CN107062962A - 一种具有良好启动性能和运行稳定性的环路热管 - Google Patents

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米珉
苗建印
丁汀
何江
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Abstract

本发明公开了一种具有良好启动性能和运行稳定性的环路热管。使用本发明能够使液体干道和储液器充满液体并保证工质沿正向在环路热管中循环，避免蒸发器和储液器中存在气液分布情况并使冷凝器处于完全激活的状态，从而解决传统环路热管启动难和不稳定的问题。

Description

一种具有良好启动性能和运行稳定性的环路热管
技术领域
本发明涉及航天器热控制技术领域，具体涉及一种具有良好启动性能和运行稳定性的环路热管。
背景技术
环路热管是一种高效两相传热设备，其具有高传热性能、远距离传输热量、优良的控温特性和管线的可任意弯曲、安装方便等特点，由于具有众多其它传热设备无可比拟的优点，环路热管在航空、航天以及地面电子设备散热等众多领域中具有十分广阔的应用前景。
相比传统热管，环路热管具有较多优势，但是目前影响其广泛应用的两个技术问题是：启动问题和运行稳定性问题。
(1)启动问题：启动问题是目前仍困扰环路热管应用的一个关键问题。启动前蒸发器的气液分布情况直接决定启动的难易。当蒸气槽道内充满液体而液体干道存在蒸气时，是最难启动的情形，如图2所示。因为蒸气槽道内的液体工质发生核态沸腾会需要一定的过热度，而液体干道存在蒸气会导致蒸发器向储液器漏热过大(液体干道和储液器的连接类似一根能高效换热的热管)，因此启动所需的液体过热度(即蒸气槽道内的液体温度和储液器内饱和温度之差)很难形成，启动过程可能会达到数小时，蒸发器温度上升可能超过30-40℃以上，甚至不能启动。过长的启动时间在工程应用中是不能接受的，而蒸发器的温度上升过高还可能使仪器设备超过温度上限。为避免启动困难，使液体干道和储液器被液体充满可以减小启动时蒸发器向储液器的漏热，是一个较易实现的有效方法。
(2)运行稳定性问题：当环路热管运行时，由于毛细芯径向漏热导致液体干道内产生蒸发，或液体干道内存在不凝气体因而存在气液界面时，均会导致蒸发器向储液器的漏热发生变化，漏热变化最终导致环路热管出现工质倒流(如图4所示)、温度波动(如图3和5所示)等不稳定现象，最终工作温度发生漂移，即所谓的“温度迟滞”现象，如图6所示。当液体干道被液体充满时，则蒸发器向储液器漏热不会因为气液分布的原因发生变化，因此，使液体干道充满液体是消除温度迟滞，提升环路热管稳定性的有效办法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种
具有良好启动性能和运行稳定性的环路热管，能够使液体干道和储液器充满液体并保证工质沿正向在环路热管中循环，避免蒸发器和储液器中存在气液分布情况并使冷凝器处于完全激活的状态，从而解决传统环路热管启动难和不稳定的问题。
有益效果：
1、止回阀环路热管液体干道和储液器内充满液体，避免蒸发器和储液器内最难启动的气液分布情况出现，从而提升环路热管的启动性能。
2、止回阀使液体干道和储液器内充满液体，将可以避免运行时毛细芯内蒸发引起的运行不稳定问题，并且保证冷凝器始终处于完全激活状态，使环路热管工作在热阻最小的固定热导区。
3、此发明方法无需电源供给，引起的系统变化少，实施简单有效，可靠性高。
附图说明
图1为本发明的环路热管结构组成的示意图。
图2为蒸气槽道为液体而液体干道存在蒸气的启动困难案例的示意图。
图3为剧烈的温度波动不稳定现象的曲线图。
图4为启动时倒流及温度波动的曲线图。
图5为毛细芯内蒸发引起温度波动不稳定的曲线图。
