CN111504103A - 泵驱动两相流体回路蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种泵驱动两相流体回路蒸发器，包括：蒸发器壳体1、疏水性毛细芯2、轴向液体槽道3以及轴向蒸汽干道4；所述疏水性毛细芯2安装在蒸发器壳体1的内部；所述蒸发器壳体1与疏水性毛细芯2之间设置有多个轴向液体槽道3；所述轴向蒸汽干道4设置在疏水性毛细芯2的内部。对于毛细泵驱动的两相流体回路，本发明利用疏水性多孔材料覆盖蒸发器开放式微小槽道的表面，在各种朝向或重力影响下均使得液体无法因为冷凝而侵占蒸汽干道的空间，同时可使液体槽道内可能存在的蒸汽泡能顺利从槽道内溢出，有利于蒸发器的顺利启动和降低启动时的过热度，提高蒸发过程的换热系数。

Description

泵驱动两相流体回路蒸发器

技术领域

本发明涉及传热元件技术领域，具体地，涉及一种泵驱动两相流体回路蒸发器。

背景技术

目前很多的两相流体回路设计采用蒸发式热沉，例如环路热管、毛细抽吸回路、机械泵辅助的环路热管或毛细抽吸回路、或纯机械泵驱动、气液分离的两相流体回路等。传统的如专利文献CN107529365B所公开的一种重力辅助多蒸发器两相流体回路装置，包括有毛细蒸发器、蒸气管路，冷凝器管路、液体管路、储液器，它还包括有蒸气汇流器、倒U型管件、回路阀门、液体输入管路、液体分流器，毛细蒸发器采用3～12个，均匀布置在热源上，冷凝器管路通过液体管路与储液器串接，储液器出口经回路阀门、液体输入管路和液体分流器串接到各个毛细蒸发器，储液器与毛细蒸发器分离，储液器的位置高于毛细蒸发器位置，回路阀门设置在储液器的出口的液体输入管路上。

但是，现有的毛细泵一般采用亲水性的毛细芯材料和反向毛细芯结构，一方面反向毛细芯内的液体流动方向与热流方向相反，在热流较大的情况下气液界面不断后退，与壳体距离不断扩大，产生较大的热阻；另一方面毛细芯与壳体往往是分开制作并通过过盈配合的方法压紧的，两者之间的接触热阻较大；此外，反向毛细芯结构使得蒸发器内的蒸汽通道截面积很小，在充装、运输、不同朝向或某些工况结束以后容易积存液体，当蒸发槽道充满液体时，热沉必须要达到较大的过热度，使蒸汽槽道内形成核态沸腾，让蒸汽驱赶排出大部分液体以后才能实现稳定的蒸发换热。这三方面的因素使得蒸发式热沉的启动性能与稳定运行时的蒸发系数尚有较大的提升空间。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种两相流体回路蒸发器。

根据本发明提供的一种泵驱动的两相流体回路蒸发器，对于圆柱形的蒸发器，其结构包括：蒸发器壳体1、疏水性毛细芯2、轴向液体槽道3以及轴向蒸汽干道4；

所述疏水性毛细芯2设置在蒸发器壳体1的内部；

所述蒸发器壳体1与疏水性毛细芯2之间设置有多个轴向液体槽道3；

所述疏水性毛细芯2的内部设置有蒸汽干道4；

优选地，所述蒸发器壳体1的一端设置有液体入口50，与轴向液体槽道3相通，另一端设置有蒸汽出口60，与蒸汽干道4相通。

泵驱动的两相流体回路蒸发器，其结构还包括：顶盖5与底板6；

所述顶盖5与底板6紧固连接。

优选地，所述底板6上设置有毛细槽道阵列10。

优选地，所述顶盖5上设置有液体流道通孔7与蒸汽排出孔8；

所述液体流道通孔7位于顶盖5的上部；

所述蒸汽排出孔8位于顶盖5的侧面。

优选地，所述顶盖5的内部设置有第一空腔9与第二空腔11；

所述第二空腔11位于第一空腔9的上部。

优选地，还包括：狭缝12；所述狭缝12与液体流道通孔7连通。

优选地，所述狭缝12的下方设置有连通口13；

所述连通口13与毛细槽道阵列10连通。

优选地，所述顶盖5与底板6之间设置有密封圈槽15。

优选地，所述顶盖5与底板6上分别设置有螺栓通孔14。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、对于机械泵驱动的两相流体回路，在蒸发器的蒸发面上方设置疏水性多孔材料，可以从设计上让液体工质以较低的流动阻力直接流经受热面进行相变蒸发，避免了使用热阻较大的反向毛细芯，能获得较大的蒸发换热系数。

