CN116718053B - 一种分级启动热二极管及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热管技术领域，尤其是涉及一种分级启动热二极管，包括外管，所述外管沿着轴向方向依次设有相互密闭独立的第一腔体、第二腔体和第三腔体，每个所属腔体均连接有与其内部相通的充液管，每个所述腔体内均填装有不同的传热工质，每个所述腔体内均装配有用于传递所述工质的吸液芯。该热管只能在特定的传热方向传递热量，在反方向不能实现传热。并且与传统的热二极管不同，本发明通过控制热管内部工作传热介质的自身性质不一样，使其具备低温热量工作的特性，并且具有分级启动单向传热的效果，其不仅可以在无重力的条件下实现单向传热的效果，更可以在长距离的热量输送中具有分级启动单向传热效果。本发明还提供分级启动热二极管加工方法。

Description

一种分级启动热二极管及其加工方法

技术领域

本发明涉及热管技术领域，尤其是涉及一种分级启动热二极管及其加工方法。

背景技术

热管作为一种高效的传热元件被广泛用于电子产品的散热领域。但是由于常见的热管均是可以双向传递热量，根据传递温差方向，即由高温传递到低温。正是由于这种双向性，当发生意外时，可能会导致散热段的温度比电子器件的温度高，那么就会把外界的热量传递到电子器件中，会导致装置的损坏。因此，热二极管被发明及应用。

热二极管，顾名思义如同二极管一样只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反的方向流动的热管。热二极管工作原理是通过工质在蒸发段受热蒸发汽化，在重力场、加速压差等的作用下流向冷凝段，并在冷凝段放出热量凝结为液体。冷凝液体依靠重力、加速压差等作用流回蒸发段，然后再继续蒸发、冷凝，如此实现热量从蒸发段到冷凝段的传递和工质在管内的循环。传统的单向热二极管主要是靠重力的作用使冷凝的液滴回流到蒸发段，因此这类的热管均是竖立放置，即蒸发段位于冷凝端的下方，且适用条件为重力场。在某些重力不作用的条件下无法起到热量传递作用。且目前已有单向气体流动的热二极管技术均是通过设计单向气道或者单向液道的结构，控制蒸汽或者液体的单向流动从而具备单向效果，但此类型的热二极管受制于自身结构，且对吸液芯的回流能力要求高，往往无法适应长距离的热量传输。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分级启动热二极管，能够解决上述技术问题，本发明还提供一种分级启动热二极管加工方法。

本发明提供一种分级启动热二极管，包括外管，所述外管沿着轴向方向依次设有相互密闭独立的第一腔体、第二腔体和第三腔体，每个所属腔体均连接有与其内部相通的充液管，每个所述腔体内均填装有不同的传热工质，每个所述腔体内均装配有用于传递所述工质的吸液芯。

优选地，所述外管采用铜材质制成。

优选地，所述吸液芯为与所述外管内壁紧密贴合的金属丝网。

优选地，所述吸液芯为多层铜丝网。

优选地，所述第一腔体、第二腔体和第三腔体内分别填装有第一工质、第二工质和第三工质，所述第二工质的沸腾温度大于所述第一工质的沸腾温度和所述第三工质的沸腾温度，所述第二工质的沸腾温度大于所述第三工质的临界温度。

优选地，所述第一工质为乙醇，所述第二工质为水，所述第三工质为乙烷。

优选地，所述充液管采用焊接的连接方式与所述外管连接。

优选地，所述充液管采用耐高温胶与所述外管连接。

优选地，所述第一腔体、第二腔体和第三腔体内均为负压环境。

一种上述分级启动热二极管的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将铜丝网吸液芯装配至两端通孔和中间留有充液管的第二腔体圆铜管中，随后将其两端密封且加工成平整端面；

S2、在加工好的第二腔体圆铜管前后安装相同尺寸的装配有铜丝网吸液芯且装配有一体式充液管的外铜管，通过焊接或耐高温胶涂胶方式将三者连接并保证密封性，完成第一腔体、第二腔体、第三腔体的外管加工；

