CN110108141A - 平板蒸发器及应用该平板蒸发器的回路热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低温传热设备技术领域，提供一种平板蒸发器及回路热管，通过在板体内设置吸液芯以及与吸液芯配合的管状腔体，使得平板蒸发器具有很强的耐高压能力，从而能够满足低温环境下的大平面冷却和传热需求；通过设置多个管状吸液芯，从而增大平板蒸发器的热耦合面积和蒸发换热面积；通过设置分液器使各个吸液芯供液均匀，分液器内的隔热芯能够将其集液腔内也液体进行包围和保护，防止板体背向漏热对液体加热并使之提前蒸发，造成回路热管性能下降或失效；另外，应用该平板蒸发器的回路热管，在其液体管路内设置毛细结构，能够使回路热管不依赖重力或额外热负荷就能够将冷凝器中的液体向平板蒸发器传输。

Description

平板蒸发器及应用该平板蒸发器的回路热管

技术领域

本发明涉及低温传热设备技术领域，更具体地，涉及一种平板蒸发器及应用该平板蒸发器的回路热管。

背景技术

随着航空航天、超导技术以及低温电子学等领域的迅速发展，被冷却器件的散热量逐渐增加，而且被冷却平面尺寸也呈现出逐渐增大的趋势，对低温冷却系统的要求越来越高，不仅要考虑隔离振动和电磁干扰、冷量高效传输、系统灵活布局，还要满足大平面冷却、温度均匀性等要求。

通常采用低温制冷机作为低温冷源对被冷却器件实施降温冷却，由于低温制冷机的冷头面积较小，在对具有较大尺寸散热表面的器件进行冷却时，采用直接接触的耦合方式，不仅容易造成电磁或振动干扰等，还容易导致被冷却器件温度不均匀，因此需要通过柔性热连接方式进行耦合连接。

平板蒸发器回路热管是一种高效的传热设备，能够实现高效传热、电磁和振动隔离、便于系统灵活布置等。常温温区的平板蒸发器回路热管以水、丙酮、甲醇等作为工作介质，回路热管内部压力为略高于大气压或负压，因此可以设计成具有很大的热接触平面的平板蒸发器结构，用于大平面被冷却器件散热。

但是，对于低温环境下的大平面冷却和传热需求，现有的常温平板蒸发器结构在高压条件下会导致受力变形或泄漏，因此不能用于需要承受高压的回路热管。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明实施例提供一种平板蒸发器及回路热管，以解决现有的平板蒸发器在低温环境下不耐高压的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，根据本发明实施例的第一方面，提供一种平板蒸发器，包括板体、端盖和吸液芯，所述吸液芯设置于所述板体内部，所述吸液芯的外表面与所述板体接触，所述端盖与所述板体形成封闭结构，所述封闭结构上设有液体进口和气体出口，所述吸液芯的两端分别为第一端和第二端；

所述吸液芯为多个，所述吸液芯为细长的管状结构，在所述板体内部开设有管状腔体，所述吸液芯置于所述管状腔体内，所述吸液芯的外表面与所述管状腔体的内表面接触，多个所述吸液芯在所述板体内呈阵列式分布；

所述板体内还设置有分液器，所述分液器与所述液体进口连通，所述分液器包括隔热芯，所述隔热芯内部设置有集液腔，每个所述吸液芯的第一端均与所述隔热芯连接；

所述板体内还设置有集气腔，所述集气腔与所述气体出口连通，每个所述吸液芯的第二端均朝向所述集气腔。

优选地，所述吸液芯的第一端为封闭结构，所述吸液芯内部沿轴线方向开设有气体通道，所述气体通道与所述集气腔连通。

优选地，所述分液器为圆柱状结构，所述隔热芯为一端封闭的圆筒状结构，所述隔热芯的开口端朝向所述液体进口。

优选地，所述隔热芯的外圆直径大于所述吸液芯的外圆直径。

优选地，所述分液器位于所述板体的中部，各所述吸液芯关于所述分液器对称布置。

优选地，所述分液器的轴线与所述板体平行，多个所述吸液芯呈阵列式分布在所述分液器的两侧，所述吸液芯与所述隔热芯垂直布置，所述集气腔位于所述端盖的内侧，所述气体出口设置在所述端盖上。

