本發(fā)明涉及一種高效傳熱技術(shù)，具體涉及一種基于熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)的在普通熱管基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的具有封閉循環(huán)回路的被動(dòng)式傳熱技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展，新能源技術(shù)、節(jié)能減排、先進(jìn)制造技術(shù)及新興科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展使傳熱傳質(zhì)學(xué)不斷面臨著全新的挑戰(zhàn)與難關(guān)，解決高熱流密度散熱與高效熱傳輸問(wèn)題已經(jīng)突顯出其重要性。許多設(shè)備單位面積上的熱負(fù)荷越來(lái)越高，如：大型計(jì)算機(jī)、功率電子器件、電力設(shè)備、光電子元件的散熱，反應(yīng)堆傳熱，航天器、航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的熱防護(hù)，大功率微型動(dòng)力機(jī)械、兆瓦級(jí)磁控管、微小型燃?xì)廨啓C(jī)的傳熱等等，而在這些承受高熱負(fù)荷的場(chǎng)合，又常常要求器件安裝緊湊，冷卻溫度要求嚴(yán)格，這對(duì)散熱技術(shù)和設(shè)備提出很高的要求，散熱問(wèn)題也成為制約此類行業(yè)發(fā)展的瓶頸。

現(xiàn)有技術(shù)中，有一些較先進(jìn)的主動(dòng)式傳熱技術(shù)，包括噴霧冷卻、沖擊射流冷卻、微通道流動(dòng)相變冷卻技術(shù)等。由于主動(dòng)式冷卻技術(shù)皆需要配置外加驅(qū)動(dòng)裝置，在系統(tǒng)復(fù)雜度、可靠性、運(yùn)行成本和便利性方面存在不利因素。微通道液體強(qiáng)制對(duì)流冷卻方式的冷卻能力很強(qiáng)，熱阻很小，且不受重力和方向的影響，但由于流動(dòng)通道的尺寸微小，系統(tǒng)存在壓降大、溫度梯度大、易結(jié)垢、堵塞等問(wèn)題，另外該技術(shù)對(duì)各種微泵的性能要求極高。

熱管是一種常用的被動(dòng)式(自驅(qū)動(dòng)式)高效傳熱技術(shù)，傳統(tǒng)熱管因相變和回流的內(nèi)在機(jī)制要求，受到方位和長(zhǎng)度的限制，受重力和加速度的影響大，在應(yīng)用中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自由度較低，難以做成較為復(fù)雜的系統(tǒng)。而脈動(dòng)式熱管的工作范圍較窄，存在起動(dòng)困難、難以適應(yīng)熱負(fù)荷變動(dòng)等問(wèn)題，應(yīng)用范圍有限。

已知現(xiàn)有熱管，嘗試使工質(zhì)達(dá)到超臨界狀態(tài)，通過(guò)壓力波形式進(jìn)行傳熱，雖然傳熱性能好，但是對(duì)殼體的耐壓要求高，且無(wú)法利用潛熱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有熱管存在的各種弊端，提供一種基于熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)的傳熱方法及傳熱系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)比普通熱管更強(qiáng)更快的熱傳遞，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自由，受重力過(guò)載的影響小。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用的技術(shù)方案是：

一種基于熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)的傳熱方法，其包括以下步驟:

步驟1，提供一種傳熱系統(tǒng)，所述傳熱系統(tǒng)具有加熱端和冷卻端，加熱端和冷卻端之間由至少兩條連接通道連通，所述加熱端、冷卻端和連接通道均為剛性部件，且共同形成一個(gè)封閉循環(huán)回路；

步驟2，確定一工作溫度區(qū)間T，根據(jù)所述工作溫度區(qū)間T來(lái)選擇導(dǎo)熱工質(zhì)，使所述導(dǎo)熱工質(zhì)在所述工作溫度區(qū)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的工質(zhì)壓力P的變化滿足：溫差形成的壓力差足以驅(qū)動(dòng)流體克服回路的流動(dòng)阻力而流動(dòng)，作為優(yōu)選，使且使所述導(dǎo)熱工質(zhì)在所述溫度區(qū)間T內(nèi)處于氣液兩相共存狀態(tài)；

步驟3，向所述封閉循環(huán)回路內(nèi)充裝所述導(dǎo)熱工質(zhì)，充裝所述導(dǎo)熱工質(zhì)的質(zhì)量由公式m＝ρ₁V₁+ρ_g(V-V₁)確定，

