CN105371676A - 一种双毛细芯蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双毛细芯蒸发器，包括上端盖、下端盖、上毛细芯、下毛细芯、二次芯；其中下毛细芯和上毛细芯设于下端盖与上端盖形成的空腔内，并用二次芯隔开，上毛细芯、下毛细芯和二次芯密封组成两个对称的补偿腔，二次芯为上毛细芯供液；在上、下毛细芯上开有多个纵向槽道构成上下蒸汽槽道；上、下端盖固定连接，上、下端盖的侧壁之间的空间形成集汽腔；下端盖上设有回流液入口，带有开口的回流管道通过该入口伸入二次芯孔中，上端盖侧壁上设有蒸汽出口；通过使用本发明提供的双毛细芯蒸发器可以减小侧壁导热对补偿腔的影响，防止回流液体管路被堵塞，避免系统烧干现象的发生，可改善并提高系统的运行性能。

Description

一种双毛细芯蒸发器

技术领域

本发明属于毛细相变回路技术领域，更具体地，涉及一种双毛细芯蒸发器。

背景技术

环路热管(LoopHeatPipe，LHP)是一种利用工质相变传热、毛细力提供动力的高效被动传热装置。具有无运动部件、传热能力强、安全可靠性高、等温性好、布置灵活、传输距离长的优点，适用于散热要求苛刻的空间站和航天器以及地面其他高热流密度电子器件的散热。LHP系统包含蒸发器、冷凝器、蒸汽管路和液体管路四个部分，其工作原理为：器件的发热面与蒸发器的加热面贴合，热量通过蒸发器壁面导入毛细芯，毛细芯内的液体工质吸热汽化，产生的蒸汽在集汽腔汇集，然后通过蒸汽管路流入冷凝器，过热蒸汽在冷凝器内先后向冷源散失掉显热和潜热后，凝结成液体，在蒸发器内毛细芯产生的毛细抽力作用下，冷凝液回流到补偿腔，完成工质循环传热的过程。

目前研究较多的平板型LHP系统的蒸发器多使用导热系数较大的金属材料，而且平板型蒸发器的结构较薄，这使得“侧壁导热”和“背向导热”现象严重，向补偿腔的传热大，使补偿腔的温度升高。补偿腔内温度的升高可能使补偿腔内液体工质发生相变，补偿腔内呈现汽液共存态，压力升高，系统运行的阻力增加，从而使得系统的运行温度升高；汽液共存的补偿腔很不稳定，随时可能发生汽泡的生成与湮灭，这也使得系统运行不稳定，此外补偿腔内的汽泡可能会堵塞回流液管路，使补偿器向毛细芯供液困难，系统发生烧干现象。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双毛细芯蒸发器，其目的在于减小侧壁导热对补偿腔的影响，降低系统的运行温度，提高系统运行的稳定性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种双毛细芯蒸发器，包括上端盖、下端盖、上毛细芯、下毛细芯和二次芯；

其中，上端盖与下端盖固定连接，内部形成一个空腔；上毛细芯与下毛细芯设置在该空腔内，并用二次芯隔开；上毛细芯、下毛细芯和二次芯密封形成两个补偿腔；二次芯用于为上毛细芯供液，并用于防止高负荷下补偿腔形成的气体堵塞回流管路，避免系统烧干；

下端盖的侧壁上开有回流液入口，回流管路通过该入口伸入二次芯孔；上端盖的侧壁与下端盖的侧壁之间的空间形成用于收集蒸汽的集汽腔；

上毛细芯上开有多个纵向槽道，作为上蒸汽槽道；下毛细芯上开有多个纵向槽道，作为下蒸汽槽道；上蒸汽槽道与上端盖的下底面紧密接触，下蒸汽槽道与下端盖的上底面紧密接触；上毛细芯和下毛细芯中的工质从热源导热后形成的蒸汽可分别从上蒸汽槽道和下蒸汽槽道流出，在集汽腔汇集；上端盖的侧壁上设有与集汽腔对应的蒸汽出口；集汽腔通过该蒸汽出口与外部的冷却装置连接。

优选的，上端盖与下端盖均为圆形结构，上端盖的空腔内径大于下端盖的空腔外径；上端盖与下端盖固定连接后，两者侧壁之间的环形空间构成集汽腔；其中下端盖的下平面为蒸发器的加热面，加载热负荷，上端盖的上平面即为蒸发器的背面，也可以承载热负荷。

