转换装置3内工质流量，增加工作时的热动转换效率，扁管宽度为4-6mm，所述脉动热管蒸发段1通过超薄高导热硅胶12粘贴于均温导热板10上，所述均温导热板10的另一侧通过所述超薄高导热硅胶12紧密粘贴在发热的所述元器件9上；所述超薄高导热硅胶12具有优良的导热性、对多种金属、非金属材料有良好的粘接性，且对材料无腐蚀，在工作温度范围内可长期使用；所述脉动热管蒸发段1两端沿工质流动方向分为入口和出口，两端的管道为扁管到圆管的渐变管道，工质流入端为所述脉动热管蒸发段1的入口，蒸发段入口连接所述脉动热管绝热回流管路5；工质流出端为所述脉动热管蒸发段1的出口，蒸发段出口连接所述绝热喷管21，并确保连接部位紧密密封；所述均温导热板10基板材料为铜，一单层原子层结构的石墨烯薄层在光滑基板表面上，厚度为1nm以下。其中，铜基板具有极好的纵向导热性能，而石墨烯均温膜具有极佳的横向导热性能导热系数3000～5000k/m.k。且均温板表面积可大于热源面积。由于电子元件表面积较小，局部热流密度较高，均温导热板10可以将电子元器件9局部高温热量均匀分布于大表面积的均温板上，增加了脉动热管蒸发段1的铺设面积。
51.所述脉动热管冷凝段2由金属材料制成的小尺寸蛇形弯曲圆管构成，具体为紫铜，管径3-5mm，具体为多根管道并列组成，数量与所述脉动热管蒸发段1并列管道数量一致；所述脉动热管冷凝段2布置在整个热传导装置的上方或斜上方；所述脉动热管冷凝段2弯头处设有一个充液阀，所述脉动热管蒸发段1温度较高，高温环境下充液阀长时间工作容易造成接口老化，影响密封效果。安装前，热管通过充液阀抽真空，充入部分工质；
52.优选的，所述脉动热管冷凝段2由两根并列热管组成，设有两个充液阀，分别为充液阀一7和充液阀二8。所述脉动热管冷凝段2两端沿工质流动方向分为入口和出口，具体为工质流入端为所述脉动热管冷凝段2的入口，冷凝段入口连接所述脉动热管绝热连接管路4；工质流出端为所述脉动热管冷凝段2的出口，冷凝段出口连接所述脉动热管绝热回流管
路5。
53.所述脉动热管绝热连接管路4是所述脉动热管蒸发段1、所述热动转换装置3和所述脉动热管冷凝段2三者之间的连接管路；所述脉动热管绝热回流管路5布置在脉动热管回路中部，连接所述脉动热管冷凝段2和所述脉动热管蒸发段1，所述脉动热管绝热连接管路4和所述脉动热管绝热回流管路5均由多根等径毛细管组成，其数量与所述脉动热管蒸发段1并列管道数量一致，管道外包裹所述绝热保温材料11；所述保温材料(11)是一种玻璃纤维材质的保温棉，包裹在所述脉动热管绝热连接管路4、所述脉动热管绝热回流管路5和热动转换装置3的外壁，避免热量的散失。
54.实际使用中，如散热设备有振动或脉动热管冷凝段2位置需要灵活调动时，可使用聚氨酯管和硅胶管等柔性管充当脉动热管绝热连接管路4，相较于金属直管，柔性管道具有韧性好，易弯折，抗震动的诸多优点；在实际使用中，如散热设备有振动或脉动热管冷凝段2位置需要灵活调动时，可使用聚氨酯管和硅胶管等柔性管充当脉动热管绝热回流管路5；脉动热管绝热回流管路5中段设有单向阀6，用于保证工质在脉动热管内沿同一方向循环振荡，确保热动转换装置3工作时带轴涡轮15转动方向的连贯一致。
55.所述单向阀6选用直通式单向阀，布置在所述脉动热管绝热回流管路5中间，连接部位衔接处完全密封，所述单向阀6外表面包裹所述绝热保温材料11。
56.所述绝热喷管21为所述涡轮腔体13侧面的输入管，属于腔体的一部分；所述绝热喷管21入口连接处留有长度2-3mm的等径管道连接所述脉动热管蒸发段1出口，所述绝热喷管21内径从入口到出口逐渐缩小，喷管顶锥角在10
°
～12
°
之间；所述绝热喷管21出口直接连接所述涡轮腔体13入口，利用喷管提高工质流速。
57.所述涡轮腔体13整体为圆桶形外壳，外径38-44mm，高度为15-18mm，壁厚为3-5mm，其上端外表面设有连接螺纹；所述涡轮腔体13内侧面开有直径为1-3mm的工质进口圆孔，该圆孔连接所述绝热喷管21的出口，该圆孔对侧面腔体开有圆弧形流道口23；所述涡轮腔体13内底面中心开有圆槽，下底面圆槽凸出部位外侧壁设有腔体底面螺柱24，轴承牢固安装在腔体底面中心圆槽22内，所述腔体底面螺柱24与螺母18连接；所述涡轮腔体13包裹所述绝热保温材料11；
