CN110793367A - 一种单方向导热热管 - Google Patents

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陈华伟
张力文
郭雨润
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    • F28D15/00—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
    • F28D15/02—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
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Abstract

本发明公开了一种单方向导热热管，在导热热管的内壁上设置有液体单方向毛细铺展结构，液体单方向毛细铺展结构为倾斜微米柱阵列结构或仿猪笼草口缘表面斜孔阵列结构；倾斜微米柱阵列结构包括多个均匀设置在导热热管的内壁上的微米柱，多个微米柱均呈弯折状且均朝向导热热管的同一端；仿猪笼草口缘表面斜孔阵列结构包括多个间隔设置在导热热管的内壁上的隔条，隔条的长度方向与导热热管的轴向平行，相邻的两个隔条之间形成有沟槽，沟槽中设置有多个凸台和多个凹坑，且同一个沟槽中的凸台、凹坑交错分布，凸台和凹坑均呈倾斜状且均朝向导热热管的同一端。本发明单方向导热热管中的液态传热工质只能够沿一个方向流动，从而实现了单方向导热。

Description

一种单方向导热热管
技术领域
本发明涉及热管技术领域，特别是涉及一种单方向导热热管。
背景技术
热管是一种结构紧凑、运行可靠的高传热性能的器件，其利用工作介质的蒸发、凝结和循环流动来传递热量，其既可以用于大传热能力的实现，也可以用于微小型器件的热管理，在航天器热控制系统、石油化工、冶金能源、电子电器工程等领域中有重要的应用。
传统热管内工作液体在热端吸热后，挥发成蒸汽并快速运动至冷端放热凝结成液态，再通过管内毛细结构无能耗的运输至热端。由于液体相变需要大量吸、放热，热管实现热量从热端向冷端的快速转移，其热导率甚至达到铜的200倍。但在航天器热控制、新能源汽车电池等只需要单向导热的场合下，传统热管则不能满足需求，当周围环境温度高于器件内部温度时，外部热量仍然会通过热管高效地向器件内部传递热量，使器件工作温度上升，不利于器件的正常工作，影响器件的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种单方向导热热管，以解决上述现有技术存在的问题，实现热量的单方向传递。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种单方向导热热管，在导热热管的内壁上设置有液体单方向毛细铺展结构，所述液体单方向毛细铺展结构为倾斜微米柱阵列结构或仿猪笼草口缘表面斜孔阵列结构；所述倾斜微米柱阵列结构包括多个均匀设置在所述导热热管的内壁上的微米柱，多个所述微米柱均呈弯折状且均朝向所述导热热管的同一端；所述仿猪笼草口缘表面斜孔阵列结构包括多个间隔设置在所述导热热管的内壁上的隔条，所述隔条的长度方向与所述导热热管的轴向平行，相邻的两个所述隔条之间形成有沟槽，所述沟槽中设置有多个凸台和多个凹坑，且同一个所述沟槽中的所述凸台、所述凹坑交错分布，所述凸台和所述凹坑均呈倾斜状且均朝向所述导热热管的同一端。
优选地，多个所述微米柱的大小、形状均完全相同，且相邻的两个所述微米柱之间具有间隔。
优选地，所述微米柱的材料为聚二甲基硅氧烷、环氧树脂、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。
优选地，每个所述微米柱中均掺杂有磁性颗粒。
优选地，多个所述隔条均匀分布在所述导热热管的内壁上。
优选地，所述液体单方向毛细铺展结构铺满所述导热热管的内壁。
本发明单方向导热热管相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明单方向导热热管中的液体单方向毛细铺展结构使得液态传热工质只能够沿一个方向流动，从而实现了单方向导热。本发明将传统热管中液体毛细回流结构设计成液体单方向毛细铺展结构，该液体单方向毛细铺展结构使得液体能够沿着结构设计方向无能耗的快速毛细铺展，而逆向工作液体则会被阻止铺展，实现了热管单向导热的技术效果，本发明单方向导热热管只在一个方向上具有优良的传热性能，而在反方向导热率极低，能够实现在不同环境温度下的设备温度管理。仿猪笼草口缘表面斜孔阵列结构的优势在于能在运输方向上优化并加强毛细上升，并阻止反方向的回流；倾斜微米柱阵列结构可以通过外部磁场作用实现偏转，改变液体单方向铺展的方向。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明单方向导热热管的正向导热工作示意图；
