CN109631633A - 一种提升反重力能力的高温热管结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升反重力能力的高温热管结构，包括管壳和多孔烧结吸液芯，所述多孔烧结吸液芯上开有蒸汽腔，所述管壳从上至下依次分为蒸发段、绝热段和冷凝段，所述多孔烧结吸液芯安装在所述管壳的蒸发段内，所述管壳的绝热段和冷凝段的内壁上开有多条轴向沟槽。多孔烧结吸液芯因其为多孔结构，具有很强的毛细泵力，布置于蒸发段能使冷凝液体顺利地回流到蒸发段，避免蒸发段出现烧干现象，而轴向沟槽则流通性很强，液体回流阻力小，具有较高的渗透率，也作为吸液结构使用，在冷凝段和绝热段延伸，能够确保冷凝液体在流动过程中具有较小的流动阻力，两者串联使用可使冷凝液体顺利回流至蒸发段，具有结构简单，稳定性和可靠性好的优点。

Description

一种提升反重力能力的高温热管结构

技术领域

本发明涉及一种高效传热及热防护的传热元件，特别是能在重力环境下实现其反重力能力运行的高性能传热装置。

背景技术

热管作为一种高效的传热元件已被人们广泛的关注。随着热管技术的成熟和发展，热管应用范围已从目前的机械、电子、能源等传统工业领域逐步扩展到了核工程领域，如空间核电源、核废料冷却、反应堆事故余热排出等。在核工程领域，热管工作温度高，所需载热量大，市场上广泛使用的中低温热管无法满足载热需求，而以液体金属为工质的高温热管则具有很高的工作温度，传热量大的特点，在空间核反应堆和一些高温高能密度的能源系统传热中具有极大的优势，可实现高效的热量导出。

然而，随着高温热管应用范围逐步扩大，热管在不同环境下稳定运行的能力需不断提高，例如在行星表面如月球探索过程中就对探测器或登陆器内安装的热管就要求其能在反重力的条件下也能顺利运行，这就对热管本身的结构设计提出了很高的要求。

目前，国内以液态金属为工质的高温热管都需要依靠一定的重力辅助来实现液体的回流，因此，需对热管内部结构进行优化设计。热管传热能力关键取决于内部吸液芯的毛细力和结构。目前，热管的吸液芯性能比较单一，很难既保证具有较高的渗透性，又能保证具有足够的毛细力来实现反重力的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提升反重力能力的高温热管结构，以克服现有热管反重力能力差，稳定性和可靠性差的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种提升反重力能力的高温热管结构，包括管壳和多孔烧结吸液芯，所述多孔烧结吸液芯上开有蒸汽腔，所述管壳从上至下依次分为蒸发段、绝热段和冷凝段，所述多孔烧结吸液芯安装在所述管壳的蒸发段内，所述管壳的绝热段和冷凝段的内壁上开有多条轴向沟槽。

进一步地，还包括呈筒状的丝网，所述丝网套设在所述管壳内，且所述丝网伸入所述多孔烧结吸液芯的蒸汽腔中，所述丝网覆盖所述管壳的绝热段和冷凝段的内表面以及所述多孔烧结吸液芯的内表面。

进一步地，所述丝网为金属丝网。

进一步地，所述多孔烧结吸液芯的下端面与所述轴向沟槽的上端面之间的夹角为0～180度。

进一步地，所述多孔烧结吸液芯的轴截面呈矩形、梯形、圆台形、凸台形中的任意一种。

进一步地，所述轴向沟槽的横截面呈矩形、梯形、倒梯形中的任意一种。

进一步地，所述多孔烧结吸液芯采用金属粉末烧结制成。

本发明的有益效果体现在：

本发明则设计吸液芯和轴向沟槽串联使用，多孔烧结吸液芯因其为多孔结构，具有很强的毛细泵力，布置于蒸发段能使冷凝液体顺利地回流到蒸发段，避免蒸发段出现烧干现象，而轴向沟槽则流通性很强，液体回流阻力小，具有较高的渗透率，也作为吸液结构使用，在冷凝段和绝热段延伸，能够确保冷凝液体在流动过程中具有较小的流动阻力，两者串联使用可使冷凝液体顺利回流至蒸发段，具有结构简单，稳定性和可靠性好的优点。

本发明这种结构，在确保结构稳定性的同时大大提升了热管的回流能力，最大化发挥了吸液芯和轴向沟槽的优点，最大程度地保证了吸液芯足够的毛细力，同时又降低了冷凝液体回流的流动阻力，有利于提升热管的反重力能力。

附图说明

图1为本发明一实施例的轴向剖视图。

图2为a-a剖面图。

图3为b-b剖面图。

附图中各部件的标记为：1管壳、2多孔烧结吸液芯、3轴向沟槽、4丝网、5蒸汽腔、A蒸发段、B绝热段、C冷凝段。

具体实施方式

下面将参考附图来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1至图3。

本发明提升反重力能力的高温热管结构，包括管壳1和多孔烧结吸液芯2，所述多孔烧结吸液芯2上开有蒸汽腔5，所述管壳1从上至下依次分为蒸发段A、绝热段B和冷凝段C，所述多孔烧结吸液芯2安装在所述管壳1的蒸发段A内，所述管壳1的绝热段B和冷凝段C的内壁上开有多条轴向沟槽3。