优选地，所述隔热芯与多个所述吸液芯为一体式结构。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种的回路热管，包括冷凝器、液体管路和气体管路，冷凝器包括进气口和出液口，应用第一方面所述的平板蒸发器，所述冷凝器的出液口通过所述液体管路与所述平板蒸发器的液体进口相连，所述平板蒸发器的气体出口通过所述气体管路与所述冷凝器的进气口相连。

优选地，所述液体管路内布置有毛细结构，所述板体内设置有分液器，所述分液器包括隔热芯，所述隔热芯为一端封闭的圆筒状结构，所述隔热芯的开口端与所述液体进口连通，所述毛细结构的一端延伸至所述冷凝器的内部，所述毛细结构的另一端延伸至所述隔热芯的内侧壁。

优选地，所述回路热管还包括气库，所述气库通过旁通管道与所述气体管路连通。

(三)有益效果

本发明实施例提供的平板蒸发器及回路热管，所述平板蒸发器包括板体、吸液芯、端盖，吸液芯设置于板体内部，板体与端盖组成封闭腔体，在腔体上设有液体进口和气体出口，平板蒸发器包括分液器和至少两个细长管状结构的吸液芯，分液器内设有隔热芯，隔热芯内部设有集液腔，每个吸液芯的第一端与隔热芯连接，通过设置多个管状吸液芯和管状腔体，使平板蒸发器具有很强的耐高压能力，并且增大平板蒸发器的热耦合面积和蒸发换热面积；通过设置分液器使各个吸液芯供液均匀，分液器内的隔热芯能够将其集液腔内也液体进行包围和保护，防止板体背向漏热对液体加热并使之提前蒸发，造成回路热管性能下降或失效；另外，应用该平板蒸发器的回路热管，在其液体管路内设置毛细结构，能够使回路热管不依赖重力或额外热负荷就能够将冷凝器中的液体向平板蒸发器传输。

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他的附图。

图1为本发明实施例中平板蒸发器的结构示意图；

图2为图1所示平板蒸发器横的截面示意图；

图3为图1所示平板蒸发器的板体的结构示意图；

图4为图1所示平板蒸发器的吸液芯和隔热芯的结构示意图；

图5为本发明实施例中回路热管的结构示意图；

图中：1、平板蒸发器；2、冷凝器；3、液体管路；4、气体管路；5、气库；11、板体；12、分液器；13、吸液芯；14、端盖；15、液体进口；16、气体出口；21、冷凝管路；31、毛细结构；51、旁通管道；111、防漏塞；121、隔热芯；122、集液腔；131、气体通道；141、集气腔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，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。

如图1至图4所示，本发明实施例提供一种平板蒸发器1，包括：板体11、端盖14和吸液芯13，端盖14布置在板体11的两端，并且与板体11形成封闭结构。封闭结构上设有与吸液芯13相连的液体进口15和气体出口16，通过液体进口15向吸液芯13提供冷凝液体，气体出口16用于将吸液芯13内的冷凝液体蒸发产生的气体排出。其中，板体11优选铜、铝等具有较高导热系数的材料制成，吸液芯13可采用烧结粉末。

其中，板体11内直接开设有用于与吸液芯13配合的管状腔体，吸液芯13为细长的管状结构，可以是方管、圆管或其他截面形状。吸液芯13置于管状腔体内，并且吸液芯13的外表面与管状腔体的内表面紧密接触，以保证吸液芯13通过板体11与被冷却件之间进行热交换。通过设置管状吸液芯13和管状腔体，使平板蒸发器1具有很强的耐高压能力，同时使背向漏热转化为有效热量，避免了传统平板蒸发器背向漏热的不利影响，提高了平板蒸发器1传热效率和工作稳定性。