图2为本发明单方向导热热管的反向导热被阻断的工作示意图；
图3为本发明单方向导热热管的局部剖视图；
图4为本发明单方向导热热管中倾斜微米柱阵列结构的结构示意图；
图5为本发明单方向导热热管中仿猪笼草口缘表面斜孔阵列结构的结构示意图；
图6为采用外部电场调控倾斜微米柱阵列结构的倾斜方向的示意图；
其中：1-导热热管，2-液体单方向毛细铺展结构，3-微米柱，4-隔条，5-凸台，6-凹坑。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种单方向导热热管，以解决上述现有技术存在的问题，实现热量的单方向传递。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-2所示：本实施例单方向导热热管，在导热热管1的内壁上设置有液体单方向毛细铺展结构2，液体单方向毛细铺展结构2铺满导热热管1的内壁，该液体单方向毛细铺展结构2使得液体能够沿着结构设计方向无能耗的快速毛细铺展，而逆向工作液体则会被阻止铺展，从而实现导热热管1的单向导热的技术效果，在本实施例中液体单方向毛细铺展结构2为倾斜微米柱阵列结构或仿猪笼草口缘表面斜孔阵列结构，仿猪笼草口缘表面斜孔阵列结构由于在液体铺展反方向存在液滴的钉扎效应，液体铺展方向存在增强的毛细效应，所以呈现单方向铺展的效果；倾斜微纳米柱结构由于液体在其上存在不对称的表面张力作用，使得液体呈现单方向铺展的效果。
如图3-4所示，倾斜微米柱阵列结构包括多个均匀设置在导热热管1的内壁上的微米柱3，多个微米柱3均呈弯折状且均朝向导热热管1的同一端；多个微米柱3的大小、形状均完全相同，且相邻的两个微米柱3之间具有间隔。微米柱3的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环氧树脂(EP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等聚合物材料，故微米柱3具有适当的柔性。
值得注意的是，在每个微米柱3中均掺杂有磁性颗粒，如图6所示，通过采用外界电场产生磁场对倾斜微米柱阵列结构进行调控，能够改变柔性的微米柱3的倾斜方向，从而实现倾斜微米柱阵列结构对液体铺展方向的改变，进而调控单方向导热热管的导热方向。
如图5所示，仿猪笼草口缘表面斜孔阵列结构包括多个间隔设置在导热热管1的内壁上的隔条4，多个隔条4均匀分布在导热热管1的内壁上；隔条4的长度方向与导热热管1的轴向平行，相邻的两个隔条4之间形成有沟槽，沟槽中设置有多个凸台5和多个凹坑6，且同一个沟槽中的凸台5、凹坑6交错分布，凸台5和凹坑6均呈倾斜状且均朝向导热热管1的同一端。仿猪笼草口缘表面斜孔阵列结构的优势在于能在运输方向上优化并加强毛细上升，并阻止反方向的回流。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种单方向导热热管，其特征在于：在导热热管的内壁上设置有液体单方向毛细铺展结构，所述液体单方向毛细铺展结构为倾斜微米柱阵列结构或仿猪笼草口缘表面斜孔阵列结构；所述倾斜微米柱阵列结构包括多个均匀设置在所述导热热管的内壁上的微米柱，多个所述微米柱均呈弯折状且均朝向所述导热热管的同一端；所述仿猪笼草口缘表面斜孔阵列结构包括多个间隔设置在所述导热热管的内壁上的隔条，所述隔条的长度方向与所述导热热管的轴向平行，相邻的两个所述隔条之间形成有沟槽，所述沟槽中设置有多个凸台和多个凹坑，且同一个所述沟槽中的所述凸台、所述凹坑交错分布，所述凸台和所述凹坑均呈倾斜状且均朝向所述导热热管的同一端。
2.根据权利要求1所述的单方向导热热管，其特征在于：多个所述微米柱的大小、形状均完全相同，且相邻的两个所述微米柱之间具有间隔。
3.根据权利要求1所述的单方向导热热管，其特征在于：所述微米柱的材料为聚二甲基硅氧烷、环氧树脂、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。
4.根据权利要求3所述的单方向导热热管，其特征在于：每个所述微米柱中均掺杂有磁性颗粒。
5.根据权利要求1所述的单方向导热热管，其特征在于：多个所述隔条均匀分布在所述导热热管的内壁上。
6.根据权利要求1所述的单方向导热热管，其特征在于：所述液体单方向毛细铺展结构铺满所述导热热管的内壁。
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