S3、通过充液管对第一腔体、第二腔体和第三腔体内部分别注射第一工质、第二工质和第三工质，然后对腔体内部进行抽真空处理，使得内部气压降低，使液体更容易气化；

S4、完成抽真空处理后，对充液管口进行冲压使其发生形变，再对管口进行焊接密封处理；

S5、对得到的热二极管进行单向传热测试，确保能够正常使用。

有益效果：

本发明提出一种新型低温分级启动热二极管，该热管只能在特定的传热方向传递热量，在反方向不能实现传热。并且与传统的热二极管不同，本发明通过控制热管内部工作传热介质的自身性质不一样，使其具备低温热量工作的特性，并且具有分级启动单向传热的效果，其不仅可以在无重力的条件下实现单向传热的效果，更可以在长距离的热量输送中具有分级启动单向传热效果。可以用于航空航天行业设备的散热中，起到保护重要元件的作用。

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是本发明整体结构示意图；

图2是本发明内部结构示意图；

图3是本发明用于展示正向传热的示意图；

图4是本发明用于展示反向传热的示意图；

附图标记说明：10-外铜管、20-吸液芯、30-传热工质、40-充液管、11-第一腔体、12-第二腔体、13-第三腔体、21-第一腔体吸液芯、22-第二腔体吸液芯、23-第三腔体吸液芯、31-第一工质、32-第二工质、33-第三工质、41-第一腔体充液管、42-第二腔体充液管、43-第三腔体充液管。

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。

实施例1

请参阅图1，本实施例提出的一种分级启动热二极管主要零件包括：外铜管10、吸液芯20、传热工质30、充液管40。吸液芯20材料为200目铜丝网，通过多层缠绕铜丝网装配在外铜管内部。随后将充液管40通过焊接或耐高温胶装配在外铜管10上，充液管40与外铜管通过耐高温胶或焊接或自加工一体成型并最终通过冲压夹紧密封。最终使整个热二极管具有密封性。

请参阅图2，本实施例提出的一种分级启动热二极管中的外铜管10具有三个相对独立密闭的腔体第一腔体11、第二腔体12、第三腔体13，且三个腔体内有相对独立的铜丝网吸液芯第一腔体吸液芯21、第二腔体吸液芯22、第三腔体吸液芯23，且不同腔体内注射有不同沸腾温度、不同临界温度的传热介质第一工质31、第二工质32、第三工质33，第一工质选用乙醇(沸腾温度78.3℃，临界温度243.1℃)，第二工质选用水(沸腾温度100℃，临界温度374.3℃)，第三工质选用乙烷(沸腾温度-88.6℃，临界温度32.2℃)，工质的选择不局限于特定的介质，只要符合沸腾温度和临界温度大小关系的都属于保护的范围之内，而且工质可以根据需求调配获得。不同腔体具有不同的充液管41、42、43用作给每一腔体抽取真空以及注射液体之用，其目的是使得三个腔体相互独立为可以传导热量的热管，解决单向热管无法运用在长距离输送热量的场景问题。

参阅图3，本实施例提出的一种分级启动热二极管正向传热的工作原理如下：由于第一工质31的沸腾温度要比第二工质32的沸腾温度低，当第一腔体11蒸发段温度在第一工质32工作温度下时，蒸发段中的液体受热相变成蒸汽，蒸汽通过外铜管内部气道可以流至第一腔体11的冷凝段，而此时蒸汽在冷凝段冷凝成液体通过第一腔体内部吸液芯21的毛细力回流至第一腔体11蒸发段，完成第一腔体11的热量输送工作闭环，而第一腔体11的冷凝段也就是第二腔体12的蒸发段，而当第二腔体12的蒸发段热量积累到一定温度时第二腔体12开始工作，将热量传递到第二腔体12的冷凝段也就是第三腔体13的蒸发段，第二工质32的沸腾温度要比第三工质33的沸腾温度高，目的是使得在第二腔体12工作的时候第三腔体13同时工作，迅速完成热量的转移，如此循环往复，三个腔体内的热量输送都是通过气液相变传输。在液体蒸发吸热与蒸汽冷凝放热的过程中，就把蒸发段的热流传输到冷凝段，此种情况下可以使得热量在正向传递的时候是完全导通可以传递热量的。

