申请/专利权人：中国科学院理化技术研究所

申请日：2018-10-10

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN109163137B

主分类号：F16K31/68

分类号：F16K31/68;F16K31/126;F16K41/00;F16K1/00;F25B41/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2019.02.01#实质审查的生效;2019.01.08#公开

摘要：本发明涉及热管技术领域，公开了一种环路热管及其热开关结构，包括：壳体，在壳体的内部从右至左依次构造有第一腔室、第二腔室以及第三腔室，第一腔室设有进气口，第二腔室设有出气口；第一感温腔体，第一感温腔体通过第一连接管与第三腔室连通；阀门组件，设置在第一腔室和第二腔室之间，并能控制第一腔室和第二腔室的通断；其中，当第一感温腔体的温度高于临界值时，第三腔室内的压力大于阀门组件中的弹性件的弹力和第一腔室内的气体压力之和，从而使得阀门组件中的阀芯与阀口分离。本发明通过感温腔体及对应的阀门结构控制热管的启停，以根据热源器件温度自动实现热开关功能，防止热源器件被过度冷却，大幅提高了环形热管的运行可靠性。

主权项：1.一种热开关结构，其特征在于，包括：壳体，在所述壳体的内部从右至左依次构造有第一腔室、第二腔室以及第三腔室，所述第一腔室设有进气口，所述第二腔室设有出气口；第一感温腔体，所述第一感温腔体通过第一连接管与所述第三腔室连通；阀门组件，设置在所述第一腔室和所述第二腔室之间，并能控制所述第一腔室和所述第二腔室的通断；其中，当所述第一感温腔体的温度高于临界值时，所述第三腔室内的压力大于所述阀门组件中的弹性件的弹力和所述第一腔室内的气体压力之和，从而使得所述阀门组件中的阀芯与阀口分离；所述第二腔室内设有密封片，所述密封片与弹性膜片在所述第二腔室形成第二密闭空间，所述密封片沿阀杆的轴向方向与阀杆滑动连接，所述阀杆穿过所述密封片；第二感温腔体，所述第二感温腔体通过第二连接管与所述第二密闭空间连通，以与所述第二密闭空间形成第三密闭空间，所述第三密闭空间内封有流体工质；所述阀门组件包括挡板、所述阀芯、阀杆、所述弹性件和弹性膜片，其中，所述挡板设置在所述第一腔室与所述第二腔室之间，在所述挡板上构造有所述阀口，所述阀芯能封堵所述阀口，所述阀芯的一端通过所述阀杆与所述弹性膜片连接，所述阀芯的另一端通过所述弹性件固定在所述第一腔室内；所述阀门组件还包括能对所述弹性件的预紧力进行调节的调节部件，所述调节部件穿过所述第一腔室与所述弹性件连接。

