CN112867359B - 一种氮化硅毛细芯矩形平板毛细泵 - Google Patents

Abstract

一种氮化硅毛细芯矩形平板毛细泵，包括：主壳、盖板、侧板、毛细芯、回液管、出气管；主壳包括上下两部分，上部为储液腔，下部沿纵向设置若干毛细芯安装通孔，毛细芯安装通孔顶部与储液腔连通，在储液腔底部形成并排的若干弧形凹槽，各毛细芯安装通孔底部沿周向设置若干条蒸汽槽道；毛细芯安装在主壳的各个通孔中，毛细芯顶部与储液腔中的液态工质接触；盖板安装在主壳上端面，侧板安装在主壳下部的两侧面；回液管安装在主壳上部的侧面，出气管与充装管分别安装在主壳下部两侧的侧板上。当主壳底部受热时热量通过槽道壁传给毛细芯下表面，工质受热气化通过槽道进入出气管，毛细芯中工质相变产生的毛细力驱动平板型毛细泵运行。

Description

一种氮化硅毛细芯矩形平板毛细泵

技术领域

本发明属于传热技术领域，涉及一种矩形平板毛细泵。

背景技术

毛细泵回路具有传热能力强、控温精度高的特点。能够实现小温差、长距离、无附加动力的热量传输，广泛应用于航天器热控领域和电子器件的冷却系统。毛细泵是利用毛细芯中液态工质的气化产生毛细驱动力推动内部工质完成循环的。

毛细泵分为圆柱型与平板型，平板毛细泵具有良好的机械安装接口与热接口，方便安装使用且传热效率高。现有的平板毛细泵多是上下两层的结构，上层为储液腔，中间是一块平板型的毛细芯，下层加工蒸汽槽道。由于毛细芯是平板型的，且面积较大，容易变形，在装配后很难保证与底板紧密贴合。在工作过程中储液腔与气体通道存在压差，毛细芯会有一定的变形，造成两者之间贴合不良，增大毛细芯与底板之间传热的热阻，降低毛细泵效率。由于平板型的毛细芯较薄，在运行过程中来自底板的热量容易通过毛细芯传给储液腔，漏热过大会对毛细泵的性能造成严重不利影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种氮化硅毛细芯矩形平板毛细泵。本发明中的毛细泵为平板型，可以方便的与平面形状的热源相贴合，直接利用热源的热量驱动毛细泵，节约资源，减小对冷源的要求。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种氮化硅毛细芯矩形平板毛细泵，包括：主壳、盖板、侧板、毛细芯、回液管、出气管，其中：主壳为凸字型，其上部为储液腔；盖板安装在主壳上端面，侧板安装在主壳下部的两侧面；主壳的上部与侧板上加工有凸台孔，回液管安装在主壳上部的凸台孔中，出气管与充装管分别安装在主壳下部两侧的侧板的凸台孔中；

盖板、侧板、回液管、出气管、充装管的连接方式均为焊接。

主壳下部沿轴向加工有通孔，通孔顶部与储液腔连通，通孔数量多于5个，在储液腔底部形成并排的若干弧形凹槽，通孔下部加工有Ω形或矩形或燕尾形蒸汽槽道，蒸汽槽道的分布范围小于毛细芯安装通孔侧壁面积的1/2，保证蒸汽槽道与储液腔的隔离。