其中，m為導(dǎo)熱工質(zhì)充裝質(zhì)量，單位為kg；

T₁為工作溫度，在進(jìn)行所述充裝質(zhì)量計(jì)算時(shí)，取工作溫度區(qū)間T的最高溫度和最低溫度的平均值作為T(mén)₁的溫度，單位為℃，

V為封閉循環(huán)回路總?cè)莘e，單位為m³，

V₁為所述工作溫度T₁下，所述封閉循環(huán)回路內(nèi)導(dǎo)熱工質(zhì)的液態(tài)體積，以使工作時(shí)液相能夠沿回路流動(dòng)，或氣相部分占比以不阻斷液相沿回路流動(dòng)為準(zhǔn)，具體V₁選取為V₁＝(60％～99％)V，單位為m³，使內(nèi)部液態(tài)工質(zhì)維持60％～99％的狀態(tài)，作為優(yōu)選，使V₁＝(75％～90％)V，

ρ₁為在所述工作溫度T₁時(shí)飽和液態(tài)工質(zhì)的密度，單位為kg/m³，

ρ_g為在所述工作溫度T₁時(shí)飽和氣態(tài)工質(zhì)的密度，單位kg/m³；

步驟4，將所述加熱端與熱源緊密接觸，將所述冷卻端與冷源接觸或?qū)Νh(huán)境散熱，所述加熱端的液態(tài)導(dǎo)熱工質(zhì)受熱產(chǎn)生熱膨脹，形成壓力波，壓力波對(duì)液態(tài)工質(zhì)產(chǎn)生擠壓作用，驅(qū)動(dòng)液態(tài)工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)，流至冷卻端散熱后再流動(dòng)至加熱端,如此循環(huán),使熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)持續(xù)維持。

本發(fā)明的技術(shù)方案基于熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高效的熱傳遞，由于熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)的發(fā)生需要滿足特定的條件，如果系統(tǒng)是開(kāi)放的、或是封閉循環(huán)回路的剛性不足，壓力波將無(wú)法在流體回路內(nèi)反復(fù)傳播，熱壓效應(yīng)不能引起熱化效果，因此也不能形成傳熱能力。而本發(fā)明采用封閉循環(huán)回路結(jié)構(gòu)，且形成封閉循環(huán)回路的部件為剛性部件，足夠承受導(dǎo)熱工質(zhì)的工作壓力，以便液體導(dǎo)熱工質(zhì)產(chǎn)生的壓力波能反復(fù)傳播形成熱化效應(yīng)。

而本發(fā)明采用封閉循環(huán)回路結(jié)構(gòu)，且形成封閉循環(huán)回路的部件為剛性部件，其對(duì)壓力波傳遞影響小，不會(huì)出現(xiàn)壓力波傳遞受阻的情況。

如果對(duì)加熱端持續(xù)加熱，液體可能遠(yuǎn)離飽和狀態(tài)進(jìn)入過(guò)熱狀態(tài)，就會(huì)脫離高效熱壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)，只有在工作溫度區(qū)間，液態(tài)導(dǎo)熱工質(zhì)占整個(gè)封閉循環(huán)回路總體積的60％～99％的范圍內(nèi)，熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)才會(huì)得以持續(xù)。本發(fā)明根據(jù)實(shí)際的工作溫度區(qū)間選用合適的導(dǎo)熱工質(zhì)，使所述導(dǎo)熱工質(zhì)在所述工作溫度區(qū)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的工質(zhì)壓力P的變化滿足：即要求所采用的導(dǎo)熱工質(zhì)在較小的溫度變化下能產(chǎn)生較大的壓力差,溫差形成的壓力差足以驅(qū)動(dòng)流體克服回路的流動(dòng)阻力而流動(dòng)。在系統(tǒng)形成封閉循環(huán)回路時(shí)，加熱端的熱壓波對(duì)流體有擠壓作用，在回路內(nèi)形成壓力梯度，可以驅(qū)動(dòng)液體做循環(huán)流動(dòng)，加熱部位的液體被帶走，從而避免因長(zhǎng)期駐留形成過(guò)熱汽化，同時(shí)，補(bǔ)充過(guò)來(lái)的液體接近飽和，可以很快進(jìn)入高效的熱壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)。如此循環(huán)往復(fù)，持續(xù)的熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)得以維持。越大，壓力梯度越大，自循環(huán)效果越好，熱壓轉(zhuǎn)換超強(qiáng)傳熱現(xiàn)象也越明顯。

