CN107466186A - 一种新型蒸发器结构及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于蒸发器领域，并具体公开了一种新型蒸发器结构及其应用，其包括上壳体、加热面和毛细芯，上壳体的开口处与加热面相连，顶部开设有沟槽，左右两侧开设有出口和入口，加热面面向密闭空间的一侧上设置有多个肋，肋与肋之间形成蒸汽槽道，并且其上设置有肋板，该肋板与沟槽相连，加热面与上壳体靠近出口的一侧围成一集气腔；毛细芯容置于上壳体内并被肋板隔断，毛细芯一面与加热面紧密接触，另一面与蒸发器上壳体形成密闭空腔以作为补偿腔，补偿腔被肋板分割成两个腔室，肋板靠近入口的一侧开设有使两个腔室连通的分流口。本发明可有效解决大面积热源散热过程中蒸发器承压能力有限及易变形问题，具有散热效果好，散热效率高等优点。

Description

一种新型蒸发器结构及其应用

技术领域

本发明属于蒸发器领域，更具体地，涉及一种新型蒸发器结构及其应用。

背景技术

环路热管(LHP)是一种高效的两相热控设备，具有传输距离远、传热温差小、无运动部件、无噪音等优点，成为地面及航天航空电子器件散热的重要手段。LHP作为一种分体式热管，其工作原理简单，具体地：蒸发器加热面与热源贴合，热量通过加热面导入与其紧邻的蒸汽槽道，液体工质在毛细芯表面经蒸汽槽道中热量的作用蒸发而产生蒸汽，蒸汽沿着蒸汽槽道进入蒸汽管路，然后到达辐射器(冷凝器)中释放蒸汽携带的显热同时冷凝成过冷液体，在毛细芯产生的毛细力作用下，补偿腔中的工质被抽吸到蒸发侧，同时辐射器中冷凝的液体工质通过液体管路回到补偿腔，保证工质循环的连续性。完成这样一个循环后，热量就从热端被搬运到冷端，从而达到对热源的散热控温目的。

平板式LHP系统中蒸发器具有平的热接触表面，易于与常规热源表面贴合。相较于圆柱式LHP系统，不需要鞍座结构过渡，减小了热源与蒸发器之间的热阻，同时减轻LHP系统质量而减小系统自身热容问题，此外平板式LHP系统具有较大的热接触面积，可以有效降低热源自身携带热流。然而，较大的热接触面积容易使蒸发器发生变形，从而影响其散热效果，尤其对于工作压力较高的工质，承压能力有限的缺点严重制约着平板式LHP系统的优势发挥及其应用范围。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种新型蒸发器结构及其应用，通过对其关键组件如蒸发器上壳体、加热面和毛细芯的具体结构及其设置方式进行研究与改进，可有效解决大面积热源散热过程中蒸发器承压能力有限及易变形问题，该新型蒸发器结构既保留了小型平板式LHP系统的优势，又拓宽了LHP系统选择工质的范围，对于地面电子器件及航天航空中具有较大面积热源的设备如卫星的TR组件、功率放大器来说，将新型蒸发器结构应用于平板式LHP系统中具有散热效果好，散热效率高等优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种新型蒸发器结构，其包括蒸发器上壳体、加热面和毛细芯，其中：

所述蒸发器上壳体为顶部封闭底部开口的空腔结构，所述空腔结构的底部开口与所述加热面相连以形成一密闭空间，该蒸发器上壳体的顶部开设有沟槽，左右两侧开设有出口和入口，所述出口与外部蒸汽管路连接，所述入口与外部液体管路连接，所述蒸汽管路穿过外部设置的冷凝器后与液体管路相连以形成闭合回路；

所述加热面面向所述密闭空间的一面上设置有多个肋，所述肋与肋之间形成蒸汽槽道，并且该面上还设置有肋板，该肋板与蒸发器上壳体顶部的沟槽相连，所述加热面与蒸发器上壳体靠近所述出口的一侧围成一空腔作为集气腔，用于收集来自蒸汽槽道的蒸汽；

所述毛细芯设于空腔结构的内部并被所述肋板隔断，该毛细芯的一面与所述加热面紧密接触，另一面与所述蒸发器上壳体形成密闭空腔以作为补偿腔，该补偿腔被所述肋板分割成两个腔室，所述肋板靠近所述入口的一侧开设有分流口，以此使所述补偿腔的两个腔室连通，进而将来自液体管路中的液体分流至所述两个腔室中。