全文数据：一种环路热管及其热开关结构技术领域本发明涉及热管技术领域，特别涉及一种环路热管及其热开关结构。背景技术随着电子信息、精密仪器技术的发展，越来越多的电子、光学等期间需要精确的温控。不仅需要控制被控元件的温度不高于温控要求，也需要当被控元件温度低于某一临界值时关闭传热通路，以保证元件的正常工作温度区间。热管作为一种高效传热设备，主要利用相变原理和毛细作用，可以在极小的温差下远距离地高效传输热量而不需外部能量。其通过合理的结构或者控制设计可以实现热开关功能。现有控制热管开关功能的技术手段主要采用不凝性气体贮气室或通过电磁控制流道开闭结构等。然而，这类热管的热开关功能大多需要主动控制，主要依赖于较复杂的运动部件，不适合广泛应用。发明内容一要解决的技术问题本发明提供一种环路热管及其热开关结构，以解决现有技术中存在需要通过一来主动运动部件来实现对热管的控制，从而导致无法有效地防止热源器件被过度冷却的技术问题。二技术方案为解决上述问题，本发明提供一种环路热管及其热开关结构，包括：壳体，在所述壳体的内部从右至左依次构造有第一腔室、第二腔室以及第三腔室，所述第一腔室设有进气口，所述第二腔室设有出气口；第一感温腔体，所述第一感温腔体通过第一连接管与所述第三腔室连通；阀门组件，设置在所述第一腔室和所述第二腔室之间，并能控制所述第一腔室和所述第二腔室的通断；其中，当所述第一感温腔体的温度高于临界值时，所述第三腔室内的压力大于所述阀门组件中的弹性件的弹力和所述第一腔室内的气体压力之和，从而使得所述阀门组件中的阀芯与阀口分离。进一步地，所述阀门组件包括挡板、所述阀芯、阀杆、所述弹性件和弹性膜片，其中，所述挡板设置在所述第一腔室与所述第二腔室之间，在所述挡板上构造有所述阀口，所述阀芯能封堵所述阀口，所述阀芯的一端通过所述阀杆与所述弹性膜片连接，所述阀芯的另一端通过所述弹性件固定在所述第一腔室内。进一步地，所述阀门组件还包括能对所述弹性件的预紧力进行调节的调节部件，所述调节部件穿过所述第一腔室与所述弹性件连接。进一步地，所述第三腔室和所述第二腔室通过所述弹性膜片进行密封分隔。进一步地，所述第一感温腔体与所述第三腔室通过所述第一连接管连通形成第一密闭空间，所述第一密闭空间内封有流体工质。进一步地，所述第二腔室内设有密封片；所述阀杆穿过所述密封片，与所述密封片滑动式连接，且所述密封片与所述弹性膜片在所述第二腔室内形成第二密闭空间。进一步地，所述热开关还包括：第二感温腔体；所述第二感温腔体通过第二连接管与所述第二密闭空间连通，以与所述第二密闭空间形成第三密闭空间，所述第三密闭空间内封有流体工质。进一步地，所述密封片沿所述阀杆的径向垂直设置，所述密封片沿所述阀杆的轴向方向与所述阀杆滑动式连接。进一步地，所述流体工质为气态工质或者气液两相工质。为解决上述问题，本发明还提供一种环路热管，包括：蒸发器、冷凝器和上述的热开关结构；所述蒸发器通过回液管与所述冷凝器连通；所述蒸发器通过第一出气管与所述第一腔室的进气口连通；所述第二腔室的出气口通过第二出气管与所述冷凝器连通。三有益效果本发明提供一种环路热管及其热开关结构，通过在热开关的壳体中设置依次由挡板和弹性膜片间隔成第一腔室、第二腔室和第三腔室，并将第三腔室与感温腔体连通，通过感温腔体及对应的阀门结构来控制热管的启停，以根据热源器件的温度自动实现热开关功能，防止热源器件被过度冷却。同时，本发明提供的环形热管不依赖于主动控制部件，简便易行，有利于广泛应用。附图说明图1是本发明优选实施例中提供的环路热管的结构示意图；图2是本发明第一优选实施例中提供的热开关结构开启状态的结构示意图；图3是本发明第一优选实施例中提供的热开关结构关闭状态的结构示意图；图4是本发明第二优选实施例中提供的热开关结构的结构示意图；图5是本发明第三优选实施例中提供的热开关结构的结构示意图；其中，1：蒸发器；2：第一出气管；3：热开关；4：冷凝器；5：回液管；6：第二出气管；7：热源器件；300：壳体；301：进气口；302：出气口；303：阀芯；304：挡板；305：阀杆；306：弹性膜片；307：弹性件；308：调节部件；309：第一连接管；310:第一感温腔体；311：密封片；312：第二连接管；313：第二感温腔体；314：第一腔室；315：第二腔室：316：第三腔室。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供一种环路热管及其热开关结构，如图1和图2所示，该热开关结构3包括：壳体300、第一感温腔体310和阀门组件。在壳体300的内部从右至左依次构造有第一腔室314、第二腔室315以及第三腔室316，第一腔室314设有进气口301，第二腔室315设有出气口302。第一感温腔体310通过第一连接管309与第三腔室316连通。阀门组件，设置在第一腔室314和第二腔室315之间，并能控制第一腔室314和第二腔室315的通断；其中，当第一感温腔体310的温度高于临界值时，例如第三腔室316内的压力大于阀门组件中的弹性件307的弹力和第一腔室314内的气体压力之和时，阀门组件中的阀芯303与阀口分离。本实施例中，阀门组件包括：挡板304、阀芯303、阀杆305、弹性件307和弹性膜片306。