CN108253829B - 微通道阵列辅助驱动的回路热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热控设备，提供一种微通道阵列辅助驱动的回路热管，包括蒸发器以及冷凝器，冷凝器、液体管路、蒸发器以及气体管路依次连通形成回路，于液体管路内设置有至少两个微通道，各微通道均沿液体管路的长度方向设置，于蒸发器内设置有吸液芯，微通道一端伸入冷凝器内，另一端与吸液芯连接。本发明中液体管路内形成至少两个微通道，利用微通道阵列以及吸液芯表面多孔结构的毛细作用驱动后面的液态工作介质不断向前补充，不需要借助重力辅助、额外功耗就能够为蒸发器持续提供液态工作介质供给，保证回路热管启动的可靠性、抗重力工作稳定性，使回路热管适用于更广泛的应用环境。

Description

微通道阵列辅助驱动的回路热管

技术领域

本发明涉及热控设备，尤其涉及一种微通道阵列辅助驱动的回路热管。

背景技术

回路热管是一种利用工作介质发生气液相变进行高效传热的热控设备，与传统热管相比，其毛细结构仅存在于蒸发器内部，蒸发器与冷凝器之间通过柔性金属薄壁管连接，工质流经金属薄壁管能够获得更小的流动阻力，并且能更好地在冷源与热源之间进行柔性连接，实现远距离传热、隔离振动和电磁干扰等，在航天、超导、电子器件等领域得到了广泛的应用。

现有回路热管在运行前的启动过程，受位置状态的影响很大。在回路热管工作以前，当蒸发器低于冷凝器时，液态工质依靠重力辅助作用向蒸发端汇集，当蒸发器被加热时，随着液体的蒸发，液体管路的液体会不断地向蒸发器内补充，所以回路热管依靠重力辅助很容易启动。而在回路热管处于水平或抗重力状态时，不利于液体向蒸发器汇集，当蒸发器被加热时，吸液芯及其内部有限的液体蒸发以后，冷凝器中的液体很难通过具有光管结构的液体管路向蒸发器持续输送，造成回路热管启动困难或运行不稳定。尤其是工作于低温温区的回路热管，在室温条件下其内部工质全部为气态，在回路热管启动前，需要通过冷源将冷凝器中的液体冷凝为液体，更重要的是，需要将冷凝器中的液体输送到远距离之外的蒸发器中，回路热管才能够启动和运行，目前主要是借助次蒸发器、二次回路等方式解决降温过程液体输送和回路热管启动的问题，但是降温和启动过程缓慢，结构复杂，而且需要额外消耗能量。

因此，当回路热管要在水平状态或抗重力状态下应用时，需要探索将冷凝器中的液态工质向蒸发器连续输送的问题，使回路热管在正常工作之前能够可靠地启动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微通道阵列辅助驱动的回路热管，将平板热管中的微通道阵列结构用作液体管路进行冷凝液体输送，旨在用于解决现有的回路热管在水平状态或抗重力状态下启动不可靠的问题。

本发明是这样实现的：

本发明实施例提供一种微通道阵列辅助驱动的回路热管，包括蒸发器以及冷凝器，所述冷凝器的出液口通过液体管路与所述蒸发器的进液口连通，所述蒸发器的气体出口通过气体管路与所述冷凝器的进气口连通，所述冷凝器、所述液体管路、所述蒸发器以及所述气体管路依次连通形成回路，于所述液体管路内设置有微通道阵列，所述微通道阵列包括至少两个微通道，各所述微通道均沿所述液体管路的长度方向设置，于所述蒸发器内设置有吸液芯，所述微通道一端与所述冷凝器连接，另一端与所述吸液芯连接。