作为进一步优选的，所述肋板为多组，所述肋板为板状结构或柱状结构。

作为进一步优选的，所述肋的断面为矩形、梯形或三角形。

作为进一步优选的，所述蒸汽槽道为平行的或者呈辐射状。

作为进一步优选的，所述蒸发器上壳体为方形或者圆盘形结构。

作为进一步优选的，所述蒸汽槽道在所述加热面上直接加工或直接烧结在所述毛细芯表面。

按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的新型蒸发器结构在平板式LHP系统中的应用。

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，主要具备以下的技术优点：

1.本发明的蒸发器的加热面上设置有肋板结构，并且肋板与蒸发器上壳体相连接，增强了蒸发器的强度，可抑制其发生变形，有效提高了平板式蒸发器的承压能力，扩展了平板式LHP系统选择工质的范围。

2.本发明的蒸发器的加热面上设计了肋阵列结构，肋与肋之间形成蒸汽槽道，蒸汽槽道与毛细芯紧密接触，热量通过肋片导到毛细芯的蒸发面，使得液体蒸发产生蒸汽；蒸汽槽道外围由蒸发器上壳体与加热面之间形成集气腔，可实现蒸汽槽道中产生的蒸汽的收集，起到稳定气压的作用。

3.本发明蒸发器的毛细芯与上壳体之间形成的空腔作为补偿腔，可储存多余的工质并为毛细芯供液，并且补偿腔被肋板隔开分成两个腔室，且通过肋板靠近蒸发器入口处的分流口实现两个腔室的连通，使得蒸发器具有更强的储存液体工质的能力，可以保证毛细芯完全被液体浸润。

4.本发明的蒸发器的加热面积大幅度增加，可以将大热流密度转换为小热流密度，有利于增大传递热负荷范围。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种新型蒸发器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种新型蒸发器结构的左视图；

图3是本发明实施例提供的一种新型蒸发器结构的局部剖视图；

图4是本发明实施例提供的一种新型蒸发器结构的局部剖视图；

图5是本发明的蒸发器加热面的结构示意图；

图6是本发明的蒸发器加热面的正视图；

图7是本发明的蒸发器加热面的左视图；

图8是本发明的蒸发器上壳体的仰视图；

图9是本发明的蒸发器上壳体的俯视图；

图10是本发明的蒸发器工作原理图。

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。

如图1-9所示，本发明实施例提供的一种新型蒸发器结构，其包括蒸发器上壳体1、加热面2和毛细芯3，其中蒸发器上壳体1为顶部封闭底部开口的空腔结构，该空腔结构底部开口处与加热面2相连以形成一密闭空间，该蒸发器上壳体1的顶部开设有沟槽，左侧开设有出口7，右侧开设有入口9，出口7与外部蒸汽管路连接，入口9与外部液体管路连接，蒸汽管路穿过外部设置的冷凝器后与液体管路相连以形成一闭合回路；加热面2面向密闭空间的一侧上设置有多个肋(肋阵列结构)，肋与肋之间形成蒸汽槽道5，该蒸汽槽道用于吸收外部的热量并产生蒸汽带走热量，所述加热面2面向密闭空间的一侧例如中部还设置有肋板8，该肋板8穿过上壳体1顶部预留的沟槽并与上壳体连接在一起(此时密闭空间被肋板分成两部分)，加热面2靠近出口7的一侧与蒸发器上壳体1靠近出口7的一侧围成一空腔作为集气腔4(与出口7导通)，用于收集来自蒸汽槽道5的蒸汽；毛细芯3容置于上壳体内部并被肋板8隔断，该毛细芯3的一面与加热面2(设置有蒸汽槽道的一侧)紧密接触，另一面与蒸发器上壳体1形成密闭空腔以作为补偿腔6(与入口9导通)，该补偿腔用于为毛细芯供液并储存环路热管系统运行中多余的工质，保证运行过程中工质的连续性，该补偿腔6被肋板8分割成两个腔室，肋板8靠近入口9的一侧设置有分流口11，以此使补偿腔6的两个腔室连通，进而将来自液体管路中的液体分流至两个腔室中，此外如图3所示，该补偿腔6和集气腔4是彼此独立的，两者不导通，以此使得补偿腔中的液体工质与集气腔中的蒸汽彼此隔离，互不影响。

