CN108426476A - 一种微孔阵列回路热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热管技术领域，特别是涉及一种微孔阵列回路热管。该微孔阵列回路热管包括连接在冷凝器与蒸发器之间的微孔阵列传输管路，所述微孔阵列传输管路包括传输管路本体，所述传输管路本体中设有至少两个通孔，且相邻的两个所述通孔之间通过隔板进行分隔。本发明所述的微孔阵列回路热管，结构简单、紧凑，占用空间更小，具有更好的柔性连接作用，更容易进行弯折和固定，便于系统灵活布局。

Description

一种微孔阵列回路热管

技术领域

本发明涉及热管技术领域，特别是涉及一种微孔阵列回路热管。

背景技术

热管是一种高效的传热设备，其传热能力比金属导热高一个或两个数量级，被称为热的超导体。传统热管主要包括金属壳体、毛细结构和工作介质，毛细结构通常由槽道或烧结多孔结构构成，并且分布于整个热管长度方向上，虽然结构简单，但是柔性较差，另外由于热管轴向布满毛细结构，液体流动阻力较大，且液体与气体在同一个空间内沿相反方向流动，存在携带的问题，因此影响了热管的传热能力。

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，通过气体管路、液体管路将蒸发器与冷凝器进行连接，组成封闭回路，与传统热管相比，其吸液芯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，更有利于实现远距离传热、隔离振动和电磁干扰，而且气液工质分别沿着不同路径流动，避免发生流动携带问题，因此传热效率更高，在航天、超导、电子器件等领域得到了广泛的应用。

然而现有回路热管的蒸发器和冷凝器之间通常具有两个及两个以上的传输管路，结构繁琐复杂，在与散热器件耦合时这些传输管路在散热系统中需要占用更多的空间，并且在很多应用场合中布置管路的时候需要设置更多的固定结构，这些因素给回路热管的实际应用带来了很多不便。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种微孔阵列回路热管，解决现有回路热管存在的结构繁琐复杂，占用空间较大，管路布置不便的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种微孔阵列回路热管，包括连接在冷凝器与蒸发器之间的微孔阵列传输管路，所述微孔阵列传输管路包括传输管路本体，所述传输管路本体中设有至少两个通孔，且相邻的两个所述通孔之间通过隔板进行分隔。

进一步地，所述通孔分为两组，其中一组为液体管路通孔，另一组为气体管路通孔。

进一步地，所述冷凝器包括冷凝管路，所述冷凝管路的进口与所述气体管路通孔相连通，所述冷凝管路的出口与所述液体管路通孔相连通。

进一步地，所述蒸发器包括蒸发器壳体，所述蒸发器壳体中至少设有吸液芯。

具体地，所述蒸发器壳体中还设有挡板，所述挡板与所述吸液芯相连，所述挡板和所述吸液芯将所述蒸发器壳体的内腔分隔为集气腔和集液腔；所述集液腔与所述液体管路通孔相连通，所述集气腔与所述气体管路通孔相连通。

具体地，所述通孔中设有毛细结构，所述毛细结构的一端与所述冷凝管路连接，所述毛细结构的另一端与所述吸液芯连接。

具体地，所述毛细结构由微槽结构、粉末烧结结构、纤维结构、泡沫金属结构、金属丝制成的网状结构、金属丝制成的束状结构、纤维丝制成的网状结构、纤维丝制成的束状结构中的至少一种结构组成。

具体地，所述微孔阵列传输管路的至少一个所述通孔的至少一个侧壁上设有微翅片，所述微翅片与所述微孔阵列传输管路一体加工成型。

具体地，所述传输管路本体、所述隔板和所述通孔一体加工成型。

具体地，所述通孔的截面为圆形、半圆形、椭圆形、扇形、三角形、四边形或多边形。

(三)有益效果

本发明提供的微孔阵列回路热管，采用微孔阵列传输管路连接冷凝器与蒸发器，通过在传输管路本体中设置至少两个通孔，用于分别进行气体和液体的流通，从而将气体管路和液体管路集成为一体结构，结构简单、紧凑，占用空间更小，具有更好的柔性连接作用，更容易进行弯折和固定，便于系统灵活布局。

本发明提供的微孔阵列回路热管，采用微孔阵列传输管路作为传输管路，其中微孔阵列传输管路能够一体加工成型，在低温工作环境下，更容易进行绝热保护，减小外界对传输管路的环境漏热，降低对冷源的冷量需求，提高回路热管工作稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例微孔阵列回路热管的结构示意图；

