[发明专利]一种蒸发段内嵌多孔泡沫式的石墨烯纳米流体重力热管

说明书

本发明涉及一种蒸发段内嵌多孔泡沫式的石墨烯纳米流体重力热管。其以纳米流体为工作介质；蒸发段壳体内嵌高导热多孔泡沫；石墨烯纳米流体为石墨烯纳米粉体分散到水中，并用表面活性剂维持其悬浊液状态，是一种高效导热的工作介质；高导热多孔泡沫和石墨烯纳米流体的存在，汽化相变过程同时发生在蒸发段壳体内壁表面和蒸发段的内部；残留的纳米石墨烯颗粒，可附着在蒸发段壳体内壁和高导热多孔泡沫表面，进而提高相变气核的数量。纳米石墨烯颗粒具有更大的表面能，在形成异相成核汽化核心方面具有更大的优势，可促进相变气核的快速产生。本发明可促进工作介质的相变过程，降低重力热管的传热热阻，提高换热效率。

技术领域

本发明涉及一种重力热管，特别是关于一种蒸发段内嵌多孔泡沫式的石墨烯纳米流体重力热管，属于热传输设备领域。

背景技术

重力热管借助内部工作介质的相变过程来吸收和释放汽化潜热，利用重力实现工作介质的循环回流与持续工作，达到热量输运的目的，是一种能实现快速均温功能的设备，其传热热阻低，热输运性能远高于银、铜等金属，在航天航空、太阳能供暖和空调系统等具有广泛的应用。

石墨烯具有非常优异的导热性能，将石墨烯粉体分散到相应的液体中可制备成石墨烯纳米流体，其导热性质远高于本征流体，为一种新型高导热传热介质。

专利号CN109631641A公开了一种重力热管。该重力热管通过合理布置电加热热管的加热部件的间距分布，提高了电加热换热效率。该重力热管设置了多个电热元件，能耗有所增加。且沿着加热管长度方向的电热元件加热功率不同，制造复杂。专利CN106610240B公布了一种增效弯曲闭式重力热管。该重力热管为了适应工作对象不同的热交换条件和工作空间位置的限制，根据热管蒸发段、绝热段、冷凝段的工作状况来设置各工作段的倾斜角来优化热管性能。但弯管很难达到与其参数相同的直管的工作性能，且弯曲次数越多性能下降越快。专利号CN102445097B公布了一种高效重力热管及其制备方法。该重力热管在热管蒸发段内表面烧结一层金属铜粉末多孔层和在其冷凝段进行化学镀层，所制造的热管可同时强化沸腾传热与冷凝传热。虽然金属粉末烧结法可在热管的蒸发段表面通过高温熔融形成薄薄的一层多孔性金属，但这也限制了汽化过程主要发生于这一多孔层，且孔隙的特征尺度为微米量级，难以达到亚微米至纳米尺度。专利号CN206160786U公开了一种具有超声功能的石墨烯纳米流体重力热管。该重力热管在管壳下部的加热段底部设定有粘结剂层，且粘结剂层外粘有超声换能器，可在重力热管内的纳米流体发生沉淀时进行超声振动，提高纳米颗粒的分散性，但当采用合适的稳定剂以及纳米颗粒大小时，便可保证纳米流体的长期稳定。

发明内容

本发明的目的为提供一种新式结构的重力热管，该种结构的重力热管能够促进工作介质的相变传热，提高换热效率。

一种蒸发段内嵌多孔泡沫式的石墨烯纳米流体重力热管，包括一蒸发段，一绝热段和一冷凝段：

所述蒸发段壳体内部嵌有高导热多孔泡沫；所述重力热管采用石墨烯纳米流体为工作介质；在使用状态下，所述蒸发段内高导热多孔泡沫以及石墨烯纳米流体的存在，可促进热量由蒸发段壁面到内部的传递，使得石墨烯纳米流体中的液相因吸热而发生相变，且汽化相变过程不仅发生在蒸发段壳体内壁表面，也将大量发生在蒸发段的内部；此外，残留的石墨烯颗粒具有纳米尺寸，可附着在所述蒸发段壳体内壁以及高导热多孔泡沫的表面，形成异相成核汽化核心，可促进相变气核的产生；与此同时，得益于高导热多孔泡沫比表面积大的特点，其附着所述石墨烯纳米颗粒的数量可获得提高，可进一步促进所述石墨烯纳米流体的相变过程，降低重力热管的传热热阻，提高换热效率；

进一步地，所述蒸发段设置了高导热多孔泡沫结构。所述高导热多孔泡沫由石墨烯或者金属等导热性能优异的材料组成，其内部为三维无规则互为连接的网络几何结构。所述高导热多孔泡沫的孔径在100～500μm，孔隙率在50％～98％之间；孔径过低将阻碍气泡的上升，形成堵塞，造成传热恶化；孔隙率过高将减小所述高导热多孔泡沫的比表面积，不利于所述石墨烯纳米颗粒在所述高导热多孔泡沫表面的附着；