CN104930893B - 一种喷射器辅助式平板型环路热管 - Google Patents

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Abstract

一种喷射器辅助式平板型环路热管，包括主回路和旁通回路；在主回路中，蒸发器内的毛细芯与集气槽道相连，集气槽道出口处的过热气态工质通过喷射器引射来自补偿室的饱和气态工质；混合后的气态工质通过气线管道与冷凝器的入口相连接，冷凝器的出口通过液线管道与补偿室入口相连接，补偿室与毛细芯被纵向加工在一起；毛细芯，集气槽道及补偿室均被包裹在蒸发器外壳内；在旁通回路中，在补偿室内液体吸收漏热气化的饱和气态工质通过调节阀后进入喷射器中；通过改变调节阀开度，以确保在补偿室因不同漏热量而气化的饱和气态工质流量被喷射器引走；本发明是一种经济、有效、可行的改善方案，能有效提高环路热管的性能。

Description

一种喷射器辅助式平板型环路热管
技术领域
本发明属于热管技术领域，具体涉及一种喷射器辅助式平板型环路热管。
背景技术
随着电子技术的迅猛发展,电子器件的主频越来越高、转速不断增加以及集成电路的体积越来越小,使得电子器件散热要求的热流密度已经从2-3w/cm2增加到10w/cm2以上,尤其应用在航空航天领域的一些高热流密度电子设备(如微波功率放大器、陀螺仪、相机以及各种仪器的电源等)需要在极其狭小的空间内散掉大量的热量,这对电子器件散热提出了更高的要求。研究表明,为保证芯片的工作稳定性和使用寿命，其最高温度不能超过85℃,电子设备和电子器件失效率55％以上是由热引起的,电子器件温度在70-80℃水平上每增加1℃,可靠性就会下降5％,寿命也会大幅度降低,因此电子器件散热问题已经成为制约电子信息以及航空航天领域的关键技术之一。
目前，常用电子器件的散热技术主要是有风冷，液冷以及热管冷却等。自然风冷是最理想的冷却方式，无需其他辅助设备，但冷却能力较低，适合热流密度在0.04W/cm2以下的电子元器件的冷却；强制风冷系统结构简单紧凑，成本低，设备量少，但受外形尺寸及重量的限制，所提供的风量有限，适合热流密度小于0.4W/cm2的场合；液冷系统结构相对复杂，设备量大，成本高，但散热效率高，适合热流密度较高的场合。这些技术目前发展到一个比较成熟的阶段了，阻碍其继续发展并应用于更高热流密度场合的原因之一是导热材料的限制。为此，热管作为具有很高导热性能的传热元件近数十年来得到了广泛的关注和重视。它的传热能力可达铜的1500倍，能实现几乎没有温差的导热。由于热管具有超强的导热性能，其在电子散热领域上有广阔的应用前景。然而传统热管具有一定的缺陷，如受方位和长度的安装限制，安装起来不够灵活和方便，传热功率较小等。环路热管是传统热管技术的延伸，其传热能力要高出烧结热管20％-30％，其具有反重力性能好、传热能力强、等温性好、传输距离长等优点，此外，其结构设计灵活性强，可根据不同产品的结构进行设计，在航天器的热管理和电子设备的散热方面已得到广泛关注和应用，显现了巨大的优势和发展前景。因此，使用环路热管作为电子器件的热沉，增强电子器件的散热以提高其工作稳定性及使用寿命是一个明智的选择。
对于平板型环路热管来说，其系统内部经毛细芯向补偿室的漏热会严重的影响平板型环路热管的传热性能，例如：会提高系统启动所需的最小热流密度；也会增大系统传热热阻等。在传统平板型环路热管中，补偿室内工质所吸收的漏热量，通常由冷凝器回来的过冷工质所带来的过冷量所抵消。在这种情况下，为满足工质在较低的操作温度下工作，系统对冷凝器出口工质的过冷度提出了更高的要求，这无疑会降低平板型环路热管的传热性能。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种喷射器辅助式平板型环路热管，通过喷射器，使得集气槽道出口的过热气态工质可以引射在补偿室内吸收了漏热而气化的气态工质；通过这样的结构配置，有效的消除了冷凝器出口工质过冷的必要性，增大了冷凝器总传热效率，从而进一步提高了平板型环路热管的散热能力；该环路热管是一种经济、有效、可行的改善方案，能有效提高环路热管的性能。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种喷射器辅助式平板型环路热管，包括主回路和旁通回路；在主回路中，蒸发器内的毛细芯101与集气槽道102相连接，集气槽道102出口与喷射器103的入口端相连接，喷射器103的出口端通过气线管道104与冷凝器105的入口相连接，集气槽道102出口处的过热气态工质通过喷射器103引射来自补偿室107的饱和气态工质，混合后的气态工质通过气线管道104进入冷凝器105的入口，冷凝器105的出口通过液线管道106与蒸发器内补偿室107入口相连接，补偿室107与毛细芯101被纵向加工在一起；毛细芯101、集气槽道102及补偿室107均被包裹在蒸发器外壳109内；在旁通回路中，补偿室107的出口与喷射器103的另一入口端相连接，在补偿室107内的饱和液态工质在吸收了来自于毛细芯101的漏热后，气化蒸发为饱和气态工质通过调节阀108后进入喷射器103中，通过调节调节阀108的开度，以确保在补偿室107因不同漏热量而气化的饱和气态工质流量被喷射器103引走。
