CN116793127B - 一种多用途自适应高温热管 - Google Patents

Abstract

本发明属于相变换热设备技术领域，涉及一种多用途自适应高温热管，包括管壳，其两端分别设置有第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和第二端盖与所述管壳匹配；第一多孔结构层、第二多孔结构层、第三多孔结构层从外向内依次设置在所述管壳的内壁上；第一液量调节件和第二液量调节件，相对设置，且分别设置在所述第一端盖和第二端盖上；充液管，其一端依次贯穿第二端盖和第二液量调节件且延伸至所述管壳内部，另一端设置有密封结构。本发明解决了热管适用功率范围受限，不满足多用途要求，真空度无法持续提升的技术问题，结构简单、非能动，能够极大地提升热管的工作效率和适用性，实用性强，值得推广。

Description

一种多用途自适应高温热管

技术领域

本发明属于相变换热设备技术领域，具体涉及一种多用途自适应高温热管。

背景技术

热管是一种利用工质相变传热、依赖毛细力或重力等体积力驱动工质循环的非能动传热设备，其具有非能动、高效率、结构简单的优点。

热管的工作过程为：热管蒸发段液相工质汽化吸热，产生的蒸气在蒸气压差的作用下由热管蒸发段流至冷凝段，蒸气在冷凝段释热冷凝为液相，冷凝段液相工质在多孔介质毛细力、重力等作用力的驱动下回流至蒸发段。上述循环过程非能动地实现了热量由蒸发段传输至冷凝段。

然而，不同热管热传输功率对于吸液芯结构的要求不同，但传统的热管设计中吸液芯结构固定，无法满足热管在不同热传输功率下的使用的要求。此外，热管内部气体空间会残留有不凝气体，不凝气体的存在使得热管有效工作长度减小，并导致热管内压升高，使得热管难以启动和容易失效，但现有技术无法解决不凝气体残留的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多用途自适应高温热管，具有结构简单、可靠性高、非能动的特点，解决了由于不凝气体残留导致热管有效工作长度减小，热管内压升高，使得热管难以启动和容易失效的技术问题，可以实现液相工质自调节和真空度提升，达到自适应不同热管在不同热传输功率下的使用的目的。

本发明的技术方案是：

一种多用途自适应高温热管，包括管壳，其两端分别设置有第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和第二端盖与所述管壳匹配；

第一多孔结构层、第二多孔结构层、第三多孔结构层从外向内依次设置在所述管壳的内壁上；

第一液量调节件和第二液量调节件，相对设置，且分别设置在所述第一端盖和第二端盖上；

充液管，其一端依次贯穿第二端盖和第二液量调节件且延伸至所述管壳内部，另一端设置有密封结构。

优选的，所述密封结构包括一级密封机构和二级密封机构，所述二级密封机构位于远离所述管壳的一侧，所述一级密封机构位于所述充液管内，所述一级密封机构、充液管管壁和二级密封机构围合形成气体缓冲空间，所述再真空插入件穿设在所述二级密封机构上，所述再真空插入件的端部延伸至气体缓冲空间内与其连通。

优选的，所述一级密封机构包括自调节控制组件、软质垫面和硬质栓塞，所述自调节控制组件的一端连接充液管的内壁面，自调节控制组件的另一端与硬质栓塞连接；所述充液管的管壁由两段圆柱面构成，两段圆柱面中直径大的一段位于远离所述管壳的一侧，两段圆柱面之间具有过渡面，所述过渡面上设置有软质垫面，所述硬质栓塞位于两段圆柱面中直径大的一段充液管中，当硬质栓塞移动到紧靠软质垫面的位置时，所述硬质栓塞和软质垫面接触形成对充液管的密封。

优选的，所述二级密封机构包括弹性组件和活动挡板，所述弹性组件的一端连接充液管的内壁面，弹性组件的另一端连接活动挡板，所述充液管的末端内壁面具有贴合面，当所述活动挡板移动到紧靠贴合面的位置时，所述活动挡板和贴合面接触形成对充液管的密封。