58.所述涡轮底壳14为带有底板的圆桶形外壳，所述涡轮腔体13从上往下套入所述涡轮底壳14中，所述涡轮腔体13下底面与所述涡轮底壳14内表面贴合；底壳底面中心圆孔27为所述腔体底面螺柱24伸出孔，所述涡轮底壳14一侧开有底壳弧形通口26，所述绝热喷管21布置在所述底壳弧形通口26处；所述底壳弧形通口26对侧壁面封住腔体的所述圆弧形流道口23，该部分壁面中间开有工质出口圆孔，圆孔与外壁面的输出管25连接，圆孔数量与所述绝热连接管路4数量一致，用于工质的流出；所述涡轮腔体13在所述涡轮底壳14内可水平转动，用以调整所述热动转换装置3工质进出口的相对角度，该角度的调节范围在75
°‑
120
°
；
59.所述带轴涡轮15的转轴为二级阶梯轴，上段为细直径轴杆32，其直径小于“t”型密封圈19内径，下段为粗直径轴杆31，其直径与轴承20内径相同，且所述细直径轴杆32长于所述粗直径轴杆31，保证细直径轴杆能伸出热动转换装置内部；涡轮叶片33为矩形叶片，在所述热动转换装置3内，所述涡轮叶片33垂直于所述涡轮腔体13底面。
60.实验表明，若涡轮叶片与涡轮腔体底面存在倾斜角，会使工质得到向上的剪切力，
导致工质冲向涡轮顶盖，大量工质甚至不能流出热动转换装置，同时矩形结构充分增大涡轮叶片的的受力面积，进而增大轴功，使所述带轴涡轮15的旋转效果明显优于加装其他形状的叶片；
61.沿径向等角度分布在所述粗直径轴杆31中部周围，长度小于所述涡轮腔体13半径，数量为8到11个；所述粗直径轴杆31下端插入布置在涡轮腔体底面中心圆槽22处的所述轴承20内，保证与所述轴承20表面以及所述涡轮腔体13内膛底面不接触，减小带轴涡轮转动时的摩擦力，所述粗直径轴杆31上端插入布置在顶盖中心大孔29处的所述轴承20，所述涡轮叶片33与所述涡轮顶盖16、所述涡轮腔体13内壁面不接触，留有距离；所述细直径轴杆32的轴头穿过布置在所述顶盖中心大孔29内的所述轴承20和所述“t”型密封圈19，与所述外接风扇17紧密固定连接；所述带轴涡轮15的材料为耐温250℃的硬质材料，具体材料不限；
62.所述涡轮顶盖16放置在所述涡轮腔体13上面，厚度8-10mm，直径40-46mm；顶盖中心开有两级阶梯形圆柱孔，上面为顶盖中心小孔28，其内径等于所述“t”型密封圈19上部凸起段直径；下面为所述顶盖中心大孔29，直径等于所述轴承20外径，顶盖中心大孔的高度为安置在其中顶盖的所述轴承20厚度与所述“t”型密封圈19的底面厚度之和；靠近所述涡轮顶盖16外边缘处开有顶盖圆形槽道30，所述盖圆形槽道30外壁面刻有螺纹结构，所述“t”型密封圈19上端凸起段插入所述顶盖中心小孔28，表面紧密贴合；所述轴承20置于所述顶盖中心大孔29内、所述“t”型密封圈19下方；
63.所述“t”型密封圈19为柔性石墨密封圈，其底面直径等于所述顶盖中心小孔28直径，尺寸为8-12mm，所述“t”型密封圈19内径大于所述细直径轴杆32直径，尺寸为2-4mm；柔性石墨密封圈耐高温，具有优异的密封性，适用于除强氧化性酸之外的绝大多数工质。
64.所述轴承20型号尺寸相同，外径8-12mm，内径3-5mm，高度3-5mm，一个安装在所述腔体底面中心圆槽22内，另一个安装在所述涡轮顶盖中心大孔29内，均为耐受本装置工作温度的抗振动密封轴承；所述外接风扇17固定于涡轮转轴顶端轴头，为常规小型风扇，无特殊要求。
65.具体实施步骤如下：
66.第一步是将热动转换装置3的各零部件组合连接：
67.首先是带轴涡轮15与涡轮腔体13连接，将轴承20置于腔体底面中心圆槽22内，而后将粗直径轴杆31下端插入布置在腔体底面中心圆槽22内的轴承20，轴杆下端表面和涡轮腔体13内膛底面不接触；然后连接涡轮腔体13与涡轮顶盖16，将”t”型密封圈19内置于顶盖中心大孔29，再将轴承20安在”t”型密封圈19下方，将涡轮转轴依次穿过轴承20和”t”型密封圈19后伸出涡轮顶盖16，伸出的涡轮转轴的轴头与涡轮顶盖16上表面有一定距离，通过螺纹结构将涡轮顶盖16旋入涡轮腔体13紧密连接；连接涡轮腔体13和涡轮底壳14，将涡轮腔体底部螺柱24从上往下穿过底壳底面中心圆孔27，涡轮腔体13从上往下套入涡轮底壳14中，绝热喷管21布置在底壳弧形通口26处，腔体圆弧面流道口23被涡轮底壳的侧封面包覆，水平转动涡轮腔体13或者涡轮底壳14，用以调整绝热喷管21和输出管25轴线间的夹角，即工质进出口的相对角度；最后将涡轮轴杆顶端与外接风扇17，完成热动转换装置的组装。
