專利名稱：一種套有電控壓電陶瓷塊的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電控的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，屬于換熱、制冷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子科技的不斷 發(fā)展，因電子元件的高頻、高速化以及集成電路的密集化與小型化，導(dǎo)致單位容積電子器件的發(fā)熱功率大幅增加，從而使其冷卻問題變得日趨嚴(yán)峻。脈動(dòng)熱管具有體積小、當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)大、結(jié)構(gòu)簡單、樣式多樣等優(yōu)點(diǎn)，因而作為一種高效散熱元件被廣泛應(yīng)用于電子元器件冷卻領(lǐng)域。脈動(dòng)熱管由一個(gè)毛細(xì)管多次穿過蒸發(fā)端以及冷凝端制成，狀如蛇形。毛細(xì)管內(nèi)充有工作流體，形成氣塞以及液塞。工作時(shí)，管內(nèi)工作流體在蒸發(fā)端蒸發(fā)，在冷凝端冷凝，這將導(dǎo)致毛細(xì)管在冷凝端與加熱端產(chǎn)生壓力差，這一壓力差使得工作流體在脈動(dòng)熱管內(nèi)快速流動(dòng)。在此過程中由于工作流體的相變以及強(qiáng)制對流作用使熱量有效地從加熱端傳遞到冷凝端。由于脈動(dòng)熱管的脈動(dòng)限制，其啟動(dòng)困難的問題，以及其在低功率條件下的工作不穩(wěn)定，限制了脈動(dòng)熱管在低功率輸入狀態(tài)下的應(yīng)用。超聲波是指振動(dòng)頻率較高的物體在介質(zhì)中所產(chǎn)生的彈性波，其頻率范圍為20kHz 10MHz。將大振幅、低頻率的超聲波能量集中，可以使介質(zhì)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，強(qiáng)化流體流動(dòng)和傳熱。并且超聲波可以引起空化效應(yīng)。空化效應(yīng)是指存在于液體中的微小泡核在超聲波作用下，經(jīng)歷超聲的稀疏相和壓縮相，體積生長、收縮、再生長、再收縮，多次周期行振蕩，最終高速破裂的動(dòng)力學(xué)過程。實(shí)驗(yàn)測定，泡核內(nèi)溫度高達(dá)5200K，壓力高達(dá)5. 05 X IO7Pa,泡核周圍極小的空間范圍內(nèi)(泡核液相層厚度為200 300nm)的溫度也可高達(dá)1900K。由于這種局部高溫、高壓條件存在的時(shí)間極短(小于IOum)，故溫度變化率可高達(dá)109K/S，并伴有強(qiáng)烈的沖擊波和時(shí)速高達(dá)400km/h的微射流，這就為在一般條件下難以實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)的物理化學(xué)反應(yīng)提供了一種極端的條件?？栈磻?yīng)主要發(fā)生在20kHz IOOOkHz的中頻范圍內(nèi)。壓電陶瓷是一種具有壓電效應(yīng)的材料，是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，屬于無機(jī)非金屬材料。壓電陶瓷是超聲振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)源，通過外加電場控制，壓電陶瓷可產(chǎn)生不同頻率的振動(dòng)，從而發(fā)出各種不同頻率的聲音，其中就包括超聲波。使用壓電陶瓷制作成超聲波換能器，可以把高頻電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，超聲波換能器作為能量轉(zhuǎn)換器件，它的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率(即超聲波)再傳遞出去，而它自身消耗很少的一部分功率。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，通過一種技術(shù)手段，使脈動(dòng)熱管的脈動(dòng)流動(dòng)和傳熱性能得到控制和強(qiáng)化，降低脈動(dòng)熱管的脈動(dòng)限制，并且解決脈動(dòng)熱管啟動(dòng)困難的問題；降低脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)所需要的輸入功率，提高脈動(dòng)熱管在低功率條件下工作的穩(wěn)定性，解除脈動(dòng)熱管在低功率輸入下的應(yīng)用限制。此外，控制并強(qiáng)化脈動(dòng)熱管在正常工作時(shí)的傳熱性能。