进一步地，所述微通道的截面为矩形、圆形、椭圆形、梯形、三角形以及多边形中的至少一种。

进一步地，于其中至少一个所述微通道内设置有第一毛细结构。

进一步地，所述蒸发器包括壳体，所述吸液芯位于所述壳体内，所述吸液芯与所述壳体内壁之间形成有槽道，所述槽道连通所述气体管路。

进一步地，于所述吸液芯内还设置有第二毛细结构，所述第一毛细结构位于所述蒸发器内的端部与所述第二毛细结构连接。

进一步地，还包括气库，所述气库与所述气体管路连通。

进一步地，还包括储液器，所述储液器与所述吸液芯连通。

进一步地，所述气体管路由微通道阵列构成，或者是金属薄壁管路、波纹管、金属软管。

进一步地，于所述冷凝器内设置有集液腔，所述微通道与所述集液腔连通，且所述集液腔通过所述冷凝管路与所述气体管路连通。

进一步地，所述第一毛细结构为微槽、粉末、纤维、泡沫金属、网状或者束状中的至少一种。

本发明具有以下有益效果：

本发明的回路热管中，冷凝器、液体管路、蒸发器以及气体管路形成一个完整的回路，液体管路内设置有微通道阵列，所述微通道阵列包括至少两个微通道，且各微通道一端与冷凝器连接，另一端与吸液芯连接，从而利用微通道阵列的毛细作用输送液态工作介质，不需要借助重力辅助、额外功耗就能够为蒸发器持续提供液态工作介质供给，保证回路热管启动的可靠性、抗重力工作稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的微通道阵列辅助驱动的回路热管的结构示意图；

图2为图1的微通道阵列辅助驱动的回路热管的剖视图；

图3为图1的微通道阵列辅助驱动的回路热管的微通道的截面示意图；

图4为图1的微通道阵列辅助驱动的回路热管的液体管路的截面示意图；

图5为图1的微通道阵列辅助驱动的回路热管的蒸发器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-图4，本发明实施例提供一种微通道阵列辅助驱动的回路热管，包括蒸发器1以及冷凝器2，冷凝器2的出液口通过液体管路3与蒸发器1的进液口连通，而蒸发器1的气体出口通过气体管路4与冷凝器2的进气口连通，即冷凝器2、液体管路3、蒸发器1以及气体管路4依次连通形成完整的回路，工作介质在冷凝器2内凝结为液态且经液体管路3进入蒸发器1内，液态的工作介质在蒸发器1内被蒸发气态，且通过气体管路4进入冷凝器2内重新凝结为液态，在液体管路3内设置有微通道32阵列，微通道32阵列包括至少两个微通道32，且各微通道32均为并列设置，即在液体管路3内形成有微通道32阵列，还可以在其中至少一个微通道32内设置有第一毛细结构31，另外在蒸发器1内设置有吸液芯11，第一毛细结构31的一端伸入与冷凝器2内，而另一端与吸液芯11连接。本实施例中，当回路热管的冷凝器2被冷源冷却以后，气态的工作介质在冷凝器2内凝结为液态，并且与液体管路3端部的微通道32接触，在微通道32及毛细结构的毛细力驱动下，液态的工作介质逐渐向蒸发器1内流动，对沿程的液体管路3进行冷却降温，最终进入吸液芯11中；当吸液芯11被液态的工作介质充分浸润以后，在蒸发器1上施加热负荷，液态的工作介质在吸液芯11表面蒸发为气态，气态工作介质通过气体管路4流回冷凝器2重新进行冷凝。在吸液芯11表面液体工质蒸发的过程中，吸液芯11表面多孔结构的毛细作用驱动后面的液体不断向前补充，进而使冷凝器2中的液态工作介质不断地沿着液体管路3流向蒸发器1。本实施例中，不需要借助重力辅助、额外功耗就能够为蒸发器1持续提供液态工作介质供给，保证回路热管启动的可靠性、抗重力工作稳定性，使回路热管适用于更广泛的应用环境。对于微通道32可以有多种形式，其截面为矩形、圆形、椭圆形、梯形、三角形以及多边形中的至少一种，即可以为其中一种，也可以为多种，微通道32阵列的结构和加工工艺简单，可以一体成型。对于第一毛细结构31是由微翅片构成的微槽结构，也可以由粉末、纤维、泡沫金属构成，或为若干金属丝、纤维制成的网状、束状结构其中一种，或由至少两种上述结构组成。对于液体管路3由铜、铝、不锈钢、钛合金等金属材料制成，而气体管路4可以为金属薄壁管路，也可以采用类似于液体管路3的结构，在气体管路4内设置有微通道32阵列。

参见图1以及图2，进一步地，回路热管还包括气库(图中未示出)，气库与气体管路4连通。当回路热管工作于低温温区时，工作介质在室温条件下全部为气态，为了避免回路热管内压力超过安全范围，对此，回路热管还需要设置一个气库，利用旁通管路将气库与气体管路4连通，可以有效缓解回路热管内压力过高的问题，同时也使回路热管在低温下运行时具有充足的气液两相工作介质，通过气液工作介质不断相变和循环流动，将热源的热量不断地向冷源传递和排散。

进一步地，回路热管还包括储液器(图中未示出)，储液器与吸液芯11连通。储液器与蒸发器1的内腔相连通，用于存储过量的液体工作介质，为吸液芯11提供液体补给，提供回路热管运行稳定性。

