带有气库的低温热管.pdf

本发明公开了一种带有气库的低温热管，包含气库、热管管体，其中热管管体包含冷凝段、绝热段、蒸发段，在热管管体内壁刻出槽道，紧贴槽道覆盖三层由不同目数的金属丝网形成的多孔毛细结构。本发明的主要特征在于：存在一个放置在常温环境中的气库，该气库通过一段金属管连接到低温热管的冷凝段。本发明主要在于解决低温热管在常温环境中的存放压力过高以及低温热管启动前的冷却时间过长这两个技术问题。

1.  一种带有气库的低温热管，包含热管管体(1)、气库(5)；其中低温热管管体包括冷凝段(2)、蒸发段(3)、绝热段(4)，管壳内部刻出三角形、矩形、或者梯形槽道(1-2)；其主要特征在于：所述的气库(5)与热管管体(1)之间分离，气库(5)被放置在常温环境中，通过一段金属管(6)与低温热管的冷凝段(2)连接。

2.  根据权利要求1所述的一种带有气库的低温热管，其特征在于：所述的气库(5)和金属管(6)使用导热系数较小的不锈钢材料。

3.  根据权利要求1所述的一种带有气库的低温热管，其特征在于：所述的金属管(6)内部不存在毛细结构。

4.  根据权利要求1所述的一种带有气库的低温热管，其特征在于：所述的热管冷凝段(2)、蒸发段(3)和绝热段(4)的外壳有便于连接和固定的翅片。

5.  根据权利要求1所述的一种带有气库的低温热管，其特征在于：在所述的热管管体(1)内壁表面刻有槽道(1-2)，并覆盖有三层不同目数丝网(1-3)组成的多孔毛细结构，其中靠近管壳内壁的最内层使用目数低于200目丝网，中间层使用目数200目到500目丝网、远离管壁的最外层使用目数低于200目丝网。

带有气库的低温热管
技术领域
本发明属于低温工程与制冷技术领域，具体指一种带有气库的低温热管，它特别适用于工作温度低于200K时，低温冷源与被冷却器件之间的热量传递。
背景技术
在空间应用、地面科学研究等领域，对低温系统集成的要求越来越高，当温度低于200K时，用于低温冷源和被冷却器件之间热量传递的传热部件，成了低温系统集成中的关键技术。
在温度低于200K时，目前主要使用紫铜冷链或者紫铜棒作为热量传输部件。但在远距离传输大热量时，由于紫铜材料导热系数的限制，会拉大低温冷源和被冷却器件之间的温差。因此紫铜棒或者紫铜冷链无法满足大热量、长距离、小温差传递的要求，需要寻求更高效的传热器件来解决这个问题。
在常温区域，比紫铜材料更有效的传热器件是热管，它使用内部工质的气液相变来实现传热。主要结构为一根单管，管壳内壁刻出槽道作为毛细结构，内部封装一定量的工质。液态工质在毛细力的驱动下流向蒸发段，在蒸发段吸热汽化，气态工质又重新流回冷凝段放热凝结为液态。
但是直接将这种热管充装低温工质用于低于200K的温区时，其内部工质在常温存放时下压强很大。这导致热管的可靠性不高，往往需要增加壁厚来提高管体的耐压程度，从而提高热管可靠性，但是这种措施会增大热管的热阻；另外内部压力较大还会造成热管启动前需要很长的冷却时间。这是将传统热管应用到低温领域内遇到的两个主要问题。
发明内容
本发明提供了一种带有气库的低温热管，在于解决传统低温热管存在的两个问题：一个问题是常温存放时压强太高造成的低温热管管壁很厚以及可靠性不高，另外一个问题是低温热管前的冷却时间过长。
本发明为解决上述问题采用的技术方案如下：
一种带有气库的低温热管，包含热管管体1、气库5；其中低温热管管体1包括冷凝段2、蒸发段3、绝热段4。
其主要特征在于：气库5与热管管体1之间分离，被放置在常温环境中，通过一段金属管6连接到低温热管的冷凝段2。
上述带有气库的低温热管，其特征在于：热管冷凝段2、蒸发段3、绝热段4外壳添加翅片，便于连接和固定。
上述带有气库的低温热管，其特征在于：金属管6内部不存在毛细结构。
其特征还在于：气库5和金属管6使用导热系数较小的不锈钢，热管管体1使用铝、铝合金和不锈钢、紫铜。
其特征还在于：在热管管体1内壁刻出的槽道表面(1-2)，覆盖三层由不同目数丝网(1-3)组成的毛细芯。
其特征还在于：靠近管壳内壁的最内层使用目数低于200目的丝网，中间层使用目数介于200目到500目的丝网、远离管壁的最外层使用目数低于200目丝网
本发明的优点如下：
本发明利用了一个气库，扩大了低温热管的容积，提高了低温热管在常温存放时的可靠性；
本发明中使用的气库降低了低温热管在常温存放时的内部压力，这样可以使用更薄的管壳，有助于降低热管的传热热阻；
本发明中的低温热管在常温情况下，内部压力较低。因此当该热管从常温环境中降温时，降低低温热管启动前的冷却时间。
附图说明
图1本发明的总体结构图。
图2管壳内部的槽道与金属复合丝网组合图。
具体实施方式
现结合附图对本发明做详细说明。
请参见图1所示，本发明带有气库的低温热管包含热管管体1和气库5；热管管体1由冷凝段2、蒸发段3和绝热段4组成；气库5放置在常温环境中通过一根金属管6连接到热管的冷凝段2；冷凝段2、蒸发段3、和绝热段4使用带有通孔的翅片7。翅片7的作用在于方便热管的安装和固定。其中冷凝段2的翅片用于和冷源耦合，蒸发段翅片用于和被冷却器件耦合，比如与探测器焦平面耦合。
该低温热管使用氢、氖、氮、氧、乙烷、丙烯等作为在低温环境中(低于200k)传热的工质。当冷凝段2与冷源耦合好之后，比如机械制冷机或者辐射制冷器，伴随着冷源温度降低，冷凝段2的温度开始降低，液体最早出现在冷凝段2。降温导致在低温热管内部出现了压力差，气态工质从气库5通过金属管6流向冷凝段2，而且蒸发段3和绝热段4的气态工质也会流向冷凝段。液态工质在冷凝段2逐渐积累，并且在丝网1-3产生的毛细力驱动下通过绝热段4流向蒸发段3，使蒸发段3温度降低。由于气库5和冷凝段2之间连接的金属管6内部不存在毛细芯，因此不会存在液体流向气库5。
当低温热管冷凝段2、蒸发段3、绝热段4的温度达到均匀，并且气库5内的压强不再变化时。可以认定低温热管启动前的预冷完成。加热蒸发段3，工质汽化，压力升高，流向冷凝段2，重新凝结。在蒸发段3的加热功率不高于传热极限的前提下，液体都会在毛细力的驱动下持续不断流向蒸发段3。
在低温热管稳态工作的情况下。气库5与热管管体1内部的压力是平衡的，因此气体流动较少，通过气库的漏热也较小。另外气库扩大了低温热管的内部容积，因此当低温热管在常温存放时，会降低低温热管内部的压力。