[發(fā)明專利]一種反重力熱管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610210100.6
• 申請日: 2016-04-06
• 公開（公告）號: CN105674780B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭朝紅;姜玉雁;王濤;郭聰;郝煒;曾秒;姜海昌;戎利建;唐大偉
• 申請（專利權(quán)）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: F28D15/04
• 分類號: F28D15/04;F28F21/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱管領(lǐng)域，特別是能實現(xiàn)熱端在上、冷端在下的高性能傳熱的反重力熱管。

背景技術(shù)

熱管是一種無需動力驅(qū)動、高效快速的傳熱元件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電力電子、航空航天等領(lǐng)域。熱管是由密閉管路充注一定量的液體制成，分為蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段，有的熱管內(nèi)裝有吸液芯。當蒸發(fā)段受熱時，液體蒸發(fā)，蒸汽流向冷凝段，在冷凝段凝結(jié)成液體，液體在重力或吸液芯毛細力的作用下流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)，熱量由熱管的蒸發(fā)段傳至冷凝段。由于重力影響，熱管一般要求加熱段在下、冷卻段在上，但實際應(yīng)用中，受結(jié)構(gòu)的限制常常出現(xiàn)加熱段在上、冷卻段在下的情況，這時，熱管的傳熱效率會大大降低，甚至降低80％以上。另外，對于飛行器設(shè)備或車載設(shè)備中的熱管，隨著飛行姿態(tài)或加速度的影響，熱管的傳熱性能也大受影響。因此，需要改進熱管結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)反重力、抗加速度變動的高效散熱。

目前對于反重力熱管有一些嘗試。例如發(fā)明專利申請“一種反重力熱管及其制造方法”(申請?zhí)?01410013259.X)提出了一種反重力熱管結(jié)構(gòu)，如圖1所示。這種結(jié)構(gòu)的熱管包括外殼1、外殼內(nèi)表面吸液芯2，以及吸液芯內(nèi)側(cè)表面設(shè)置的隔層3。熱端(蒸發(fā)段)在上，冷端(冷凝段)在下，吸液芯冷卻段的厚度比加熱段的厚度大，吸液芯橫截面為錐形或梯形。此結(jié)構(gòu)的熱管，在吸液芯2的內(nèi)側(cè)表面與隔層3之間的腔體內(nèi)，在相變介質(zhì)毛細力的作用下，可以補充一定高度的液體；同時冷端較厚的吸液芯可以提供較強的毛細力，實現(xiàn)反重力回液。

毛細泵環(huán)路熱管具有一定反重力散熱能力，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。圖2為一典型的毛細泵環(huán)路反重力熱管系統(tǒng)，主要由蒸發(fā)器、冷凝器、蒸汽管道、液體管道、儲液器、隔離器及控制系統(tǒng)組成。蒸發(fā)器在上，內(nèi)部產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽管道傳遞到下面的冷凝器，冷凝為液體后，在蒸發(fā)器內(nèi)部的吸液芯的作用下通過液體通道回到蒸發(fā)器。隔離器是為了避免蒸汽反流入液體通道；儲液器用于蒸發(fā)器補液，實現(xiàn)溫度調(diào)控和蒸發(fā)器啟動。

發(fā)明專利申請“反重力鼓泡式環(huán)路熱管”(申請?zhí)?01110425669.1)基于毛細泵環(huán)路熱管提出了一種新的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。這種結(jié)構(gòu)的環(huán)路熱管在補償器與冷凝器之間增加了一個鼓泡器，正常工作條件下，鼓泡器與補償器之間形成一段液柱。蒸發(fā)器吸熱產(chǎn)生的蒸汽在冷凝器中冷凝之后，流入鼓泡器，鼓泡器內(nèi)部提供熱源，使其中的液體沸騰產(chǎn)生高壓，在U型管的作用下，液體很難返回到冷凝器，但會驅(qū)動鼓泡器與補償器之間的液柱流入補償器，實現(xiàn)對蒸發(fā)器的補液。

上述單純利用吸液芯的毛細作用來實現(xiàn)反重力傳熱，其效果有限，毛細結(jié)構(gòu)、熱負荷、冷熱端高差等因素會有明顯的影響；此外，現(xiàn)有的反重力環(huán)路熱管結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需設(shè)置隔離器避免蒸汽逆流入儲液器或冷凝器，還需設(shè)置儲液器對蒸發(fā)器補液；而反重力鼓泡式環(huán)路熱管則不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需設(shè)置補償器和鼓泡器，且為了產(chǎn)生高壓還需要額外耗功，給環(huán)路增加了額外的熱負荷。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種反重力熱管，以克服上述技術(shù)問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的反重力熱管，包括管殼、儲液器、形狀記憶彈簧、活塞和工作介質(zhì)，所述反重力熱管的熱端高于冷端，其特征在于：

所述儲液器緊鄰熱端，其為工作介質(zhì)的一容置空間，用于儲存工作介質(zhì)來冷卻所述熱端；

所述形狀記憶彈簧一端與所述熱端相連并產(chǎn)生熱接觸，另一端與活塞相連；以及

當所述熱端升溫到一閾值時，所述形狀記憶彈簧受熱發(fā)生形變并驅(qū)使所述活塞推動所述工作介質(zhì)，給所述儲液器內(nèi)補充工作介質(zhì)；當所述補充的工作介質(zhì)使所述熱端冷卻到一閾值時，所述形狀記憶彈簧冷卻而恢復(fù)原來的形態(tài)。

其中，所述反重力熱管為環(huán)路熱管。

其中，所述反重力熱管為具有多個回路的連通管結(jié)構(gòu)。

其中，所述反重力熱管為單管結(jié)構(gòu)；以及

所述形狀記憶彈簧常溫下為伸展狀態(tài)，達到變形溫度時縮短，推動工作介質(zhì)向所述儲液器補液；所述活塞與管殼內(nèi)表面有間隙，或者采用有微通孔的活塞。

其中，所述形狀記憶彈簧的材料選自鎳鈦形狀記憶合金、銅基形狀記憶合金或鐵基形狀記憶合金。

其中，所述形狀記憶彈簧為雙程記憶合金彈簧。

其中，所述形狀記憶彈簧為單向記憶合金彈簧，且在所述活塞相對于所述形狀記憶彈簧的另一方向連接有普通彈簧，通過所述普通彈簧使所述形狀記憶彈簧在冷卻時恢復(fù)或部分恢復(fù)到原來的形態(tài)。

其中，所述形狀記憶彈簧在常溫下為緊縮狀態(tài)，在受熱形變時所述形狀記憶彈簧的長度增加2～8倍。