本实施例中，为了提高平板蒸发器1的蒸发换热面积，将吸液芯13设置为多个(即两个或两个以上)，多个吸液芯13在板体11内呈阵列式分布，对应的管状腔体也呈阵列式分布。陈列式分布可以是平行的阵列式分布，也可以是圆周的阵列式分布。以平行阵列分布方式为例，其具体可包括：单层单列的等间隔分布、单层多列的等间隔分布、多层单列的等间隔分布或者多层多列的等间隔分布，附图1和4中所示的吸液芯13的排布方式为单层多列(双列)的等间隔排布。需要说明的是，呈阵列排布的多个吸液芯13与板体11的换热平面平行。

同时在板体11内还设置有分液器12，分液器12为圆柱状结构，具有很强的耐高压能力，分液器12与液体进口15连通。分液器12包括隔热芯121，隔热芯121可采用烧结粉末制成。隔热芯121为一端封闭的圆筒状结构，隔热芯121的内部为集液腔122。

板体11内设置有供分液器12安装的通孔，通孔的一端为液体进口15，通孔的另一端设置有防漏塞111，隔热芯121的封闭端朝向防漏塞111，防漏塞111用于使整个平板蒸发器封闭，防止冷凝液体或蒸发气体泄漏。

具体地，吸液芯13的两端分别为第一端和第二端，吸液芯13的第一端均与隔热芯121相连，通过隔热芯121将冷凝液体向各个吸液芯13进行分配，使各个吸液芯13供液均匀，通过具有毛细作用的隔热芯121将其内部的集液腔122包围，防止板体11背向漏热对集液腔122内部液体进行加热并使之提前蒸发，造成回路热管性能下降或失效。

此外，在板体11内还设置有集气腔141，吸液芯13的第二端均朝向集气腔141并与集气腔141连通，集气腔141与气体出口16连通，通过集气腔141使多个吸液芯13内蒸发出的气体进行汇集，然后由气体出口16流出。

在上述实施例的基础上，将吸液芯13的第一端即与隔热芯121相连的一端设置成封闭结构，吸液芯13内部沿其轴线方向开设有气体通道131，气体通道131与集气腔141连通。冷凝液体由隔热芯121流向吸液芯13，吸液芯13内表面将吸液芯13内部分隔为气体侧和液体侧，蒸发气体从吸液芯13的内壁面排出，并经气体通道131汇集至集气腔141，最终从气体出口16排出。该吸液芯13在气液两侧形成毛细压差，能够驱动液体工质和气体工质沿着特定方向流动，将吸液芯13外表面与板体11接触、内部设置成气体通道131，能够方便平板蒸发器1加工和装配，同时可以是平板蒸发器1做成更薄的结构。

在上述实施例的基础上，分液器12内部为圆柱状结构，隔热芯121为一端封闭的圆筒状结构，隔热芯121的开口端朝向液体进口15。圆柱形结构使分液器12能够具有很强的耐高压能力，圆筒状隔热芯121将集液腔122包围和保护在内部，防止板体11背向漏热对集液腔122内部液体进行加热并使之提前蒸发。

在上述各实施例的基础上，隔热芯121的外圆直径大于吸液芯13的外圆直径。通过设置较大隔热芯121尺寸，能够增大集液腔122的集液空间，保证供液充足和连续，设置相对较小的吸液芯13尺寸，有利于平板蒸发器1做成更薄的结构，减小体积和质量。

在上述各实施例的基础上，分液器12位于板体11的中部，多个吸液芯13对称布置在分液器12的两侧，使分液器12内液体流向各个吸液芯13的流动距离基本相同，使吸液芯13供液均匀，从而进一步提高平板蒸发器的冷却均匀性。

进一步地，圆柱状分液器12的轴线与板体11平行设置，多个吸液芯13呈平行阵列式分布在分液器12的两侧，吸液芯13与隔热芯121垂直布置。通过这种结构布置增大平板蒸发器1的热耦合面积和蒸发换热面积，同时使吸液芯13供液更加均匀。

