CN102121803A - 一种中低温区的双蒸发器环路热管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于中低温区的双蒸发器环路热管，包含有一个主冷凝器，一个次冷凝器，两个独立的主蒸发器液池单元，一个次蒸发器液池单元，一条主环路气体管线，一条次环路气体管线，一条主环路液体管线，一条次环路液体管线，一个气库，一块冷板。其特点在于：在双蒸发器环路热管的基础上，引入了一个次冷凝器和次蒸发器液池单元，构建了一个次环路。这种结构的优点在于：在次蒸发器上施加一定的加热功率，缩短中低温双蒸发器环路热管的降温时间。而且，环路热管运行时，次蒸发器中产生的气体工质将通过次环路进入到主蒸发器液池单元的主液池中，将主蒸发器向主液池的漏热带走，减小了漏热对环路热管的影响，改善了环路热管的传热能力。

Description

一种中低温区的双蒸发器环路热管

技术领域

本发明涉及一种传热热管，具体涉及一种双蒸发器环路热管，它可以应用于地面以及空间设备的散热。

背景技术

环路热管主要应用于地面以及空间设备的散热。传统的单蒸发器单冷凝器环路热管对多个电子或光学元件进行散热时，会使系统的复杂度提高；而且在有限的空间内，多个环路热管也难以布置；同时设计及生产成本也会随之上升。鉴于在应用中，许多电子或光学元件的工作温区大致相同，因此设计出带有双蒸发器的环路热管，同时对两个元件进行散热；并且该环路热管在运行时，两个蒸发器液池单元会根据加在其上的热负荷的大小，自动调节毛细芯中蒸发的液态工质量。

在实际应用中，中低温双蒸发器环路热管常常面临启动时间长、工作温度偏高的问题，采用次蒸发器驱动的设计可大大降低环路热管启动所需的时间，实现该环路热管的超临界启动。另外，双蒸发器环路热管工作时，由于主蒸发器向主液池的漏热导致工作温度升高，利用次蒸发器驱动工质向主液池流动，可有效地带走漏热，降低环路热管的工作温度。

发明内容

本发明的目的是提供一种中低温区的双蒸发器环路热管，解决100-200K中低温区双蒸发器环路热管常常面临启动时间长、长期运行工作温度偏高的问题。

在不引入次蒸发器液池单元时，中低温双蒸发器环路热管的降温常需10多个小时，而加了次蒸发器驱动后，可大大缩短环路热管的降温时间，一般只需3、4个小时主蒸发器即可降到工质工作温度。环路热管在启动后，由于主蒸发器向主液池的漏热导致其运行温度不断升高，加入次蒸发器液池单元后，可有效地利用工质的流动将漏热带走，使蒸发器的工作温度不会随环路热管运行时间的增加而不断升高。

