CN107816908A - 一种梯度孔隙率纤维烧结式热管及其制造方法 - Google Patents

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曹睿
万珍平
唐恒
李�杰
陈灿
陈恭
刘辉龙
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    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
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Abstract

本发明提供了一种梯度孔隙率纤维烧结式热管，包括两端密封的管壳和烧结在管壳内表面的吸液芯，所述的吸液芯的孔隙率沿管壳轴向从一端向另一端逐渐升高或降低，所述吸液芯内侧形成空腔，所述空腔内设有工作介质。本发明还公开了一种梯度孔隙率纤维烧结式热管的制造方法。本发明中吸液芯高孔隙率部分增大了液体工质从冷凝段回流到加热段的流量，低孔隙率部分增大了工质回流的毛细力，加快了工质回流速度，改善了热管的抗重力性能。

Description

一种梯度孔隙率纤维烧结式热管及其制造方法
技术领域
本发明涉及热管制造领域，具体地说，涉及一种梯度孔隙率纤维烧结式热管及其制造方法。
背景技术
热管是一种内部工质相变传热的高效导热元件。根据加热端和冷凝端的相对位置，热管的工作状态可分为重力辅助（加热端低于冷凝端）、轴向零重力（加热端与冷凝端处于同一高度）和抗重力（加热端高于冷凝端）三种情况。在抗重力情况下，热管传热性能受限于毛细极限。为了提高热管的抗重力性能，开发综合毛细性能优异的吸液芯是十分必要的。
就目前的研究现状而言，单一结构吸液芯包括沟槽、金属丝网、泡沫金属、烧结粉末等；复合结构吸液芯包括金属丝网-沟槽复合、烧结粉末-沟槽复合、双孔径多孔材料等。
综合毛细性能包括毛细力和渗透率两个方面。单一结构吸液芯毛细力和渗透率两个方面相互制约，很难达到很好的综合毛细性能。比起单一结构的吸液芯，复合结构吸液芯综合毛细性能提升不少，但是制造过程复杂、成本高，限制了其进一步发展。
发明内容
本发明的目的是针对以上所述现有热管存在抗重力性能差或制造过程复杂的不足，提供一种结构简单、抗重力性能优异的梯度孔隙率纤维烧结式热管。
本发明的另一目的是提供适合产业化的梯度孔隙率纤维烧结式热管的制造方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种梯度孔隙率纤维烧结式热管，包括两端密封的管壳和烧结在管壳内表面的吸液芯，所述的吸液芯的孔隙率沿管壳轴向从一端向另一端逐渐升高或降低，所述吸液芯内侧形成空腔，所述空腔内设有工作介质。
优选地，所述的吸液芯沿管壳轴向分为若干段，各段的孔隙率沿管壳轴向从一端向另一端逐渐升高或降低。
优选地，所述管壳中吸液芯孔隙率高的一端为冷凝段，吸液芯孔隙率低的一端为加热段。
优选地，所述吸液芯的孔隙率变化范围为70% ~ 95%。
优选地，所述管壳为圆管，其材料为铜、铝或不锈钢中的任一种。
优选地，所述吸液芯的材料为铜纤维、铝纤维或不锈钢纤维中的任一种。
一种如所述梯度孔隙率纤维烧结式热管的制造方法，包括步骤：
1）固定管壳，将圆柱形芯棒插入其中，并使其轴线与管壳轴线重合；
2）设置吸液芯2的孔隙率沿轴向的分布情况及各段的长度；
3）用剪切设备将纤维剪短，控制纤维长度为5 ~ 10mm；
4）计算并称量各段中对应孔隙率所需的纤维质量；
5）将称量好的对应孔隙率所需质量的纤维依次填入管壳与芯棒的缝隙中，每填充一次对应孔隙率的纤维后均通过空心管插入管壳和芯棒之间对纤维进行压实；
6）填充并压实各段的纤维后进行固相烧结，之后取出芯棒；
7）先将管壳一端封口，接着灌注工作介质，抽真空后密封管壳另一端。
优选地，步骤4）中，压实后各段纤维的填充长度与吸液芯不同孔隙率的各段的设定长度相一致，保证各段烧结后的孔隙率符合要求。
优选地，步骤4）中，所述纤维的填充和压实是按照吸液芯中各段的孔隙率由低至高的顺序依次进行，主要是防止依次填充压实过程中，后续的操作填充压实操作会对已经填充压实的纤维段的密度和长度造成干扰，从而影响各段烧结后的孔隙率，若先填充和压实孔隙率低的纤维段，再逐步填充和压实孔隙率较高的纤维段，则能将所述干扰降低到最小，高吸液芯中各段孔隙率的精度。
本发明相对于现有技术,具有如下的优点及效果：
本发明的热管中，所述吸液芯孔隙率沿轴向逐渐升高（或逐渐降低），冷凝段的孔隙率高，加热段的孔隙率低。吸液芯高孔隙率部分增大了液体工质从冷凝段回流到加热段的流量，低孔隙率部分增大了工质回流的毛细力，加快了工质回流速度，改善了热管的抗重力性能。同时，制造过程简单，适合批量化生产。
附图说明
图1是本发明实施例的梯度孔隙率纤维烧结式热管纵截面结构示意图。
图中：1-管壳；2-吸液芯。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