同樣，由于氣相能對(duì)壓力波產(chǎn)生很強(qiáng)的衰減作用，如果回路內(nèi)液體占比不大，氣相空間較多，也不會(huì)形成熱化效果，本發(fā)明為了使導(dǎo)熱工質(zhì)在工作溫度區(qū)間時(shí)，內(nèi)部液態(tài)導(dǎo)熱工質(zhì)維持60％～99％的狀態(tài)，從而使液態(tài)導(dǎo)熱工質(zhì)基本處于滿液狀態(tài)，在根據(jù)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，選取V₁＝(60％～99％)V，保證熱壓轉(zhuǎn)換傳熱系統(tǒng)正常工作。在液態(tài)工質(zhì)占比所選的范圍內(nèi)，液態(tài)工質(zhì)體積占比越高，熱壓轉(zhuǎn)換超強(qiáng)傳熱現(xiàn)象越明顯。

在工作溫度下，各種常見(jiàn)的無(wú)機(jī)液體、有機(jī)液體、制冷劑和液態(tài)金屬均可以作為導(dǎo)熱工質(zhì)，可以是單一導(dǎo)熱工質(zhì)，也可以是互溶的混合導(dǎo)熱工質(zhì)，根據(jù)工作溫度、工作場(chǎng)合進(jìn)行選用；在選用混合導(dǎo)熱工質(zhì)時(shí)，充裝質(zhì)量的計(jì)算公式中，ρ₁和ρ_g為混合導(dǎo)熱工質(zhì)在所述工作溫度T₁時(shí)，飽和液態(tài)混合工質(zhì)的密度和飽和氣態(tài)混合工質(zhì)的密度；

優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱工質(zhì)選自水、丙酮、甲醇、乙醇、制冷劑(R134a，R410A等)、氨、導(dǎo)熱姆、NaK合金、鉀、鈉、鋰中的其中一種。

優(yōu)選的，當(dāng)所述工作溫度區(qū)間在-40℃到100℃范圍內(nèi)時(shí)，選取的導(dǎo)熱工質(zhì)為R134a。

優(yōu)選的，當(dāng)所述工作溫度區(qū)間在80℃到360℃范圍內(nèi)時(shí)，選取的導(dǎo)熱工質(zhì)為水。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，還提供一種基于熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)的傳熱系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)所述的傳熱方法，傳熱系統(tǒng)包括與熱源接觸的加熱端、與冷源接觸或?qū)Νh(huán)境散熱的冷卻端；所述加熱端和所述冷卻端之間由至少兩條連接通道連通，所述加熱端、冷卻端和連接通道均為剛性部件，且共同形成一個(gè)封閉循環(huán)回路。

優(yōu)選的，所述剛性部件的材料為金屬材料，選自銅、銅合金、鋁、鋁合金、鈦合金、鎳基高溫合金、鋼中的任意一種。

優(yōu)選的，所述加熱端或冷卻端分別做成蛇形管形式、管排形式、板狀通道形式中的任意一種。

優(yōu)選的，所述連接通道選自橢圓式通道、彎曲式通道、吹脹式通道中的任一種。

優(yōu)選的，所述封閉循環(huán)回路可以是單通道回路，也可以是多通道并聯(lián)的回路。

本發(fā)明采用的封閉循環(huán)回路結(jié)構(gòu)對(duì)壓力波傳遞影響小，不會(huì)出現(xiàn)壓力波傳遞受阻的情況。

優(yōu)選的，由于液體的熱膨脹特性，為了適應(yīng)不同溫度條件下的傳熱需求，需要調(diào)整充液率，以使在相應(yīng)溫度下工作時(shí)，液體為高充液率甚至接近充滿狀態(tài)，由于“過(guò)滿”的液體會(huì)導(dǎo)致一旦工作“超溫”，則可能發(fā)生通道破裂的情形，因此可以在所述連接通道上設(shè)置一個(gè)儲(chǔ)液裝置，通過(guò)開(kāi)閉閥門(mén)調(diào)節(jié)所述封閉循環(huán)回路內(nèi)的充液量。