為解決上述問題，本實(shí)用新型提出以下技術(shù)方案一種套有電控壓電陶瓷塊的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，包括充有工質(zhì)的脈動(dòng)熱管，該脈動(dòng)熱管自下而上依次分為蒸發(fā)區(qū)I，絕熱區(qū)II，冷凝區(qū)III。它的特點(diǎn)是在該脈動(dòng)熱管I上套有電控壓電陶瓷塊3。電控壓電陶瓷塊3可以套在所述的蒸發(fā)區(qū)I，也可以套在絕熱區(qū)II或者冷凝區(qū)III。在蒸發(fā)區(qū)I、絕熱區(qū)II、冷凝區(qū)III中套裝的數(shù)量可以根據(jù)需要組合。電控壓電陶瓷塊3上施加的電壓大小可調(diào)?？烧{(diào)電壓范圍為5伏 1000伏。電控壓電陶瓷塊3上施加的電壓頻率可調(diào)。施加的電壓頻率范圍為50Hz 2MHz。施加的電壓頻率最佳范圍為IkHz IOOOkHz。采用了以上技術(shù)方案的套有電控壓電陶瓷塊的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，與傳統(tǒng)脈動(dòng)熱管傳熱裝置相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)通過控制加載在壓電陶瓷上的電壓的大小和頻率，使壓電陶瓷產(chǎn)生的超聲波的頻率和強(qiáng)度得到控制，從而使脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)和正常工作時(shí)的傳熱性能得到控制。此外，由于壓電陶瓷產(chǎn)生的超聲波和脈動(dòng)熱管聯(lián)合使用，可以降低脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)功率，解除脈動(dòng)熱管在低功率條件下的應(yīng)用限制。采用空化原理還可以降低脈動(dòng)熱管的傳熱熱阻，強(qiáng)化脈動(dòng)熱管在正常工作時(shí)的傳熱性能。所選用的各種材料普通常見，造價(jià)低廉。制作方便，使用簡單。


圖I為本實(shí)用新型一種套有電控壓電陶瓷塊的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。從圖I中可以看出，本實(shí)用新型與普通脈動(dòng)熱管傳熱裝置一樣設(shè)有脈動(dòng)熱管1，蒸發(fā)區(qū)I，絕熱區(qū)II，冷凝區(qū)III ;內(nèi)部工質(zhì)2。本實(shí)用新型與一般常見的脈動(dòng)熱管不一樣之處在于在蒸發(fā)區(qū)I，絕熱區(qū)II，冷凝區(qū)III處套有電控壓電陶瓷塊3。電控壓電陶瓷塊3也可以在所述的蒸發(fā)區(qū)(I)、絕熱區(qū)(II)、冷凝區(qū)(III)中都有安裝。在各區(qū)域中安裝的數(shù)量可以根據(jù)需要組合。使用電控壓電陶瓷塊3產(chǎn)生超聲波，并將此超聲波引入到脈動(dòng)熱管I傳熱裝置中，利用超聲波的空化效應(yīng)強(qiáng)化脈動(dòng)熱管的性能。其特點(diǎn)是通過外加電場控制加載在壓電陶瓷上的電信號(hào)的電壓大小和頻率，該電壓的范圍為5V 1000V，該頻率的范圍為50Hz 2MHz，能夠控制壓電陶瓷產(chǎn)生不同強(qiáng)度、不同頻率的超聲波，并利用此超聲波的空化效應(yīng)，控制并強(qiáng)化脈動(dòng)熱管內(nèi)部工質(zhì)2流動(dòng)和傳熱性能，以及利用超聲波控制脈動(dòng)熱管I的啟動(dòng)及正常工作的傳熱性能。當(dāng)施加的電壓頻率為IkHz IOOOkHz時(shí)，所產(chǎn)生的超聲波對脈動(dòng)熱管脈動(dòng)流動(dòng)和傳熱的控制和強(qiáng)化作用最為顯著。脈動(dòng)熱管I的材質(zhì)可采用銅、鋁、碳鋼、不銹鋼、合金鋼以及其他金屬，也可以采用陶瓷，玻璃或者塑料等非金屬材料。脈動(dòng)熱管I的形狀可為閉環(huán)管式脈動(dòng)熱管，開環(huán)管式脈動(dòng)熱管等。脈動(dòng)熱管I的通道彎數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要確定，可以為單管或多管。脈動(dòng)熱管I的橫截面可以是標(biāo)準(zhǔn)圓形，也可以是橢圓形，以及正方形、矩形、扁平形、波紋形等。脈動(dòng)熱管I內(nèi)部充灌工質(zhì)2可為水，也可為酒精，丙酮，甲醇，氟代烴等化合物以及各種納米流體，微米流體等。壓電陶瓷塊3的材料可以是鈣鈦礦型壓電陶瓷材料，如鈦酸鉛(PbTi03)，也可以是二元系PbZr03-PbTi03壓電陶瓷(簡稱PZT)和三元系鈣鈦礦型壓電陶瓷等。對于管式脈動(dòng)熱管，壓電陶瓷塊3的形狀滿足其內(nèi)環(huán)尺寸可環(huán)套于與之匹配的脈動(dòng)熱管外壁即可。壓電陶瓷塊3外周邊形狀不限，圓形、方形均可，而厚薄可根據(jù)需要決定。