毛细芯为圆柱形，外壁光滑保证与主壳接触良好。毛细芯由氮化硅粉末、烧结助剂与造孔剂等原料烧结而成，氮化硅的含量不低于98％。

毛细芯内部微孔有效孔径在0.5μm-15μm之间，微孔相互连通，孔隙率大于50％。

毛细芯安装在主壳的通孔中，将主壳分为上部的储液腔与下部的蒸汽槽道两部分。毛细芯与主壳配合紧密，防止储液腔中的液态工质进入主壳下部的蒸汽槽道。

毛细芯上部三分之一的弧形侧面暴露在主壳的储液腔中，使毛细芯上部能与储液腔中的液态工质充分接触。

毛细芯端面较主壳下部端面短，侧板与毛细芯端面之间为气体空腔。

本发明与现有的技术相比优点在于：

本发明中的毛细泵为平板型，可以方便的与平面形状的热源相贴合，直接利用热源的热量驱动毛细泵，节约资源，减小对冷源的要求。本发明的平板型细泵主壳为一体化设计结构稳定，毛细芯采用热装工艺使其与主壳之间紧密贴合，减小了毛细芯与主壳底部的热阻，增大传热效率。本发明中毛细泵包含多个毛细芯，毛细芯与主壳接触面为圆弧面，接触面积较传统的平板型的毛细芯增加30％以上，增大了毛细泵的传热能力。毛细芯为圆柱形并且由氮化硅粉末烧结而成，导热系数较低，可以有效地减少底板向储液腔中的漏热，提高了毛细泵性能。本发明中毛细芯为氮化硅粉末烧结而成，氮化硅具有良好的化学稳定性，耐酸碱腐蚀，与水、氨、丙酮、氟利昂等有很好的相容性，能够防止回路中工质的分解，提高回路的寿命。

附图说明

图1是本发明实施例的爆炸示意图；

1为盖板，2为充装管，3为侧板，4为主壳，5为毛细芯，6回液管，7为出气管；

图2是Ω形槽道主壳侧视图；

图3是矩形槽道主壳侧视图；

图4是燕尾形槽道主壳侧视图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照附图对本发明进行全面的描述。

如图1～4所示，本发明实施例公开了一种氮化硅毛细芯矩形平板毛细泵，包括主壳4、盖板1、侧板3、毛细芯5、回液管6、出气管7。

主壳4为凸字型，其上部为储液腔；

盖板1安装在主壳4上端面，侧板3安装在主壳4下部的两侧面；

主壳4的上部与侧板3上加工有凸台孔，回液管6安装在主壳4上部的凸台孔中，出气管7与充装管2分别安装在主壳4下部两侧的侧板3的凸台孔中；

盖板1、侧板3、回液管6、出气管7、充装管2的连接方式均为焊接。

主壳4下部沿轴向加工有通孔，通孔顶部与储液腔连通，通孔数量多于5个，在储液腔底部形成并排的若干弧形凹槽，通孔下部加工有Ω形或矩形或燕尾形蒸汽槽道，蒸汽槽道的分布范围小于毛细芯安装通孔侧壁面积的1/2，保证蒸汽槽道与储液腔的隔离。

在主壳4的下部加工有一定数量的圆柱形通孔，在圆柱形通孔的下部加工有一定数量的轴向贯通的Ω形或矩形或燕尾形槽道，圆柱形的毛细芯5安装在主壳4下部的通孔中，采用热装的工艺使毛细芯5与主壳4之间为小过盈配合，保证毛细芯5与主壳4接触良好，一方面保证来自主壳4底板的热量能够顺畅的传递到毛细芯5，一方面保证储液腔中的液态工质不会流入到下面的气体通道。毛细芯5长度略长于主壳4上部储液腔的轴向长度，毛细芯5上部三分之一的弧形侧面暴露在主壳4的储液腔中，保证毛细芯5能与储液腔中的液态工质充分接触，毛细芯5长度短于主壳4下部轴向长度，侧板3与毛细芯5端部形成气体空腔。

毛细芯5为实心圆柱体，端部倒角，外壁光滑。毛细芯5由氮化硅粉末烧结而成，氮化硅含量不低于98％，内部微孔有效孔径在0.5μm-15μm之间，微孔相互连通，孔隙率大于50％。毛细芯5的烧结分为成型与烧结两个工艺过程，成型通常包含冷压、注浆等过程，烧结分为常压、真空、高压等方式。在毛细芯5烧结完成后对其进行表面的精加工，保证毛细芯5的尺寸精度与表面粗糙度。毛细芯5内部的微孔孔径和孔隙率大小可以通过选用不同粒径的粉末或添加不同比例的挥发性或可燃性的造孔剂来实现。

