[发明专利]一种环境适应性高温热管

说明书

一种环境适应性高温热管，属于高温热结构技术领域。现有技术中所提供的高温热管存在启动温度高、工作温度范围窄，工作压力变化大等缺点。本发明提供一种环境适应性高温热管,所述环境适应性高温热管为热管壳体内部通入钠工质和锂工质，其冷凝段通过压力阀门与一恒温容器相连。

技术领域

本发明涉及一种环境适应性高温热管，属于高温热结构技术领域。

背景技术

高温热管具有使用温度高、传热能力好等优点，在飞行器防热、核能发电、工业余热回收等方面具有潜在的应用前景。高温热管一般以碱金属锂、钠、钾作为工质，且均为单一工质热管。随温度的升高，碱金属工质的饱和蒸汽压逐渐增大，当蒸汽压达到约500Pa时，碱金属工质产生明显的吸热汽化-传导-液化放热-毛细回流循环，高温热管启动，变成热的超导体。

但是，碱金属的蒸汽压随温度升高呈指数增大，并且会很快超过热管壳体的强度承受范围。因此，高温热管的工作温度范围一般都比较窄。例如，钠工质高温热管的工作温度范围为800-1300K；锂工质高温热管的工作温度范围为1000-1800K。在低于工作温度下，高温热管不启动，传热能力差；在高于工作温度下，过大的饱和蒸汽压极容易引起高温热管壳体变形、工质泄露等失效风险。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种环境适应性高温热管，其能够拓宽高温热管的工作温度范围，减小碱金属工质的蒸汽压力，避免高温热管产生壳体变形、工质泄露等失效风险。

本发明采用的技术方案为：

一种环境适应性高温热管，包括热管壳体，该壳体分为蒸发段A、绝热段B和冷凝段C，还包括压力阀门、恒温容器、填充在壳体内部的钠工质和锂工质；壳体的冷凝段C通过压力阀门与恒温容器连通。

所述热管壳体中钠工质的填充量为热管壳体容积的5-10％。所述热管壳体中锂工质的填充量为热管壳体容积的10-20％。所述压力阀门的开阀压力为0.8-1.2atm。恒温容器内真空度小于20Pa。恒温容器的工作温度范围为 120-250℃。所述热管壳体的材料为铌或铌合金。恒温容器材质为不锈钢或镍基高温合金。

本发明与现有技术相比带来的有益效果为：

(1)本发明技术方案利用了锂和钠两种碱金属作为循环工质，大大拓宽了高温热管的工作温度范围。

(2)通过压力阀门对高温热管的工作压力进行调节，降低了其发生壳体变形和工质泄露的失效风险。

附图说明

图1为本发明高温热管结构示意图；

图2为高温热管的饱和蒸汽压变化图；

图3为高温热管的极限热流密度变化图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明。

如图1所示，本发明提出的一种环境适应性高温热管，包括热管壳体1，该壳体1分为蒸发段A、绝热段B和冷凝段C，还包括压力阀门4、恒温容器5、填充在壳体1内部的钠工质2和锂工质3；壳体1的冷凝段C通过压力阀门4与恒温容器5连通。

热管壳体1中钠工质2的填充量满足如下条件：钠工质的汽化吸收的热量除以热管壳体热容得到的温度大于钠的熔点，且小于钠工质热管的最低启动温度。一般为热管壳体1容积的5-10％。

热管壳体1中锂工质3 的填充量满足如下条件：锂工质的汽化吸收的热量除以热管壳体热容得到的温度大于锂的熔点，且小于锂工质热管的最低启动温度。一般为热管壳体1容积的10-20％。

压力阀门4 的开阀压力以保证钠工质热管传热能力且不产生热管壳体变形为宜，一般为0.8-1.2atm。