68.第二步，如图1所示，均温导热板10的一面贴合于散热元件的表面，并用导热硅脂进行粘合；脉动热管蒸发段1贴合于均温导热板10的另一面，用导热硅脂进行粘合，在脉动
热管蒸发段1周围覆盖上保温材料11；脉动热管冷凝段2位置高于脉动热管蒸发段，管内工质冷凝后依靠重力迅速回落，降低流动阻力；根据不同的工艺要求，脉动热管冷凝段2可以任意角度旋转和倾斜，不一定与脉动热管蒸发段1处于同一平面上，以适应电子元器件在空间上的具体要求。
69.第三步，连接装置：
70.对装置按照脉动热管蒸发段1，热动转换装置3，脉动热管绝热连接管路4，脉动热管冷凝段2、单向阀6、脉动热管绝热回流管路5的顺序进行连接，各个接口处保证密封。
71.第四步，打开脉动热管冷凝段弯头上的充液阀17和充液阀28，先对脉动热管内抽真空，而后由充液阀17，充液阀28注入工质并密封。最后给脉动热管绝热连接管路4、脉动热管绝热回流管路5以及热动转换装置3及单向阀6外包覆绝热材料，应用场景如图7所示。
72.所述分离式脉动热管传输装置的传输原理为：利用所述超薄高导热硅胶12将均温导热板10粘合于散热元件的表面，所述均温导热板10的高导热性能使热源散热量均匀分布在其表面，所述脉动热管蒸发段1选用扁管，增加和均温板的接触面积，利用所述超薄高导热硅胶12粘合于所述均温导热板10的另一侧，所述脉动热管蒸发段1外覆盖所述保温材料11，保证所述脉动热管蒸发段1吸收的热量全部传递至所述脉动热管冷凝段2；工质在脉动热管蒸发段受中低温热源加热后迅速膨胀升压，汽化形成间隔分布的气泡，形成的气泡在所述脉动热管冷凝段2体积缩小或破裂，完成所述脉动热管蒸发段1到所述脉动热管冷凝段2的热量传递，所述脉动热管绝热回流管路5上安装的所述单向阀6使工质在整个脉动热管回路中进行恒定地单向循环流动；由于绝热段两端存在温差和压差，因此工质流经绝热段时是一个绝热降压、膨胀汽化过程，绝热段流动过程中，工质在压差的作用下部分焓值转变成动能，但该部分实际热动转换效率较低；工质从所述绝热喷管21进入热动转换装置内部驱动所述带轴涡轮15，而后从输出管25离开所述热动转换装置3，流入所述脉动热管绝热连接管路4；所述带轴涡轮15是实现工质动能到机械能转换的核心部件，气液塞状流工质从输入管进入所述热动转换装置3后，驱动涡轮叶片33旋转并带动涡轮转轴旋转，由工质部分动能转换得来的机械能以轴功形式输出，由此带动所述外接风扇17转动，完成能量的转换和品质提升；汽液塞状流工质在所述脉动热管冷凝段2完成与外界的热交换；通过所述绝热喷管21的结构可有效提高工质热焓转换成动能的效率，大幅度提升工质流速，增速后的工质进入所述热动转换装置3内，所述带轴涡轮15受单向流动的工质驱动旋转向外输出轴功，驱动风扇工作，完成动力输出；做功后的工质保持气液两相状态，输出管重新回到所述脉动热管绝热段回流管路5中，最终回到所述脉动热管蒸发段1，完成单次循环流动。
73.小空间高热流密度的电子元器件散热已成为制约性能的重要因素。脉动热管是一种微小管径的高效传热元件，分离式脉动热管通过将冷热端分离简化中间管段的连接方式，增强了小空间内散热器的灵活布置性能，且无需外部动力，仅利用脉动热管内部自激运动产生的压差将热量高效传导出去，并在外部实现热量的回收和高品质利用。本装置的特征在于装置主要由分离式脉动热管蒸发段1、脉动热管冷凝段2、热动转换装置3、脉动热管绝热连接管路4、脉动热管绝热回流管路5和单向阀6构成。其中，脉动热管蒸发段1紧贴于需要散热的电子元器件上，其余部件放置在元器件9所在的空间以外，通过两根绝热管将小空间内的脉动热管蒸发段和空间以外的冷凝段进行连接，简化了进出口的连接管路，便于小空间的密封、散热量的远距离输运，冷端部件的灵活布置和安装，同时还可将散热量进行回
收和利用，其中热动转换装置3利用脉动热管内部工质的压差实现工质能量的热动转换，驱动带轴涡轮15旋转并输出轴功，带动外接风扇17运转，或将动能转化为电能储存起来。本装置为小空间高热流密度电子元器件的热管理和散热量的高效回收利用提供一种较好的技术方案和应用装置。
74.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明新型精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。