本發(fā)明涉及相變熱二極管制造，尤其涉及一種基于定向輸運的相變熱二極管及其實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

1、由于熱二極管是一種高效的單向傳熱元件，熱量傳遞單向可控、傳熱相率高等優(yōu)勢，同時具有無需動力輸入、體積緊湊和無噪聲的特點，因此其在國民經(jīng)濟建設各領(lǐng)域都得到了一定程度的應用。在航空航天領(lǐng)域，對于內(nèi)部器件向外散熱具有重要作用，向陽時，散熱器件逆向熱傳遞，損害電子器件，因此具有單向?qū)岬臒岫O管的出現(xiàn)，可以很好保護電子器件。

2、現(xiàn)有相變熱二極管的定向輸運毛細結(jié)構(gòu)制備往往受到管材結(jié)構(gòu)形狀的限制無法實現(xiàn)，往往制備無結(jié)構(gòu)的重力式熱二極管。然而重力對其影響非常大，在無重力或低重力往往無法正常工作。因此，如何制作一種加工流程簡單，熱二極性好的相變熱二極管對航空航天具有重要意義。

3、在公開發(fā)表的文獻以及刊物中，未發(fā)現(xiàn)可解決上述問題的發(fā)明專利。與之稍有關(guān)聯(lián)的有下列幾項發(fā)明，具體內(nèi)容如下：

4、1.《一種平板式熱二極管及其制備方法和太陽能集熱器》，申請?zhí)枺篶n202210156312.6，公開/公告日：2022/05/24。本發(fā)明提供了一種平板式熱二極管及其制備方法和太陽能集熱器，涉及熱二極管技術(shù)領(lǐng)域。具體而言，所述平板式熱二極管包括親水板、疏水板和設置在所述親水板和所述疏水板之間的密封件；所述親水板、所述疏水板和所述密封件之間形成的至少一個封閉腔體為水汽區(qū)，所述水汽區(qū)用于承載傳熱工質(zhì)；在所述水汽區(qū)內(nèi)，所述親水板的表面設置有毛細芯。本發(fā)明的平板式熱二極管具有優(yōu)秀的單向傳熱能力和反向隔熱能力，能量傳遞方向可控，傳熱效率高；同時具有一定可設計性，能夠滿足不同場景對傳熱的需求。

5、2.《一種自適應熱二極管及其制造方法》申請?zhí)枺篶n202310453983.3，公開/公告日：2023/08/01。本發(fā)明提供了一種自適應熱二極管及其制造方法，其中自適應熱二極管包括相互扣合的上蓋體和下殼體，上蓋體和下殼體之間圍合形成密封的流體通道腔體；在下殼體內(nèi)從左至右分別設有蒸發(fā)端、硅片基底和冷凝端，在硅片基底上設有多個呈線性陣列分布的溝槽，各溝槽的深度均從蒸發(fā)端至冷凝端逐漸減小，且各溝槽的寬度均從蒸發(fā)端至冷凝端逐漸減小，以使每相鄰的兩個溝槽之間形成楔形結(jié)構(gòu)，各楔形結(jié)構(gòu)的上表面寬度均從蒸發(fā)端至冷凝端逐漸變寬；各溝槽和各楔形結(jié)構(gòu)相互配合形成具有梯度潤濕性的微通道結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的自適應熱二極管，能夠使散熱工質(zhì)在水平方向上實現(xiàn)自適應運動以成功回流冷凝端，使熱二極管能夠在不同方向?qū)崿F(xiàn)單向傳熱。