在本实施例中板体11上设置了两个集气腔141，对称设置于平板蒸发器1的两端，即位于端盖14的内侧。气体出口16设置在端盖14上，通过集气腔141汇集分液器12两侧吸液芯13蒸发出的气体，并分别通过各自对应的气体出口16排到冷凝器中。

上述各实施例的基础上，隔热芯121与多个吸液芯13之间可采用一体式结构，将板体11的内部空腔分隔为气体侧和液体侧，液体能够沿着一体式结构流动，保证液体工质流动通道顺畅，同时防止气体倒流进入液体侧。隔热芯121与多个吸液芯13之间可通过烧结成为一体式结构，并且可通过烧结将吸液芯13和隔热芯121直接固定在板体11的内部。

如图5所示，本发明实施例还提供一种的回路热管，包括冷凝器2、液体管路3、气体管路4以及应用上述各实施例中所述的平板蒸发器1。冷凝器2、液体管路3、平板蒸发器1、气体管路4、冷凝器2首尾顺次连接构成封闭回路，通过该平板蒸发器1结构使回路热管能够在低温环境下对大平面被冷却器件进行冷却。

具体地，冷凝器2内部设有冷凝管路21，冷凝管路21包括进气口和出液口，冷凝器2的出液口通过液体管路3与平板蒸发器1的液体进口15相连，平板蒸发器1的气体出口16通过气体管路4与冷凝器2的进气口相连，从而形成封闭的传热回路。

在上述实施例的基础上，在液体管路3的内部布置有毛细结构31，毛细结构31可以由金属丝网、泡沫金属、烧结粉末或纤维材料制成。板体11内设置有分液器12，分液器12包括隔热芯121，隔热芯121为一端封闭的圆筒状结构，隔热芯121的开口端与液体进口15连通，毛细结构31的一端延伸至冷凝器2的内部，毛细结构31的另一端延伸至隔热芯121的内部，并且毛细结构31与隔热芯121的内侧壁接触连接。通过该毛细结构31使回路热管不依赖重力或额外热负荷就能够将冷凝器2中的液体向平板蒸发器1传输，省去了额外功耗。

在上述实施例的基础上，应用该平板蒸发器1的回路热管还包括气库5，气库5通过旁通管道51与气体管路4连接。通过气库5防止回路热管内部压力过高。

下面对以应用于低温环境下的平板蒸发器1及回路热管为例，对本发明实施例的工作过程进行说明：

在低温真空系统内，平板蒸发器回路热管的平板蒸发器1与大平面被冷却器件相连，冷凝器2与低温制冷机的冷头相连，当低温制冷机开启以后开始降温，带动与之连接的冷凝器2的温度随之下降。

当冷凝器2降到工作温区以后，在冷凝管路21内产生冷凝液体，液体与毛细结构31接触后，在毛细力驱动下沿着毛细结构31向液体管路3流动，在流动过程中对沿程管路降温，液体最后流入平板蒸发器1的分液器12内，冷凝液体逐渐向分液器12内流动，通过分液器12进入吸液芯13，使整个平板蒸发器1降温至低温工作温区，并且在分液器12的集液腔122内汇集了充足的液体工质。

在整个降温过程中，回路内压力逐渐降低，气库5内的气体不断向回路内补充，液体量逐渐增多。在被冷却器件上施加热负荷，平板蒸发器1吸液芯13表面的液体蒸发，产生气体向进入气体通道131，然后在集气腔141内汇集，通过气体出口16流入气体管路4，流到冷凝器2内重新冷凝为液体，完成一个循环流动过程。

在气液两相工质循环流动的过程中，通过平板蒸发器1内液体发生蒸发相变，将被冷却器件的热量不断向冷凝器2传递，并由低温制冷机带走和排散。

本发明提出的平板蒸发器1及回路热管，包括板体11、吸液芯13、端盖14，吸液芯13设置于板体11内部，板体11与端盖14组成封闭结构，在封闭结构上设有液体进口15和气体出口16，平板蒸发器1包括分液器12和多个细长管状结构的吸液芯13，分液器12内设有隔热芯121，隔热芯121内部设有集液腔122，每个吸液芯13的第一端与隔热芯121连接，通过设置多个管状吸液芯13和管状腔体，使平板蒸发器1具有很强的耐高压能力，并且增大平板蒸发器1的热耦合面积和蒸发换热面积。