这种用于中低温区(100-200K)的双蒸发器环路热管，包括：第一主液池1-1和第一主蒸发器1-2组成的第一主蒸发器液池单元1，第二主液池2-1和第二主蒸发器2-2组成的第二主蒸发器液池单元2，第三次液池3-1和第三次蒸发器3-2组成的次蒸发器液池单元3，一条主环路气体管线4，一条次环路气体管线5，一个主冷凝器6，一个次冷凝器7，一条次环路液体管线8和一条主环路液体管线9，一个气库10，一块冷板11。其中主环路气体管线4包括从第一主蒸发器1-2的出口处G点到C点的一段、从第二主蒸发器2-2出口处的H点到C点的一段和C点到主冷凝器6入口处的M点的一段；次环路气体管线5包括从次蒸发器3-2出口处的N点到D点的一段和D点到主冷凝器6入口处的M点的一段；次环路液体管线8包括从第一主液池1-1侧壁处B点到F点的一段、第二主液池2-1侧壁处E点到F点的一段和F点到次冷凝器7入口处K点的一段；主环路液体管线9包括主冷凝器6出口处L点到A点的一段、A点到第一液池1-1入口处I点的一段和A点到第二液池2-1入口处J点的一段。其特征在于：所述的环路热管有两个并联的主蒸发器液池单元，即第一主液池1-1和第一主蒸发器1-2组成的第一主蒸发器液池单元1，第二主液池2-1和第二主蒸发器2-2组成的第二主蒸发器液池单元2，它们与主冷凝器6、主环路液体管线9和主环路气体管线4组成了双蒸发器环路热管的两个并联主环路；第三次液池3-1和第三次蒸发器3-2组成的次蒸发器液池单元3，它与次环路气体管线5、主冷凝器6、主环路液体管线9、第一主液池1-1、第二主液池1-2、次环路液体管线8、次冷凝器7组成了双蒸发器环路热管的次环路；工质气体由气库10进入到次冷凝器7中，由于与次冷凝器耦合在一起的冷板11直接接触冷源，工质气体将在次冷凝器7中冷凝为液体，液体在次蒸发器3-2中毛细结构提供的毛细力作用下，浸润整个次蒸发器，在次蒸发器上加一定的热负荷，工质液体蒸发，气体经次环路气体管线5，流向主冷凝器6，在主冷凝器中冷凝后进入主环路液体管线9并在A点分为两股，一部分进入到第一主蒸发器液池单元1，另一部分进入到第二主蒸发器液池单元2。流入第一主液池1-1中的工质液体进入到第一主蒸发器1-2中，而后流经主环路气体管线4，回到主冷凝器6中，构成了环路热管的一条主环路；流入第二主液池2-1中的工质液体进入到第一主蒸发器2-2中，而后流经主环路气体管线4，回到主冷凝器6中，构成了环路热管的另一条主环路。同时，进入到第一主液池1-1和第二主液池2-1中的工质液体一部分经次环路液体管线8进入到次冷凝器7和次蒸发器液池单元3中，在次蒸发器上所施加的热负荷作用下蒸发，形成的工质气体经次环路气体管线5进入到主冷凝器6中，构成了环路热管的次环路。

这种中低温区的双蒸发器环路热管是在传统的双蒸发器环路热管中再加入一个次环路，该次环路由一个次蒸发器液池单元、次环路液体管线、次环路气体管线、次冷凝器、主冷凝器和主环路液体管线组成。在该环路热管降温过程中，对次蒸发器施加一定的功率，可有效地加快环路热管的降温，使两个并联的主蒸发器液池单元更快地进入工作状态。具体来说，充入的工质气体在次冷凝器7中冷凝成液体，待液体浸润次蒸发器吸液芯后，加热次蒸发器3-2，令工质液体蒸发，产生的工质气体经次环路气体管线5进入到主冷凝器6中，冷凝后进入主环路液体管线9，经过A点分为两股，分别流入到第一主液池1-1和第二主液池2-1中，以第一主液池1-1为例，其内的工质液体一部分进入主蒸发器中降低主蒸发器的温度，另一部分通过次环路液体管线8进入到次蒸发器中，保证次蒸发器中始终有液体存在，在一定的加热功率下能够不停地工作。当主蒸发器单元的温度降到工质的工作温度后，在主蒸发器上施加一定的热负荷，启动热管。

另外，利用这种中低温区双蒸发器环路热管可有效地减弱主蒸发器液池单元中漏热对传热能力的影响。具体来说，当双蒸发器环路热管启动后，在次蒸发器3-2上施加一定的热负荷，使其处于工作状态，产生的工质气体经次环路气体管线5进入到主冷凝器6中，有一定过冷的工质液体通过主环路液体管线9分别进入到两个并联的第一主液池1-1和第二主液池2-1中，将主蒸发器向主液池的漏热带走，降低了环路热管的工作温度，改善了环路热管的传热性能。技术方案：

这种用于中低温区的双蒸发器环路热管包含：第一主液池1-1和第一主蒸发器1-2组成的第一主蒸发器液池单元1，第二主液池2-1和第二主蒸发器2-2组成的第二主蒸发器液池单元2，第三次液池3-1和第三次蒸发器3-2组成的次蒸发器液池单元3，一条主环路气体管线4，一条次环路气体管线5，一个主冷凝器6，一个次冷凝器7，一条次环路液体管线8和一条主环路液体管线9，一个气库10，一块冷板11。