弹性膜片306固定在壳体300内，挡板304设置在第一腔室314与第二腔室315之间，挡板304上构造有阀口，壳体300依次由挡板304和弹性膜片306间隔成第一腔室314、第二腔室315和第三腔室316。阀芯303能封堵阀口，阀芯303的一端通过阀杆305与弹性膜片306连接，阀芯303的另一端通过弹性件307固定在第一腔室314内，以通过弹性件307和弹性膜片306控制阀芯303与阀口的位置。其中，该弹性件307为压缩式弹性件，例如碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧或螺旋弹簧中的一种或多种的组合。其中，第三腔室316和第二腔室315通过弹性膜片306进行密封分隔。第一感温腔体310与第三腔室316通过第一连接管309连通形成第一密闭空间，第一密闭空间内封有流体工质，该流体工质为气态工质或者气液两相工质，例如液氨、水、甲醇、汞、钠或钾等。其中，第一感温腔体310设置在热源器件7附近，用以接收热源器件7提供的热量来加热流体工质，以驱动弹性膜片306在第三腔室316内滑动。实际工作中，当热源器件7温度高于临界值，热开关结构3的工作状态如图2所示，热管工质在蒸发器1内受热气化沿出第一出气管2进入热开关结构3的第一腔室314内，同时第一感温腔体310内的流体工质被加热压力升高，当压力达到临界值时，流体工质通过弹性膜片306推动阀杆305，阀芯303将受到的推力作用在弹性件307上，弹性件307受压形变，此时阀口开启，流道完全打开，热管工质通过阀口从第一腔室314进入到第二腔室315，通过第二腔室315的出气口302流出热开关结构3进入冷凝器4后，通过回液管5冷凝回流，使环形热管以最大传热能力工作。若热源器件7温度逐渐降低时，如图3所示，第一感温腔体310内的流体工质压力逐渐降低，弹性膜片306受到流体工质作用的压力逐渐降低，同时弹性件307作用在阀芯303上的压力逐渐大于阀杆305作用在阀芯303上的压力，弹性件307和热管工质克服第一感温腔体310内流体工质压力推动阀芯303，阀芯303向阀口缩小的方向移动。当热源器件7的温度低于临界值，在弹性件307和热管工质的作用下，阀芯303完全将阀口堵住，第一腔室314内的热管工质将不能通过阀口进入第二腔室315中，流道完全关闭。为避免热源器件7的温度过高或过低造成热开关结构3的工作异常，如图2所示，本实施例中的阀门组件还包括：调节部件308。调节部件308设置在弹性件307上，调节部件308穿过第一腔室314与弹性件307连接。调节部件308可选用调节螺栓，用于调节弹性件307的预紧力，弹性件307通过调节部件308固定在第一腔室314内，以通过调节部件308的预紧力调节热源器件7的临界温度。可以理解的是，在其它实施例中，可通过滑块来代替弹性膜片306，将滑块滑动式设置在第三腔室316，并将滑块通过阀杆305与阀芯303连接，通过流体工质、热管工质和弹性件307的作用压力来控制滑块的位置，进而控制阀口的开度及环形热管的启停。本发明实施例提供一种环路热管及其热开关结构，通过在热开关结构3的壳体300中设置依次由挡板304和弹性膜片306间隔成第一腔室314、第二腔室315和第三腔室316，并将第三腔室316与第一感温腔体310连通，通过第一感温腔体310及对应的阀门结构来控制环形热管的启停，以根据热源器件7的温度自动实现热开关功能，防止热源器件7被过度冷却。同时，本发明提供的环形热管不依赖于主动控制部件，简便易行，有利于广泛应用。基于上述实施例，在一个优选的实施例中，如图1和图4所示，为防止热管工质作用在弹性膜片306，对环形热管传热造成影响，本实施例中，该热开关结构3包括：壳体300、第一感温腔体310和阀门组件。在壳体300的内部从右至左依次构造有第一腔室314、第二腔室315以及第三腔室316，第一腔室314设有进气口301，第二腔室315设有出气口302。第一感温腔体310通过第一连接管309与第三腔室316连通。阀门组件，设置在第一腔室314和第二腔室315之间，并能控制第一腔室314和第二腔室315的通断。阀门组件包括：挡板304、阀芯303、阀杆305、弹性件307和弹性膜片306。弹性膜片306固定在壳体300内，挡板304设置在第一腔室314与第二腔室315之间，挡板304上构造有阀口，壳体300依次由挡板304和弹性膜片306间隔成第一腔室314、第二腔室315和第三腔室316。阀芯303能封堵阀口，阀芯303的一端通过阀杆305与弹性膜片306连接，阀芯303的另一端通过弹性件307固定在第一腔室314内，以通过弹性件307和弹性膜片306控制阀芯303与阀口的位置。其中，第二腔室315内设有密封片311。阀杆305穿过密封片315，与密封片315滑动式连接，且密封片311与弹性膜片306在第二腔室315内形成第二密闭空间。密封片311沿阀杆305的径向垂直设置，该密封片311沿阀杆305的轴向方向与阀杆305滑动式连接。热管工质进入热开关结构3后，进入第二腔室315后被密封片311隔开，使其压力作用在密封片311上。工作过程中，若热源器件7温度逐渐降低时，第一感温腔体310内的流体工质压力逐渐降低，弹性膜片306受到流体工质作用的压力逐渐降低，同时弹性件307作用在阀芯303上的压力逐渐大于阀杆305作用在阀芯303上的压力，此时，热管工质的压力仅能作用在密封片311上，弹性件307仅需克服第一感温腔体310内流体工质的压力即能推动阀芯303。