一种单向循环流动的脉动热管传热系统及其传热方法技术领域
本发明涉及强化传热领域，尤其涉及一种单向循环流动的脉动热管传热
系统及其传热方法。
背景技术
随着电子制造技术的微型化、集成化的不断提高，单位容积内发热量急
剧增大，由此引发的“热阻”问题已成为制约电子制造技术发展的重要因素。
一方面，电子元器件的高度集成化不可避免的导致单位容积的发热量急剧增
加，以计算机CPU为例，其运行过程中产生的热流密度已经达到
60～100W/cm2，而在半导体激光器中热流密度甚至达到103W/cm2数量级。另
一方面，电子器件工作的可靠性对温度十分敏感，器件温度在70～80℃水平上
每增加1℃，可靠性就会下降5％，较高的温度水平已日益成为制约电子器件
性能的瓶颈。因此，如何高效的散热对电子技术的发展尤为重要，研究开发
新型强化传热元件具有重要的应用价值。
目前传统脉动热管传热装置，工质很难在脉动热管环路中形成稳定的单
向循环流动，大大降低了蒸发区和冷凝区之间工质的交换效率，导致脉动热
管工作时传热性能不稳定且传热效率不够优异；此外，在低功率下，由于脉
动热管中气态、液态工质分布的随机性，使得蒸发区和冷凝区的工质循环很
难建立，导致脉动热管的启动输入功率较大，在低功率条件下应用受限。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单，
传热效率高的单向循环流动的脉动热管传热系统及其传热方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种单向循环流动的脉动热管传热系统，包括直流电源7、由金属毛细管
3及串接在金属毛细管3上的离子牵引定向管4组成的中空闭环脉动热管回
路、充装在中空闭环脉动热管回路内的工质；所述中空闭环脉动热管回路分
为蒸发区、绝热区和冷凝区；所述离子牵引定向管4包括多个发射极6和集
电极5，发射极6与集电极5之间交错依次排列并以密封绝缘的方式连接；发
射极6连接直流电源7的正极，集电极5连接直流电源7的负极。
所述工质呈气态工质2和液态工质1间隔分布于中空闭环脉动热管回路
内。
所述离子牵引定向管4可分为一段或多段，并串接在蒸发区、绝热区和/
或冷凝区。
所述发射极6和集电极5的电极采用薄璧管，薄璧管的内壁为光滑表面
或粗糙表面。
发射极6与集电极5之间设有绝缘垫圈8，其击穿电压大于10000V。
所述发射极6、集电极5的为金属材料或导电非金属材料。
所述工质为电导率范围为10-12～10-16S/cm的传热介质。
所述工质为甲醇、乙醇、丙酮、制冷剂FC-72、氟利昂或者去离子水。
所述直流电源7的输出电压为100V～10000V。
上述单向循环流动的脉动热管传热系统的传热方法：
步骤一：中空闭环脉动热管回路内为真空环境；由于表面张力的作用，
气态工质2和液态工质1相互间隔分布在中空闭环脉动热管回路内；
步骤二：打开直流电源7，调节至所需电压值；
步骤三：离子牵引定向管4开始工作，发射极6与集电极5之间形成强
电场，气态工质2和液态工质1在强电场作用下，受电流体动力拖动，沿离
子牵引定向管4的轴向方向作定向移动，并推动气态工质2和液态工质1，在
中空闭环脉动热管回路内作单向循环流动；从而完成气态工质2和液态工质1
在蒸发区与冷凝区之间不断流动、交换，完成传热。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明通过发射极和集电极之间外加直流高电压，产生强电场，对离子
牵引定向管4中的工质产生电流体动力，使其定向运动，从而推动整个中空
闭环脉动热管回路中工质的单向循环运动，不仅可大大提高工质在蒸发区和
冷凝区的交换效率，极大提高脉动热管的传热效率和热稳定性，而且还可极
大降低脉动热管的启动输入功率，从而解除脉动热管在低功率应用的受限。
本发明技术手段简便易行，应用领域广，具有积极地技术效果和推广应
用价值。
附图说明
图1为本发明单向循环流动的脉动热管传热系统结构示意图。
图2为图1离子牵引定向管结构示意图。
图3为图1离子牵引定向管内壁示意图，粗糙结构(电场强化)示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至3所示。本发明单向循环流动的脉动热管传热系统，包括直流
电源7、由金属毛细管3及串接在金属毛细管3上的离子牵引定向管4组成的
中空闭环脉动热管回路、充装在中空闭环脉动热管回路内的工质(正离子9、
分子10、负离子11)；所述中空闭环脉动热管回路分为蒸发区、绝热区和冷
凝区；所述离子牵引定向管4包括多个发射极6和集电极5，发射极6与集电
极5之间交错依次排列并以密封绝缘的方式连接；发射极6连接直流电源7
的正极，集电极5连接直流电源7的负极。
所述工质呈气态工质2和液态工质1间隔分布于中空闭环脉动热管回路
内。
所述离子牵引定向管4可分为一段或多段，并串接在蒸发区、绝热区和/
或冷凝区。离子牵引定向管4与金属毛细管3的连接，可采用有机高分子粘
剂(聚醋酸乙烯胶粘剂)粘合。粘合后，离子牵引定向管4与金属毛细管3
之间相互绝缘，且密封性良好。发射极6和集电极5的连接与
所述发射极6和集电极5的电极采用薄璧管，薄璧管的内壁为光滑表面
或粗糙表面。
所述发射极6与集电极5之间设有绝缘垫圈8(硅胶垫圈)，其击穿电压
大于10000V。其粘结与离子牵引定向管4和金属毛细管3的粘合方式相同。
所述发射极6、集电极5的为金属材料或导电非金属材料。
所述工质为电导率范围为10-12～10-16S/cm的传热介质，如甲醇、乙醇、丙
酮、制冷剂FC-72、氟利昂或者去离子水。
所述直流电源7的输出电压为100V～10000V。
上述单向循环流动的脉动热管传热系统的传热方法，可通过如下步骤实
现：
步骤一：中空闭环脉动热管回路内为真空环境；由于表面张力的作用，
气态工质2和液态工质1相互间隔分布在中空闭环脉动热管回路内；
步骤二：打开直流电源7，调节至所需电压值；
步骤三：离子牵引定向管4开始工作，发射极6与集电极5之间形成强
电场，气态工质2和液态工质1在强电场作用下，受电流体动力拖动，沿离
子牵引定向管4的轴向方向作定向移动，并推动气态工质2和液态工质1，在
中空闭环脉动热管回路内作单向循环流动；从而完成气态工质2和液态工质1
在蒸发区与冷凝区之间不断流动、交换，完成传热。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的
精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置
换方式，都包含在本发明的保护范围之内。