进一步的，蒸发器上壳体可以是方形或者圆盘形结构。优选的，蒸发器上壳体内部设置有凸台10，该凸台10将上壳体分为上下两部分，其中下部分的空间大于上部分的空间，入口9设在上部分上，出口设在下部分上，毛细芯3安装在上壳体下部分中，其上表面与凸台10接触，并且其上表面与上壳体上部分形成所述补偿腔，而毛细芯3靠近出口7的侧面与加热面2靠近出口7的一侧以及上壳体下部分靠近出口7的一侧之间围成所述集气腔。

具体的，加热面设计的肋板结构可以为多组，其也可以为柱状结构，以增强蒸发器的强度；

更为具体的，加热面设计的蒸汽槽道肋阵列可以为平行的或者辐射状，其断面结构可以是矩形、梯形、三角形等，此外蒸汽槽道可以在加热面上直接加工，也可以直接烧结在毛细芯表面。

将本发明的新型蒸发器结构应用于平板式LHP系统时可有效提高平板式蒸发器的承压能力，扩展平板式LHP系统选择工质的范围。

下面结合图10对本发明的蒸发器的工作原理进行说明，将本发明平面式的蒸发器结构21应用到平板式LHP系统中，使加热面2外侧与热源表面贴合，以导热的方式吸收热量，热量迅速传到加热面2内侧的肋阵列结构，毛细芯3被补偿腔6中的液体充满，液体在与肋阵列紧密接触的毛细芯表面受热后蒸发产生蒸汽；蒸汽沿着肋阵列结构之间形成的蒸汽槽道5流动进入集气腔4，并通过出口7经蒸汽管路22进入冷凝器23，在冷凝器中释放热量冷凝成过冷液体；最后在毛细芯3蒸发侧汽液界面处产生的毛细力作用下，过冷液体经液体管路24回到补偿腔6，工质完成这样一个蒸发—冷凝循环后，热量被从热端输送到远端，达到对电子器件冷却控温目的。

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 (7)

1.一种新型蒸发器结构，其特征在于，包括蒸发器上壳体(1)、加热面(2)和毛细芯(3)，其中：

所述蒸发器上壳体(1)为顶部封闭底部开口的空腔结构，所述空腔结构的底部开口与所述加热面(2)相连以形成一密闭空间，该蒸发器上壳体(1)的顶部开设有沟槽，左右两侧开设有出口(7)和入口(9)，所述出口(7)与外部蒸汽管路连接，所述入口(9)与外部液体管路连接，所述蒸汽管路穿过外部设置的冷凝器后与液体管路相连以形成闭合回路；

所述加热面(2)面向所述密闭空间的一面上设置有多个肋，所述肋与肋之间形成蒸汽槽道(5)，并且该面上还设置有肋板(8)，该肋板(8)与蒸发器上壳体(1)顶部的沟槽相连，所述加热面(2)与蒸发器上壳体(1)靠近所述出口(7)的一侧围成一空腔作为集气腔(4)，用于收集来自蒸汽槽道(5)的蒸汽；

所述毛细芯(3)设于空腔结构的内部并被所述肋板(8)隔断，该毛细芯(3)的一面与所述加热面(2)紧密接触，另一面与所述蒸发器上壳体(1)形成密闭空腔以作为补偿腔(6)，该补偿腔(6)被所述肋板(8)分割成两个腔室，所述肋板(8)靠近所述入口(9)的一侧开设有分流口，以此使所述补偿腔(6)的两个腔室连通，进而将来自液体管路中的液体分流至所述两个腔室中。

2.如权利要求1所述的新型蒸发器结构，其特征在于，所述肋板(8)可以为多组，所述肋板(8)为板状结构或柱状结构。

3.如权利要求1或2所述的新型蒸发器结构，其特征在于，所述肋阵列的断面为矩形、梯形或三角形。

4.如权利要求1-3任一项所述的新型蒸发器结构，其特征在于，所述蒸汽槽道(5)为平行的或者呈辐射状。

5.如权利要求1-4任一项所述的新型蒸发器结构，其特征在于，所述蒸发器上壳体为方形或者圆盘形结构。

6.如权利要求1-5任一项所述的新型蒸发器结构，其特征在于，所述蒸汽槽道在所述加热面上直接加工或直接烧结在所述毛细芯表面。

7.如权利要求1-6任意一项所述的新型蒸发器结构在平板式LHP系统中的应用。