此时，通过调节弹性件307预紧力即可以直接调整流道关闭及对应的热源器件7的临界温度。本发明实施例提供一种环路热管及其热开关结构，通过在热开关结构3的壳体300中设置依次由挡板304和弹性膜片306间隔成第一腔室314、第二腔室315和第三腔室316，并将第三腔室316与第一感温腔体310连通，通过第一感温腔体310及对应的阀门结构来控制环形热管的启停，以根据热源器件7的温度自动实现热开关功能，防止热源器件7被过度冷却。此外，本实施例区别于上述实施例，通过在第二腔室内设置密封片311，将进入热开关结构3的热管工质与弹性膜片306隔开，进而使调节弹性件307预紧力可以直接调整流道关闭及对应的热源器件7的临界温度，大幅提高了运行的可靠性。基于上述实施例，在一个优选的实施例中，如图5所示，本实施例中，该热开关结构3还包括：第二感温腔体313。第二感温腔体313可以置于环境或其他热源器件之上。第二感温腔体313通过第二连接管312与第二密闭空间连通，以与第二密闭空间形成第三密闭空间，且第三密闭空间内也封有流体工质。实际工作中，以第二感温腔体313设置在另一热源器件，且第一感温腔体310和第二感温腔体313均选择同样的流体工质为例。当第一感温腔体310所受温度远大于第二感温腔体313所受温度时，弹性膜片306受到第一感温腔体310的压力大于其受到第二感温腔体313的压力，弹性膜片306沿受力方向形变并推动阀杆305，阀芯303将受到的推力作用在弹性件307上，弹性件307受压形变，此时阀口开启，流道完全打开，热管工质通过阀口从第一腔室314进入到第二腔室315，通过第二腔室315的出气口302流出热开关结构3进入冷凝器4后，通过回液管5冷凝回流，使环形热管以最大传热能力工作。当两个热源温度相差达到临界值时，第一感温腔体310内的流体工质压力逐渐降低，弹性膜片306受到第一感温腔体310中的流体工质作用压力逐渐降低，弹性件307作用在阀芯303上的压力逐渐大于阀杆305作用在阀芯303上的压力，弹性件307和第二感温腔体313内流体工质压力克服第一感温腔体310内流体工质压力推动阀芯303，阀芯303向阀口缩小的方向移动。当第一感温腔体310所受温度降低到一定程度时，例如其远小于第二感温腔体313所受温度时，在弹性件307和热管工质的作用下，阀芯303完全将阀口堵住，第一腔室314内的热管工质将不能通过阀口进入第二腔室315中，流道完全关闭。本发明实施例提供一种环路热管及其热开关结构，通过在热开关结构3的壳体300中设置依次由挡板304和弹性膜片306间隔成第一腔室314、第二腔室315和第三腔室316，并将第三腔室316与第一感温腔体310连通，通过第一感温腔体310及对应的阀门结构来控制环形热管的启停，以根据热源器件7的温度自动实现热开关功能，防止热源器件7被过度冷却。此外，区别于上述实施例，本实施例在热开关结构3上设置第二感温腔体313，将第二感温腔体313通过第二连接管312与第二密闭空间连通，使得作用于弹性膜片306的压力包括弹性件304的弹性力、第一感温腔体310内的流体工质压力和第二感温腔体313内的流体工质压力，即第二感温腔体313所受温度也影响热源器件7的临界温度。本实施例通过上述方式，为临界温度增加了一个影响因素，实现在不同环境温度和不同热源器件7温度情况下，自动调整环形热管的温度控制。本发明实施例还提供一种环路热管，如图1所示，该环路热管包括：蒸发器1、冷凝器4和热开关结构3；该热开关结构3包括：壳体300、第一感温腔体310和阀门组件。在壳体300的内部从右至左依次构造有第一腔室314、第二腔室315以及第三腔室316，第一腔室314设有进气口301，第二腔室315设有出气口302。第一感温腔体310通过第一连接管309与第三腔室316连通。阀门组件，设置在第一腔室314和第二腔室315之间，并能控制第一腔室314和第二腔室315的通断。热开关结构3的具体可参照图2至图5相关的文字描述，在此不再赘述。其中，蒸发器1通过回液管5与冷凝器4连通。蒸发器1通过第一出气管2与第一腔室314的进气口301连通。第二腔室315的出气口302通过第二出气管6与冷凝器4连通。本实施例中蒸发器1可通过重力实现工质的循环，或通过采用毛细芯结构，利用毛细芯蒸发、抽吸工质实现工质的循环。此外，在其它实施例中，蒸发器1可为风冷换热器、液冷换热器或直接换热器中的一种或多种的组合。冷凝器4也为风冷换热器、液冷换热器或直接换热器中的一种或多种的组合。可以理解的是蒸发器1和冷凝器4的具体结构可根据需求进行调整，仅需保证蒸发器1和冷凝器4之间能够实现工质循环即可。本发明实施例提供一种环路热管，通过在热开关结构3的壳体300中设置依次由挡板304和弹性膜片306间隔成第一腔室314、第二腔室315和第三腔室316，并将第三腔室316与第一感温腔体310连通，通过第一感温腔体310及对应的阀门结构来控制环形热管的启停，以根据热源器件7的温度自动实现热开关功能，防止热源器件7被过度冷却。本发明实施例由于采用了上述热开关结构3，使该环形热管不依赖于主动控制部件，简便易行，有利于广泛应用。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