图6为环路热管的温度迟滞现象的曲线图。
其中，1-蒸发器，2-冷凝器，3-储液器，4-蒸汽管线，5-液体管线，6-止回阀，7-毛细芯，8-液体干道，9-蒸汽槽道。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种具有良好启动性能和运行稳定性的环路热管。
本发明的环路热管的组成包括：环路热管主要包括蒸发器1、冷凝器2、储液器3、蒸气管线4、液体管线5和止回阀6。蒸发器1、蒸汽管线4、冷凝器2、液体管线5、储液器3依次连接，形成一个环路，如图1所示。止回阀6安装在液体管线5上，止回阀6的进口与冷凝器2的出口通过液体管线5连接，止回阀6的出口通过液体管线5与储液器3的进口连接。蒸发器1的内部结构如图1所示，液体管线5在蒸发器毛细芯7内的一段为液体引管，液体回流管线引入到蒸发器的毛细芯7内，这段回流管线被称为液体引管。液体回流管线引入到蒸发器的毛细芯7内，这段回流管线被称为液体引管。循环运行过程如下：液体在蒸发器中的毛细芯7外表面蒸发，吸收蒸发器外的热量，产生的蒸气从蒸气管线4流向冷凝器，在冷凝器2中释放热量给热沉冷凝成液体，最后流入储液器3，储液器3内的液体工质维持对蒸发器1内毛细芯7的供给。
环路热管的工作过程如下：液体在蒸发器中的毛细芯7外表面蒸发，吸收蒸发器1外的热量，产生的蒸气从蒸气管线4流向冷凝器2，在冷凝器2中释放热量给热沉冷凝成液体，最后经过液体管线5流入储液器3，储液器3内的液体工质维持对蒸发器内毛细芯7的供给。
止回阀6的作用是：当管线内的工质正向通过阀门时(如图1，沿箭头方向)，阀门自动开启，工质可以较小阻力流经阀门；当管线内的工质逆向通过阀门(如图1，与箭头方向相反)，阀门自动关闭，阻止工质回流。在环路热管液体管线4安装止回阀后，工质只能以正向在环路热管中循环，即工质可从蒸发器1沿外回路，经过冷凝器2流向储液器3，但储液器3内工质无法向外回路倒灌。
在环路热管使用前进行预处理(即加热蒸气管线和冷凝器管线)，通过加热器加热蒸汽管线4和冷凝管线5，提高管线内饱和温度和压力，使该段管线内液体流向蒸发器1，对蒸发器1、储液器3和液体管线5进行压力灌注。当液体干道8被液体充满后，即达到了有利于启动和运行的气液分布状态。止回阀6将阻止储液器3、液体干道8和液体管线4内的液体流向冷凝器2，而蒸发器1内浸润液体的毛细芯7也会阻止液体通过蒸气管线5流向冷凝器2。因此，止回阀6可以保障预处理后的环路热管液体干道8和储液器3内充满液体，避免蒸发器1和储液器3内最难启动的气液分布情况出现，从而提升环路热管的启动性能。使液体管线4、液体干道8和储液器3内充满液体。
另外，止回阀6使液体干道8和储液器3内充满液体，可以有效阻止工质从液体干道8和储液器3向冷凝器反向流动，避免冷凝器2换热面积减小，阻止液体回流引起的传热性能恶化。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有良好启动性能和运行稳定性的环路热管，其特征在于，所述环路热管包括：蒸发器(1)、冷凝器(2)、储液器(3)、蒸气管线(4)、液体管线(5)和止回阀(6)，蒸发器(1)的出口通过蒸汽管线(4)与冷凝器(2)的进口相连，冷凝器(2)的出口通过液体管线(5)与止回阀(6)的进口相连，止回阀的(6)的出口与储液器(3)的进口相连，储液器(3)的出口与蒸发器(1)的进口相连。
2.如权利要求1所述的具有良好启动性能和运行稳定性的环路热管，其特征在于，所述环路热管中的工质只能从蒸发器沿外回路，经过冷凝器流向储液器，但储液器内工质无法向外回路倒灌，从而保障预处理后的环路热管液体干道和储液器内充满液体。
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