传统的热管都是设计吸液芯和轴向沟槽采用径向叠加复合的方式布置于整个热管，不能很好的发挥两种结构的优点。

而本发明则设计吸液芯和轴向沟槽串联使用，多孔烧结吸液芯因其为多孔结构，具有很强的毛细泵力，布置于蒸发段能使冷凝液体顺利地回流到蒸发段，避免蒸发段出现烧干现象，而轴向沟槽则流通性很强，液体回流阻力小，具有较高的渗透率，也作为吸液结构使用，在冷凝段和绝热段延伸，能够确保冷凝液体在流动过程中具有较小的流动阻力，两者串联使用可使冷凝液体顺利回流至蒸发段，具有结构简单，稳定性和可靠性好的优点。

这种结构，在确保结构稳定性的同时大大提升了热管的回流能力，最大化发挥了吸液芯和轴向沟槽的优点，最大程度地保证了吸液芯足够的毛细力，同时又降低了冷凝液体回流的流动阻力，有利于提升热管的反重力能力。

在一实施例中，还包括呈筒状的丝网4，所述丝网4套设在所述管壳1内，且所述丝网4伸入所述多孔烧结吸液芯2的蒸汽腔5中，所述丝网4覆盖所述管壳1的绝热段B和冷凝段C的内表面以及所述多孔烧结吸液芯2的内表面。

丝网一方面起到加固多孔烧结吸液芯的作用，防止其在高强度震动下脱落，导致性能失效；另一方面可以有效地分离热管内部蒸汽流和回流液体，解决了单一沟槽中冷凝液体通过界面剪切被夹带到蒸汽流中的问题，保证冷凝液体的回流，同时可以增加热管毛细力。

优选地，所述丝网4为金属丝网。金属丝网本身具有足够的刚度，可确保在高温和具有腐蚀环境下仍保持结构不变形，具有良好的可靠性；且金属丝网制造简单，经济性好。

优选地，所述多孔烧结吸液芯2采用金属粉末烧结制成。采用这种材料的优点为，一方面，耐高温，与工质相容性好；其次，毛细力大，具有较好的抗重力能力；再其次，形状结构稳定，强度高，耐冲击性好。

在一实施例中，所述多孔烧结吸液芯2的下端面与所述轴向沟槽3的上端面之间的夹角为0～180度。轴向沟槽和多孔烧结吸液芯衔接界面处采用不同角度的夹角进行连接，这样设计可以确保两者间流体流通顺畅、充分以及与蒸发段壁面保持良好的热连接。

在一实施例中，所述多孔烧结吸液芯2的轴截面呈矩形、梯形、圆台形、凸台形中的任意一种。在实施本发明的过程中，发明人发现，多孔烧结吸液芯的轴截面设计成上述形状，可使其与沟槽结构紧密衔接，使液体顺利回流。

在一实施例中，所述轴向沟槽3的横截面呈矩形、梯形、倒梯形中的任意一种。在实施本发明的过程中，发明人发现，轴向沟槽的横截面设计成上述形状，其流通能力强，回流阻力小，渗透率高。

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提升反重力能力的高温热管结构，其特征在于：包括管壳和多孔烧结吸液芯，所述多孔烧结吸液芯上开有蒸汽腔，所述管壳从上至下依次分为蒸发段、绝热段和冷凝段，所述多孔烧结吸液芯安装在所述管壳的蒸发段内，所述管壳的绝热段和冷凝段的内壁上开有多条轴向沟槽。

2.如权利要求1所述的提升反重力能力的高温热管结构，其特征在于：还包括呈筒状的丝网，所述丝网套设在所述管壳内，且所述丝网伸入所述多孔烧结吸液芯的蒸汽腔中，所述丝网覆盖所述管壳的绝热段和冷凝段的内表面以及所述多孔烧结吸液芯的内表面。

3.如权利要求2所述的提升反重力能力的高温热管结构，其特征在于：所述丝网为金属丝网。

4.如权利要求1或2或3所述的提升反重力能力的高温热管结构，其特征在于：所述多孔烧结吸液芯的下端面与所述轴向沟槽的上端面之间的夹角为0～180度。

5.如权利要求1或2或3所述的提升反重力能力的高温热管结构，其特征在于：所述多孔烧结吸液芯的轴截面呈矩形、梯形、圆台形、凸台形中的任意一种。

6.如权利要求1或2或3所述的提升反重力能力的高温热管结构，其特征在于：所述轴向沟槽的横截面呈矩形、梯形、倒梯形中的任意一种。

7.如权利要求1或2或3所述的提升反重力能力的高温热管结构，其特征在于：所述多孔烧结吸液芯采用金属粉末烧结制成。