CN115143824A - 一种可变导热管及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可变导热管及其加工方法,可变导热管包括管体、吸液芯、密封组件,管体内具有空腔,管体两端与密封组件配合密封;吸液芯采用孔隙毛细力大的多孔金属,与管壁贴合;密封部件包括依次连接的密封头、记忆合金弹簧和挡片,记忆合金弹簧具有高温收缩,低温伸长特性,用于控制工质蒸发凝结换热有效面积。加工方法如下:切削出管体、密封组件、挡片结构形状,用焊接将密封头、记忆合金弹簧、挡片连接并安装到管体两端,二次密封,将充液管安装到注液口,向管内注入工质,抽真空处理,降低内部气压,使工质沸点降低,最后,对注液口进行冷冲压密封。本发明在不充入不凝性气体下随加热负荷改变传热能力,实现控制热管工作温度。
Description
技术领域
本发明涉及新型热管设计及加工技术领域,尤其是涉及一种可变导热管及其加工方法。
背景技术
可变导热管是一种特殊的可以控制温度的高效传热元件,其传热能力能够自动地随加热负荷(或冷却条件)的变化而改变,从而保持工作温度不变,实现控制温度的需要。目前的可变导热管工作原理是通过调节不凝性气体(如氮气)在冷凝段形成弹性气塞的长短进而控制蒸发凝结换热的有效面积,故其需要在热管内充入不凝性气体,而这往往会增加管内气压,导致热管工质的沸点较高,影响热管的传热性能。现有技术中尚没有一种能够不充入不凝性气体的可变导热管。
鉴于此,本发明有必要提供一种不充入不凝性气体的可变导热管,以克服现有技术中的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可变导热管,该导热管能够在不充入不凝性气体的前提下随加热负荷改变传热能力,避免因充入不凝性气体而导致管内气压升高而导致热管工质的沸点较高,避免影响热管的传热性能。
一方面,本发明提供了一种可变导热管,包括:
管体,由导热金属材料制成,所述管体内部设有空腔,所述管体接触热源处为蒸发段,接触冷源处为冷凝段;
吸液芯,设于所述管体的空腔中,并与所述管体内壁相粘合,所述吸液芯由具有毛细力作用的多孔金属材料制成,其能将液体工质从所述管体内的冷凝段运输回蒸发段;
密封组件,分别设于所述管体的两端,包括密封头、记忆合金弹簧和挡片,所述密封头与所述管体端部通过螺纹连接,所述记忆合金弹簧的两端分别与所述密封头及所述挡片固定连接,所述记忆合金弹簧和所述挡片伸入所述管体的空腔内,且所述挡片与所述吸液芯的端部相抵触,通过所述记忆合金弹簧的伸缩能够控制相变循环中蒸发段和冷凝段的工作面积,进而改变导热能力。
优选地,所述密封头呈阶梯圆柱状,所述密封头的直径较细一端设有外螺纹,所述管体的端部设有与外螺纹适配连接的内螺纹。
优选地,所述密封头与所述管体端部螺纹连接后通过焊接方式进行二次密封。
优选地,所述记忆合金弹簧的两端通过焊接方式分别与所述密封头和所述挡片固定连接。
优选地,所述管体采用铜、铝或不锈钢材料制成。
优选地,所述吸液芯为经过碱辅助氧化反应处理后具有亲水性的铜制丝网。
优选地,所述记忆合金弹簧采用镍钛合金材料制成,通过调节镍钛比的值对所述记忆合金弹簧的形变温度进行控制,使其形变温度范围为-15℃~80℃。
优选地,靠近冷凝段的所述密封头上开设有贯穿其的注液口,所述注液口外部安装有充液管,通过所述充液管和所述注液口向所述管体内填充工质及抽真空。
优选地,所述管体内填充工质和抽真空后,所述注液口通过冷冲压进行密封。
另一方面,本发明提供了上述可变导热管的加工方法,包括以下步骤:
S100、通过机械加工分别切削出的管体、密封头、挡片的形状结构;
S200、通过焊接的方式将两组密封头、记忆合金弹簧、挡片依次连接组合成密封组件,并在其中一密封头上开设注液口;
S300、将连接好的两个密封组件通过螺纹配合安装在管体两端,并通过焊接方式对密封部件和管体进行二次密封;
S400、将充液管安装到注液口,使其与管体内部空腔相连通;
S500、通过充液管和密封头上的注液口,往管体内部注入工质,然后进行抽真空处理,降低内部气压,使工质沸点降低;
S600、完成抽真空处理后,对注液口进行冷冲压密封;
S700、进行传热性能测试,确保可变导热管能正常使用。
本发明的技术方案管体采用导热金属制成,管体内设置有由多孔金属材料制成的具有毛细作用的亲水性吸液芯,管体内设有分别与热源和冷源接触的蒸发段和冷凝段,吸液芯能够将在冷凝段冷凝的工质搬运回蒸发段,管体两端分别设置有密封组件,密封组件包括安装于管体端部的密封头,密封头通过记忆合金弹簧与挡片连接,挡片抵触在记忆合金弹簧的长度可根据加热负荷变化而改变,进而改变蒸发段或冷凝段的长度和面积,从而改变导热管的传热能力,即使热管当量导热系数变化,减少热管工作温度变化幅度,实现控制热管工作温度的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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为本发明可变导热管的结构爆炸示意图;
