CN108253830A - 具有辅助输液管路的回路热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热控设备，提供一种具有辅助输液管路的回路热管，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，还包括连通所述蒸发器与所述冷凝器的辅助输液管路，于所述辅助输液管路内设置第一毛细结构，于所述蒸发器内设置有吸液芯。本发明中增设辅助输液管路，且其内设置有第一毛细结构，可以借助第一毛细结构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。

Description

具有辅助输液管路的回路热管

技术领域

本发明涉及热控设备，尤其涉及一种具有辅助输液管路的回路热管。

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具有辅助输液管路的回路热管，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：

本发明提供一种具有辅助输液管路的回路热管，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，于所述蒸发器内设置有吸液芯，还包括连通所述蒸发器与所述冷凝器的辅助输液管路，于所述辅助输液管路内设置第一毛细结构。

进一步地，所述第一毛细结构全部或者部分占据所述辅助输液管路的轴截面上。

进一步地，于所述吸液芯内还设置有第二毛细结构，所述第一毛细结构与所述第二毛细结构连接，且所述吸液芯的毛细尺度不大于所述第二毛细结构的毛细尺度，所述第二毛细结构的毛细尺度不大于所述第一毛细结构的毛细尺度。

进一步地，所述辅助输液管路与所述液体管路并联，且所述辅助输液管路与所述液体管路均连通所述吸液芯。

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

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气道，所述气道连通所述气体管路。

进一步地，所述吸液芯为杯状、筒状或板状结构。

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，所述吸液芯为粉末烧结、编制网目、纤维、发泡金属中至少一种构成。

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，且还采用辅助输液管路连通蒸发器与冷凝器，辅助输液管路内设置有第一毛细结构，对此在回路热管启动以前，利用第一毛细结构的毛细作用将冷凝器中的液态工作介质通过辅助输液管路向蒸发器输送，待吸液芯被液态工作介质充分浸润以后，加热蒸发器启动回路热管，冷凝器中的液态工作介质将通过液体管路向蒸发器流动，回路热管运行稳定后，辅助输液管路主要用于为蒸发器的吸液芯提供液体补给和液量调节，不需要为回路热管提供额外能耗，不需要重力辅助，保证蒸发器内始终拥有充足的液态工作介质，从而使回路热管在水平状态或者抗重力状态下也能够可靠启动、稳定运行。

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具有辅助输液管路的回路热管的结构示意图；

图2为图1的具有辅助输液管路的回路热管的蒸发器I-I向剖视图；

图3为图1的具有辅助输液管路的回路热管的储液器II-II向剖视图。

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3，本发明实施例提供一种具有辅助输液管路5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，回路热管还包括有辅助输液管路5，辅助输液管路5也能够连通蒸发器1与冷凝器2，即冷凝器2内的液态工作介质可经辅助输液管路5进入蒸发器1内，且在辅助输液管路5内设置有第一毛细结构51，在蒸发器1内还设置有吸液芯11，吸液芯11为粉末烧结、编制网目、纤维、发泡金属中至少一种构成，可以吸收液态工作介质，进而可以使得液态工作介质在蒸发器1内相变为气态。本实施例中，冷凝器2、液体管路3、蒸发器1以及气体管路4形成一个完整的回路，另外还采用辅助输液管路5连通蒸发器1与冷凝器2，辅助输液管路5内设置有第一毛细结构51，在回路热管启动以前，利用第一毛细结构51的毛细作用将冷凝器2中的液态工作介质通过辅助输液管路5向蒸发器1输送，待吸液芯11被液态工作介质充分浸润以后，加热蒸发器1启动回路热管，冷凝器2中的液态工作介质将通过液体管路3向蒸发器1流动，回路热管运行稳定后，辅助输液管路5主要用于为蒸发器1的吸液芯11提供液体补给和液量调节。具体地，吸液芯11表面微孔毛细压差作用的驱动，液态工作介质不断地向吸液芯11表面补充和流动，驱动冷凝器2中的液态工作介质通过液体管路3、辅助输液管路5不断向前流动，由于液体管路3内部为光管结构，其流动阻力远小于辅助输液管路5内的流动阻力，因此液态工作介质更倾向于通过液体管路3向蒸发器1流动。对此，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。在上述结构形式中，辅助输液管路5与液体管路3并联，且辅助输液管路5与液体管路3均连通吸液芯11。第一毛细结构51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。对于液体管路3和气体管路4可以是由铜、铝、不锈钢、钛合金等金属材料或非金属材料制成的薄壁管路。第一毛细结构51在辅助输液管路5的轴截面上全部或部分占据该截面空间，具体可根据回路热管的传热距离、吸液芯11的毛细压力等结构参数，设计第一毛细结构51的截面大小、孔隙率以及毛细尺度等，比如第一毛细结构51的轴截面为充满辅助输液管路5的圆形，也可以为中间为空心的环状，还可以为面积小于辅助输液管路5的轴截面的圆形等。