6、3.《一種基于多孔介質(zhì)和疏水性表面的重力式熱二極管》申請?zhí)枺篶n202210340929.3，公開/公告日：2023/03/14。本發(fā)明為一種基于多孔介質(zhì)和疏水性表面的重力式熱二極管，所述重力式熱二極管包括：密封的導熱殼體、多孔毛細芯介質(zhì)，所述導熱殼體一側(cè)的內(nèi)壁上滿布有多孔毛細芯介質(zhì)，所述導熱殼體另一側(cè)的內(nèi)壁上涂覆有疏水涂層，所述導熱殼體內(nèi)部為真空腔體，導熱殼體底部裝有少量去除溶解氣體的純凈水。本設計不僅能夠?qū)崿F(xiàn)熱能的定向傳導、有效降低室內(nèi)供暖能耗，而且結(jié)構(gòu)設計合理、實現(xiàn)了大氣中熱能的環(huán)保利用。

7、4.《一種分級啟動熱二極管及其加工方法》》申請?zhí)枺篶n202310631869.5，公開/公告日：2024/02/20。本發(fā)明涉及熱管技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種分級啟動熱二極管，包括外管，所述外管沿著軸向方向依次設有相互密閉獨立的第一腔體、第二腔體和第三腔體，每個所屬腔體均連接有與其內(nèi)部相通的充液管，每個所述腔體內(nèi)均填裝有不同的傳熱工質(zhì)，每個所述腔體內(nèi)均裝配有用于傳遞所述工質(zhì)的吸液芯。該熱管只能在特定的傳熱方向傳遞熱量，在反方向不能實現(xiàn)傳熱。并且與傳統(tǒng)的熱二極管不同，本發(fā)明通過控制熱管內(nèi)部工作傳熱介質(zhì)的自身性質(zhì)不一樣，使其具備低溫熱量工作的特性，并且具有分級啟動單向傳熱的效果，其不僅可以在無重力的條件下實現(xiàn)單向傳熱的效果，更可以在長距離的熱量輸送中具有分級啟動單向傳熱效果。本發(fā)明還提供分級啟動熱二極管加工方法。

8、5.《一種基于相變傳熱技術(shù)的特斯拉閥式超薄平面熱二極管》申請?zhí)枺篶n202210025916.7，公開/公告日：2022/05/13。本發(fā)明涉及一種基于相變傳熱技術(shù)的特斯拉閥式超薄平面熱二極管，包括管本體，管本體內(nèi)設有蒸發(fā)端、液態(tài)工質(zhì)腔、特斯拉閥流道、填充有液態(tài)工質(zhì)的吸液芯和冷凝端；吸液芯設于液態(tài)工質(zhì)腔內(nèi)；冷凝端、吸液芯和蒸發(fā)端依次連接形成液態(tài)工質(zhì)通路，蒸發(fā)端、特斯拉閥流道和冷凝端依次連接形成氣態(tài)工質(zhì)通路。利用特斯拉閥對流體的加速特性以及單向?qū)ㄐ?，提高超薄平面熱二極管的單向?qū)嵝?。正向加熱時，氣態(tài)工質(zhì)從蒸發(fā)端向冷凝端方向流動，在特斯拉閥內(nèi)順流，氣阻較小，導熱率較高；反向加熱時，氣態(tài)工質(zhì)從冷凝端向蒸發(fā)端方向流動，氣態(tài)工質(zhì)在特斯拉閥內(nèi)逆流，氣阻較大，導熱率較低，從而達到熱二極管的效果，能夠廣泛應用于微電子行業(yè)。

9、專利1利用結(jié)構(gòu)表面的親輸水結(jié)構(gòu)實現(xiàn)熱量的單向傳輸，專利2利用傾斜的冷凝端以及基底上的v形槽實現(xiàn)液體的單向傳輸，專利3利用結(jié)構(gòu)的親疏水表面及重力實現(xiàn)熱量單向傳遞，專利4利用將熱管分段并灌注不同沸騰溫度的工質(zhì)方法實現(xiàn)熱量由低沸點工質(zhì)段向高沸點工質(zhì)段的單向傳輸，專利5利用特斯拉閥的單向?qū)ㄐ詫崿F(xiàn)單向?qū)帷?/p>

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：提供一種基于定向輸運的相變熱二極管結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有相變熱二極制備流程繁瑣、不適大規(guī)模制備、使用范圍受限等缺點。