2、过冷液体工质在前往蒸发器的输运过程中，管壁摩擦力的作用会导致压力不断下降，局部低于饱和压力时可能会产生蒸汽泡。本发明中蒸发器采用了开放式的微小槽道，气泡可以从槽道中顺利溢出，避免了流道堵塞。而使用疏水性多孔材料覆盖蒸发器槽道表面，则有效地调控了蒸发器内气液的空间分布，避免了开放式的微小槽道发生液体外溢，使蒸发器在各种朝向或重力影响下均能顺利启动和工作。

3、采用疏水性多孔材料使得蒸发器的结构设计得以简化。疏水性毛细芯与蒸发器表面之间没有导热要求，只要一般压紧即可，从而避免了使用复杂的反向毛细芯结构和毛细芯压紧导热工艺，降低了蒸发器的制作成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中圆柱形蒸发器的纵、横截面结构示意图。

图2为现有常见的圆柱形蒸发器设计的纵、横截面结构示意图。

图3为本发明中平板形蒸发器外形示意图。

图4为本发明中平板形蒸发器外形俯视图。

图5为图4沿A-A方向的剖视图。

图6为图4沿B-B方向的剖视图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1、图3至图6所示，根据本发明提供的一种泵驱动两相流体回路蒸发器。对于圆柱形式的蒸发器，其结构包括：蒸发器壳体1、疏水性毛细芯2、轴向液体槽道3以及轴向蒸汽槽道4；所述疏水性毛细芯2安装在蒸发器壳体1的内部；所述蒸发器壳体1与疏水性毛细芯2之间设置有轴向液体槽道3；所述轴向蒸汽干道4设置在疏水性毛细芯2的内部。所述壳体1的一端设置有液体入口50，与轴向液体通道3相通，另一端设置有蒸汽出口60，与蒸汽干道4相通。在优选例中，本发明的圆柱形蒸发器的具体实施如图1所示。液体工质通过机械泵的驱动，从蒸发器入口50进入蒸发器内，流入液体槽道3，液体在液体槽道内直接吸收从蒸发器壳体1传入的热量进行蒸发，蒸汽进入蒸汽干道4，最后从蒸汽出口60离开。在液体槽道3敞开的一侧覆盖疏水性毛细芯，利用材料的疏水特性拒止液体受重力或加速度等外界影响占据蒸汽干道，同时允许蒸汽在该毛细芯中流动通过。蒸发器的外壳1和与之一体化的液体槽道3主要采用亲水性的金属材料制作。具体的疏水性毛细芯，根据相变工质的表面能特性和化学相容性，可以选择多孔烧结的聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和经过疏水改性的金属粉末烧结芯等材料。

传统的两相流体回路圆柱形蒸发器的设计如图2所示。蒸发器采用亲水性的反向式毛细芯20将蒸发器外壳1内的空间分隔成与进口50连通的液体干道30和与出口60连通的多个微小蒸汽槽道40。蒸发器启动前如果处于低温状态，蒸发器出口60处的蒸汽容易在蒸汽槽道40及亲水性反向式毛细芯20的表面发生冷凝，由于蒸汽槽道40的截面尺寸小，很容易会被冷凝的液体完全充满。在这种状态下，蒸发器受热启动时必须先吸收大量热量，达到较高的过热度，通过沸腾的方式将微小蒸汽槽道40内的液体排干净之后，才能正式启动工作。在升温沸腾的过程中，蒸发器会达到比较高的温度，这很可能已经超过了两相流体回路需要控温的热源可以承受的温度，从而导致热源可能出现功能性的破坏或失效，两相流体回路失去了控温的意义。本发明的创新之处在于将原有亲水性反向毛细芯结构20改为多个开放式的微小槽道3覆盖疏水性毛细芯2的结构。一方面开放式的微小槽道3与蒸发器的外壳1一体化制作，同一材料内热传导的热阻低于反向式毛细芯20与蒸发器外壳1的接触热传导；另一方面当蒸发器外壳1处于低温状态，蒸发器内部出现蒸汽冷凝时，冷凝液将首先出现在与蒸发器外壳1温度相近的液体槽道3内。在疏水性毛细芯2排斥性的表面张力的作用下，这部分新增加的冷凝液将会被反向驱动，从蒸发器入口50缓慢流出。因此蒸发器内的冷凝液不会覆盖阻塞液体槽道3，能保障蒸发器受热后顺利启动蒸发。此外，液体槽道3的开放式设计，使得输入液体中可能存在的蒸汽泡能通过疏水性毛细芯2自由溢出，不会堵塞液体流道。