优选的，下端盖侧壁上与上蒸汽槽道和下蒸汽槽道对应的位置有开孔，开孔的方向与上、下蒸汽槽道垂直；上、下蒸汽槽道中的蒸汽通过开孔流入集汽腔；该开孔的厚度和蒸汽槽道的厚度一致，使得所有蒸汽槽道中的蒸汽均能流入集汽腔。

优选的，下端盖的侧壁具有方形凸台，凸台上开有圆孔，该圆孔作为回流液入口；回流管路通过该圆孔伸入二次芯孔，回流液通过回流管路流回补偿腔以补偿上下毛细芯内的工质。

优选的，上、下蒸汽槽道的横截面为矩形、V型、上梯形、下梯形或半圆形。

优选的，上、下毛细芯为开有槽道的圆形平板，二次芯为对称开孔的圆形平板。

优选的，上、下毛细芯由金属粉末材料烧结而成。

优选的，二次芯采用导热系数低于20W/(m﹒K)的不锈钢金属丝网压制而成。

优选的，上述双毛细芯蒸发器可应用于平板型LHP系统。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的带二次芯的双毛细芯蒸发器应用于平板型LHP时，具有以下显著优点：

(1)加快LHP的启动速度；LHP系统成功启动的条件是毛细芯内弯月面两侧的压力差达到足以克服工质在回路内流动的阻力；本发明提供的双毛细芯蒸发器内具有两个毛细芯，加载热负荷后，两个毛细芯均会有蒸汽产生，蒸发器内蒸汽侧压力上升会比传统的单毛细芯蒸发器快，因此，使用本发明提供的双毛细芯蒸发器的LHP系统启动会更快；

(2)降低系统的运行温度；在传统的单毛细芯平板蒸发器结构中，侧壁传导的热量直接被补偿腔中的液体工质吸收，使得补偿腔中的温度较高，进而使得整个LHP系统的运行温度比较高；而在本发明提供的双毛细芯蒸发器中，部分侧壁导热可以被背面毛细芯中的工质吸收，并且二次芯的使用会加大侧壁导热向补偿腔传递的热阻，有效的降低了补偿腔的温度；此外，本发明提供的双毛细芯蒸发器，其侧壁导热分为两部分，一部分是通过上端盖侧壁的传导，另一部分是通过下端盖侧壁的传导，并且下端盖的侧壁具有开口，只有部分与蒸发器加热面和背面接触，所以通过侧壁传导到补偿腔的热量相对减少，补偿腔的温升减少，又进一步降低了补偿腔的温度；

(3)增加系统运行的稳定性；LHP系统在某些工况下，存在明显的温度波动现象，这对精准控温很不利，大量的实验和理论研究表明，是补偿腔内温度和压力波动造成LHP系统运行的不稳定现象，补偿腔内气泡的生成与湮灭就是这种不稳定现象的根源；根据上述第(2)点的分析可知，而发明提供的双毛细芯蒸发器可以有效降低补偿腔的温度，抑制补偿腔内汽泡的生成，从而提高系统运行的稳定性；

(4)可承载的热负荷范围更大；根据上述分析，本发明提供的双毛细芯蒸发器使LHP系统启动加快、运行温度降低、稳定性增强，使用本蒸发器的LHP系统可以传导的热流密度增大，和传统蒸发器相比，相同有效传热面积可传输的热量更多；在一些特殊情况下，本发明提供的双毛细芯蒸发器的加热面和背面均可以加载热负荷。

附图说明

图1是本发明实施例提供的双毛细芯蒸发器的旋转剖面示意图；

图2是本发明实施例提供的双毛细芯蒸发器的前视剖面示意图；

图3是本发明实施例提供的双毛细芯蒸发器的左视剖面示意图；

图4是本发明实施例提供的双毛细芯蒸发器的二次芯的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的双毛细芯蒸发器上端盖的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的双毛细芯蒸发器下端盖的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1—下端盖，2—下蒸汽槽道，3—下毛细芯，4—补偿腔，5—集汽腔，6—蒸汽出口，7—上端盖，8—二次芯，9—上毛细芯，10—上蒸汽槽道，11—二次芯孔，12—回流液入口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例提供的双毛细芯蒸发器的结构如图1所示，包括下端盖1、上端盖7、下毛细芯3、上毛细芯9和二次芯8；

