一种全密封相变驱动自调节热管及建筑围护结构

本发明涉及热管传热，特别涉及一种全密封相变驱动自调节热管及建筑围护结构。

背景技术：

1、热管是一种利用工质蒸发和冷凝循环实现高效传热的被动传热元件，其等效导热系数通常可达到103～105w/(m·k)，被广泛用于电子散热、航空航天热控、工业余热回收及建筑节能系统。

2、在建筑节能领域，将热管嵌入建筑围护结构中形成热管墙体已成为近年来热门研究技术。建筑围护结构作为建筑热量传递的核心通道，其热工性能直接决定了建筑的采暖或空调系统的整体能耗，为了使热管墙体具备可以动态调整传热量的功能，热管也需要具备调节能力。

3、在现有技术中，为了使热管具备调节能力，其中一种方式是通过电子控制系统来控制热管的启停，依赖外部供电、设置包括温度传感器、电机、控制器等电子元件的电子控制系统，以精准的通断功能控制实现热管传热量的动态调控，通过电子控制的热管虽然具备动态调节能力，但是内部的电子元件的故障率较高、不利于长期稳定运行；

4、另一种方式是通过在热管的壳体上开设安装口来安装机械阀门，通过控制机械阀门的启闭来控制壳体内的工质流动通道的启闭，但是机械阀门中的活塞、阀杆等结构与热管的壳体之间需要设置密封圈等密封件来保证机械阀门与热管壳体之间的密封性。在控制热管启停的过程中，机械阀门与热管壳体之间实际上是动态密封的过程，而动态密封件普遍存在摩擦磨损、材料老化和应力松弛等问题，从而会加大热管壳体出现真空渗漏的风险，在长期使用的过程中，微小的泄漏量会导致热管的真空度逐渐下降、从而导致热管传热性能衰减直至热管失效，因此导致热管的长期可靠性较低。

5、由此可见，虽然现有技术中都能够实现控制热管的启停，但是热管的长期可靠性均较低，热管的使用寿命也较短，由于建筑围护结构属于建筑主体结构的组成部分，其设计寿命通常在50~100年，在建筑全寿命周期内，建筑围护结构一般不允许频繁拆卸和更换，因此，当热管失效时更换维护的难度大且成本高，从而导致使用现有热管制备得到的热管墙体的服役寿命也较短。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的是提供一种全密封相变驱动自调节热管，无需外部供电和电子控制系统，长期真空保持能力较强，真空泄漏风险低，可实现传热状态的自适应调节的同时延长使用寿命，解决目前的热管的长期可靠性较低、使用寿命短的问题。

2、本发明的第二个目的是提供一种建筑围护结构，无需外部供电和电子控制系统，可实现传热状态的自适应调节的同时延长使用寿命，解决目前使用现有热管制备得到的建筑围护结构的服役寿命较短的问题。

3、为实现上述目的，本发明提出一种全密封相变驱动自调节热管，包括真空壳体、相变驱动组件以及流道调节组件；所述真空壳体内部储存有工质，所述真空壳体包括自长度方向依次密封固定的蒸发段、连接段和冷凝段，所述蒸发段、所述连接段和所述冷凝段之间相互连通，以形成供所述工质循环流动的蒸气流道；所述相变驱动组件和所述流道调节组件于所述连接段内传动连接，所述相变驱动组件包括柔性密封容器和封装于所述柔性密封容器内的相变材料，所述流道调节组件用于改变所述蒸气流道的流通面积；所述相变材料在固液相变过程发生体积变化，使所述柔性密封容器的体积对应地发生膨胀或收缩：所述柔性密封容器体积膨胀时驱动所述流道调节组件以减小所述蒸气流道的流通面积，所述柔性密封容器体积收缩时驱动所述流道调节组件以增大所述蒸气流道的流通面积。

4、可选地，所述流道调节组件包括沿轴向方向依次设置的阀杆、阻流构件和第一阀座；所述第一阀座与所述连接段的内周壁固定连接，所述第一阀座的轴向端面开设有与所述阻流构件相配合的第一流通口；所述阀杆的一端与所述柔性密封容器固定连接，所述阀杆的另一端与所述阻流构件固定连接；所述柔性密封容器体积膨胀时，驱动所述阀杆和所述阻流构件朝所述第一阀座的轴向方向移动，以使所述阻流构件封堵所述第一流通口；所述柔性密封容器体积收缩时，驱动所述阀杆和所述阻流构件朝背离所述第一阀座的轴向方向移动，以使所述阻流构件远离所述第一流通口。