图2是本发明实施例微孔阵列回路热管中微孔阵列传输管路的第一种结构示意图；

图3是本发明实施例微孔阵列回路热管中微孔阵列传输管路的第二种结构示意图；

图4是本发明实施例微孔阵列回路热管中微孔阵列传输管路的第三种结构示意图；

图5是本发明实施例微孔阵列回路热管的剖面结构图；

图6是本发明实施例微孔阵列回路热管的蒸发器剖面结构示意图。

图中：1：蒸发器；11：吸液芯；12：蒸发器壳体；13：气体槽道；14：挡板；15：集液腔；16：集气腔；2：冷凝器；21：冷凝管路；22：冷凝器本体；3：微孔阵列传输管路；31：通孔；311：气体管路通孔；312：液体管路通孔；32：隔板；33：传输管路本体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1-6所示，本发明实施例提供一种微孔阵列回路热管，包括蒸发器1、冷凝器2、以及连接在所述蒸发器1与所述冷凝器2之间的微孔阵列传输管路3，所述微孔阵列传输管路3包括传输管路本体33，所述传输管路本体33中设有至少两个通孔31，且相邻的两个所述通孔31之间通过隔板32进行分隔。

其中，所述的通孔31分为两组，其中一组为气体管路通孔311，另一组为液体管路通孔312。所述的冷凝器2、液体管路通孔312、蒸发器1、气体管路通孔311依次连通形成回路结构。

图2为所述微孔阵列传输管路3的第一种结构形式，所述传输管路本体33的内部空间分隔成多个所述通孔31，在所述微孔阵列传输管路3的长度方向上，各个所述通孔31之间互不相通，其中所述隔板32不仅起到隔离作用，还起到提高所述微孔阵列传输管路3强度的作用，使其能够承受较高的压力，更容易进行弯折和扭转。在图2所示的结构中，各个所述通孔31从左到右依次排列成一层结构。当然，多个所述的通孔31还可以排列为多层结构。

图3和图4分别为所述微孔阵列传输管路3的第二种和第三种结构形式，这两种微孔阵列传输管路3均采用双孔结构，也即，在所述传输管路本体33的内部设有两个通孔31，其中一个通孔31作为液体管路通孔，另一个通孔31作为气体管路通孔，这种所述微孔阵列传输管路3能够使回路热管结构更加紧凑。

此外，还可以根据实际需求在所述传输管路本体33的内部设有三个、四个或者更多通孔31，而且各个通孔之间的排布方式也可以根据实际需求任意布置。

其中，所述微孔阵列传输管路3的通孔31的截面可以为圆形、半圆形、椭圆形、扇形、三角形、四边形或多边形，当然也可以根据实际需求设置为其他形状。所述微孔阵列传输管路3的各个通孔31可以都采用相同的截面形状，也可以采用两种或两种以上的不同截面形状的组合形式。例如，图2中所述微孔阵列传输管路3的各个通孔31采用了两种不同的截面形状，其中位于中部的三个为矩形，位于两侧的两个为矩形和半圆形组合而成的形状。图3中所述微孔阵列传输管路3的两个通孔31均采用圆形。图4中所述微孔阵列传输管路3的两个通孔31均采用半圆形。此外，还可以根据实际需求任意设置所述通孔31的形状。

其中，所述微孔阵列传输管路3中的通孔31和隔板32可以一体加工成型，例如可以采用挤压、冲压、线切割或铸造加工成型，加工工艺简单。

其中，所述微孔阵列传输管路3可以由金属制成，也可以由非金属制成。

进一步来说，所述微孔阵列传输管路3的至少一个所述通孔31的至少一个侧壁上设有微翅片，也即，可以根据实际需要，在所述微孔阵列传输管路3的某一个通孔31的一个内侧边或多个内侧边上设置有微翅片，也可以在所述微孔阵列传输管路3的多个通孔31的对应内侧边上均设置微翅片。所述微翅片与所述微孔阵列传输管路3可以一体加工成型。通过设置所述微翅片，能够进一步增大所述微孔阵列传输管路3的强度，还可以增大气液工质与壁面之间的换热面积，起到辅助散热的作用。

所述微孔阵列传输管路3的两端分别与所述冷凝器2、所述蒸发器1对应密封连接固定，连接固定方式可以为焊接、胶粘、卡接、紧配、胀管或螺纹连接中的至少一种，密封方式可以为焊接、胶粘、紧配、金属密封或密封圈密封中的至少一种。

进一步来说，所述蒸发器1可以是平板状，也可以是圆盘状、圆柱状、鞍状，还可以是管路形式，所述蒸发器1内部可以是空腔，也可以设置微槽结构，还可以设置吸液芯11或其他毛细结构，当然所述蒸发器1还包括其他能够使液体工质蒸发为气体的结构形式。