毛细芯5的装配过程为：在主壳4一端安装毛细芯装配工装，工装上有毛细芯托架，毛细芯5放入工装中可以与主壳4上的通孔对正，装配好后将其放入高频感应线圈中加热，在主壳4上的通孔膨胀到一定程度，毛细芯5会滑入通孔中，待其冷却后，主壳4会将毛细芯5抱紧。在加热过程中不间断的通惰性气体保护，防止主壳4在加热过程中发生氧化。

在启动前储液腔中的液体工质浸润毛细芯5，毛细泵底板贴合热源，热源的热量从毛细泵底板通过气体通道的间隙传到毛细芯5表面，毛细芯5表面的液态工质受热气化，毛细芯5中的毛细结构产生毛细驱动力，推动气体沿出气管7进入冷凝器中放热液化，液态的工质沿回液管6流回主壳4上部的储液腔中，由于毛细力的作用毛细芯5中的液体源源不断的得到储液腔中工质的补充。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (8)

1.一种氮化硅毛细芯矩形平板毛细泵，其特征在于，包括：主壳(4)、盖板(1)、侧板(3)、毛细芯(5)、回液管(6)、出气管(7)；

主壳(4)包括上下两部分，上部为储液腔，下部沿纵向设置若干毛细芯安装通孔，毛细芯安装通孔顶部与储液腔连通，在储液腔底部形成并排的若干弧形凹槽，各毛细芯安装通孔底部沿周向设置若干条蒸汽槽道；毛细芯(5)安装在主壳(4)的各个通孔中，毛细芯(5)顶部与储液腔中的液态工质接触；

盖板(1)安装在主壳(4)上端面，侧板(3)安装在主壳(4)下部的两侧面；回液管(6)安装在主壳(4)上部的侧面，出气管(7)与充装管(2)分别安装在主壳(4)下部两侧的侧板(3)上；

所述蒸汽槽道的形状为Ω形或矩形或燕尾形槽道，蒸汽槽道的分布范围小于毛细芯安装通孔侧壁面积的1/2；

在启动前，储液腔中的液体工质浸润毛细芯(5)，主壳(4)的底板贴合热源，热源的热量从主壳(4)的底板通蒸汽槽道侧壁传到毛细芯(5)表面，毛细芯(5)表面的液态工质受热气化，毛细芯(5)产生毛细驱动力，推动气体沿出气管(7)进入冷凝器中放热液化，液态的工质沿回液管(6)流回主壳(4)上部的储液腔中。

2.根据权利要求1所述的一种氮化硅毛细芯矩形平板毛细泵，其特征在于，盖板(1)、侧板(3)、回液管(6)、出气管(7)、充装管(2)与主壳(4)之间通过焊接方式安装。

3.根据权利要求1或2所述的一种氮化硅毛细芯矩形平板毛细泵，其特征在于，所述主壳(4)下部设置的毛细芯安装通孔数量≥5个。

4.根据权利要求3所述的一种氮化硅毛细芯矩形平板毛细泵，其特征在于，所述毛细芯(5)上部三分之一的弧形侧面暴露在储液腔中。

5.根据权利要求4所述的一种氮化硅毛细芯矩形平板毛细泵，其特征在于，所述毛细芯(5)的长度大于主壳(4)上部储液腔的长度。

6.根据权利要求5所述的一种氮化硅毛细芯矩形平板毛细泵，其特征在于，所述侧板(3)与毛细芯(5)的端面之间留有空隙，形成气体空腔。

7.根据权利要求6所述的一种氮化硅毛细芯矩形平板毛细泵，其特征在于，所述毛细芯(5)由氮化硅粉末、烧结助剂以及造孔剂烧结成型，氮化硅质量含量不少于98％。

8.根据权利要求7所述的一种氮化硅毛细芯矩形平板毛细泵，其特征在于，所述毛细芯(5)内部微孔的有效孔径在0.5μm～15μm之间，微孔相互连通，孔隙率大于50％。

Images