優(yōu)選的，在某些條件下，重力驅(qū)動(dòng)回路內(nèi)對(duì)流的能力減弱，為了形成穩(wěn)定的對(duì)流循環(huán)，可以在連接通道上裝設(shè)輔助泵送裝置，這種傳熱系統(tǒng)可以用于水平放置、熱源位置高于冷源位置或微重力、加速度過(guò)載頻繁變化等情況。

本發(fā)明所帶來(lái)的有益效果是，本發(fā)明的傳熱方法及系統(tǒng)是在熱管基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型的被動(dòng)式傳熱系統(tǒng)，利用液體工質(zhì)在特定熱力學(xué)狀態(tài)下的急劇膨脹效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)換為壓力波進(jìn)行傳遞，稱之為熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)。由于壓力波傳播速度大，熱化效應(yīng)迅速，使得熱壓轉(zhuǎn)換傳熱系統(tǒng)比普通的熱管傳熱更快，響應(yīng)更迅速。

在這種傳熱系統(tǒng)中，熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)還與其他傳熱效應(yīng)結(jié)合，熱壓轉(zhuǎn)換傳熱系統(tǒng)內(nèi)通常有三重傳熱效應(yīng)疊加，即熱壓轉(zhuǎn)換、局部相變、對(duì)流傳熱，因此無(wú)論傳遞熱負(fù)荷的能力，還是當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)等都優(yōu)于普通熱管,普通熱管的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)一般不超過(guò)20kW/m·K，而本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到50～150kW/m·K。

由于加熱端的膨脹作用可以在封閉循環(huán)回路內(nèi)形成壓力梯度，驅(qū)動(dòng)流體產(chǎn)生對(duì)流，熱壓轉(zhuǎn)換傳熱系統(tǒng)比單純依靠重力作用的熱管適應(yīng)重力變化的能力更強(qiáng)一些，因此，即使以較大角度傾斜或水平放置，仍能較好地工作。

同時(shí)，由于壓力波具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)對(duì)流的作用，使得熱壓轉(zhuǎn)換傳熱回路具有更大的自由度，可以是復(fù)雜的多回路、并列回路或長(zhǎng)回路。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)測(cè)得的流體內(nèi)壓力波的圖；

圖2是本發(fā)明通過(guò)可壓縮流體計(jì)算機(jī)仿真得到的過(guò)熱區(qū)液體的熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)的圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)測(cè)得的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的圖；

圖4是R134a的飽和曲線圖；

圖5是本發(fā)明的熱壓轉(zhuǎn)換傳熱系統(tǒng)圖；

圖6是本發(fā)明的加熱端和冷卻端的結(jié)構(gòu)圖；

圖7是本發(fā)明的連接通道的形狀圖；

圖8是本發(fā)明的具有儲(chǔ)液裝置的熱壓轉(zhuǎn)換傳熱系統(tǒng)；

圖9是本發(fā)明的具有輔助泵送裝置的熱壓轉(zhuǎn)換傳熱系統(tǒng)。

圖中各附圖標(biāo)記為：連接通道11，加熱端12，冷卻端13，閥門(mén)14，儲(chǔ)液裝置15，輔助泵送裝置16，蛇形管形式加熱端/冷卻端21，管排形式加熱端/冷卻端22，板狀通道形式加熱端/冷卻端23，橢圓形構(gòu)件本體310，橢圓式通道31，長(zhǎng)方體形構(gòu)件本體320，彎曲式通道32，鈑金構(gòu)件本體330，吹脹式通道33。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種傳熱系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法采用熱壓轉(zhuǎn)換原理傳熱，利用原理：

可壓縮流體能量傳輸方程：

根據(jù)熱力學(xué)關(guān)系式轉(zhuǎn)化為以下形式

其中α_v為熱膨脹系數(shù)，λ為導(dǎo)熱系數(shù)。當(dāng)α_v較大時(shí)，在介質(zhì)內(nèi)由于溫度變化會(huì)產(chǎn)生較大的壓力變化，可利用此壓力變化進(jìn)行能量傳遞，即熱能的傳遞。導(dǎo)熱工質(zhì)的液體占整個(gè)封閉循環(huán)回路的60～99％的情況下，即所述滿液狀態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)熱能與壓力波的高效轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)高密度熱能的傳遞。