此外，通过设置分液器12使各个吸液芯13供液均匀，分液器12内的隔热芯121能够将其集液腔122内也液体进行包围和保护，防止板体11背向漏热对液体加热并使之提前蒸发，造成回路热管性能下降或失效。

另外，应用该平板蒸发器1的回路热管，在其液体管路3内设置毛细结构31，能够使回路热管不依赖重力或额外热负荷就能够将冷凝器中的液体向平板蒸发器1传输。

需要说明的是，虽然本发明实施例以应用于低温环境下的回路热管进行介绍，但它同样适用于常温环境下内部压力很高的平板蒸发器回路热管，例如以氨气为工质的回路热管，都应在本发明专利保护范围之内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种平板蒸发器，包括板体、端盖和吸液芯，所述吸液芯设置于所述板体内部，所述吸液芯的外表面与所述板体接触，所述端盖与所述板体形成封闭结构，所述封闭结构上设有液体进口和气体出口，所述吸液芯的两端分别为第一端和第二端，其特征在于，

所述吸液芯为多个，所述吸液芯为细长的管状结构，在所述板体内部开设有管状腔体，所述吸液芯置于所述管状腔体内，所述吸液芯的外表面与所述管状腔体的内表面接触，多个所述吸液芯在所述板体内呈阵列式分布；

所述板体内还设置有分液器，所述分液器与所述液体进口连通，所述分液器包括隔热芯，所述隔热芯内部设置有集液腔，每个所述吸液芯的第一端均与所述隔热芯连接；

所述板体内还设置有集气腔，所述集气腔与所述气体出口连通，每个所述吸液芯的第二端均朝向所述集气腔。

2.根据权利要求1所述的平板蒸发器，其特征在于，所述吸液芯的第一端为封闭结构，所述吸液芯内部沿轴线方向开设有气体通道，所述气体通道与所述集气腔连通。

3.根据权利要求2所述的平板蒸发器，其特征在于，所述分液器为圆柱状结构，所述隔热芯为一端封闭的圆筒状结构，所述隔热芯的开口端朝向所述液体进口。

4.根据权利要求1至3中任一所述的平板蒸发器，其特征在于，所述隔热芯的外圆直径大于所述吸液芯的外圆直径。

5.根据权利要求1至3中任一所述的平板蒸发器，其特征在于，所述分液器位于所述板体的中部，各所述吸液芯关于所述分液器对称布置。

6.根据权利要求5所述的平板蒸发器，其特征在于，所述分液器的轴线与所述板体平行，多个所述吸液芯呈阵列式分布在所述分液器的两侧，所述吸液芯与所述隔热芯垂直布置，所述集气腔位于所述端盖的内侧，所述气体出口设置在所述端盖上。

7.根据权利要求1至3中任一所述的平板蒸发器，其特征在于，所述隔热芯与多个所述吸液芯为一体式结构。

8.一种的回路热管，包括冷凝器、液体管路和气体管路，所述冷凝器包括进气口和出液口，其特征在于，应用如权利要求1～7中任一所述的平板蒸发器，所述冷凝器的出液口通过所述液体管路与所述平板蒸发器的液体进口相连，所述平板蒸发器的气体出口通过所述气体管路与所述冷凝器的进气口相连。

9.根据权利要求8所述的回路热管，其特征在于，所述液体管路内布置有毛细结构，所述板体内设置有分液器，所述分液器包括隔热芯，所述隔热芯为一端封闭的圆筒状结构，所述隔热芯的开口端与所述液体进口连通，所述毛细结构的一端延伸至所述冷凝器的内部，所述毛细结构的另一端延伸至所述隔热芯的内侧壁。

10.根据权利要求8所述的回路热管，其特征在于，还包括气库，所述气库通过旁通管道与所述气体管路连通。