專利名稱：一種溫差驅(qū)動式自適應(yīng)熱傳遞管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自然熱交換裝置。
技術(shù)背景
物體的散熱方式主要有熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對流。
1、當(dāng)散熱片與熱源體直接接觸時，熱源上聚集的熱量直接傳導(dǎo)給散熱片，這就是熱傳導(dǎo)。它基本上是通過物體之間的物理直接接觸而實現(xiàn)的，比如當(dāng)熱源體與比機(jī)體溫度低的物體(如支撐架、盛裝器皿等)直接接觸時，熱量傳給這些物體。
兩種不同介質(zhì)間的熱傳導(dǎo)方程q = αΑ(Τ2-Τ1)............ (I)
α為熱傳導(dǎo)系數(shù)，在散熱材質(zhì)、形狀和空氣成分確定后，它就與散熱器表面的空氣流速相關(guān)；A是散熱件和空氣的接觸面積，所以增大散熱面積，有利于提高散熱效率；Τ2-Τ1 是熱源體與環(huán)境間的溫度差。
2、熱輻射是熱源上的熱能通過發(fā)射紅外線的形式散發(fā)出去。當(dāng)內(nèi)部存在熱源體的設(shè)備，其機(jī)體溫度高于環(huán)境溫度時，熱源體的熱量以輻射方式散失。輻射散熱量與機(jī)體溫度、環(huán)境溫度和有效輻射面積等因素有關(guān)。在一般情況下，輻射散熱量占總散熱量的40%。 當(dāng)然，如果環(huán)境溫度高于機(jī)體溫度，反而會吸收外界輻射熱。
玻耳茲曼定律黑體輻射度與絕對溫度有如下關(guān)系
Eb(T) = δ T4............ (II)
玻耳茲曼常數(shù)δ = 5. 67051Xl(T8w/m2K4
它說明對于黑體，溫度越高，輻出度&(10越大，且隨T增高而迅速增大。
3、熱對流就是指熱量的傳導(dǎo)通過物體的運動實現(xiàn)熱的傳導(dǎo)。如空氣的流動，這是以空氣分子為介質(zhì)的一種散熱方式。與機(jī)體最接近的一層空氣被加熱而上升，周圍較冷的空氣隨之流入。這樣空氣不斷地對流，熱就不斷地向空氣中散發(fā)。機(jī)體確定后對流散熱量的大小，取決于機(jī)體溫度與環(huán)境溫度之差和風(fēng)速。
熱對流換熱基本算式q = h(T2_Tl)
Φ = q A = A h(T2_Tl)............ (Ill)
或=(T2-Tl)/(l/hA)
其中的1/hA稱為對流傳熱熱阻
q為熱流密度
h為物質(zhì)的對流傳熱系數(shù)
Φ為傳熱量
A為傳熱面積
表明一個熱的物體的冷卻速度與該物體和周圍環(huán)境的溫度差成正比。
為了利用好上述三種散熱基理，目前所采用的方法可以分為兩類——被動散熱和主動散熱。所謂被動散熱，也就說在不借助其他輔助散熱方式的情況下，通過散熱片自身與熱源體的接觸，進(jìn)行熱傳導(dǎo)帶走聚集的熱量，即通過散熱片將熱源體的熱量自然散發(fā)到空氣中。因為是自然散發(fā)熱量，其散熱的效果與散熱片大小成正比。
很多情況下，僅僅采用被動散熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足散熱的需要，主動式散熱可以強(qiáng)化散熱效果，就是借助于其他輔助手段散熱。主動式散熱按照散熱常用介質(zhì)來分，還可以分成風(fēng)冷、水冷、半導(dǎo)體制冷、化學(xué)制冷等四種散熱方式。
風(fēng)冷，顧名思義就是通過散熱風(fēng)扇將熱源體發(fā)出的熱量帶走，它的散熱介質(zhì)是易得到的空氣。但是其缺點就是不能將溫度降至環(huán)境溫度以下，由于存在風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動，所以有噪音，風(fēng)扇壽命也有時間限制。