所述集气槽道102的底部为平板状并被热负荷加热，槽道形状为矩形。
所述集气槽道102出口的过热气态工质压力大于从调节阀108出来的气态工质压力；所述集气槽道102出口的过热气态工质在喷射器103内引射调节阀108出口的气态工质，在喷射器103中混合增压后进入气线管道104。
所述冷凝器105为逆流同心套管式换热器，工质在冷凝器105内管中流动，冷却水在冷凝器105环形通道内逆向流动对工质进行冷却，确保进入冷凝器的气态工质在冷凝器内被冷却为饱和液态工质。
相比于常规的平板型环路热管，本发明通过在环路热管系统中增加喷射器103，调节阀108。通过改变调节阀108的开度，确保在补偿室107中因不同漏热量而气化的饱和气态工质在喷射器103中被集气槽道102出口的过热气态工质全部引射。两工质混合后进入气线管道104。在这种情况下，冷凝器出口工质可以不必过冷，冷凝器过冷段长度可以被有效消除。由于在冷凝器内，两相工质的传热效率远高于单相工质的传热效率，因此冷凝器的总传热效率增大，从而进一步提高平板型环路热管的散热能力，为其作为热沉应用在电子器件散热中提供了一定的优势。总之，该喷射器辅助式平板型环路热管是一种经济、有效、可行的改善方案，能有效提高环路热管的性能。
附图说明
图1是本发明喷射器辅助式平板型环路热管示意图。
图2是本发明喷射器辅助式平板型环路热管工质工作过程的循环压-温图(p–T图)。
图3本发明喷射器辅助式平板型环路热管毛细芯的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种喷射器辅助式平板型环路热管，包括主回路和旁通回路；在主回路中，蒸发器内的毛细芯101与集气槽道102相连接，集气槽道102出口与喷射器103的入口端相连接，喷射器103的出口端通过气线管道104与冷凝器105的入口相连接，集气槽道102出口处的过热气态工质通过喷射器103引射来自补偿室107的饱和气态工质，混合后的气态工质通过气线管道104进入冷凝器105的入口，冷凝器105的出口通过液线管道106与蒸发器内补偿室107入口相连接，补偿室107与毛细芯101被纵向加工在一起；毛细芯101、集气槽道102及补偿室107均被包裹在蒸发器外壳109内；在旁通回路中，补偿室107的出口与喷射器103的另一入口端相连接，在补偿室107内的饱和液态工质在吸收了来自于毛细芯101的漏热后，气化蒸发为饱和气态工质通过调节阀108后进入喷射器103中，通过调节调节阀108的开度，以确保在补偿室107因不同漏热量而气化的饱和气态工质流量被喷射器103引走。
如图2所示，为本发明的喷射器辅助式平板型环路热管工作过程的循环压-温图(p–T图)，所示意的工作过程为：毛细芯101内的饱和气态工质(图中1点处)进入集气槽道102内，受热负荷加热并产生一定的槽道压降，形成过热蒸汽(图中1’点处)，过热蒸汽作为工作流体进入喷射器103的喷嘴，并经喷嘴膨胀后变为低压高速气液两相混合制冷剂(图中n点处)，在喷射器103的吸入室进一步引射从调节阀108出来的气态制冷剂(图中9点处)，在喷射器103的混合室中混合后(图中m点处)再经喷射器103的扩压器增压后排出(图中d点处)并进入绝热气线管道104中，在气线管道104内流动产生气线压降并伴随着小幅度温降后(图中3点处)进入冷凝器105。在冷凝器内被环形通道内的水冷却成为饱和液态工质(图中4，5点处)，随后在绝热液线管道中流动产生液线压降并略降温后变为两相工质(图中6点处)随后进入补偿室107。在补偿室107内部分饱和液态工质(图中7点处)在吸收了来自于毛细芯101内的漏热后气化为饱和气态工质。此饱和气态工质与由液线106回来的气态工质共同经过旁通回路中的调节阀108后被喷射器103带走。在补偿室107的另一部分饱和液态工质(图中7点处)在毛细芯101流动中产生毛细压降并被热负荷加热升温；在毛细芯101弯月面的液体侧变为过热液态工质(图中8点处)。过热液态工质随后通过弯月面后蒸发并获得得以驱动系统运行的毛细力(图中1点处)，以上完成整个循环过程。
如图3所示，为本发明喷射器辅助式平板型环路热管毛细芯的剖面图，补偿室107与毛细芯101被纵向加工；集气槽道102底面为平板状，其隔板与蒸发器外壳为一体，共为蒸发器外壳109，槽道形状为矩形；毛细芯101，集气槽道102及补偿室107均被包裹在蒸发器外壳109内。
本发明的整个环路热管工作过程中存在有7个不同的工作压力，依次是毛细芯101弯月面液体侧过热液体压力，毛细芯101弯月面气体侧饱和蒸汽压力，集气槽道102出口的过热蒸汽压力、喷射器103出口压力，冷凝器105进口压力，补偿室107入口压力，调节阀108出口压力。所有压力均由环路热管系统的工况及使用的工质决定。

