CN108278916A - 板式环路热管蒸发器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种板式环路热管蒸发器，所述板式环路热管蒸发器包括：蒸发器壳体、毛细芯、导液管和蒸汽管；所述蒸发器壳体具有板式结构，并且所述蒸发器壳体内形成有一内部空腔，所述内部空腔包括集气腔、蒸发区、缓冲区和储液腔；所述毛细芯设置在所述内部空腔内，占据所述蒸发区和所述缓冲区；所述毛细芯将所述集气腔和所述储液腔分隔开；所述导液管用于将来流液体导入到所述毛细芯内部；所述集气腔内的蒸汽通过所述蒸汽管流出。本发明的板式环路热管蒸发器采用平板结构解决了圆柱形蒸发器同壁面贴合不佳、以及鞍座带来额外温差和热阻的弊端。

Description

板式环路热管蒸发器
技术领域
本发明属于传热技术领域，具体的，本发明涉及一种板式环路热管蒸发器。
背景技术
环路热管是一种基于相变换热的高效传热装置，能够在小温差、长距离的条件下传输大量的热。被广泛用于电子器件、航空航天等领域的热控系统中。
环路热管主要结构有蒸发器、储液腔、气液管线和冷凝器。蒸发器内部包括毛细芯、蒸汽槽道等结构。主要通过工质的蒸发与冷凝两个过程进行换热，同时借助多孔材料对液体工质的毛细作用实现对液体的持续输运。
环路热管蒸发器主要可分为圆柱式和平板式两大类。圆柱式蒸发器优点在于气液区域可以通过筒体毛细芯进行分割，蒸发面向液体区域漏热较少，使得存在足够的温差和压差保证环路热管成功运行。缺点在于圆柱式蒸发器在同载荷端面配合使用时，需要额外增加鞍座，带来了额外热阻和温差。
平板式蒸发器可与发热壁面贴合，温度均匀，适用于空间有限、热流密度高的散热情况，但由于其结构紧凑，受热面经侧壁向储液腔漏热严重。且平板结构内部承压能力不佳，容易发生变形。导致现有的平板式蒸发器尺寸普遍较小，难以满足大尺寸平面的散热需求。
因此，现有技术需要进一步改进。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种大尺寸板式环路热管蒸发器。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种板式环路热管蒸发器，所述板式环路热管蒸发器包括：蒸发器壳体、毛细芯、导液管和蒸汽管；
所述蒸发器壳体具有板式结构，并且所述蒸发器壳体内形成有一内部空腔，所述内部空腔包括集气腔、蒸发区、缓冲区和储液腔；
所述毛细芯设置在所述内部空腔内，占据所述蒸发区和所述缓冲区；所述毛细芯将所述集气腔和所述储液腔分隔开；
所述导液管用于将来流液体导入到所述毛细芯内部；所述集气腔内的蒸汽通过所述蒸汽管流出。
优选的，所述导液管的接口设置于所述蒸发器壳体处于所述储液腔的壁面上，所述蒸汽管的接口设置于所述蒸发器壳体处于所述集气腔的壁面上。
优选的，位于所述蒸发区的所述蒸发器壳体的厚度方向的两个内表面均为蒸发面。
优选的，位于所述蒸发区的所述蒸发器壳体内表面上加工有蒸汽槽道和/或所述毛细芯上加工有蒸汽槽道。
优选的，所述蒸汽槽道的横截面为方形、三角形或半圆形。
优选的，所述蒸发器壳体包括上盖和底壳，所述底壳上设置有加强筋柱，所述上盖和所述底壳通过焊接的方式连接并密封。
优选的，位于所述蒸发区的所述蒸发器壳体部分相对于位于所述储液腔的所述蒸发器壳体部分呈阶梯状凸起设置，从而使安装后所述储液腔不与热载荷壁面直接接触。
优选的，所述导液管包括主体管和与所述主体管流体导通的若干个支管，所述毛细芯设置有用于容纳所述主体管和所述支管的腔体。
优选的，所述毛细芯材质为金属丝网、金属粉末或陶瓷粉末制成的多孔材料；所述蒸发器壳体材质为铝合金、不锈钢或钛合金。
优选的，所述来流液体为液氨、水、氟利昂或丙酮。
本发明板式环路热管蒸发器具有以下有益效果：
采用平板结构解决了圆柱形蒸发器同壁面贴合不佳、以及鞍座带来额外温差和热阻的弊端。
通过在蒸发器壳体内部设置加强筋柱，突破了传统平板环路热管蒸发器受承压能力限制而导致尺寸较小的使用限制。
使用蒸发区的蒸发面双面布置的方式配合解决加强筋柱对上下两面壳体联通带来的影响。
