一种反重力热管制造技术

一种反重力热管，包括管壳、储液器、形状记忆弹簧、活塞和工作介质，该反重力热管的热端高于冷端，其中：储液器紧邻热端，其为工作介质的一容置空间，用于储存工作介质来冷却热端；形状记忆弹簧一端与热端相连并产生热接触，另一端与活塞相连；以及当热端升温到一阈值时，形状记忆弹簧受热发生形变并驱使活塞推动工作介质，给储液器内补充工作介质；当补充的工作介质使热端冷却到一阈值时，形状记忆弹簧冷却而恢复原来的形态。本发明专利技术的反重力热管突破毛细极限，结构较简单，不需设置隔离器、储液器或鼓泡器等其他的辅助设备，无额外耗功，无需外力驱动，热功转换效率高、驱动能力强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热管领域，特别是能实现热端在上、冷端在下的高性能传热的反重力热管。
技术介绍
热管是一种无需动力驱动、高效快速的传热元件，已经被广泛应用于电力电子、航空航天等领域。热管是由密闭管路充注一定量的液体制成，分为蒸发段、绝热段和冷凝段，有的热管内装有吸液芯。当蒸发段受热时，液体蒸发，蒸汽流向冷凝段，在冷凝段凝结成液体，液体在重力或吸液芯毛细力的作用下流回蒸发段，如此循环，热量由热管的蒸发段传至冷凝段。由于重力影响，热管一般要求加热段在下、冷却段在上，但实际应用中，受结构的限制常常出现加热段在上、冷却段在下的情况，这时，热管的传热效率会大大降低，甚至降低80％以上。另外，对于飞行器设备或车载设备中的热管，随着飞行姿态或加速度的影响，热管的传热性能也大受影响。因此，需要改进热管结构，实现反重力、抗加速度变动的高效散热。目前对于反重力热管有一些尝试。例如专利技术专利申请“一种反重力热管及其制造方法”(申请号201410013259.X)提出了一种反重力热管结构，如图1所示。这种结构的热管包括外壳1、外壳内表面吸液芯2，以及吸液芯内侧表面设置的隔层3。热端(蒸发段)在上，冷端(冷凝段)在下，吸液芯冷却段的厚度比加热段的厚度大，吸液芯横截面为锥形或梯形。此结构的热管，在吸液芯2的内侧表面与隔层3之间的腔体内，在相变介质毛细力的作用下，可以补充一定高度的液体；同时冷端较厚的吸液芯可以提供较强的毛细力，实现反重力回液。毛细泵环路热管具有一定反重力散热能力，但是结构比较复杂。图2为一典型的毛细泵环路反重力热管系统，主要由蒸发器、冷凝器、蒸汽管道、液体管道、储液器、隔离器及控制系统组成。蒸发器在上，内部产生的蒸汽通过蒸汽管道传递到下面的冷凝器，冷凝为液体后，在蒸发器内部的吸液芯的作用下通过液体通道回到蒸发器。隔离器是为了避免蒸汽反流入液体通道；储液器用于蒸发器补液，实现温度调控和蒸发器启动。专利技术专利申请“反重力鼓泡式环路热管”(申请号201110425669.1)基于毛细泵环路热管提出了一种新的结构，如图3所示。这种结构的环路热管在补偿器与冷凝器之间增加了一个鼓泡器，正常工作条件下，鼓泡器与补偿器之间形成一段液柱。蒸发器吸热产生的蒸汽在冷凝器中冷凝之后，流入鼓泡器，鼓泡器内部提供热源，使其中的液体沸腾产生高压，在U型管的作用下，液体很难返回到冷凝器，但会驱动鼓泡器与补偿器之间的液柱流入补偿器，实现对蒸发器的补液。上述单纯利用吸液芯的毛细作用来实现反重力传热，其效果有限，毛细结构、热负荷、冷热端高差等因素会有明显的影响；此外，现有的反重力环路热管结构较复杂，需设置隔离器避免蒸汽逆流入储液器或冷凝器，还需设置储液器对蒸发器补液；而反重力鼓泡式环路热管则不仅结构复杂，需设置补偿器和鼓泡器，且为了产生高压还需要额外耗功，给环路增加了额外的热负荷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种反重力热管，以克服上述技术问题。为了实现上述目的，本专利技术的反重力热管，包括管壳、储液器、形状记忆弹簧、活塞和工作介质，所述反重力热管的热端高于冷端，其特征在于：所述储液器紧邻热端，其为工作介质的一容置空间，用于储存工作介质来冷却所述热端；所述形状记忆弹簧一端与所述热端相连并产生热接触，另一端与活塞相连；以及当所述热端升温到一阈值时，所述形状记忆弹簧受热发生形变并驱使所述活塞推动所述工作介质，给所述储液器内补充工作介质；当所述补充的工作介质使所述热端冷却到一阈值时，所述形状记忆弹簧冷却而恢复原来的形态。其中，所述反重力热管为环路热管。其中，所述反重力热管为具有多个回路的连通管结构。其中，所述反重力热管为单管结构；以及所述形状记忆弹簧常温下为伸展状态，达到变形温度时缩短，推动工作介质向所述储液器补液；所述活塞与管壳内表面有间隙，或者采用有微通孔的活塞。其中，所述形状记忆弹簧的材料选自镍钛形状记忆合金、铜基形状记忆合金或铁基形状记忆合金。