簧變形伸長(zhǎng)，推動(dòng)底端的活塞運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)冷端的液態(tài)介質(zhì)流動(dòng)，冷卻熱端，同時(shí)冷凝液補(bǔ)充到隔板中，保證熱端有液體浸潤(rùn)，避免熱端溫度過高，熱端冷卻后，形狀記憶彈簧恢復(fù)到緊縮狀態(tài)。
[0046]下面對(duì)各部件的功能和作用進(jìn)行詳細(xì)的說明:
[0047]管殼1:采用具有較高導(dǎo)熱系數(shù)的銅、鋁或不銹鋼等熱管常用金屬材質(zhì)制成，為相變工作介質(zhì)內(nèi)部循環(huán)形成密閉的空間。
[0048]隔板2:在熱管加熱段內(nèi)部形成夾層，用于儲(chǔ)存液態(tài)介質(zhì)，確保加熱面有液體潤(rùn)濕，避免熱端過熱。
[0049]形狀記憶彈簧3:該部件是由形狀記憶合金材料(如鈦基記憶合金、銅基記憶合金等)加工而成，形成如圖4所示的彈簧。在常溫下形狀記憶彈簧為緊縮狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行伸縮訓(xùn)練，使其在高溫條件下(具體溫度范圍根據(jù)發(fā)熱部件的工作溫度范圍而定，一般電力電子器件工作溫度范圍約為40-100°C)彈簧長(zhǎng)度增加約2?8倍。形狀記憶彈簧固定在加熱端，加熱端溫度較低時(shí)，形狀記憶彈簧緊縮，熱管內(nèi)部工作介質(zhì)的相變流動(dòng)可以滿足傳熱需求;加熱端溫度升高到變形溫度時(shí)，形狀記憶彈簧伸長(zhǎng)，推動(dòng)活塞4，驅(qū)動(dòng)冷凝液體流動(dòng)到熱端，冷卻加熱面，同時(shí)對(duì)隔板2補(bǔ)液;加熱端被冷卻后，形狀記憶彈簧恢復(fù)初始的緊縮狀態(tài)；如此循環(huán)。
[0050]活塞4:緊固在形狀記憶彈簧3底端，彈簧伸長(zhǎng)時(shí)可以推動(dòng)液體流動(dòng)，對(duì)熱端補(bǔ)液。[0051 ]相變介質(zhì)5:熱管的工作介質(zhì)，通過吸熱汽化、放熱冷凝來實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。
[0052]冷凝端6:熱管的冷端部分，外部可通過各種散熱方式將熱管內(nèi)部工作介質(zhì)所傳輸?shù)臒崃可⒊觥?br>[0053]在上述方案中，形狀記憶合金可以是鎳鈦形狀記憶合金，也可以是其他適合于本發(fā)明的具有形狀記憶功能的合金，如銅基形狀記憶合金，鐵基形狀記憶合金等。
[0054]在上述方案中，設(shè)置隔板是為了確保加熱面被液體浸潤(rùn)，防止干燒。作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，隔板也可以由其他形式的儲(chǔ)液器代替，如在熱管加熱面內(nèi)部固定泡沫金屬等多孔高導(dǎo)熱系數(shù)材料，利用毛細(xì)作用，可以使液體儲(chǔ)存在多孔材料中，為加熱面供液。另外，也可以不設(shè)置隔板，采用圖5所示結(jié)構(gòu)，使加熱面低于最高液位，保持浸潤(rùn)。當(dāng)吸熱蒸汽受重力影響無法及時(shí)散熱而使加熱端溫度升高時(shí)，記憶合金彈簧受熱伸長(zhǎng)，推動(dòng)冷凝液體流入加熱端，冷卻加熱面，實(shí)現(xiàn)反重力傳熱。
[0055]在上述方案中，熱管內(nèi)的活塞可以是密封式活塞，也可以與管殼內(nèi)表面有間隙，或者可以采用表面有微通孔的活塞，如多孔材料活塞、表面帶有若干個(gè)單向通孔的活塞等。作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，有單向通孔的活塞的剖面圖如圖6所示，活塞截面11上有若干個(gè)通孔12，每個(gè)通孔底部都有一個(gè)翹曲薄片13，具有一定的傾斜角度，當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)推動(dòng)液體流動(dòng)時(shí)，薄片13在液體壓力作用下會(huì)閉合通孔12，防止液體反流;當(dāng)活塞上表面有過多液體流入，可通過通孔12頂開閉合薄片13，流過活塞，保持液體循環(huán)以及活塞上下兩個(gè)空間壓力平衡。
[0056]作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，熱管管殼內(nèi)部可以填充吸液芯毛細(xì)結(jié)構(gòu)，提升反重力傳熱性能。