2、本發(fā)明所解決的第二個技術(shù)問題是提供一種基于定向輸運的相變熱二極管結(jié)構(gòu)的制備加工方法。

3、本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：一種基于定向輸運的相變熱二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，管壁、定向輸運毛細結(jié)構(gòu)、沸騰增強毛細結(jié)構(gòu)和液體工質(zhì)組成；定向輸運毛細結(jié)構(gòu)位于熱源接觸區(qū)域管壁內(nèi)側(cè)，具有定向輸運液體工質(zhì)功能；沸騰增強毛細結(jié)構(gòu)位于熱源接觸區(qū)域管壁內(nèi)側(cè)，具有增強沸騰作用；管壁內(nèi)為真空或負壓環(huán)境，且內(nèi)部填充相容液體工質(zhì)；定向輸運毛細結(jié)構(gòu)和沸騰增強毛細結(jié)構(gòu)由旋壓一體成形。

4、優(yōu)選的，所述管壁采用銅、鋁、不銹鋼等金屬材料；

5、優(yōu)選的，所述液體工質(zhì)采用與管壁相容液體，如采用銅材質(zhì)，液體工質(zhì)可以為去離子水，乙醇等工質(zhì)；

6、優(yōu)選的，所述定向輸運毛細結(jié)構(gòu)和沸騰增強毛細結(jié)構(gòu)為在管壁內(nèi)側(cè)旋壓而成；

7、優(yōu)選的，定向輸運毛細結(jié)構(gòu)微米級v形棱柱沿著二極管軸線均勻排布或沿著管壁呈現(xiàn)阿基米德螺旋線排布。

8、優(yōu)選的，沸騰增強毛細結(jié)構(gòu)為球形凸起，沿著二極管軸線均勻排布或沿著管壁呈現(xiàn)阿基米德螺旋線排布。

9、優(yōu)選的，旋縮芯棒由兩個楔形半圓棒構(gòu)成，旋縮芯棒表面有定向輸運毛細反結(jié)構(gòu)和沸騰增強毛細反結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)由激光銑削而得。

10、制備所述的一種基于定向輸運的相變熱二極管的制備方法，包括如下步驟：

11、(1)旋縮芯棒制備：通過激光在芯棒表面銑削出定向輸運毛細反結(jié)構(gòu)和沸騰增強毛細反結(jié)構(gòu)，相應長度由熱二極管具體工作要求所定。同時將芯棒通過線切割方式沿對角切成楔形，通過楔形平面的相向運動實現(xiàn)芯棒在熱二極管殼內(nèi)的固定。

12、(2)具有毛細結(jié)構(gòu)的管壁制備：通過現(xiàn)有熱管旋壓設備實現(xiàn)定向輸運毛細結(jié)構(gòu)和沸騰增強毛細結(jié)構(gòu)的制備。

13、(3)強化處理處理：定向輸運毛細結(jié)構(gòu)采用疏水處理，沸騰增強毛細結(jié)構(gòu)采用親水處理進一步增強傳熱能力。

14、(4)殼板密封：截取一定長度的管殼，采用旋縮和點焊的方法實現(xiàn)管殼的一端密封，另外一端僅旋縮實現(xiàn)小直徑管殼以備注液；

15、(5)注液除氣：采用灌注系統(tǒng)向熱管內(nèi)注入一定液體工質(zhì)，通過一次除氣和二次除氣實現(xiàn)熱二極管制備；

16、(6)熱二極管后處理：對熱二極管進行滾直和整形使熱二極管形狀滿足要求，通過清洗、抗氧化處理等實現(xiàn)表面處理。

17、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

18、(1)基于定向輸運的相變熱二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)定向輸運毛細結(jié)構(gòu)和沸騰增強毛細結(jié)構(gòu)由旋壓一體成形，進一步增強了熱二極管傳熱能力。

19、(2)本發(fā)明熱二極管制備工藝采用銅水熱管工藝，促使熱二極管制備工藝成熟化，可實現(xiàn)相變熱二極管批量化制備。