参见图1，进一步地，回路热管还包括气库41，气库41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41，利用旁通管路将气库41与气体管路4连通，可以有效缓解回路热管在室温条件下压力过高的问题，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。

参见图1以及图2，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，蒸发器1的壳体12可以由钢、钛合金、铜、铝或其他高导热材料制成，也可以由不同材质的材料组合而成，加热区域选用导热较好的材料制作，与气体管路4、液体管路3连接的部位选用导热较差的材料制作，从而使所述蒸发器1减小由壳体12向吸液芯11的传热热阻，增大壳体12向两端传输管路的热阻，使更多的热量用于吸液芯11表面液体相变，通常壳体12可以设置一个平面，该平面能够与外设的被冷却器件耦合，使得两者具有较大的耦合面积。吸液芯11位于壳体12内，第一毛细结构51可以与吸液芯11连接，吸液芯11与壳体12内壁之间形成有气道13，气道13连通气体管路4，吸液芯11外表面与所述蒸发器1的壳体12内表面紧密配合接触，该气道13为气态工作介质的流动通道，液态工作介质在吸液芯11外表面被加热发生蒸发后，经过气道13进入气体管路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，而气道13的位置可以分为两种情况，其中一种气道13位于吸液芯11的外表面上，另外一种则位于壳体12的内壁上。

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51通过第二毛细结构14与吸液芯11连接。其中第二毛细结构14也是微槽、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，且不大于辅助输液管路5内的第一毛细结构51的毛细尺寸，第二毛细结构14与吸液芯11和第一毛细结构51均紧密接触，使辅助输液管路5内的液体工质能够顺利地流向吸液芯11。具体地，在本实施例中，吸液芯11为杯状、筒状或者平板状结构，且当为杯状结构时，吸液芯11靠近液体管路3的一侧为开口，靠近气体管路4的一侧封闭，液体管路3沿该开口伸入吸液芯11内。

参见图1以及图3，继续优化上述实施例，在蒸发器1壳体靠近液体管路3的一侧设置有储液器15，储液器15与吸液芯11的杯状开口连通，液体管路3穿过储液器15伸入吸液芯11内，辅助输液管路5与该储液器15连通，且上述的第二毛细结构14由吸液芯11的杯状开口伸入储液器15内，且安设于储液器15的内壁上，对此，第一毛细结构51可与位于储液器15内的第二毛细结构14连接。储液器15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。

再次参见图1，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、液体管路3以及辅助输液管路5。另外，冷凝管路21可以采用多种形式冷凝换热，冷凝管路21可以是蜿蜒的蛇形管结构，然后配合散热翅片，也可以是并排管路结构，还可以为其他能够使低温气体工作介质冷凝为液体的结构形式。

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 (10)

1.一种具有辅助输液管路的回路热管，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，所述蒸发器内设置有吸液芯，其特征在于：还包括连通所述蒸发器与所述冷凝器的辅助输液管路，于所述辅助输液管路内设置第一毛细结构。

2.如权利要求1所述的具有辅助输液管路的回路热管，其特征在于：所述第一毛细结构全部或者部分占据所述辅助输液管路的轴截面上。

3.如权利要求1所述的具有辅助输液管路的回路热管，其特征在于：于所述吸液芯内还设置有第二毛细结构，所述第一毛细结构与所述第二毛细结构连接，且所述吸液芯的毛细尺度不大于所述第二毛细结构的毛细尺度，所述第二毛细结构的毛细尺度不大于所述第一毛细结构的毛细尺度。

4.如权利要求1所述的具有辅助输液管路的回路热管，其特征在于：所述辅助输液管路与所述液体管路并联，且所述辅助输液管路与所述液体管路均连通所述吸液芯。

5.如权利要求1所述的具有辅助输液管路的回路热管，其特征在于：所述第一毛细结构为微槽、粉末、纤维、金属丝、泡沫金属、网状或者束状中的至少一种。

6.如权利要求1所述的具有辅助输液管路的回路热管，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气道，所述气道连通所述气体管路。

7.如权利要求6所述的具有辅助输液管路的回路热管，其特征在于：所述吸液芯为杯状、筒状或平板状结构。

8.如权利要求1所述的具有辅助输液管路的回路热管，其特征在于：还包括气库，所述气库与所述气体管路连通。

9.如权利要求1所述的具有辅助输液管路的回路热管，其特征在于：还包括储液器，所述储液器与所述吸液芯连通。

10.如权利要求1所述的具有辅助输液管路的回路热管，其特征在于：所述吸液芯为粉末烧结、编制网目、纤维、发泡金属中至少一种构成。