图2为本发明中第一密封组件的结构示意图;
图3为本发明可变导热管装配状态的剖视示意图。
附图标记说明:
10:管体;11:吸液芯;2:第一密封组件;20:左密封头;200:第一外螺纹;21:第一记忆合金弹簧;22:第一挡片;3:第二密封组件;30:右密封头;300:第二外螺纹;301:注液口;31:第一记忆合金弹簧;32:第一挡片;33:充液管。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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做出创造性劳动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。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语"第一"、"第二"仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中,"多个"的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。此外,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-3所示,本发明提供了一种可变导热管,包括管体10,由导热金属材料制成,管体10内部有一定直径的空腔作为蒸汽流动通道,管体10接触热源处为蒸发段,接触冷源处为冷凝段,其余部分为绝热段。吸液芯11设于管体10的空腔中,并与管体10内壁紧贴粘合,吸液芯由具有毛细力作用的多孔金属材料制成,作为相变循环液体回流通道,其能将液体工质从管体10内的冷凝段运输回蒸发段。
管体10的左右两端分别设有第一密封组件2和第二密封组件3,其中,第一密封组件2包括左密封头20、第一记忆合金弹簧21以及第一挡片22,其中左密封头20呈阶梯圆柱状,其右端表面设有第一外螺纹200,用于与管体10左端的内螺纹配合安装,第一记忆合金弹簧21两端通过焊接的方式分别与第一密封部件20和第一挡板22固定连接。第二密封组件3包括右密封头30、第二记忆合金弹簧31以及第二挡片32,右密封头30呈阶梯圆柱状,其左端表面设有第二外螺纹300,用于与管体10右端内螺纹适配安装,第二记忆合金弹簧31两端通过焊接的方式分别与右密封头30和第二挡片32固定连接。在第一密封组件22和第二密封组件3分别通过螺纹配合安装好后,再通过氩弧焊的方式在其外端配合处进行二次密封,防止可变导热管在工作时漏气。
在本实施例中,右密封头30上贯穿其的注液口301,注液口301外端相对右密封头30伸出,充液管33安装到注液口301外部,二者共同组成与管体10内部冷凝段相连通的通道,用于可变导热管的注液以及抽真空处理,通过抽真空处理可降低管体10内部气压,使工质沸点降低,抽真空处理后将充液管33和注液口301通过冷冲压的方式进行裁断与密封。
在本实施例中,管体10采用铜、铝、不锈钢等导热系数高的金属材料制成,目的是为了减少热源和冷源传导进管体10内部的接触热阻。吸液芯11采用孔隙小、毛细力大且亲水性能好的多孔金属材料制成,例如通过碱辅助氧化反应处理后的铜制丝网。第一记忆合金弹簧21和第二记忆合金弹簧31均采用镍钛合金材料,可以通过调节镍钛比的值对其形变温度进行控制,使其形变温度的范围为-15℃~80℃。左密封头20、第一挡片22、右密封头30和第二挡片32采用不锈钢材料制成,不锈钢材料更易与镍钛金属通过氩弧焊焊接方式固定连接。
本发明提出的可变导热管工作原理如下:
当管体10左端接触热源作为蒸发段时,要求管体10接触热源长度必须大于第一记忆合金弹簧21未达到转变温度下的最长长度,同理管体10右端接触冷源作为冷凝段,接触冷源长度也必须大于第二记忆合金弹簧31未达到转变温度下的最长长度。可变导热管内蒸发段吸液芯11中液体工质蒸发汽化,所形成的蒸汽通过压差到达冷凝段,在冷凝段内与管外冷源换热并凝结,凝结液下降到管内吸液芯11后通过毛细力作用回流到蒸发段再蒸发,实现了热量传递。