其主要特征在于：所述的环路热管有两个并联的主蒸发器液池单元，即第一主液池1-1和第一主蒸发器1-2组成的第一主蒸发器液池单元1，第二主液池2-1和第二主蒸发器2-2组成的第二主蒸发器液池单元2，它与主冷凝器6、主环路液体管线9和主环路气体管线4组成了双蒸发器环路热管的两个并联主环路。第三次液池3-1和第三次蒸发器3-2组成的次蒸发器液池单元3，它与次环路气体管线5、主冷凝器6、主环路液体管线9、第一主液池1-1和第二主液池1-2、次环路液体管线8、次冷凝器7组成了双蒸发器环路热管的次环路。通过加热次蒸发器，令工质在次环路中流动起来，一方面加速了主蒸发器的降温，另一方面把主蒸发器向主液池的漏热带走，解决了双蒸发器环路热管长期运行工作温度升高的问题。

本发明的优点如下：

(1)、使用这种中低温区双蒸发器环路热管，可有效地减少双蒸发器环路热管启动所需要的时间，实现中低温双蒸发器环路热管的超临界启动。

(2)、使用这种中低温区双蒸发器环路热管，可有效地避免环路热管长期运行时主蒸发器向主液池的漏热对环路热管传热能力的影响。

(3)、使用这种中低温区双蒸发器环路热管，两个主蒸发器液池单元之间本身还具有热负荷分享特性，可有效避免额外的能量输入。

附图说明：

图1：中低温区双蒸发器环路热管的总体结构图。

图2：次蒸发器液池单元结构的剖面图(主蒸发器液池单元结构与之相同)。

具体实施方式：

现结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，为本发明的总体结构图，第一主液池1-1和第一主蒸发器1-2组成的第一主蒸发器液池单元1，第二主液池2-1和第二主蒸发器2-2组成的第二主蒸发器液池单元2，第三次液池3-1和第三次蒸发器3-2组成的次蒸发器液池单元3，一条主环路气体管线4，一条次环路气体管线5，一个主冷凝器6，一个次冷凝器7，一条次环路液体管线8和一条主环路液体管线9，一个气库10，一块冷板11。

首先，根据双蒸发器环路热管的尺寸和工质的工作温度，设计合适的充装压力，按照所需的充装压力向气库10中充入足量的工质气体。气库中的工质气体首先进入到次冷凝器7中，由于次冷凝器7和主冷凝器6耦合在一块冷板11上，而冷板与冷源直接接触，所以充入的工质气体进入到次级冷凝器7中后被立即冷凝成液相，液体流向次蒸发器液池单元3，在次蒸发器3-2中的毛细芯结构3-2-1提供的毛细力作用下将浸润整个次蒸发器。此时，在次蒸发器上施加一定的热负荷，使其内的工质液体蒸发，工质气体不断地流向在次蒸发器出口处，使出口处的压力升高，而次蒸发器入口处则是一个压力的低点，此时就会有气库10中工质气体补充到次液池3-1中，直到充入的工质量达到我们的设计要求。从次蒸发器中出来的工质气体经次环路气体管线5，将流向主冷凝器6，而不会经主环路气体管线4流向第一主蒸发器1-2和第二主蒸发器2-2，这是因为第一主蒸发器和第二主蒸发器中存在毛细结构而对气体的流动产生比较大的流动阻力；工质气体在主冷凝器6中被冷凝为过冷液体，并进入到主环路液体管线9中，在A点分成两股，分别进入到两个并联的主蒸发器液池单元中。以主蒸发器液池单元1为例，加以说明。进入到第一主液池1-1中的工质液体将分成两部分，一部分进入到第一主蒸发器1-2中，促进第一主蒸发器的降温，最后再通过主环路气体管线4流回主冷凝器6；另一部分通过次环路液体管线8进入到次冷凝器7、次蒸发器液池单元3中，用来补充次蒸发器中不断蒸发的工质液体，保证次蒸发器可以一直工作；这样，通过在次蒸发器施加一定的热负荷，不断驱动越来越多的工质流动起来，加速了第一主蒸发器1-2和第二主蒸发器2-2的降温。降温过程结束后，在第一主蒸发器1-2和第二主蒸发器2-2上施加一定的热负荷并维持次蒸发器3-2上的热负荷，次蒸发器产生的工质气体经次环路气体管线5进入到主冷凝器6中冷凝，有一定过冷的工质液体通过主环路液体管线9分别进入到并联的第一主液池1-1和第二主液池2-1中，将第一主蒸发器1-2向第一主液池1-1和第二主蒸发器2-2向第二主液池2-1的漏热带走，这样有利于把双蒸发器环路热管维持在一个较稳定的工作温度，有效地改善了双蒸发器环路热管的传热性能。