参见图2以及图3，本发明实施例还提供一种蒸发器1，该蒸发器1可应用于上述的回路热管，包括壳体12，壳体12可以是圆柱状、圆盘状、平板状、鞍状等，吸液芯11位于壳体12内，微通道32与吸液芯11连接，吸液芯11与壳体12内壁之间形成有槽道13，槽道13连通气体管路4。壳体12与吸液芯11紧密接触配合，液态工作介质在吸液芯11外表面被加热发生蒸发后，经过槽道13流入气体管路4内，避免了气体穿过较厚多孔结构的过程，流动阻力和传热热阻都比较小。

参见图3，优选地，在吸液芯11内还设置有第二毛细结构14，第一毛细结构31位于蒸发器1内的端部伸入第二毛细结构14内。其中第二毛细结构14可以由微槽、粉末、纤维、泡沫金属构成，或为若干金属丝、纤维制成的网状、束状结构其中一种，或由至少两种上述结构组成，且第二毛细结构14的毛细尺度不小于吸液芯11的毛细尺度，且不大于液体管路3内微通道32截面的毛细尺度，第二毛细结构14与吸液芯11和微通道32均紧密接触，使微通道32内的液体工质能够顺利地流向吸液芯11。

参见图2，本发明实施例还提供一种冷凝器2，该冷凝器2也应用于上述的回路热管，包括冷凝管路21，冷凝管路21连通气体管路4与液体管路3。冷凝管路21为蛇管结构，保证冷凝管路21的具有足够的长度。冷凝器2还包括有集液腔22，该集液腔22靠近液体管路3，微通道32与集液腔22连通，且集液腔22通过冷凝管路21与气体管路4连通。集液腔22将冷凝管路21与液体管路3合理过渡，便于冷凝管路21内的液态工作介质分配至各微通道32内。另外，冷凝管路21可以采用多种形式冷凝换热，比如冷凝器2还包括板体23，冷凝管路21位于板体23内，通过板体23对冷凝管路21内工作介质散热，或者在冷凝管路21上设置有散热翅片，通过散热翅片散热，当然冷凝器2也可以为其他能够将气体工质冷凝成液体工质的结构和材质。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微通道阵列辅助驱动的回路热管，包括蒸发器以及冷凝器，所述冷凝器的出液口通过液体管路与所述蒸发器的进液口连通，所述蒸发器的气体出口通过气体管路与所述冷凝器的进气口连通，所述冷凝器、所述液体管路、所述蒸发器以及所述气体管路依次连通形成回路，其特征在于：于所述液体管路内设置有微通道阵列，在微通道阵列的作用下，液体管路分为两个以上的并联的管路，所述微通道阵列包括至少两个微通道，各所述微通道均沿所述液体管路的长度方向设置，微通道内间隔设置有第一毛细结构，于所述蒸发器内设置有吸液芯，所述微通道阵列一端与所述冷凝器连接，另一端与所述吸液芯连接；

所述吸液芯内还设置有第二毛细结构，所述第一毛细结构位于所述蒸发器内的端部与所述第二毛细结构连接。

2.如权利要求1所述的微通道阵列辅助驱动的回路热管，其特征在于：所述微通道的截面为矩形、圆形、椭圆形、梯形、三角形以及多边形中的至少一种。

3.如权利要求1所述的微通道阵列辅助驱动的回路热管，其特征在于：所述蒸发器包括壳体，所述吸液芯位于所述壳体内，所述吸液芯与所述壳体内壁之间形成有槽道，所述槽道连通所述气体管路。

4.如权利要求1所述的微通道阵列辅助驱动的回路热管，其特征在于：还包括气库，所述气库与所述气体管路连通。

5.如权利要求1所述的微通道阵列辅助驱动的回路热管，其特征在于：还包括储液器，所述储液器与所述吸液芯连通。

6.如权利要求1所述的微通道阵列辅助驱动的回路热管，其特征在于：所述气体管路由微通道阵列构成，或者是金属薄壁管路、波纹管、金属软管。

7.如权利要求1所述的微通道阵列辅助驱动的回路热管，其特征在于：所述冷凝器内设置有集液腔和冷凝管路，所述微通道与所述集液腔连通，且所述集液腔通过所述冷凝管路与所述气体管路连通。

8.如权利要求1所述的微通道阵列辅助驱动的回路热管，其特征在于：所述第一毛细结构为微槽、粉末、纤维、泡沫金属、网状或者束状中的至少一种。