[0057]除了圖4所示的環(huán)形熱管之外，還可以采用單管(如圖7所示)結(jié)構(gòu)。單管式反重力熱管包括管殼1、隔板2、形狀記憶彈簧3、活塞4、相變介質(zhì)5、冷凝段6。形狀記憶彈簧常溫下為伸展?fàn)顟B(tài)，達(dá)到變形溫度時(shí)縮短，推動(dòng)冷凝液體向熱端補(bǔ)液，同時(shí)在隔板內(nèi)儲(chǔ)液。活塞4與管殼內(nèi)表面有間隙，或者可以采用有微通孔的活塞。隔板2也可以采用多孔金屬材料實(shí)現(xiàn)液體的儲(chǔ)存，保持加熱端的浸潤(rùn)。熱管內(nèi)部可以填充吸液芯毛細(xì)結(jié)構(gòu)，提升反重力傳熱性能。
[0058]在上述方案中，除了圖4所示的環(huán)形熱管之外，還可以采用連通管或內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)(如圖8所示)。作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，如圖8所示，該熱管包括管殼1、隔板2、形狀記憶彈簧3、活塞4、相變介質(zhì)5、冷凝段6。與圖4所示的環(huán)形熱管相似，此結(jié)構(gòu)的熱管，形狀記憶彈簧在常溫下為緊縮狀態(tài)，加熱端溫度升高到彈簧的變形溫度后，彈簧伸長(zhǎng)，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，冷凝液體流到加熱段，冷卻加熱面，同時(shí)隔板儲(chǔ)存液體?；钊梢允敲芊馐剑部梢耘c管殼內(nèi)表面有間隙，或者可以采用表面有微通孔的活塞;隔板2也可以采用多孔金屬材料實(shí)現(xiàn)液體的儲(chǔ)存，或者采取圖5所示的加熱面內(nèi)凹的結(jié)構(gòu)代替隔板儲(chǔ)液;熱管內(nèi)部可以填充吸液芯毛細(xì)結(jié)構(gòu)，提升反重力傳熱性能。
[0059]在上述方案中，對(duì)于圖4、圖5、圖8中所示的彈簧，形狀記憶彈簧常溫下也可以為伸展?fàn)顟B(tài)，達(dá)到變形溫度時(shí)縮短，直接汲取冷凝液體為熱端補(bǔ)液，同時(shí)在隔板內(nèi)儲(chǔ)液。
[0060]在上述方案中，圖4、圖5、圖7、圖8中的彈簧均為雙程記憶合金彈簧，即高溫變形、低溫恢復(fù)原形。對(duì)于一般的單向記憶合金彈簧(高溫發(fā)生變形，但低溫?zé)o法恢復(fù))，可以利用普通彈簧實(shí)現(xiàn)變形后的恢復(fù)。如圖9所示，形狀記憶彈簧3初始為緊縮狀態(tài)，普通彈簧7初始為伸展?fàn)顟B(tài);加熱端溫度升高到變形溫度時(shí)，形狀記憶彈簧3變形伸展，材料變?yōu)閯偠群艽蟮膴W氏體，克服普通彈簧7的彈力，推動(dòng)活塞4，驅(qū)使冷凝液體流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱端補(bǔ)液;加熱端被冷凝液冷卻后溫度降低，單向形狀記憶彈簧3雖然無法自行收縮，但材料變?yōu)閯偠容^小的馬氏體，在普通彈簧7的彈力的作用下，被壓縮為初始的緊縮狀態(tài);如此循環(huán)。
[0061]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種反重力熱管，包括管殼、儲(chǔ)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(chǔ)液器緊鄰熱端，其為工作介質(zhì)的一容置空間，用于儲(chǔ)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(dāng)所述熱端升溫到一閾值時(shí)，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(dòng)所述工作介質(zhì)，給所述儲(chǔ)液器內(nèi)補(bǔ)充工作介質(zhì)；當(dāng)所述補(bǔ)充的工作介質(zhì)使所述熱端冷卻到一閾值時(shí)，所述形狀記憶彈簧冷卻而恢復(fù)原來的形態(tài)。2.如權(quán)利要求1所述的反重力熱管，其特征在于，所述反重力熱管為環(huán)路熱管;優(yōu)選為具有多個(gè)回路的連通管結(jié)構(gòu)。3.如權(quán)利要求1所述的反重力熱管，其特征在于，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?fàn)顟B(tài)，達(dá)到變形溫度時(shí)縮短，推動(dòng)工作介質(zhì)向所述儲(chǔ)液器補(bǔ)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。