Claims (4)

1.一种用于100-200K中低温区的双蒸发器环路热管，包括：第一主液池(1-1)和第一主蒸发器(1-2)组成的第一主蒸发器液池单元(1)，第二主液池(2-1)和第二主蒸发器(2-2)组成的第二主蒸发器液池单元(2)，第三次液池(3-1)和第三次蒸发器(3-2)组成的次蒸发器液池单元(3)，一条主环路气体管线(4)，一条次环路气体管线(5)，一个主冷凝器(6)，一个次冷凝器(7)，一条次环路液体管线(8)和一条主环路液体管线(9)，一个气库(10)和一块冷板(11)，其特征在于：

所述的环路热管由第一主蒸发器液池单元(1)和第二主蒸发器液池单元(2)构成一个并联的主蒸发器液池单元，它与主冷凝器(6)、主环路液体管线(9)和主环路气体管线(4)组成了双蒸发器环路热管的两个并联主环路；

所述的次蒸发器液池单元(3)与次环路气体管线(5)、主冷凝器(6)、主环路液体管线(9)、第一主液池(1-1)、第二主液池(2-1)、次环路液体管线(8)和次冷凝器(7)组成了双蒸发器环路热管的次环路；

工质气体由气库(10)进入到次冷凝器(7)中，由于与次冷凝器耦合在一起的冷板(11)直接接触冷源，工质气体将在次冷凝器(7)中冷凝为液体，液体在次蒸发器(3-2)中毛细结构提供的毛细力作用下，浸润整个次蒸发器，在次蒸发器上施加一定的热负荷，液相工质将蒸发，形成的工质气体经次环路气体管线(5)，流向主冷凝器(6)中冷凝，有一定过冷的冷凝液进入到主环路液体管线(9)后在A点分为两股，一部分进入到第一主蒸发器液池单元(1)，另一部分进入到第二主蒸发器液池单元(2)；流入第一主液池(1-1)中的工质液体进入到第一主蒸发器(1-2)中，而后流经主环路气体管线(4)，回到主冷凝器(6)中，构成了环路热管的一条主环路；流入第二主液池(2-1)中的工质液体进入到第一主蒸发器(2-2)中，而后流经主环路气体管线(4)，回到主冷凝器(6)中，构成了环路热管的另一条主环路；同时，进入到第一主液池(1-1)和第二主液池(2-1)中的工质液体一部分经次环路液体管线(8)进入到次冷凝器(7)和次蒸发器液池单元(3)中，在次蒸发器上所施加的热负荷作用下蒸发，形成的工质气体经次环路气体管线(5)进入到主冷凝器(6)中，构成了环路热管的次环路。

2.根据权利要求1所述的一种用于100-200K中低温区的双蒸发器环路热管，其特征在于：所述的第一主蒸发器(1-2)和第二主蒸发器(2-2)采用有高毛细抽吸力的金属镍芯或钛芯多孔烧结材料。

3.根据权利要求1所述的一种用于100-200K中低温区的双蒸发器环路热管，其特征在于：所述的次蒸发器(3-2)采用不锈钢或有机高分子聚合物烧结而成的多孔材料。

4.根据权利要求1所述的一种用于100-200K中低温区的双蒸发器环路热管，其特征在于：所述的次冷凝器(7)和主冷凝器(6)固定在冷板(11)上并与冷源相接触。

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