加熱部位邊界層內(nèi)的液體因受熱產(chǎn)生膨脹，對(duì)周圍液體產(chǎn)生擠壓效應(yīng)，形成壓力波，壓力波再以音速在回路內(nèi)的流體中迅速傳播，沿途被流體吸收轉(zhuǎn)化為熱能，液體溫度被整體提升，形成所謂活塞效應(yīng)(piston effect)，又叫流體熱化效應(yīng)(Thermolization),在冷端形成溫差，使液體熱量被冷端帶走。

以R134a為導(dǎo)熱工質(zhì)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的壓力波波形如圖1所示，通過(guò)可壓縮流體數(shù)值計(jì)算可以捕捉到該壓力波的形成和傳播過(guò)程如圖2所示，其波形呈臺(tái)階狀。

基于以上熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)原理，本發(fā)明提供一種傳熱方法，其包括以下步驟:

步驟1，提供一種如圖5所示的傳熱系統(tǒng)，所述傳熱系統(tǒng)具有加熱端12和冷卻端13，加熱端和冷卻端之間由至少兩條連接通道11連通，所述加熱端、冷卻端和連接通道共同形成一個(gè)封閉循環(huán)回路，形成所述封閉循環(huán)回路的部件為剛性部件；

步驟2，確定一工作溫度區(qū)間T，如果工作的溫度區(qū)間T在-40℃≤T≤100℃范圍內(nèi)，可選取R134a為導(dǎo)熱工質(zhì)，如圖4所示，此時(shí)R134a在所述工作溫度區(qū)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的工質(zhì)壓力P的變化可滿足：并且R134a在所述溫度區(qū)間T內(nèi)還處于氣液兩相共存狀態(tài)，溫差形成的壓力差足以驅(qū)動(dòng)流體克服回路的流動(dòng)阻力而流動(dòng)；如果工作的溫度區(qū)間T在80℃≤T≤360℃范圍內(nèi)，則可選取導(dǎo)熱工質(zhì)為水，且水在所述溫度區(qū)間T內(nèi)還處于氣液兩相共存狀態(tài)，溫差形成的壓力差足以驅(qū)動(dòng)流體克服回路的流動(dòng)阻力而流動(dòng)；

步驟3，向所述封閉循環(huán)回路內(nèi)充裝所述導(dǎo)熱工質(zhì)，充裝所述導(dǎo)熱工質(zhì)的質(zhì)量由公式m＝ρ₁V₁+ρ_g(V-V₁)確定，

其中，m為導(dǎo)熱工質(zhì)充裝質(zhì)量，單位為kg，

T₁為工作溫度，在進(jìn)行所述充裝質(zhì)量計(jì)算時(shí)，取工作溫度區(qū)間T的最高溫度和最低溫度的平均值作為T(mén)₁的溫度，單位為℃，

V為封閉循環(huán)回路總?cè)莘e，單位為m³，

V₁為所述工作溫度T₁下，所述封閉循環(huán)回路內(nèi)導(dǎo)熱工質(zhì)的液態(tài)體積，以使工作時(shí)液相能夠沿回路流動(dòng)，或氣相部分占比以不阻斷液相沿回路流動(dòng)為準(zhǔn)，具體V₁選取為V₁＝(60％～99％)V，單位為m³，使內(nèi)部液態(tài)工質(zhì)維持60％～99％的狀態(tài)，

ρ₁為在所述工作溫度T₁時(shí)飽和液態(tài)工質(zhì)的密度，單位為kg/m³，

ρ_g為在所述工作溫度T₁時(shí)飽和氣態(tài)工質(zhì)的密度，單位kg/m³；

步驟4，將所述加熱端與熱源緊密接觸，將所述冷卻端與冷源接觸或?qū)Νh(huán)境散熱，此時(shí)，所述加熱端的液態(tài)導(dǎo)熱工質(zhì)受熱產(chǎn)生熱膨脹，形成壓力波，壓力波對(duì)液態(tài)工質(zhì)產(chǎn)生擠壓作用，驅(qū)動(dòng)液態(tài)工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)，流至冷卻端散熱后再流動(dòng)至加熱端,如此循環(huán)，使熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)持續(xù)維持。