进一步地，对于平板形蒸发器的具体实施示例，如图3、图4所示。其结构包括：顶盖5与底板6；所述顶盖5与底板6紧固连接。所述底板6上设置有毛细槽道阵列10。所述顶盖5上设置有液体流道通孔7与蒸汽排出孔8；所述液体流道通孔7位于顶盖5的上部；所述蒸汽排出孔8位于顶盖5的侧面。所述顶盖5的内部设置有第一空腔9与第二空腔11；所述第二空腔11位于第一空腔9的上部。蒸发器的结构由接收热流的底板6和在上部覆盖底板的顶盖5组成，其中顶盖包含有贯穿的液体流道通孔7和蒸汽排出孔8，底板和顶盖均带有螺栓连接用的通孔14。图5、图6分别从A-A和B-B两个横截面描述了蒸发器的内部结构。其中底板6上加工出毛细槽道阵列10，毛细槽道的长度覆盖整个热流接收面，并延伸至顶盖处的液体流道7下方。

更进一步地，还包括：狭缝12；所述狭缝12与液体流道通孔7连通。所述狭缝12的下方设置有连通口13；所述连通口13与毛细槽道阵列10连通。所述顶盖5与底板6之间设置有密封圈槽15。所述顶盖5与底板6上分别设置有螺栓通孔14。在优选例中，流经液体流道7的液相工质通过狭缝12和连通口13向毛细槽道阵列10供液。狭缝12的小截面使得液体流道7内的轴向流动受供液流动的影响较小，而较大的连通口13降低了向毛细槽道供液的流动阻力，并使毛细槽道阵列内的各槽道之间实现连通。蒸发器顶盖内有两个空腔，其中较大的空腔为第一空腔9用于设置疏水性毛细芯，以阻挡毛细槽道阵列10内的液相工质受重力或加速度等外界影响流向蒸汽排出孔8。蒸发器顶盖与底板装配时，利用毛细芯材料的自身弹性使得毛细芯与顶盖和底板互相压紧，形成一定密封性。蒸发器较小的空腔为第二空腔11，用于收集蒸汽并输送至蒸汽排出孔8处。蒸发器的底板和顶盖之间采用螺栓紧固连接，并在密封圈槽15设置密封圈实现对外界的密封，液体流道7的进、出口和蒸汽排出孔8采用焊接的方式与外界的气、液管路进行密封连接。由于液体流道7的进、出口相通，假如驱动泵的驱动流量大于蒸发器的蒸发量，多余的液体工质可以从液体流道7的出口流出，而不会挤压或穿透第一空腔9内的疏水性毛细芯。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种泵驱动两相流体回路蒸发器，其特征在于，包括：圆柱形蒸发器壳体(1)、疏水性毛细芯(2)、轴向液体槽道(3)以及轴向蒸汽干道(4)；

所述疏水性毛细芯(2)安装在蒸发器壳体(1)的内部；

所述蒸发器壳体(1)与疏水性毛细芯(2)之间设置有多个轴向液体槽道(3)；

所述轴向蒸汽干道(4)设置在疏水性毛细芯(2)的内部。

2.根据权利要求1所述的两相流体回路蒸发器，其特征在于，所述多个轴向液体槽道(3)上设置有液体入口(50)；所述轴向蒸汽干道(4)上设置有蒸汽出口(60)。

3.根据权利要求1所述的泵驱动两相流体回路蒸发器，其特征在于，还包括：顶盖(5)与底板(6)；

所述顶盖(5)与底板(6)紧固连接。

4.根据权利要求3所述的泵驱动两相流体回路蒸发器，其特征在于，所述底板(6)上设置有毛细槽道阵列(10)。

5.根据权利要求4所述的泵驱动两相流体回路蒸发器，其特征在于，所述顶盖(5)上设置有液体流道通孔(7)与蒸汽排出孔(8)；

所述液体流道通孔(7)位于顶盖(5)的上部；

所述蒸汽排出孔(8)位于顶盖(5)的侧面。

6.根据权利要求3所述的泵驱动两相流体回路蒸发器，其特征在于，所述顶盖(5)的内部设置有第一空腔(9)与第二空腔(11)；

所述第二空腔(11)位于第一空腔(9)的上部。

7.根据权利要求5所述的泵驱动两相流体回路蒸发器，其特征在于，还包括：狭缝(12)；所述狭缝(12)与液体流道通孔(7)连通。

8.根据权利要求7所述的泵驱动两相流体回路蒸发器，其特征在于，所述狭缝(12)的下方设置有连通口(13)；

所述连通口(13)与毛细槽道阵列(10)连通。

9.根据权利要求3所述的泵驱动两相流体回路蒸发器，其特征在于，所述顶盖(5)与底板(6)之间设置有密封圈槽(15)。

10.根据权利要求3所述的泵驱动两相流体回路蒸发器，其特征在于，所述顶盖(5)与底板(6)上分别设置有螺栓通孔(14)。

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