当热源加热负荷增加至第一记忆合金弹簧21的转变温度时,第一记忆合金弹簧21先开始收缩,此时第一挡片22开始移动,蒸发段有效工作面积增大,由于热管轴向具有等温特性,右端的第二记忆合金弹簧31也同样发生收缩,冷凝段有效工作面积增大,故可变导热管的导热能力增强。反之,当热负荷很小时,未达到记忆合金弹簧转变温度时,第一记忆合金弹簧21和第二记忆合金弹簧31处于伸长状态,蒸发段和冷凝段有效工作面积减少,热管的导热能力降低。总体来说通过控制蒸发段、冷凝段有效工作面积,从而可使热管当量导热系数变化,进而减少热管工作温度变化幅度,实现控制热管工作温度目的。
本发明还提供了上述可变导热管的加工方法,包括以下步骤:
S100、通过机械加工分别切削出管体10、左密封头20、右密封头30、第一挡片22和第二挡片32的形状,并分别在左密封头20和右密封头30的细端表面加工出第一外螺纹200和第二外螺纹300,并在右密封头30上开设一端贯穿其的注液口301;
S200、通过氩弧焊焊接的方式将左密封头20、第一记忆合金弹簧21和第一挡片22连接形成第一密封组件2;同理将右密封头30、第二记忆合金弹簧31和第二挡片32连接形成第二密封组件3;
S300、将第一密封组件2通过左密封头20表面第一外螺纹200配合安装在管体10左端,将第二密封组件3通过右密封头30上第二外螺纹300配合安装在管体10右端,再通过焊接的方式对左密封头20、右密封头30与管体10对接处进行二次密封;
S400、将充液管33安装到注液口301外部,从而与管体1右端空腔的冷凝段相连通;
S500、通过充液管33和注液口301,往可变导热管内部注入工质,然后进行抽真空处理,降低内部气压,使工质沸点降低;
S600、完成抽真空处理后,对充液管33和注液口301进行冷冲压,使注液口301密封;
S700、对可变导热管进行传热性能测试,确保其能够正常使用。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种可变导热管,其特征在于,包括:
管体,由导热金属材料制成,所述管体内部设有空腔,所述管体接触热源处为蒸发段,接触冷源处为冷凝段;
吸液芯,设于所述管体的空腔中,并与所述管体内壁相粘合,所述吸液芯由具有毛细力作用的多孔金属材料制成,其能将液体工质从所述管体内的冷凝段运输回蒸发段;
密封组件,分别设于所述管体的两端,包括密封头、记忆合金弹簧和挡片,所述密封头与所述管体端部通过螺纹连接,所述记忆合金弹簧的两端分别与所述密封头及所述挡片固定连接,所述记忆合金弹簧和所述挡片伸入所述管体的空腔内,且所述挡片与所述吸液芯的端部相抵触,通过所述记忆合金弹簧的伸缩能够控制相变循环中蒸发段和冷凝段的工作面积,进而改变导热能力。
2.根据权利要求1所述的可变导热管,其特征在于,所述密封头呈阶梯圆柱状,所述密封头的直径较细一端设有外螺纹,所述管体的端部设有与外螺纹适配连接的内螺纹。
3.根据权利要求2所述的可变导热管,其特征在于,所述密封头与所述管体端部螺纹连接后通过焊接方式进行二次密封。
4.根据权利要求1所述的可变导热管,其特征在于,所述记忆合金弹簧的两端通过焊接方式分别与所述密封头和所述挡片固定连接。
5.根据权利要求1所述的可变导热管,其特征在于,所述管体采用铜、铝或不锈钢材料制成。
6.根据权利要求1所述的可变导热管,其特征在于,所述吸液芯为经过碱辅助氧化反应处理后具有亲水性的铜制丝网。
7.根据权利要求1所述的可变导热管,其特征在于,所述记忆合金弹簧采用镍钛合金材料制成,通过调节镍钛比的值对所述记忆合金弹簧的形变温度进行控制,使其形变温度范围为-15℃~80℃。
8.根据权利要求1所述的可变导热管,其特征在于,靠近冷凝段的所述密封头上开设有贯穿其的注液口,所述注液口外部安装有充液管,通过所述充液管和所述注液口向所述管体内填充工质及抽真空。
9.根据权利要求8所述的可变导热管,其特征在于,所述管体内填充工质和抽真空后,所述注液口通过冷冲压进行密封。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的可变导热管的加工方法,其特征在于,包括以下步骤:
S100、通过机械加工分别切削出的管体、密封头、挡片的形状结构;
S200、通过焊接的方式将两组密封头、记忆合金弹簧、挡片依次连接组合成密封组件,并在其中一密封头上开设注液口;
S300、将连接好的两个密封组件通过螺纹配合安装在管体两端,并通过焊接方式对密封部件和管体进行二次密封;
S400、将充液管安装到注液口,使其与管体内部空腔相连通;
S500、通过充液管和密封头上的注液口,往管体内部注入工质,然后进行抽真空处理,降低内部气压,使工质沸点降低;
S600、完成抽真空处理后,对注液口进行冷冲压密封;
S700、进行传热性能测试,确保可变导热管能正常使用。
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