其中，所述形状记忆弹簧为双程记忆合金弹簧。其中，所述形状记忆弹簧为单向记忆合金弹簧，且在所述活塞相对于所述形状记忆弹簧的另一方向连接有普通弹簧，通过所述普通弹簧使所述形状记忆弹簧在冷却时恢复或部分恢复到原来的形态。其中，所述形状记忆弹簧在常温下为紧缩状态，在受热形变时所述形状记忆弹簧的长度增加2～8倍。其中，所述形状记忆弹簧在常温下为伸长状态，在受热形变时所述形状记忆弹簧的长度缩小到原来的八分之一至一半。其中，所述储液器为容置工作介质的隔板，或者为热端内部固定的多孔高导热系数材料。其中，所述储液器为泡沫金属。其中，该反重力热管不包含所述储液器，而通过使热端的加热面低于最高液位而保持浸润；当所述工作介质吸热产生的蒸汽受重力影响无法及时散热而使热端温度升高时，所述记忆合金弹簧受热伸长，推动冷凝液体流入热端，冷却加热面，实现反重力传热。其中，所述活塞为密封式活塞，或者与所述管壳内表面有间隙，或者所述活塞表面有微通孔。其中，所述活塞表面的微通孔为单向通孔。其中，所述微通孔的每一个的底部都有一个翘曲薄片，具有一定的倾斜角度，当所述活塞向下运动推动液态的工作介质流动时，所述薄片在液态的工作介质压力作用下会闭合所述微通孔，防止液体反流；当活塞上表面有过多液态的工作介质流入，可通过所述微通孔顶开闭合薄片，流过活塞，保持液体循环以及活塞上下两个空间压力平衡。其中，所述管壳的内部填充有吸液芯毛细结构。本专利技术基于实现液体的反重力流动需要外力驱动，而形状记忆合金等智能材料可以实现高效率的热功转换，从而为液体流动提供驱动力的思想，利用形状记忆弹簧达到变形温度时会发生伸缩变化的现象来实现热管反重力传热，该方案具有以下优点：(1)突破毛细极限：单纯利用吸液芯的毛细作用来实现反重力传热，对冷热端高差有强烈的依赖性，其传热作用有限；形状记忆弹簧可以根据加热面的温度改变长度，推动冷流体补液，既能够持续浸润加热面，保持相变吸热不间断，又增加了对流换热作用，反重力传热效果更好，对冷热端高差几乎无要求；(2)结构较简单：不需设置隔离器、储液器或鼓泡器等其他的辅助设备，结构较简单，热管密闭性更好，更易维护；(3)无额外耗功：利用形状记忆弹簧自发的形变实现反重力传热，无需鼓泡器等额外加压或加热的耗功部件推动液体流动，不会对管路增加额外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反重力热管，包括管壳、储液器、形状记忆弹簧、活塞和工作介质，所述反重力热管的热端高于冷端，其特征在于：所述储液器紧邻热端，其为工作介质的一容置空间，用于储存工作介质来冷却所述热端；所述形状记忆弹簧一端与所述热端相连并产生热接触，另一端与活塞相连；以及当所述热端升温到一阈值时，所述形状记忆弹簧受热发生形变并驱使所述活塞推动所述工作介质，给所述储液器内补充工作介质；当所述补充的工作介质使所述热端冷却到一阈值时，所述形状记忆弹簧冷却而恢复原来的形态。

【技术特征摘要】
1.一种反重力热管，包括管壳、储液器、形状记忆弹簧、活塞和工
作介质，所述反重力热管的热端高于冷端，其特征在于：
所述储液器紧邻热端，其为工作介质的一容置空间，用于储存工作介
质来冷却所述热端；
所述形状记忆弹簧一端与所述热端相连并产生热接触，另一端与活塞
相连；以及
当所述热端升温到一阈值时，所述形状记忆弹簧受热发生形变并驱使
所述活塞推动所述工作介质，给所述储液器内补充工作介质；当所述补充
的工作介质使所述热端冷却到一阈值时，所述形状记忆弹簧冷却而恢复原
来的形态。
2.如权利要求1所述的反重力热管，其特征在于，所述反重力热管
为环路热管；优选为具有多个回路的连通管结构。
3.如权利要求1所述的反重力热管，其特征在于，所述反重力热管
为单管结构；以及
所述形状记忆弹簧常温下为伸展状态，达到变形温度时缩短，推动工
作介质向所述储液器补液；所述活塞与管壳内表面有间隙，或者采用有微
通孔的活塞。
4.如权利要求1所述的反重力热管，其特征在于，所述形状记忆弹
簧的材料选自镍钛形状记忆合金、铜基形状记忆合金或铁基形状记忆合金。
5.如权利要求1所述的反重力热管，其特征在于，所述形状记忆弹
簧为双程记忆合金弹簧；或者
所述形状记忆弹簧为单向记忆合金弹簧，且在所述活塞相对于所述形
状记忆弹簧的另一方向连接有普通弹簧，通过所述普通弹簧使所述形状记
忆弹簧在冷却时恢复或部分恢复到原来的形态。
6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭朝红，姜玉雁，王涛，郭聪，郝炜，曾秒，姜海昌，戎利建，唐大伟，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11