[實用新型]管芯自適應熱管

有效

• 申請號: 201420552200.3
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN204085272U
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 姜玉雁;王濤;姜海昌;郭朝紅;唐大偉;戎利建
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所;中國科學院金屬研究所
• 主分類號: F28D15/02
• 分類號: F28D15/02;H05K7/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本實用新型涉及散熱器件技術領域，尤其涉及一種管芯自適應熱管。

背景技術

熱管是一種具有很高傳熱性能的元件，已經被廣泛應用于電力電子、航空航天等領域，擔負高效快速傳熱的角色。

圖1為熱管的剖面示意圖。請參照圖1，熱管是由管殼100、管芯200和工作液體組成。熱管的一端為蒸發段，另一端為冷凝段，蒸發段和冷凝段之間的部分為輸送段。

目前，管芯200普遍采用毛細多孔材料的多層網芯。該多層網芯采用銅、不銹鋼等材料制備，一般為2～4層或者更多，層與層之間緊密貼合，并且其最外側一層與管殼100的內壁也盡量貼合良好，從而形成較大的毛細抽吸力。

在熱管制備過程中，將管芯200伸入管殼100中，管殼內的空氣排出，工作液體填充于管芯的毛細多孔材料的微孔中，管殼的兩端密封。

在熱管工作過程中，當蒸發段受熱時，毛細多孔材料中的工作液體蒸發，蒸汽流向冷凝段；在冷凝段凝結成液體，液體在毛細多孔材料中靠毛細力的作用流回蒸發段，如此反復循環，熱量由熱管的蒸發段傳至冷凝段。當熱流密度較小時，主要通過管芯表面的液膜蒸發，帶走發熱體的熱量，如圖2A所示。當熱流密度增加時，工作液體發生沸騰，在管殼內壁的受熱面上產生汽泡，汽泡不斷上升，在管芯中形成通道，連續上升到液面上并進入蒸汽空間，如圖2B所示。

由此可見，熱管內工作液體的相變可能是表面蒸發，也可能是液體內部沸騰，如果形成的汽泡不能順利的通過管芯運動到液體表面，蒸發段管芯內的蒸汽壓會過度增高，阻礙液體的回流，就可能產生壁面過熱，以致破壞熱管的正常工作。

對于采用多層網芯的熱管而言，由于管芯為多層，液體流通截面積大，阻力小，但徑向熱阻大，可以通過采用網孔較小的細網，增加毛細抽吸力，從而形成更多的蒸發薄液膜區域，提高換熱強度。但是這種設計方案在較高的熱流密度條件下不利于蒸汽的溢出，容易導致蒸發段的干涸，而使熱管失效。如果網芯采用網孔較大的粗網，雖然在高熱流密度條件下，蒸汽的溢出相對容易，但是在蒸發起主導作用的較低的熱流密度條件下，管芯形成的毛細力較小，不利于液膜的形成，回流的液體積聚，形成液泛現象，不利于蒸汽從管芯表面的蒸發。

實用新型內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本實用新型提供了一種管芯自適應熱管，以使熱管能夠自適應高熱流密度和低熱流密度的情況。

(二)技術方案

本實用新型管芯自適應熱管包括：管殼，呈中空結構；筒狀管芯，位于管殼內，貼合于管殼的內壁，為由多層絲網卷繞層疊形成的毛細多孔結構，工作液體填充于該毛細多孔結構的網孔中，在該筒狀管芯的內側形成供汽態的工作液體流通的空間；其中，絲網采用形狀記憶合金材料加工制備，經過訓練，在相變溫度以上時其網孔尺寸大于在相變溫度以下時其網孔尺寸。

優選地，本實用新型管芯自適應熱管中，在相變溫度以上時，絲網的網孔尺寸的最大值為相變溫度以下時絲網的網孔尺寸的110％～130％。

優選地，本實用新型管芯自適應熱管中，相變溫度的取值介于50℃～100℃之間。

優選地，本實用新型管芯自適應熱管中，絲網由形狀記憶合金絲編織而成或由形狀記憶合金粉末燒結鑄造而成。

優選地，本實用新型管芯自適應熱管中，絲網由形狀記憶合金絲編織而成，網孔呈正方形，在相變溫度以下時，正方形的邊長的取值介于10μm～200μm之間。

優選地，本實用新型管芯自適應熱管中，形狀記憶合金材料為以下材料中的一種：鎳鈦系形狀記憶合金、鐵系形狀記憶合金、銅鎳系形狀記憶合金、銅鋁系形狀記憶合金和銅鋅系形狀記憶合金。優選地，形狀記憶合金材料為鎳鈦系形狀記憶合金。

優選地，本實用新型管芯自適應熱管中，筒狀管芯中絲網的層數為2～8層。

優選地，本實用新型管芯自適應熱管中，管殼呈長條狀中空結構，其剖面為橢圓形或長方形，其材料為銅、鋁、銀或不銹鋼。最優地，管殼的剖面為圓形，其材料為銅。

優選地，本實用新型管芯自適應熱管中，工作液體為水、乙醇、甲醇或丙酮。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本實用新型熱管采用形狀記憶合金材料制備的多層管芯，組成該管芯的絲網經過訓練，其網孔尺寸可以隨溫度的變換而自動調整，從而使熱管能夠自適應高熱流密度和低熱流密度的情況。

附圖說明

圖1為熱管的剖面示意圖；

圖2A和圖2B分別為圖1所示熱管的工作過程中蒸發段局部在熱流密度較小和較大時的放大示意圖；