进一步来说，所述冷凝器2可以是在所述微孔阵列传输管路3的端部外表面一定区域直接设置的翅片，或是所述冷凝器2包括冷凝管路21和冷凝器本体22，或者所述冷凝器2包括冷凝管路21和翅片。其中所述冷凝管路21可以采用铜、铝、钢或钛合金等制成，冷凝管路21可以采用蜿蜒的蛇形管结构，也可以采用并排管路结构，当然所述冷凝器2还包括其他能够使气体工质冷凝为液体的结构形式。

如图5所示，在本实施例中，所述冷凝器2包括冷凝器本体22以及设置在冷凝器本体22中的冷凝管路21，所述微孔阵列传输管路3靠近所述冷凝器2的端部设置成“凸”字型结构，并且深入到所述冷凝器2内部，其中所述微孔阵列传输管路3的气体管路311位于外侧，液体管路312位于内侧。所述冷凝管路21的进口与所述气体管路通孔311相连通，所述冷凝管路21的出口与所述液体管路通孔12相连通。通过这种结构设计能够使所述微孔阵列传输管路3的端部与所述冷凝器2连接处形成气液隔离，便于气体工质、液体工质分别沿着各自流动方向向前流动。

如图5和图6所示，在本实施例中，所述蒸发器1采用平板状，所述蒸发器1包括蒸发器壳体12，所述蒸发器壳体12中设有吸液芯11和挡板14，所述挡板14与所述吸液芯11相连，所述挡板14和所述吸液芯11将所述蒸发器壳体12的内腔分隔为集液腔15和集气腔16。其中所述挡板14可以采用实体材料制成，也可以采用多孔结构材料制成。在与散热器件接触的一侧，所述蒸发器壳体12的内表面与所述吸液芯11的一侧表面紧密接触，用于减小所述蒸发器壳体12与所述吸液芯11之间的接触热阻，在所述蒸发器壳体12的内表面与所述吸液芯11之间还可以开设气体槽道13，用于所述吸液芯11表面蒸发的气体工质及时排散，所述气体槽道13可以开设于所述吸液芯11的外表面，或者开设于所述蒸发器壳体12的内表面。所述微孔阵列传输管路3靠近所述蒸发器1一侧的端部也设置为“凸”字型结构，所述液体管路通孔312穿过所述挡板14深入到所述蒸发器1内部含有液相工质的集液腔15，使液体管路通孔312中的液体工质能够直接流入所述吸液芯11中，所述气体管路通孔311与所述挡板14另一侧的集气腔16连通，从而使所述气体槽道13中的气体工质能够及时地排散，在所述集气腔16汇集以后流入所述气体管路通孔311。

所述蒸发器1更容易在二维方向上制作成较大的平面结构，更便于与表面为平面的散热器件进行耦合，对散热器件的热量进行传递和排散。还可以根据需要另外设置储液器(图中未示)，将储液器与所述吸液芯11连通，用于存储过量的液体工质，通过储液器调节所述吸液芯11的液体补给，提高回路热管的运行稳定性。

为了使回路热管在水平状态或者抗重力状态下具有更好的传热性能和稳定性，可以在部分或全部的所述液体管路通孔312内设置毛细结构。所述毛细结构由微槽结构、粉末烧结结构、纤维结构、泡沫金属结构、金属丝制成的网状结构、金属丝制成的束状结构、纤维丝制成的网状结构、纤维丝制成的束状结构中的至少一种结构组成。也即，所述毛细结构可以由上述结构中的单一结构组成，也可以由上述结构中的两种及以上组合构成。其中本发明所述的纤维结构是指设置在所述液体管路通孔312中的一根或多根纤维丝。

所述毛细结构在所述液体管路通孔312的截面上全部或部分占据截面空间，根据回路热管的传热距离、所述吸液芯11的毛细压力等结构参数，设计所述毛细结构的截面大小、孔隙率以及毛细尺度等。所述毛细结构一端与所述冷凝管路21连接，另一端与所述吸液芯11连接，通过所述毛细结构的毛细作用，驱动所述冷凝器2中的液体工质持续不断地向所述蒸发器1流动，保证所述吸液芯11供液充足和连续。在进行散热系统布置时，这种回路热管在传输路径上只占用一条很小的通道，而且只需要对这一条传输管路进行固定设计，因此能够有效节省系统空间，更加便于系统灵活布置。