本發(fā)明的技術(shù)方案基于熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高效的熱傳遞，由于熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)的發(fā)生需要滿足特定的條件，如果系統(tǒng)是開(kāi)放的、或是封閉循環(huán)回路的剛性不足，壓力波將無(wú)法在流體回路內(nèi)反復(fù)傳播，熱壓效應(yīng)不能引起熱化效果，因此也不能形成傳熱能力。而本發(fā)明采用封閉循環(huán)回路結(jié)構(gòu)，且形成封閉循環(huán)回路的部件為剛性部件，足夠承受導(dǎo)熱工質(zhì)的工作壓力，以便液體導(dǎo)熱工質(zhì)產(chǎn)生的壓力波能反復(fù)傳播形成熱化效應(yīng)。剛性部件一般為金屬材料，選自銅、銅合金、鋁、鋁合金、鈦合金、鎳基高溫合金、鋼等材質(zhì)。

如果對(duì)加熱端持續(xù)加熱，液體可能遠(yuǎn)離飽和狀態(tài)進(jìn)入過(guò)熱狀態(tài)，就會(huì)脫離高效熱壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)，只有在工作溫度下、液態(tài)導(dǎo)熱工質(zhì)占整個(gè)封閉循環(huán)回路總體積的60％～99％的范圍內(nèi)，熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)才會(huì)得以持續(xù)。本發(fā)明選用合適的導(dǎo)熱工質(zhì)，使所述導(dǎo)熱工質(zhì)在所述工作溫度區(qū)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的工質(zhì)壓力P的變化滿足：即要求所采用的導(dǎo)熱工質(zhì)在較小的溫度變化下能產(chǎn)生較大的壓力差,溫差形成的壓力差足以驅(qū)動(dòng)流體克服回路的流動(dòng)阻力而流動(dòng)。在系統(tǒng)形成封閉循環(huán)回路時(shí)，加熱端的熱壓波對(duì)流體有擠壓作用，在回路內(nèi)形成壓力梯度，從而可以驅(qū)動(dòng)液體做循環(huán)流動(dòng)，加熱部位的液體被帶走，從而避免因長(zhǎng)期駐留形成過(guò)熱汽化，同時(shí)，從冷端散熱后補(bǔ)充過(guò)來(lái)的液體接近飽和，可以很快進(jìn)入高效的熱壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)。如此循環(huán)往復(fù)，持續(xù)的熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)得以維持。越大，壓力梯度越大，自循環(huán)效果越好，熱壓轉(zhuǎn)換超強(qiáng)傳熱現(xiàn)象也越明顯。

同樣，由于氣相能對(duì)壓力波產(chǎn)生很強(qiáng)的衰減作用，如果回路內(nèi)液體占比不大，氣相空間較多，也不會(huì)形成熱化效果，本發(fā)明為了使導(dǎo)熱工質(zhì)在工作溫度區(qū)間內(nèi)，內(nèi)部液態(tài)導(dǎo)熱工質(zhì)維持60％～99％的狀態(tài)，從而使液態(tài)導(dǎo)熱工質(zhì)基本處于滿液狀態(tài)，在根據(jù)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，選取V₁＝(60％～99％)V，保證液壓轉(zhuǎn)換傳熱系統(tǒng)正常工作。在液態(tài)工質(zhì)占比所選的范圍內(nèi)，液態(tài)工質(zhì)體積占比越高，熱壓轉(zhuǎn)換超強(qiáng)傳熱現(xiàn)象越明顯。

除了熱膨脹，高壓下的加熱部位也會(huì)出現(xiàn)局部沸騰現(xiàn)象而產(chǎn)生微小沸騰氣泡，微小沸騰氣泡通過(guò)相變潛熱帶走熱量的同時(shí)，長(zhǎng)大過(guò)程中也產(chǎn)生壓力波，形成熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)。因此，熱壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)正常工作時(shí)的傳熱效果一般由熱壓轉(zhuǎn)換、局部相變和環(huán)路對(duì)流三種效應(yīng)疊加而成。

普通環(huán)路熱管的充液率小于50％，與之相比，熱壓轉(zhuǎn)換傳熱系統(tǒng)基本處于滿液狀態(tài)，其相變效應(yīng)不明顯，取而代之的是較強(qiáng)的熱壓轉(zhuǎn)換效應(yīng)和局部膨脹壓力驅(qū)動(dòng)的對(duì)流效應(yīng)。

