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

技术特征：
1.一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)；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；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；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。2.根据权利要求1所述的用于热量回收的分离式脉动热管传输装置，其特征在于：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。3.根据权利要求1所述的用于热量回收的分离式脉动热管传输装置，其特征在于：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，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。4.根据权利要求1所述的用于热量回收的分离式脉动热管传输装置，其特征在于：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，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，热管通过充液阀抽真空，充入部分工质，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)。5.根据权利要求1所述的用于热量回收的分离式脉动热管传输装置，其特征在于：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。6.根据权利要求1所述的用于热量回收的分离式脉动热管传输装置，其特征在于：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)。7.根据权利要求1所述的用于热量回收的分离式脉动热管传输装置，其特征在于：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。8.根据权利要求1所述的用于热量回收的分离式脉动热管传输装置，其特征在于：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)；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
°
；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)；涡轮叶片(33)为矩形叶片，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，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；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；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。9.根据权利要求8所述的用于热量回收的分离式脉动热管传输装置，其特征在于：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。10.根据权利要求1所述的用于热量回收的分离式脉动热管传输装置，其特征在于：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。

技术总结
本发明提供了一种用于热量回收的分离式脉动热管传输装置，由分离式脉动热管蒸发段、脉动热管冷凝段、热动转换装置、脉动热管绝热连接管路、脉动热管绝热回流管路和单向阀构成；脉动热管蒸发段紧贴于需要散热的电子元器件上，其余部件放置在元器件所在的空间以外，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。本发明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，本发明现了工质能量的热动转换，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。供一种较好的技术方案和应用装置。供一种较好的技术方案和应用装置。


技术研发人员：黄博 苏磊 赵茂龙 华陈前 黄青海
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：2021.12.01
技术公布日：2022/4/1