本发明实施例所述微孔阵列回路热管的工作原理是如下：

当回路热管工作时，所述冷凝管路21中的液体工质通过所述微孔阵列传输管路3深入所述冷凝器2的部分进入所述液体管路通孔312，沿着所述液体管路通孔312流入到所述蒸发器1内的吸液芯11中，当所述蒸发器1外表面被散热器件加热以后，热量向所述蒸发器1内部传递，使所述吸液芯11外表面的液体工质受热蒸发，产生的气体工质流入附近的所述气体槽道13中，紧接着向所述集气腔16内汇集，然后流进所述气体管路通孔311，最后进入所述冷凝管路21内重新冷凝为液态工质，与此同时，在所述吸液芯11表面毛细作用的驱动下，使所述冷凝器2内的液体工质不断地沿着所述液体管路通孔312向所述蒸发器1内流动和补充，工质在回路内不断循环流动和发生气液相变，将所述蒸发器1的热量不断地向所述冷凝器2传递。

当回路热管工作于低温环境时，为了避免在室温条件下回路热管内部压力超过安全范围，因此回路热管还需要设置一个气库(图中未示)，利用旁通管路将气库与所述气体管路通孔311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气库中的气体工质能够不断地向回路热管内补充，从而保证回路热管内具有充足的气液两相工质，通过气液工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。回路热管工作于低温温区时，由于回路热管与外界环境存在较大的温差，不可避免的存在漏热，从而增大了回路热管传热负担和冷源的能量消耗，当环境漏热较大时，液体管路中的液体很有可能受热发生局部烧干，造成回路热管工作不稳定甚至失效，通常需要采取很多绝热措施，例如在回路热管的外部包裹防辐射材料，将回路热管置于较大的真空系统中才能够正常运行。

本发明实施例采用所述微孔阵列传输管路3的结构形式，使所述蒸发器1与所述冷凝器2之间看上去只有一条很窄小的传输管路，结构紧凑，占用空间小，更加便于包裹防辐射材料，并且只需要很小的真空系统就能够进行低温传热工作，从而大幅度缩小了系统的体积，提高回路热管工作可靠性和运行稳定性。

综上所述，本发明提供的微孔阵列回路热管，采用微孔阵列传输管路连接冷凝器与蒸发器，通过在传输管路本体中设置至少两个通孔构成，用于分别进行气体和液体的流通，从而将气体管路和液体管路集成为一体结构，结构简单、紧凑，占用空间更小，具有更好的柔性连接作用，更容易进行弯折和固定，便于系统灵活布局。

本发明提供的微孔阵列回路热管，采用微孔阵列传输管路作为传输管路，在低温工作环境下，更容易进行绝热保护，减小外界对传输管路的环境漏热，降低对冷源的冷量需求，提高回路热管工作稳定性和可靠性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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)

1.一种微孔阵列回路热管，其特征在于：包括连接在冷凝器与蒸发器之间的微孔阵列传输管路，所述微孔阵列传输管路包括传输管路本体，所述传输管路本体中设有至少两个通孔，且相邻的两个所述通孔之间通过隔板进行分隔。

2.根据权利要求1所述的微孔阵列回路热管，其特征在于：所述通孔分为两组，其中一组为液体管路通孔，另一组为气体管路通孔。

3.根据权利要求2所述的微孔阵列回路热管，其特征在于：所述冷凝器包括冷凝管路，所述冷凝管路的进口与所述气体管路通孔相连通，所述冷凝管路的出口与所述液体管路通孔相连通。

4.根据权利要求3所述的微孔阵列回路热管，其特征在于：所述蒸发器包括蒸发器壳体，所述蒸发器壳体中至少设有吸液芯。

5.根据权利要求4所述的微孔阵列回路热管，其特征在于：所述蒸发器壳体中还设有挡板，所述挡板与所述吸液芯相连，所述挡板和所述吸液芯将所述蒸发器壳体的内腔分隔为集气腔和集液腔；所述集液腔与所述液体管路通孔相连通，所述集气腔与所述气体管路通孔相连通。

6.根据权利要求4所述的微孔阵列回路热管，其特征在于：所述通孔中设有毛细结构，所述毛细结构的一端与所述冷凝管路连接，所述毛细结构的另一端与所述吸液芯连接。

7.根据权利要求6所述的微孔阵列回路热管，其特征在于：所述毛细结构由微槽结构、粉末烧结结构、纤维结构、泡沫金属结构、金属丝制成的网状结构、金属丝制成的束状结构、纤维丝制成的网状结构、纤维丝制成的束状结构中的至少一种结构组成。

8.根据权利要求1所述的微孔阵列回路热管，其特征在于：所述微孔阵列传输管路的至少一个所述通孔的至少一个侧壁上设有微翅片，所述微翅片与所述微孔阵列传输管路一体加工成型。

9.根据权利要求1所述的微孔阵列回路热管，其特征在于：所述传输管路本体、所述隔板和所述通孔一体加工成型。

10.根据权利要求1所述的微孔阵列回路热管，其特征在于：所述通孔的截面为圆形、半圆形、椭圆形、扇形、三角形、四边形或多边形。