Claims (4)

1.一种喷射器辅助式平板型环路热管，包括主回路和旁通回路；其特征在于：在主回路中，蒸发器内的毛细芯(101)与集气槽道(102)相连接，集气槽道(102)出口与喷射器(103)的入口端相连接，喷射器(103)的出口端通过气线管道(104)与冷凝器(105)的入口相连接，集气槽道(102)出口处的过热气态工质通过喷射器(103)引射来自补偿室(107)的饱和气态工质，混合后的气态工质通过气线管道(104)进入冷凝器(105)的入口，冷凝器(105)的出口通过液线管道(106)与蒸发器内补偿室(107)入口相连接，补偿室(107)与毛细芯(101)被纵向加工在一起；毛细芯(101)、集气槽道(102)及补偿室(107)均被包裹在蒸发器外壳(109)内；在旁通回路中，补偿室(107)的出口与喷射器(103)的另一入口端相连接，在补偿室(107)内的饱和液态工质在吸收了来自于毛细芯(101)的漏热后，气化蒸发为饱和气态工质通过调节阀(108)后进入喷射器(103)中，通过调节调节阀(108)的开度，以确保在补偿室(107)因不同漏热量而气化的饱和气态工质流量被喷射器(103)引走。
2.根据权利要求1所述的喷射器辅助式平板型环路热管，其特征在于：所述集气槽道(102)的底部为平板状并被热负荷加热，槽道形状为矩形。
3.根据权利要求1所述的喷射器辅助式平板型环路热管，其特征在于：所述集气槽道(102)出口的过热气态工质压力大于从调节阀(108)出来的气态工质压力；所述集气槽道(102)出口的过热气态工质在喷射器(103)内引射调节阀(108)出口的气态工质，在喷射器(103)中混合增压后进入气线管道(104)。
4.根据权利要求1所述的喷射器辅助式平板型环路热管，其特征在于：所述冷凝器(105)为逆流同心套管式换热器，工质在冷凝器(105)内管中流动，冷却水在冷凝器(105)环形通道内逆向流动对工质进行冷却，确保进入冷凝器的气态工质在冷凝器内被冷却为饱和液态工质。
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