优选的，所述第一多孔结构层、第二多孔结构层、第三多孔结构层、第一液量调节件和第二液量调节件是记忆金属材料。

优选的，所述记忆金属材料是钛镍合金、铜锌铝合金、金镉合金、铜锌合金、银镉合金、镍铝合金、钴镍合金或者铁镍合金。

优选的，所述第一多孔结构层、第二多孔结构层、第三多孔结构层采用金属丝网构型、烧结粉末构型、烧结纤维构型、孔道构型、槽道构型或复合构型。

优选的，所述自调节控制组件是由记忆金属制成的机械弹簧、温敏弹簧。

优选的，所述软质垫面的材料是金、银、锡、钽、铅、铂、铜或者石墨。

优选的，所述硬质栓塞的材料是钴、钼、镍、钨、碳化硅、氮化硅、碳化钨、碳化钛或者碳化钽。

与现有技术相比，本发明提供的一种多用途自适应高温热管，其第一多孔结构层、第二多孔结构层、第三多孔结构层根据温度自调节产生形变，可以调节形态结构、孔隙率、渗透率，提升液相和气相工质的输运能力和热管的传热能力；第一液量调节件、第二液量调节件根据温度不同自调节产生形变进而改变孔隙率，改变参与循环液相工质的质量；设置一级密封机构、气体缓冲空间、二级密封机构，利用热管内压排出不凝气体，提升热管内部真空度，解决了热管适用功率范围受限，不满足多用途要求，真空度无法持续提升的技术问题，结构简单、非能动，能够极大地提升热管的工作效率和适用性，实用性强，值得推广。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的局部结构示意图1；

图3是本发明的局部结构示意图2；

图4是本发明的局部结构示意图3。

具体实施方式

本发明提供了一种多用途自适应高温热管，下面结合图1到图4的结构示意图，对本发明进行说明。

实施例1

如图1所示，本发明提供的一种多用途自适应高温热管，主体的结构包括管壳12、第一端盖11、第二端盖13、充液管14、一级密封机构15、二级密封机构17、再真空插入件18、第一多孔结构层21、第二多孔结构层22、第三多孔结构层23、第一液量调节件31和第二液量调节件32。

具体的，管壳12的两端分别为第一端盖11和第二端盖13，第一端盖11和第二端盖13与管壳12匹配，管壳12、第一端盖11和第二端盖13围成的空间形成蒸气腔24。

管壳12的内壁依次贴合第一多孔结构层21、第二多孔结构层22和第三多孔结构层23，第一端盖11的内壁附着有第一液量调节件31，第二端盖13内壁附着有第二液量调节件32。

充液管14的一端贯穿第二端盖13和第二液量调节件32且延伸至所述管壳12内部与蒸气腔24连通，充液管14的另一端设置有密封结构。

具体的，如图2和图3所示，设置有密封结构包括依次设置的一级密封机构15和二级密封机构17，二级密封机构17位于远离所述管壳12的一侧，一级密封机构15位于充液管14内，一级密封机构15、充液管14管壁和二级密封机构17围合形成气体缓冲空间16，再真空插入件18穿过二级密封机构17直接连通气体缓冲空间16。

具体的，如图3所示，一级密封机构15包含自调节控制组件151、软质垫面152和硬质栓塞153，自调节控制组件151一端连接充液管14内壁面，自调节控制组件151另一端与硬质栓塞153连接。充液管14的管壁由两段圆柱面构成，两段圆柱面中直径大的一段位于远离所述管壳12的一侧，两段圆柱面之间具有过渡面，所述过渡面上设置有软质垫面152，所述硬质栓塞153位于两段圆柱面中直径大的一段充液管14中。自调节控制组件151调节长度实现软质垫面152与硬质栓塞153的接触密封和脱离开放，当硬质栓塞153移动到紧靠软质垫面152的位置时，所述硬质栓塞153和软质垫面152接触形成对充液管14的密封。

如图4所示，二级密封机构17包括弹性组件171和活动挡板172，弹性组件171一端连接充液管14内壁面，弹性组件171另一端连接活动挡板172，充液管14的末端内壁面具有贴合面173，当所述活动挡板172移动到紧靠贴合面173的位置时，所述活动挡板172和贴合面173接触形成对充液管14的密封。

正常工况下在弹性组件171的控制下活动挡板172与贴合面173接触以密封，其他工况下，再真空插入件18插入充液管14使得活动挡板172与贴合面173脱离，再真空插入件18连通气体缓冲空间16。

第一多孔结构层21、第二多孔结构层22、第三多孔结构层23、第一液量调节件31和第二液量调节件32是记忆金属材料，可以根据温度不同自调节产生形变。记忆金属材料包括钛镍合金、铜锌铝合金、金镉合金、铜锌合金、银镉合金、镍铝合金、钴镍合金或者铁镍合金。采用记忆金属材料利用其温敏特性，自动调节第一多孔结构层21、第二多孔结构层22、第三多孔结构层23、第一液量调节件31和第二液量调节件32的结构形态，满足多用途要求。