4.如權(quán)利要求1所述的反重力熱管，其特征在于，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。5.如權(quán)利要求1所述的反重力熱管，其特征在于，所述形狀記憶彈簧為雙程記憶合金彈簧;或者 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(duì)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(shí)恢復(fù)或部分恢復(fù)到原來的形態(tài)。6.如權(quán)利要求1所述的反重力熱管，其特征在于，所述形狀記憶彈簧在常溫下為緊縮狀態(tài)，在受熱形變時(shí)所述形狀記憶彈簧的長(zhǎng)度增加2?8倍;或者 所述形狀記憶彈簧在常溫下為伸長(zhǎng)狀態(tài)，在受熱形變時(shí)所述形狀記憶彈簧的長(zhǎng)度縮小到原來的八分之一至一半。7.如權(quán)利要求1所述的反重力熱管，其特征在于，所述儲(chǔ)液器為容置工作介質(zhì)的隔板，或者為熱端內(nèi)部固定的多孔高導(dǎo)熱系數(shù)材料，優(yōu)選為泡沫金屬。8.如權(quán)利要求1所述的反重力熱管，其特征在于，所述反重力熱管中不包含所述儲(chǔ)液器，而通過使熱端的加熱面低于最高液位而保持浸潤(rùn)；當(dāng)所述工作介質(zhì)吸熱產(chǎn)生的蒸汽受重力影響無法及時(shí)散熱而使熱端溫度升高時(shí)，所述記憶合金彈簧受熱伸長(zhǎng)，推動(dòng)冷凝液體流入熱端，冷卻加熱面，實(shí)現(xiàn)反重力傳熱。9.如權(quán)利要求1所述的反重力熱管，其特征在于，所述活塞為密封式活塞，或者與所述管殼內(nèi)表面有間隙，或者所述活塞表面有微通孔;其中，所述活塞表面的微通孔優(yōu)選為單向通孔;進(jìn)一步優(yōu)選，所述微通孔的每一個(gè)的底部都有一個(gè)翹曲薄片，具有一定的傾斜角度，當(dāng)所述活塞向下運(yùn)動(dòng)推動(dòng)液態(tài)的工作介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，所述薄片在液態(tài)的工作介質(zhì)壓力作用下會(huì)閉合所述微通孔，防止液體反流;當(dāng)活塞上表面有過多液態(tài)的工作介質(zhì)流入，可通過所述微通孔頂開閉合薄片，流過活塞，保持液體循環(huán)以及活塞上下兩個(gè)空間壓力平衡。10.如權(quán)利要求1所述的反重力熱管，其特征在于，所述管殼的內(nèi)部填充有吸液芯毛細(xì)結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】一種反重力熱管，包括管殼、儲(chǔ)液器、形狀記憶彈簧、活塞和工作介質(zhì)，該反重力熱管的熱端高于冷端，其中：儲(chǔ)液器緊鄰熱端，其為工作介質(zhì)的一容置空間，用于儲(chǔ)存工作介質(zhì)來冷卻熱端；形狀記憶彈簧一端與熱端相連并產(chǎn)生熱接觸，另一端與活塞相連；以及當(dāng)熱端升溫到一閾值時(shí)，形狀記憶彈簧受熱發(fā)生形變并驅(qū)使活塞推動(dòng)工作介質(zhì)，給儲(chǔ)液器內(nèi)補(bǔ)充工作介質(zhì)；當(dāng)補(bǔ)充的工作介質(zhì)使熱端冷卻到一閾值時(shí)，形狀記憶彈簧冷卻而恢復(fù)原來的形態(tài)。本發(fā)明的反重力熱管突破毛細(xì)極限，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，不需設(shè)置隔離器、儲(chǔ)液器或鼓泡器等其他的輔助設(shè)備，無額外耗功，無需外力驅(qū)動(dòng)，熱功轉(zhuǎn)換效率高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。
【IPC分類】F28F21/08, F28D15/04
【公開號(hào)】CN105674780
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610210100
【發(fā)明人】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(qǐng)人】中國科學(xué)院工程熱物理研究所, 中國科學(xué)院金屬研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年4月6日