因此無(wú)論傳遞熱負(fù)荷的能力，還是當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)等都優(yōu)于普通熱管。

圖3是一種熱壓轉(zhuǎn)換傳熱器件以R134a為導(dǎo)熱工質(zhì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，從圖中可以看出，隨著充液量的提高，只需要很小的熱量供應(yīng)，傳熱系統(tǒng)的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)就能達(dá)到很高，如在充液量達(dá)到91％時(shí)，即使熱量輸入在100W以下，該傳熱系統(tǒng)的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到150kW/m·K左右。該傳熱系統(tǒng)的傳熱性能明顯高于普通熱管。普通熱管的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)一般不超過(guò)20kW/m·K，而本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到50～150kW/m·K。

在工作溫度下，各種常見(jiàn)的無(wú)機(jī)液體、有機(jī)液體、制冷劑和液態(tài)金屬均可以作為導(dǎo)熱工質(zhì)，可以是單一導(dǎo)熱工質(zhì)，也可以是互溶的混合導(dǎo)熱工質(zhì)，根據(jù)工作溫度、工作場(chǎng)合進(jìn)行選用；在選用混合物導(dǎo)熱工質(zhì)時(shí)，充裝質(zhì)量的計(jì)算公式中，ρ₁和ρ_g為混合物導(dǎo)熱工質(zhì)在所述工作溫度T₁時(shí)，飽和液態(tài)混合工質(zhì)的密度和飽和氣態(tài)混合工質(zhì)的密度；

優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱工質(zhì)選自水、丙酮、甲醇、制冷劑(R134a，R410A等)、NaK合金、氨、導(dǎo)熱姆、鉀、鈉、鋰中的其中一種。

熱壓轉(zhuǎn)換傳熱系統(tǒng)的加熱端和冷卻端，可以在封閉循環(huán)回路的任一位置，可以有多個(gè)加熱端和多個(gè)冷卻端。一般無(wú)需做成特殊的形狀，但為了增加換熱面積或與熱源形狀配合，如圖6所示，可以做成蛇形管形式加熱端/冷卻端21、管排形式加熱端/冷卻端22等盤(pán)管形式，還可以做成板狀通道形式加熱端/冷卻端23，或其他內(nèi)部帶有回路的剛性結(jié)構(gòu)，只要能與整體回路聯(lián)通，壁面允許熱量的傳入傳出即可。外表面可以有翅片、肋片、套管或其他強(qiáng)化換熱的結(jié)構(gòu)。

如圖7所示，本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的連接通道無(wú)需限定形狀，只要形成封閉循環(huán)回路即可工作。因此可以是橢圓式通道31、彎曲式通道32、吹脹式通道33或其它變種，分別可以用橢圓形構(gòu)件本體310、長(zhǎng)方體形構(gòu)件本體320、鈑金構(gòu)件本體330制作成型。

本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)可以是單通道回路，也可以是多通道并聯(lián)的回路，或其變種，如樹(shù)枝狀分叉回路?；芈返拈L(zhǎng)短或變形不受限制。本發(fā)明采用的封閉循環(huán)回路結(jié)構(gòu)對(duì)壓力波傳遞影響小，不會(huì)出現(xiàn)壓力波傳遞受阻的情況。

參見(jiàn)附圖8，由于液體的熱膨脹特性，為了適應(yīng)不同溫度條件下的傳熱需求，需要調(diào)整充液率，以使在相應(yīng)溫度下工作時(shí)，液體為高充液率甚至接近充滿狀態(tài)，由于“過(guò)滿”的液體會(huì)導(dǎo)致一旦工作“超溫”，則通道破裂的情形發(fā)生。為此，可以在回路上設(shè)置一個(gè)儲(chǔ)液裝置15，通過(guò)開(kāi)閉閥門(mén)14調(diào)節(jié)回路內(nèi)的充液量，具有儲(chǔ)液裝置的熱壓轉(zhuǎn)換傳熱系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在較大的溫度范圍內(nèi)正常工作。

再參見(jiàn)附圖9，在某些條件下，重力驅(qū)動(dòng)回路對(duì)流的能力減弱，為了形成穩(wěn)定的對(duì)流循環(huán)，可以裝設(shè)輔助泵送裝置16，這種傳熱系統(tǒng)可以用于水平放置、熱源位置高于冷源位置或微重力、加速度過(guò)載頻繁變化等情況。