(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111458396.0 (22)申请日 2021.12.01 (71)申请人 南京工业大 学 地址 210000 江苏省南京市浦口区浦珠南 路30号 (72)发明人 黄博　苏磊　赵茂龙　华陈前　 黄青海　 (74)专利代理 机构 北京卓岚智财知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 11624 代理人 蒋真 (51)Int.Cl. H05K 7/20(2006.01) (54)发明名称 一种用于热量回收的分离式脉动热管传输 装置 (57)摘要 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 。 权利要求书4页 说明书11页 附图7页 CN 114269110 A 2022.04.01 CN 114269110 A 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， 具体为多根权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114269110 A 2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 “