权利要求：1.一种热开关结构，其特征在于，包括：壳体，在所述壳体的内部从右至左依次构造有第一腔室、第二腔室以及第三腔室，所述第一腔室设有进气口，所述第二腔室设有出气口；第一感温腔体，所述第一感温腔体通过第一连接管与所述第三腔室连通；阀门组件，设置在所述第一腔室和所述第二腔室之间，并能控制所述第一腔室和所述第二腔室的通断；其中，当所述第一感温腔体的温度高于临界值时，所述第三腔室内的压力大于所述阀门组件中的弹性件的弹力和所述第一腔室内的气体压力之和，从而使得所述阀门组件中的阀芯与阀口分离。2.根据权利要求1所述的热开关结构，其特征在于，所述阀门组件包括挡板、所述阀芯、阀杆、所述弹性件和弹性膜片，其中，所述挡板设置在所述第一腔室与所述第二腔室之间，在所述挡板上构造有所述阀口，所述阀芯能封堵所述阀口，所述阀芯的一端通过所述阀杆与所述弹性膜片连接，所述阀芯的另一端通过所述弹性件固定在所述第一腔室内。3.根据权利要求2所述的热开关结构，其特征在于，所述阀门组件还包括能对所述弹性件的预紧力进行调节的调节部件，所述调节部件穿过所述第一腔室与所述弹性件连接。4.根据权利要求2所述的热开关结构，其特征在于，所述第三腔室和所述第二腔室通过所述弹性膜片进行密封分隔。5.根据权利要求2所述的热开关结构，其特征在于，所述第一感温腔体与所述第三腔室通过所述第一连接管连通形成第一密闭空间，所述第一密闭空间内封有流体工质。6.根据权利要求2所述的热开关结构，其特征在于，所述第二腔室内设有密封片；所述阀杆穿过所述密封片，与所述密封片滑动式连接，且所述密封片与所述弹性膜片在所述第二腔室内形成第二密闭空间。7.根据权利要求6所述的热开关结构，其特征在于，所述热开关还包括：第二感温腔体；所述第二感温腔体通过第二连接管与所述第二密闭空间连通，以与所述第二密闭空间形成第三密闭空间，所述第三密闭空间内封有流体工质。8.根据权利要求6所述的热开关结构，其特征在于，所述密封片沿所述阀杆的径向垂直设置，所述密封片沿所述阀杆的轴向方向与所述阀杆滑动式连接。9.根据权利要求5或7任一项所述的热开关结构，其特征在于，所述流体工质为气态工质或者气液两相工质。10.一种环路热管，其特征在于，包括：蒸发器、冷凝器和如权利要求1-9任一项所述的热开关结构；所述蒸发器通过回液管与所述冷凝器连通；所述蒸发器通过第一出气管与所述第一腔室的进气口连通；所述第二腔室的出气口通过第二出气管与所述冷凝器连通。

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