其中，上端盖7与下端盖1采取焊接的方式固定连接形成一个圆形空腔和一个环形空腔：如图2的双毛细芯蒸发器的前视剖面图所示意的，在圆形空腔内设有上毛细芯3和下毛细芯9；上、下毛细芯之间用二次芯8隔开；

上、下毛细芯和二次芯8密封形成两个对称补偿腔4，用于收集回流液；二次芯8还用于为上毛细芯9供液；环形空腔作为集汽腔5，用于收集蒸汽；上毛细芯9上开有纵向的上蒸汽槽道10，下毛细芯3上开有纵向的下蒸汽槽道2，上蒸汽槽道10与上端盖7的下底面紧密接触，下蒸汽槽道2与下端盖1的上底面紧密接触；

下端盖1的侧壁上与上、下蒸汽槽道对应的位置分别设有宽度小于上下毛细芯直径2mm、与蒸汽槽道等厚的开孔，蒸汽槽道中的蒸汽通过这些开口能全部流入集汽腔中；蒸汽出口6设置上端盖7的侧壁上；其中，集汽腔的形状也可以为其他结构，根据毛细芯和上、下端盖的具体形状来确定；

本实施例中，如图3所示意的，上蒸汽槽道10与下蒸汽槽道2分别由上毛细芯9、下毛细芯3上的纵向槽道构成，槽道的断面可以为矩形、V型、上梯形、下梯形、半圆形；

其中，二次芯8由多层金属丝网压制而成，其结构如图4所示，为对称开有两孔的圆形平板；二次芯上开有圆孔11，用于放置回流管路；回流液首先流经二次芯8，然后流入补偿腔或者直接被毛细芯吸收；

本实施例中，上端盖与下端盖均为圆形结构，上端盖的空腔内径大于下端盖的空腔外径；上端盖的结构如图5所示；下端盖1的结构如图6所示，其侧壁上有方形凸台，回流管路凸台上的圆孔12伸入二次芯圆孔。

本实施例中，下毛细芯3和上毛细芯9均由粉末材料烧结而成，液体工质在上、下毛细芯的表面吸收热量发生相变，相变界面两侧的压力差形成工质在整个系统循环的动力；

本实施例中，回流液入口12设在下端盖1侧壁的方形凸台上，回流管路通过回流液入口12与二次芯圆孔相连，回流液流回补偿腔以补偿上、下毛细芯内的工质；蒸汽出口6设置在上端盖7的侧壁上。

下端盖1的侧壁上与上、下蒸汽槽道对应的位置均设有开孔，开孔方向与蒸汽槽道垂直，蒸汽槽道中的蒸汽通过开孔流入集汽腔，开孔的厚度和蒸汽槽道的厚度一致，宽度应保证所有蒸汽槽道中的蒸汽均能流入集汽腔。

回流管路通过回流液入口12伸入二次芯圆孔11，本发明提供的双毛细芯蒸发器的组装过程为：首先依次把下毛细芯3和二次芯8放入下端盖1的空腔中，然后放置回流管路，回流管路通过回流液入口12伸入二次芯孔11；将上毛细芯9和上端盖7依次放好，压紧，进行焊接，完成组装；上、下毛细芯放置的方向应保证所有蒸汽槽道中的蒸汽均能通过下端盖1侧壁上的开口流入集汽腔5；此外，上蒸汽槽道10与上端盖的下底面紧密接触，下蒸汽槽道2与下端盖的上底面紧密接触。

下面具体描述本实施例提供的双毛细芯蒸发器的工作过程：该双毛细芯蒸发器适用于平板型LHP系统，其下表面为受热面，工作时受热面直接与热负荷表面贴合，以导热的方式吸收热量；毛细芯上有许多并联肋片，当受热面吸收热量时，热量迅速传给毛细芯上的肋片，下毛细芯3内的液体工质被迅速加热汽化，汽化后形成的蒸汽沿蒸汽槽道2流到集汽腔5；同时，由于蒸发器存在侧壁导热现象，这部分热量通过上端盖7的平面传递给上毛细芯9的肋片；上毛细芯9内的液体工质吸收热量汽化，汽化形成的蒸汽沿上蒸汽槽道10流到集汽腔5；在集汽腔5汇集的蒸汽通过上端盖7上的蒸汽出口6进入蒸汽管路，流向冷凝器，蒸汽在冷凝器中释放显热和潜热之后，继续冷凝形成过冷液，过冷液在毛细抽吸力的作用下，依次经过回流管路通过回流液入口12流回二次芯孔11；此时，回流液直接通过二次芯8被上、下毛细芯吸收，为毛细芯供液；或者通过二次芯8流回补偿腔4之后，再被上下毛细芯吸收，流向工质的蒸发界面。