權(quán)利要求1.ー種套有電控壓電陶瓷塊的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，包括充有エ質(zhì)(2)的脈動(dòng)熱管(1)，該脈動(dòng)熱管(I)自下而上依次分為蒸發(fā)區(qū)(I)，絕熱區(qū)(II)，冷凝區(qū)(III)，其特征在干在該脈動(dòng)熱管(I)上套有電控壓電陶瓷塊(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的套有電控壓電陶瓷塊的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在于電控壓電陶瓷塊(3)套在所述的蒸發(fā)區(qū)(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的套有電控壓電陶瓷塊的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在干電控壓電陶瓷塊(3)套在所述的絕熱區(qū)(II)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的套有電控壓電陶瓷塊的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在于電控壓電陶瓷塊(3)套在所述的冷凝區(qū)(III)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的套有電控壓電陶瓷塊的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在于電控壓電陶瓷塊(3)在所述的蒸發(fā)區(qū)(I)、絕熱區(qū)(II)、冷凝區(qū)(III)中都套有。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至此5中任一項(xiàng)所述的套有電控壓電陶瓷塊的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在干電控壓電陶瓷塊(3)在所述的蒸發(fā)區(qū)(I)，絕熱區(qū)(II)，冷凝區(qū)(III)各區(qū)域中套有的數(shù)量可以根據(jù)需要組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的套有電控壓電陶瓷塊的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，其特征在于電控壓電陶瓷塊(3)的內(nèi)環(huán)與脈動(dòng)熱管(I)外壁之間為滑動(dòng)配合間隙。
專利摘要一種套有電控壓電陶瓷塊的脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)，包括充有工質(zhì)2的脈動(dòng)熱管1。該脈動(dòng)熱管1自下而上依次分為蒸發(fā)區(qū)I，絕熱區(qū)II，冷凝區(qū)III。它的特點(diǎn)是在脈動(dòng)熱管1上套有電控壓電陶瓷塊3。電控壓電陶瓷塊3上施加的電壓大小可調(diào)，頻率可調(diào)。這種脈動(dòng)熱管傳熱系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)如下通過控制加載在壓電陶瓷上電壓的大小和頻率，使壓電陶瓷產(chǎn)生不同頻率和強(qiáng)度的超聲波，從而控制脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)和正常工作時(shí)的傳熱性能。降低脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)功率，解除脈動(dòng)熱管在低功率條件下的應(yīng)用限制。采用空化原理降低脈動(dòng)熱管的傳熱熱阻，強(qiáng)化脈動(dòng)熱管在正常工作時(shí)的傳熱性能。所用的材料普通常見，造價(jià)低廉。制作方便，使用簡單，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)可操作性和應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)F28D15/04GK202582301SQ20122013755
公開日2012年12月5日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者趙楠楠, 馬鴻斌, 趙殿禮 申請人:大連海事大學(xué)