作为本发明优选实施方式，所述第一多孔结构层21、第二多孔结构层22和第三多孔结构层23采用金属丝网构型、烧结粉末构型、烧结纤维构型、孔道构型、槽道构型或复合构型；所述第一多孔结构层21、第二多孔结构层22和第三多孔结构层23在不同温度下在结构形态、孔隙率等参数发生变化。采用层叠方式，设置不同温度区间，满足不同温度区间的轴向的液相工质的输运能力。

作为本发明优选实施方式，所述第一液量调节件31和第二液量调节件32采用单程记忆金属材料或双程记忆金属材料，在低温工况和工况具有不同的孔隙率，实现对参与循环的液态金属工质质量的调节：具有较高孔隙率形态储存液态金属工质，减少参与循环的液态金属；具有较低孔隙率形态释放液态金属工质，增加参与循环的液态金属。采用单程记忆金属材料或双程记忆金属材，使得参与循环的液态金属质量可调节，满足启动速度、传热能力、覆盖范围的平衡。

作为本发明优选实施方式，所述自调节控制组件151采用由记忆金属制成的机械弹簧、温敏弹簧；所述软质垫面152采用金、银、锡、钽、铅、铂、铜、石墨；所述硬质栓塞153采用钴、钼、镍、钨、碳化硅、氮化硅、碳化钨、碳化钛、碳化钽。自调节控制组件151、软质垫面152和硬质栓塞153的配合实现自动调节密封和开放，实现高压下自动排出不凝气体，低压实现可靠密封。

作为本发明优选实施方式，所述弹性组件171采用机械弹簧、温敏弹簧、记忆金属；所述贴合面173采用金、银、锡、钽、铅、铂、铜、石墨；所述活动挡板172采用钴、钼、镍、钨、碳化硅、氮化硅、碳化钨、碳化钛、碳化钽。弹性组件171、活动挡板172和贴合面173的配合实现密封和开放，实现不凝气体移除和自密封。

本发明的工作原理为：

热管内部工质循环传热过程：热管蒸发段的管壳12吸收热量并传递至蒸发段的第一多孔结构层21、第二多孔结构层22和第三多孔结构层23上，使得多孔结构内的液相工质蒸发转变为气相工质进入蒸气腔24，在蒸气压差的作用下气相工质在蒸气腔内流动达到冷凝段冷凝释热转变为液相工质进入冷凝段的第一多孔结构层21、第二多孔结构层22和第三多孔结构层23上，在多孔结构内毛细力的作用下，液相工质由冷凝段回流至蒸发段。上述过程不断循环实现工质的输运和热量的传递。

工质输运能力自调节过程：

第一多孔结构层21、第二多孔结构层22、第三多孔结构层23根据温度不同自调节产生形变，可以调节形态结构、孔隙率、渗透率，使得第一多孔结构层21、第二多孔结构层22和第三多孔结构层23对液相工质的输运能力进行调节。同时第一多孔结构层21、第二多孔结构层22和第三多孔结构层23形态的改变会影响蒸气腔的界面，进而影响蒸气腔内气相工质的输运能力。综合液相和气相工质的输运能力的调节，最大化提升热管的工质输运和传热能力。

参与循环工质自调节过程：

第一液量调节件31、第二液量调节件32根据温度不同自调节产生形变进而改变孔隙率。对于高孔隙率形态，第一液量调节件31、第二液量调节件32会吸收液相工质，减少参与循环的液相工质的质量；对于低孔隙率形态，第一液量调节件31、第二液量调节件32释放液相工质，增加参与循环的液相工质的质量。此外，第一液量调节件31的存在确保热管底部始终存在液相工质润湿，避免底部过热。

热管内部真空度提升过程：

热管运行过程中，蒸气腔24内充满蒸气，且蒸气压随温度升高而增加，在达到设定温度压力时，在蒸气压的作用下使得软质垫面152与硬质栓塞153分离，将端部的不凝气体推入气体缓冲空间16，随后温度压力降低，在自调节控制组件151的作用下使得软质垫面152与硬质栓塞153重新密封。再真空插入件18一端连接真空泵，另一端插入充液管14使得活动挡板172和贴合面173分离，再真空插入件18连通气体缓冲空间16，通过真空泵和再真空插入件18将气体缓冲空间16内的不凝气体移除。完成不凝气体移除后，移走再真空插入件18，在弹性组件171的作用下，活动挡板172和贴合面173重新密封。上述过程提升不断提升热管内部的真空度。