采用延长缓冲区的手段降低蒸发面向储液腔的漏热。
采用毛细芯内部布置导液管的方式解决了平板毛细芯面积过大导致的润湿不及时问题。
采用缓冲区、储液腔外壳底面阶梯结构使得蒸发器更方便布置。
采用储液腔高度变化使得蒸发器占据面积能够更小。
附图说明
图1为本发明板式环路热管蒸发器的分解装配示意图；
图2为本发明板式环路热管蒸发器的厚度方向截面图。
其中：
1、毛细芯 2、蒸发器上盖
3、蒸发器底壳 4、导液管
5、蒸汽管 6、加强筋柱
7、蒸汽槽道 8、集气腔
9、蒸发区 10、缓冲区
11、储液腔 100、板式环路热管蒸发器
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，以下结合附图及具体实施例，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用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
本发明提供了一种板式环路热管蒸发器，包括：蒸发器壳体、毛细芯、导液管和蒸汽管。
蒸发器壳体构造出一内部空腔，内部空腔包括集气腔、蒸发区、缓冲区和储液腔。
蒸发器壳体具有板式结构，集气腔、蒸发区、缓冲区和储液腔沿板式结构的长度方向布置。在一个具体的实施方式中，蒸发器壳体为长方体结构。
毛细芯设置在蒸发器壳体的内部空腔内，占据蒸发区和缓冲区，同时将集气腔和储液腔分隔开；具体的，集气腔、蒸发区、缓冲区和储液腔依次沿板式结构的长度方向布置。
具体的，毛细芯为一块整体，表面同蒸发器壳体的内壁面紧密贴合。
优选的，毛细芯材质为金属丝网、金属粉末或陶瓷粉末制成的多孔材料。
优选的，蒸发器壳体材质为铝合金、不锈钢或钛合金。
位于蒸发区的蒸发器壳体的厚度方向的两个内表面均为蒸发面。优选的，位于蒸发区的蒸发器壳体内表面上加工有蒸汽槽道和/或毛细芯上加工有蒸汽槽道。
蒸汽槽道的横截面为方形、三角形或半圆形。蒸汽槽道长度覆盖整个加热区域、间隔排列在蒸发器宽度方向，间隔部分壳体需保持平整，可与毛细芯两平面贴合。优选的，蒸汽槽道间可设置与其垂直的槽道将其联通。
具体的，蒸发器壳体包括上盖和底壳，底壳上设置有加强筋柱，上盖和底壳通过焊接的方式连接并密封。
基于承压需要，蒸发区、缓冲区和储液腔的底壳上分别加工有多组加强筋柱，通过焊接将上盖和底壳连接在一起。
优选的，位于蒸发区的蒸发器壳体部分相对于位于储液腔的蒸发器壳体部分呈阶梯状凸起设置，从而使安装后储液腔不与热载荷壁面直接接触。
导液管用于将来流液体导入到毛细芯内部，而集气腔内的蒸汽则通过蒸汽管流出。
优选的，导液管的接口设置于蒸发器壳体处于储液腔的壁面上，蒸汽管的接口设置于蒸发器壳体处于集气腔的壁面上。
更加优选的，导液管和蒸汽管的接口设置在蒸发器长度方向的两端，分别靠近于储液腔和集气腔。
优选的，导液管包括主体管和与主体管流体导通的若干个支管。
来流液体通过多根支管直接导入毛细芯内部距离储液腔远端，被附近毛细芯内壁面吸收，通过毛细作用到达蒸发表面。多余液体进入储液腔，保持对毛细芯的润湿。优选的，来流液体为液氨、水、氟利昂或丙酮。
毛细芯设置有用于容纳所述主体管和所述支管的腔体。本发明的大尺寸平板蒸发器蒸发面积较大，若依照普通平板蒸发器不对毛细芯进行中空处理，运行中容易由于局部蒸干而导致环路热管失效；而由于考虑承压需求的加强筋柱对毛细芯进行分割，需要分区域对毛细芯内部设置空腔。空腔轮廓可为圆柱或长方体。
缓冲区通过延长加热面(蒸发区)到储液腔间的壳体及毛细芯长度增加漏热热阻，保证两区域间存在足够大的温差。
储液腔高度可同蒸发区高度相同或高于蒸发区高度，抬高储液腔高度的目的在于保证储液腔容积条件下缩短蒸发器整体长度。
本发明提供的板式环路热管蒸发器的工作原理是：蒸发器蒸发区(加热区)受热，蒸发区毛细芯表面液体蒸发，蒸汽进入槽道，在集气区集中后流入蒸汽管。过热蒸汽流入冷凝器区域后冷凝成液体，过冷液体工质通过液体管线回流到毛细芯和储液腔。经过毛细芯的毛细作用重新到达蒸发表面，实现工作循环。
下面通过具体的实施例来说明本发明中板式环路热管蒸发器的具体结构。