如图1所示，一种梯度孔隙率纤维烧结式热管，包括两端密封的管壳1和烧结在管壳1内表面的吸液芯2，所述管壳1为圆管，其材料为铜、铝或不锈钢中的任一种，所述吸液芯2内侧形成空腔，所述空腔内设有工作介质，工作介质包括水，酒精，丙酮等；所述的吸液芯2沿管壳1轴向均匀分为五段，各段的孔隙率沿管壳1轴向从一端向另一端逐渐升高或降低，其中，所述管壳1中吸液芯2孔隙率高的一端为冷凝段，吸液芯2孔隙率低的一端为加热段，中间为绝热段。
所述吸液芯2的孔隙率变化范围为70% ~ 95%，本实施例中，各段孔隙率由低到高依次为75%，79%，83%，87%，91%。
所述吸液芯2的材料为铜纤维、铝纤维或不锈钢纤维中的任一种。
一种如所述梯度孔隙率纤维烧结式热管的制造方法，包括以下步骤：
1）固定管壳1，将圆柱形芯棒插入其中，并使其轴线与管壳1轴线重合；
2）设置吸液芯2的孔隙率沿轴向的分布情况及各段的长度；
3）用剪切设备将纤维剪短，控制纤维长度为5 ~ 10mm；
4）计算并称量各段中对应孔隙率所需的纤维质量；
5）将称量好的对应孔隙率所需质量的纤维依次填入管壳1与芯棒的缝隙中，每填充一次对应孔隙率的纤维后均通过空心管插入管壳1和芯棒之间对纤维进行压实；
6）填充并压实各段的纤维后进行固相烧结，之后取出芯棒；
7）先将管壳1一端封口，接着灌注工作介质，抽真空后密封管壳1另一端。
具体而言，步骤4）中，压实后各段纤维的填充长度与吸液芯2不同孔隙率的各段的设定长度相一致，保证各段烧结后的孔隙率符合要求。
具体而言，步骤4）中，所述纤维的填充和压实是按照吸液芯2中各段的孔隙率由低至高的顺序依次进行，主要是防止依次填充压实过程中，后续的操作填充压实操作会对已经填充压实的纤维段的密度和长度造成干扰，从而影响各段烧结后的孔隙率，若先填充和压实孔隙率低的纤维段，再逐步填充和压实孔隙率较高的纤维段，则能将所述干扰降低到最小，进一步提高吸液芯2中各段孔隙率的精度。
上述实施例提供的热管中，所述吸液芯孔隙率沿轴向逐渐升高（或逐渐降低），冷凝段的孔隙率高，加热段的孔隙率低。吸液芯高孔隙率部分增大了液体工质从冷凝段回流到加热段的流量，低孔隙率部分增大了工质回流的毛细力，加快了工质回流速度，改善了热管的抗重力性能。同时，制造过程简单，适合批量化生产。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种梯度孔隙率纤维烧结式热管，包括两端密封的管壳(1)和烧结在管壳(1)内表面的吸液芯(2)，其特征在于，所述的吸液芯(2)的孔隙率沿管壳(1)轴向从一端向另一端逐渐升高或降低，所述吸液芯(2)内侧形成空腔，所述空腔内设有工作介质。
2.根据权利要求1所述的一种梯度孔隙率纤维烧结式热管，其特征在于，所述的吸液芯(2)沿管壳(1)轴向分为若干段，各段的孔隙率沿管壳(1)轴向从一端向另一端逐渐升高或降低。
3.根据权利要求1所述的一种梯度孔隙率纤维烧结式热管，其特征在于，所述管壳(1)中吸液芯(2)孔隙率高的一端为冷凝段，吸液芯(2)孔隙率低的一端为加热段。
4.根据权利要求1所述的一种梯度孔隙率纤维烧结式热管，其特征在于，所述吸液芯(2)的孔隙率变化范围为70% ~ 95%。
5.根据权利要求1所述的一种梯度孔隙率纤维烧结式热管，其特征在于，所述管壳(1)为圆管，其材料为铜、铝或不锈钢中的任一种。
6.根据权利要求1所述的一种梯度孔隙率纤维烧结式热管，其特征在于，所述吸液芯(2)的材料为铜纤维、铝纤维或不锈钢纤维中的任一种。
7.一种如权利要求1至6中任一项所述梯度孔隙率纤维烧结式热管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）固定管壳(1)，将圆柱形芯棒插入其中，并使其轴线与管壳(1)轴线重合；
2）设置吸液芯(2)的孔隙率沿轴向的分布情况及各段的长度；
3）用剪切设备将纤维剪短，控制纤维长度为5 ~ 10mm；
4）计算并称量各段中对应孔隙率所需的纤维质量；
5）将称量好的对应孔隙率所需质量的纤维依次填入管壳(1)与芯棒的缝隙中，每填充一次对应孔隙率的纤维后均通过空心管插入管壳(1)和芯棒之间对纤维进行压实；
6）填充并压实各段的纤维后进行固相烧结，之后取出芯棒；
7）先将管壳(1)一端封口，接着灌注工作介质，抽真空后密封管壳(1)另一端。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，步骤4）中，压实后各段纤维的填充长度与吸液芯(2)不同孔隙率的各段的设定长度相一致。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，步骤4）中，所述纤维的填充和压实是按照吸液芯(2)中各段的孔隙率由低至高的顺序依次进行。
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