本发明提供的一种多用途自适应高温热管，其第一多孔结构层、第二多孔结构层、第三多孔结构层根据温度自调节产生形变，可以调节形态结构、孔隙率、渗透率，提升液相和气相工质的输运能力和热管的传热能力；第一液量调节件、第二液量调节件根据温度不同自调节产生形变进而改变孔隙率，改变参与循环液相工质的质量；设置一级密封机构、气体缓冲空间、二级密封机构，利用热管内压排出不凝气体，提升热管内部真空度，解决了热管适用功率范围受限，不满足多用途要求，真空度无法持续提升的技术问题，结构简单、非能动，能够极大地提升热管的工作效率和适用性，实用性强，值得推广。

以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多用途自适应高温热管，其特征在于，包括：

管壳（12），其两端分别设置有第一端盖（11）和第二端盖（13），所述第一端盖（11）和第二端盖（13）与所述管壳（12）匹配；

第一多孔结构层（21）、第二多孔结构层（22）、第三多孔结构层（23）从外向内依次设置在所述管壳（12）的内壁上；

第一液量调节件（31）和第二液量调节件（32），相对设置，且分别设置在所述第一端盖（11）和第二端盖（13）上；

充液管（14），其一端依次贯穿第二端盖（13）和第二液量调节件（32）且延伸至所述管壳（12）内部，另一端设置有密封结构；

所述密封结构包括一级密封机构（15）和二级密封机构（17），所述二级密封机构（17）位于远离所述管壳（12）的一侧，所述一级密封机构（15）位于所述充液管（14）内，所述一级密封机构（15）、充液管（14）管壁和二级密封机构（17）围合形成气体缓冲空间（16），再真空插入件（18）穿设在所述二级密封机构（17）上，所述再真空插入件（18）的端部延伸至气体缓冲空间（16）内与其连通；

所述一级密封机构（15）包括自调节控制组件（151）、软质垫面（152）和硬质栓塞（153），所述自调节控制组件（151）的一端连接充液管（14）的内壁面，自调节控制组件（151）的另一端与硬质栓塞（153）连接；所述充液管（14）的管壁由两段圆柱面构成，两段圆柱面中直径大的一段位于远离所述管壳（12）的一侧，两段圆柱面之间具有过渡面，所述过渡面上设置有软质垫面（152），所述硬质栓塞（153）位于两段圆柱面中直径大的一段充液管（14）中，当硬质栓塞（153）移动到紧靠软质垫面（152）的位置时，所述硬质栓塞（153）和软质垫面（152）接触形成对充液管（14）的密封；

所述二级密封机构（17）包括弹性组件（171）和活动挡板（172），所述弹性组件（171）的一端连接充液管（14）的内壁面，弹性组件（171）的另一端连接活动挡板（172），所述充液管（14）的末端内壁面具有贴合面（173），当所述活动挡板（172）移动到紧靠贴合面（173）的位置时，所述活动挡板（172）和贴合面（173）接触形成对充液管（14）的密封；所述第一多孔结构层（21）、第二多孔结构层（22）、第三多孔结构层（23）、第一液量调节件（31）和第二液量调节件（32）是记忆金属材料；所述自调节控制组件（151）是由记忆金属制成的机械弹簧、温敏弹簧。

2.根据权利要求1所述的一种多用途自适应高温热管，其特征在于，所述记忆金属材料是钛镍合金、铜锌铝合金、金镉合金、铜锌合金、银镉合金、镍铝合金、钴镍合金或者铁镍合金。

3.根据权利要求2所述的一种多用途自适应高温热管，其特征在于，所述第一多孔结构层（21）、第二多孔结构层（22）、第三多孔结构层（23）采用金属丝网构型、烧结粉末构型、烧结纤维构型、孔道构型、槽道构型或复合构型。

4.根据权利要求1所述的一种多用途自适应高温热管，其特征在于，所述软质垫面（152）的材料是金、银、锡、钽、铅、铂、铜或者石墨。

5.根据权利要求1所述的一种多用途自适应高温热管，其特征在于，所述硬质栓塞（153）的材料是钴、钼、镍、钨、碳化硅、氮化硅、碳化钨、碳化钛或者碳化钽。