参阅图4，本实施例提出的一种分级启动热二极管的反向传热的具体工作原理如下：当热量反向运输时，当温度达到第三工质33的沸腾温度时第三腔体13开始工作将热量输送到第三腔体13的冷凝段，也就是第二腔体12的蒸发段，由于第二工质32的沸腾温度要比第三工质33的临界温度高，此时的第二腔体12不工作，不起到输送热量的作用，当第三腔体13的冷凝段的温度达到第三工质33的临界温度时，第三腔体13的蒸发段处工质“烧干”，第三工质33整体汽化，冷凝段不再具有将工质冷凝效果，第三腔体13不再具有输送热量的效果，当蒸发段温度上升，冷凝段温度也只会保持在第三工质33的汽化温度，而此时第二腔体12尚未启动工作，此种情况下可以使得热量在反向运输的时候由被第三腔体13阻拦，达到反向无法输送热量的效果。因此基本上热量不会传送到冷凝端。这就使得热二极管不能在反方向传热，可以起到保护电子产品的作用。

分级启动热二极管中第一腔体充液管41、第二腔体充液管42、第三腔体充液管43分别是一根铜管，在热管加工时，可以通过充液管41、42、43向热管内部不同腔体注入不同传热介质，并且抽真空装置可以通过夹紧充液管41、42、43对热管内部进行抽真空处理。完成抽真空处理后可以通过冲压，使充液管41、42、43发生形变，从而形成密封口以及点焊处理，使热管内部处于密封状态。

热二极管在制作的过程中会进行抽真空处理，目的是为了减小热管内部压力，使液体沸点降低，使液体更容易蒸发成蒸汽，使得热管可以在温度较低的情况下正常工作。

一种分级启动热二极管的加工方法，包括如下步骤：

S1、将铜丝网吸液芯装配至两端通孔和中间留有充液管的第二腔体圆铜管中，随后将其两端密封且加工成平整端面；

S2、在加工好的第二腔体圆铜管前后安装相同尺寸的装配有铜丝网吸液芯且装配有一体式充液管的外铜管，通过焊接或耐高温胶涂胶方式将三者连接并保证密封性，完成第一腔体、第二腔体、第三腔体的外管加工；

S3、通过充液管对第一腔体、第二腔体和第三腔体内部分别注射第一工质、第二工质和第三工质，然后对腔体内部进行抽真空处理，使得内部气压降低，使液体更容易气化；

S4、完成抽真空处理后，对充液管口进行冲压使其发生形变，再对管口进行焊接密封处理；

S5、对得到的热二极管进行单向传热测试，确保能够正常使用。

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 (8)

1.一种分级启动热二极管，其特征在于，包括外管，所述外管沿着轴向方向依次设有相互密闭独立的第一腔体、第二腔体和第三腔体，每个所述腔体均连接有与其内部相通的充液管，所述第一腔体、第二腔体和第三腔体内分别填装有第一工质、第二工质和第三工质，所述第一工质为乙醇，所述第二工质为水，所述第三工质为乙烷，每个所述腔体内均装配有用于传递所述工质的吸液芯。

2.根据权利要求1所述的分级启动热二极管，其特征在于，所述外管采用铜材质制成。

3.根据权利要求2所述的分级启动热二极管，其特征在于，所述吸液芯为与所述外管内壁紧密贴合的金属丝网。

4.根据权利要求3所述的分级启动热二极管，其特征在于，所述吸液芯为多层铜丝网。

5.根据权利要求4所述的分级启动热二极管，其特征在于，所述充液管采用焊接的连接方式与所述外管连接。

6.根据权利要求4所述的分级启动热二极管，其特征在于，所述充液管采用耐高温胶与所述外管连接。

7.根据权利要求1所述的分级启动热二极管，其特征在于，所述第一腔体、第二腔体和第三腔体内均为负压环境。

8.一种如权利要求4-7任一所述分级启动热二极管的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将铜丝网吸液芯装配至两端通孔和中间留有充液管的形成第二腔体的圆铜管中，随后将其两端密封且加工成平整端面；

S2、在加工好的所述圆铜管前后安装相同尺寸的装配有铜丝网吸液芯且装配有一体式充液管的外铜管，通过焊接或耐高温胶涂胶方式将三者连接并保证密封性，完成第一腔体、第二腔体、第三腔体的外管加工；

S3、通过充液管对第一腔体、第二腔体和第三腔体内部分别注射第一工质、第二工质和第三工质，然后对腔体内部进行抽真空处理，使得内部气压降低，使液体更容易气化；

S4、完成抽真空处理后，对充液管口进行冲压使其发生形变，再对管口进行焊接密封处理；

S5、对得到的热二极管进行单向传热测试，确保能够正常使用。