而水冷，就是通過水將熱源體發(fā)出的熱量帶走，它的散熱介質(zhì)是水一類的液體，其效率比風(fēng)冷高，但是它有一個弱點，就是制冷設(shè)備復(fù)雜，而且還有漏水的隱患。
半導(dǎo)體制冷，就是利用一種特制的半導(dǎo)體制冷片在通電時產(chǎn)生溫差來制冷，它的制冷溫度低，冷面溫度可以達(dá)到零下10°c以下，但是成本太高，而且現(xiàn)在半導(dǎo)體制冷片的工藝也不成熟，不夠?qū)嵱谩?br> 最后就是使用一些超低溫化學(xué)物質(zhì)，利用它們在融化的時候吸收大量的熱量來降低溫度，比如使用干冰可以將溫度降低到零下20°C以下，液氮將熱源體溫度降到零下 IOO0C以下(理論上)，當(dāng)然由于價格昂貴和持續(xù)時間太短，這個方法是在實驗室中才會使用。
根據(jù)公式I、II和III，無論采取何種強(qiáng)化散熱方式，都涉及熱源體溫度T2與環(huán)境溫度Tl，以及它們的差T2-T1，散熱體和空氣的接觸面積A，還有散熱體特征參數(shù)(α、δ ,h) 以及相關(guān)的空氣流速S等。
尤其應(yīng)該注意的是熱源體與環(huán)境間溫度的差，不但決定著散熱量的多少，而且決定著熱傳遞的運行方向。最終機(jī)體表面溫度的高低，是熱源體產(chǎn)生的熱量與排放散失的熱量之間，達(dá)成的熱平衡。
表1散熱效率與各物理參數(shù)之間的關(guān)系表
物SSK mm邊嫩束條件^ftft型條熱源體溫度T2增加τ等同于熱源體最高溫度熱源體與散熱體之間磨平并粘結(jié)，貼緊環(huán)境溫度Tl下降Jl周邊空氣溫度或借助低溫介質(zhì)排熱、換熱、制冷等散熱面積A增大 受空間限制，不能無限增大安楚散熱片、凹凸槽、開孔、増大殼體等持征參數(shù)a、5、h坦甘 t 淀問 I受材質(zhì)固定持征限制選用銅、合金鋁、鋁等材質(zhì)空氣流速S加快τ受能耗眼制，不能無眼加快風(fēng)扇、泵、抽氣等
為了探索到更高效的散熱降溫措施，將被動散熱和主動散熱的各自優(yōu)劣，作簡單對比分析。
被動式散熱方式通常在熱源體上安裝一個散熱片即可(或直接利用熱源外部保護(hù)機(jī)殼體)，并不需要輸入動能，用于散熱量并不是很大的場所。由于其效率與環(huán)境溫度、空氣密度、環(huán)境壓力、流速密切相關(guān)，還與有效散熱面積等因素有關(guān)。改善前面幾項影響因素難度較大，最有效的方式是增加散熱面積，但是增加散熱面積最大的問題就是受空間限制， 不能無窮增加。突出的優(yōu)點是不需要耗能，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)簡單、耐用、壽命長、可靠。
主動式散熱方式除了安裝散熱片之外，還安裝了諸如散熱風(fēng)扇、循環(huán)泵等，強(qiáng)迫性地將散熱片發(fā)出的熱量帶走，其特點是散熱效率高，而且設(shè)備體積小。但需要驅(qū)動外部介質(zhì)來強(qiáng)化熱傳遞，發(fā)熱量較高的熱源體需要這種散熱方式。突出的缺點是需要耗能，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動或冷卻流體的循環(huán)，所以有噪音、泄漏等，壽命也有時間限制。
表2被動散熱和主動散熱特點簡單對照表
權(quán)利要求