针对现有技术的平板型LHP系统运行不稳定、供液困难、易发生烧干的缺点，本发明提供用于平板型LHP的带二次芯的双毛细芯蒸发器，对蒸发器的结构进行优化；该蒸发器可提高LHP启动速度，降低系统的运行温度，提高系统运行稳定性，具有可承载热负荷范围增大的优点。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双毛细芯蒸发器，其特征在于，包括上端盖(7)、下端盖(1)、上毛细芯(9)、下毛细芯(3)和二次芯(8)；所示上端盖(7)与下端盖(1)固定连接，内部形成一个空腔；上毛细芯(9)与下毛细芯(3)设置在所述空腔内，并用二次芯(8)隔开；所述上毛细芯(9)、下毛细芯(3)和二次芯(8)密封形成两个补偿腔(4)；所述二次芯(8)用于为上毛细芯(9)供液，并用于防止高负荷下补偿腔形成的气体堵塞回流管路，避免系统烧干；

所述下端盖(1)的侧壁上开有回流液入口(12)，回流管路通过所述回流液入口(12)伸入二次芯孔；上端盖(7)的侧壁与下端盖(1)的侧壁之间的空间形成用于收集蒸汽的集汽腔(5)；

所述上毛细芯(9)上开有多个纵向槽道，作为上蒸汽槽道(10)；下毛细芯(3)上开有多个纵向槽道，作为下蒸汽槽道(2)；上蒸汽槽道(10)与上端盖(7)的下底面紧密接触，下蒸汽槽道(2)与下端盖(1)的上底面紧密接触；上毛细芯(9)和下毛细芯(3)中的工质从热源导热后形成的蒸汽可分别从上蒸汽槽道(10)和下蒸汽槽道(2)流出，在集汽腔(5)汇集；上端盖(7)的侧壁上设有与集汽腔(5)对应的蒸汽出口(6)；集汽腔(5)通过所述蒸汽出口(6)与外部的冷却装置连接。

2.如权利要求1所述的双毛细芯蒸发器，其特征在于，所述上端盖(7)与下端盖(1)均为圆形结构，上端盖(7)的空腔内径大于下端盖(1)的空腔外径；上端盖(7)与下端盖(1)固定连接，两者侧壁之间的环形空间构成集汽腔(5)。

3.如权利要求1或2所述的双毛细芯蒸发器，其特征在于，所述下端盖(1)的侧壁上与上蒸汽槽道(10)和下蒸汽槽道(2)对应的位置有开孔，所述开孔与蒸汽槽道等厚，所述开孔的方向与上、下蒸汽槽道垂直；上、下蒸汽槽道中的蒸汽通过所述开孔流入集汽腔(5)。

4.如权利要求1或2所述的双毛细芯蒸发器，其特征在于，所述下端盖(1)的侧壁上具有方形凸台，凸台上开有圆孔，该圆孔作为回流液入口(12)；回流管路通过回流液入口(12)伸入二次芯孔(11)，回流液通过回流管路流回补偿腔以补偿上、下毛细芯内的工质。

5.如权利要求1或2所述的双毛细芯蒸发器，其特征在于，所述上、下蒸汽槽道的横截面为矩形、V型、上梯形、下梯形或半圆形。

6.如权利要求1或2所述的双毛细芯蒸发器，其特征在于，所述上、下毛细芯为开有槽道的圆形平板，二次芯(8)为对称开孔的圆形平板。

7.如权利要求1或2所述的双毛细芯蒸发器，其特征在于，所述上、下毛细芯由金属粉末材料烧结而成。

8.如权利要求1或2所述的双毛细芯蒸发器，其特征在于，所述二次芯(8)采用导热系数低于20W/(m﹒K)的不锈钢金属丝网压制而成。

9.如权利要求1或2所述的双毛细芯蒸发器，其特征在于，所述双毛细芯蒸发器可应用于平板型LHP系统。