参见图1所示，本发明的板式环路热管蒸发器100(后简称蒸发器)包括毛细芯1、壳体(上盖2、底壳3)以及导液管4和蒸汽管5。
所述结构全部材料除毛细芯为氧化铝粉末烧结外，其余全部为铝合金。
如图2所示，在蒸发器100整体内部布局中，依次可分为集气腔8、蒸发区9、缓冲区10和储液腔11四个主要部分。
集气腔8为毗邻蒸发区9、同蒸汽管5相近的空间，目的在于运行状态下避免液体工质进入蒸汽管路。
处于毛细芯蒸发区的金属壳体上盖2及底壳3内壁面，设置有蒸汽槽道7，蒸汽槽道7为宽2mm间距2mm深1mm的长方体槽道，长度覆盖整个蒸发区。
底壳3加工有加强筋柱6，通过焊接筋柱及壁面将上下两部分连接在一起并密封。
如图1所示，底壳2底面呈阶梯状，使安装在发热表面时储液腔区不与热源直接接触。
缓冲区10长度50mm，通过增加受热蒸发面到储液腔的距离，从而增加从壳体向储液腔漏热路径上的热阻，保证两部分间存在足够大的温差，有利于环路热管成功启动和运行。
毛细芯1为一块整体，占据着壳体内蒸发区和缓冲区的空间，一方面便于毛细芯通过毛细作用将液体工质从储液腔抽取液体，另一方面有利于充满液体的毛细芯防止气体进入储液腔。
导液管4为外直径4mm铝管，相互之间以及同来流液体管线之间通过焊接连接，来流过冷工质同时进入三个导液管支管，并流入毛细芯内部。具体的，从毛细芯缓冲区端面向内部打有三个直径为6mm的孔，距离另一端留有20mm。
导液管4和蒸汽管5同壳体接头可布置于蒸发器长度方向两端，或对应区域的任意壁面上。管路同壳体焊接连接。壳体上储液腔区域留有充灌口，通过焊接连接，完成充灌后密封处理。
内部流体工质为液氨，也可根据不同的工作条件来选用其他流体，如水、氟利昂、丙酮等。
本发明提供的板式环路热管蒸发器可与大尺寸平面紧密贴合，实现发热表面温度均匀，同时可有效地进行远距离大功率传热。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种板式环路热管蒸发器，其特征在于，所述板式环路热管蒸发器包括：蒸发器壳体、毛细芯、导液管和蒸汽管；
所述蒸发器壳体具有板式结构，并且所述蒸发器壳体内形成有一内部空腔，所述内部空腔包括集气腔、蒸发区、缓冲区和储液腔；
所述毛细芯设置在所述内部空腔内，占据所述蒸发区和所述缓冲区；所述毛细芯将所述集气腔和所述储液腔分隔开；
所述导液管用于将来流液体导入到所述毛细芯内部；所述集气腔内的蒸汽通过所述蒸汽管流出。
2.根据权利要求1所述的板式环路热管蒸发器，其特征在于：所述导液管的接口设置于所述蒸发器壳体处于所述储液腔的壁面上，所述蒸汽管的接口设置于所述蒸发器壳体处于所述集气腔的壁面上。
3.根据权利要求1所述的板式环路热管蒸发器，其特征在于：位于所述蒸发区的所述蒸发器壳体的厚度方向的两个内表面均为蒸发面。
4.根据权利要求3所述的板式环路热管蒸发器，其特征在于：位于所述蒸发区的所述蒸发器壳体内表面上加工有蒸汽槽道和/或所述毛细芯上加工有蒸汽槽道。
5.根据权利要求4所述的板式环路热管蒸发器，其特征在于：所述蒸汽槽道的横截面为方形、三角形或半圆形。
6.根据权利要求3所述的板式环路热管蒸发器，其特征在于：所述蒸发器壳体包括上盖和底壳，所述底壳上设置有加强筋柱，所述上盖和所述底壳通过焊接的方式连接并密封。
7.根据权利要求3所述的板式环路热管蒸发器，其特征在于：位于所述蒸发区的所述蒸发器壳体部分相对于位于所述储液腔的所述蒸发器壳体部分呈阶梯状凸起设置，从而使安装后所述储液腔不与热载荷壁面直接接触。
8.根据权利要求3所述的板式环路热管蒸发器，其特征在于：所述导液管包括主体管和与所述主体管流体导通的若干个支管，所述毛细芯中设置有用于容纳所述主体管和所述支管的腔体。
9.根据权利要求8所述的板式环路热管蒸发器，其特征在于：所述毛细芯材质为金属丝网、金属粉末或陶瓷粉末制成的多孔材料；所述蒸发器壳体材质为铝合金、不锈钢或钛合金。
10.根据权利要求3所述的板式环路热管蒸发器，其特征在于：所述来流液体为液氨、水、氟利昂或丙酮。
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