1.一種溫差驅(qū)動式自適應(yīng)熱傳遞管，其特征在于所述自適應(yīng)熱傳遞管為具有排氣口和吸氣口的管狀結(jié)構(gòu)，所述熱傳遞管的管壁與內(nèi)部熱源體接觸；由于熱傳遞管內(nèi)部空氣受熱后溫度與外界溫度存在差異，造成熱傳遞管內(nèi)熱空氣上升與外界空氣進(jìn)行交換，形成熱對流效應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的溫差驅(qū)動式自適應(yīng)熱傳遞管，其特征在于所述熱傳遞管為上下兩部分，兩個部分空腔大小不同，形成下小上大擴(kuò)腔膨脹結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的溫差驅(qū)動式自適應(yīng)熱傳遞管，其特征在于所述熱傳遞管的外層涂有黑色吸熱層。
4.如權(quán)利要求1所述的溫差驅(qū)動式自適應(yīng)熱傳遞管，其特征在于所述熱傳遞管的外層具有細(xì)微的、凹凸不平的粗糙層，所述熱傳遞管的內(nèi)表面具有內(nèi)螺紋粗糙面。
5.如權(quán)利要求1所述的溫差驅(qū)動式自適應(yīng)熱傳遞管，其特征在于所述熱傳遞管的里層面涂有紅外線輻射層。
6.如權(quán)利要求1所述的溫差驅(qū)動式自適應(yīng)熱傳遞管，其特征在于所述熱傳遞管捕集泄露出來的外部電磁場，使得熱傳遞管內(nèi)的氣體暴露于磁場當(dāng)中，氣體分子極性發(fā)生偏轉(zhuǎn)而改變原有流動方向，強(qiáng)化氣體的紊流程度，造成電磁攪拌的效果，提高熱交換的能力。
7.如權(quán)利要求1所述的溫差驅(qū)動式自適應(yīng)熱傳遞管，其特征在于所述熱傳遞管中具有發(fā)音器，以流動的空氣作為制造聲音所需的驅(qū)動能量，通過發(fā)音器將熱能轉(zhuǎn)換成聲能，導(dǎo)致物體的振動引發(fā)周圍空氣振動，實現(xiàn)熱能的遠(yuǎn)距離、多渠道消耗擴(kuò)散。
8.如權(quán)利要求1至7任一所述的溫差驅(qū)動式自適應(yīng)熱傳遞管，其特征在于所述熱傳遞管與內(nèi)部熱源體豎直貼合并貫通穿越其間，露出殼體的部分與殼體之間具有進(jìn)行密封的黏結(jié)材料。
9.如權(quán)利要求8所述的溫差驅(qū)動式自適應(yīng)熱傳遞管，其特征在于所述熱傳遞管管體的形狀為直通、彎形、偏斜管或帶有饒性的伸縮管。
10.如權(quán)利要求9所述的溫差驅(qū)動式自適應(yīng)熱傳遞管，其特征在于所述熱傳遞管管體內(nèi)的擴(kuò)腔結(jié)構(gòu)為突變、連續(xù)擴(kuò)大或間變擴(kuò)大形式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫差驅(qū)動式自適應(yīng)熱傳遞管；預(yù)先豎直貫通插入若干熱傳導(dǎo)性好的自適應(yīng)熱傳遞管，用于接收熱源體發(fā)出的熱流，促使管內(nèi)氣體受熱膨脹后密度變小，起到自行上升形成熱對流效應(yīng)；且溫度越高，熱對流自循環(huán)越強(qiáng)，效果自適應(yīng)；當(dāng)實施了外表涂黑增加熱吸收、制成膨脹擴(kuò)腔結(jié)構(gòu)降低流經(jīng)氣體溫度、內(nèi)外粗糙化處理增加換熱量、管里層涂抹輻射層來改善卸載速率、將熱能轉(zhuǎn)換成聲能等一系列措施后，將強(qiáng)化熱傳遞效果；具有被動散熱的全部優(yōu)點，又有主動散熱的部分優(yōu)勢；尤其結(jié)構(gòu)簡單，不需耗能，還能實現(xiàn)逆向蓄熱功能；適用于密閉體的熱量傳遞，以及需要隔離熱源、阻斷磁場干擾的場所。
文檔編號F28F1/00GK102506601SQ201110321070
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者胡蕓雪 申請人:胡蕓雪