5、可选地，所述流道调节组件还包括弹性件和固定座；所述固定座设置在所述柔性密封容器与所述第一阀座之间，所述固定座与所述连接段的内周壁固定连接，所述固定座的轴向端面开设有第一避让口和第二避让口；所述阀杆的一端与所述柔性密封容器固定连接，所述阀杆的另一端穿过所述第一避让口后与所述阻流构件固定连接；所述第二避让口用于供所述工质于所述蒸气流道内流动；所述弹性件的一端与所述固定座固定连接，所述弹性件的另一端与所述阻流构件固定连接。

6、可选地，所述流道调节组件还包括第二阀座，所述第二阀座设置在所述柔性密封容器远离所述阀杆的一侧；所述第二阀座的外周壁与所述连接段的内周壁固定连接，所述第二阀座的轴向端面开设有与所述柔性密封容器相配合的第二流通口；初始状态下，所述柔性密封容器远离所述第二流通口以使所述第二阀座处于打开状态；当所述柔性密封容器体积膨胀时，所述柔性密封容器沿自身轴向方向的两端伸长，以带动所述阀杆和所述阻流构件朝所述第一阀座的轴向方向移动，使所述柔性密封容器靠近所述第二阀座的一端封堵所述第二流通口，同时所述阻流构件封堵所述第一流通口；所述柔性密封容器体积收缩时，所述柔性密封容器的两端沿自身轴向方向收缩，以使所述柔性密封容器靠近所述第二阀座的一端远离所述第二流通口；同时在所述弹性件的恢复力作用下，所述阀杆和所述阻流构件朝背离所述第一阀座的轴向方向移动，以使所述阻流构件远离所述第一流通口。

7、可选地，所述阻流构件为锥体、球体、圆盘或柱塞中的其中一种；所述弹性件为弹簧、金属片或波纹膜片中的其中一种。

8、可选地，所述全密封相变驱动自调节热管还包括吸液芯，所述蒸发段的内周壁以及所述冷凝段的内周壁分别覆盖有所述吸液芯。

9、可选地，所述蒸发段的材质为紫铜、不锈钢或铝合金中的其中一种；所述连接段的材质为紫铜、不锈钢或铝合金中的其中一种；所述冷凝段的材质为紫铜、不锈钢或铝合金中的其中一种；所述蒸发段、所述连接段和所述冷凝段之间均通过焊接密封固定。

10、可选地，所述工质为去离子水、乙醇、甲醇或丙酮中的其中一种；所述相变材料为石蜡、正构烷烃、脂肪酸或peg类材料中的其中一种。

11、本发明还提出一种建筑围护结构，包括墙体和如上述任意一项所述的全密封相变驱动自调节热管；所述全密封相变驱动自调节热管嵌接在所述墙体内，且所述蒸发段位于所述墙体靠近室内的一侧，所述冷凝段位于所述墙体靠近室外的一侧；所述柔性密封容器位于所述流道调节组件靠近所述冷凝段的一侧。

12、可选地，所述全密封相变驱动自调节热管的数量设置有多个，多个所述全密封相变驱动自调节热管以阵列形式嵌入所述墙体内。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、1、本发明的全密封相变驱动自调节热管通过环境温度的变化可使相变材料发生液态和固态之间的相态转变，使得柔性密封容器的体积随之变化，以柔性密封容器的体积变化作为驱动力，驱动流道调节组件改变蒸气流道的流通面积，实现打开或关闭蒸气流道，调节工质于蒸气流道内的流通状态，从而可以自调节热量传递的通断，无需外部供电和电子控制系统的条件下，即可实现传热状态的自适应调节，可避免因电子元件故障而带来的热管长期可靠性较低的问题。

15、2、本发明的相变驱动组件和流道调节组件均是封装在真空壳体的内部进行传动配合的，不存在穿透真空壳体的真空边界的运动部件，真空壳体和流道调节组件之间无需设置动态密封件，在相变驱动组件与流道调节组件传动配合的过程中不会改变真空壳体本身的密封性，有助于提高真空壳体内的长期真空保持能力，避免真空壳体会出现真空泄漏的风险；提高全密封相变驱动自调节热管的长期可靠性及延长其使用寿命；解决目前的热管的长期可靠性较低、使用寿命短的问题。

16、3、本发明的建筑围护结构，主要适用于夏热冬暖地区且室内存在较高热源的建筑，例如数据中心、机房、室内变电站等。所述柔性密封容器的感知温度主要取决于室外的温度变化：室外温度较低（如冬季或夏季的晚上）时，全密封相变驱动自调节热管等效导热系数达到最大值，处于高导热状态，可以使得室内余热向室外释放，协助增加室内的散热，从而可以帮助降低室内空调的能耗；室外温度较高（如夏季的白天，室外温度明显高于室内温度）时，全密封相变驱动自调节热管内所述工质的蒸发-冷凝-回流循环受到抑制，全密封相变驱动自调节热管的导热能力显著下降，处于低导热状态，可以抑制热量从室外传递到室内，避免增加室内空调的能耗。