CN114993080B - 一种环路热管蒸发器及其热控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种环路热管蒸发器，所述蒸发器包括外壳，所述外壳内设置四个腔室，分别是汽体缓冲室、毛细芯室、副毛细芯室和储液室；毛细芯室设置的毛细芯为镍基毛细芯，可从大功率器件处吸收热量传递给工质，工质发生相变带走热量；毛细芯的一侧打多个孔(优作为引流槽道并可增大径向毛细力；毛细芯上表面刻有槽道，便于液氨汽化成饱和汽体后逸散。副毛细芯室由副毛细芯包裹在储液室四周构成；副毛细芯与主毛细芯一侧的孔相配合，使回流液体工质可直接进入毛细芯前端进行蒸发；储液室可以保证毛细芯一直被液体工质所浸润，启动前无需进行任何预处理，可直接对蒸发器施加热载荷来启动热管，保证对蒸发器毛细芯的液体储备与供给；汽体缓冲室提高了汽体从毛细芯中逸出的速率，并且可以平衡汽体扩散的速率，降低汽体扩散的阻力，使汽体平稳扩散。本发明创新性地将蒸发器进行改进，以满足不同的换热需要。

Description

一种环路热管蒸发器及其热控系统
技术领域
本发明属于环路热管领域，尤其涉及一种环路热管的蒸发器，属于F28D15的热管领域。
背景技术
随着现代社会经济的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。然而煤、石油、天然气等传统能源储备量不断减少、日益紧缺，造成价格的不断上涨，同时常规化石燃料造成的环境污染问题也愈加严重，这些都大大限制着社会的发展和人类生活质量的提高。能源问题已经成为当代世界的最突出的问题之一。因而寻求新的能源，特别是无污染的清洁能源已成为现在人们研究的热点。
太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，而且资源量巨大，地球表面每年收的太阳辐射能总量为1×1018kW·h，为世界年耗总能量的一万多倍。世界各国都已经把太阳能的利用作为新能源开发的重要一项，我国政府在《政府工作报告》也早已明确提出要积极发展新能源，其中太阳能的利用尤其占据着突出地位。然而由于太阳辐射到达地球上的能量密度小(每平方米约一千瓦)，而且又是不连续的，这给大规模的开发利用带来一定困难。因此，为了广泛利用太阳能，不仅要解决技术上的问题，而且在经济上必须能同常规能源相竞争。
热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。
热管技术以前被广泛应用在各个行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器获得满意的换热效果，开辟了散热行业新天地。目前热管广泛的应用于各种换热设备。
环路热管是指一种回路闭合环型热管。一般由蒸发器、冷凝器、储液器以及蒸气和液体管线构成。其工作原理为：对蒸发器施加热载荷，工质在蒸发器毛细芯外表面蒸发，产生的蒸气从蒸气槽道流出进入蒸气管线，继而进入冷凝器冷凝成液体并过冷，回流液体经液体管线进入液体干道对蒸发器毛细芯进行补给，如此循环，而工质的循环由蒸发器毛细芯所产生的毛细压力驱动，无需外加动力。由于冷凝段和蒸发段分开，环路式热管广泛应用于能量的综合应用以及余热的回收。
目前的环路热管，蒸发器存在换热效率过低的问题。因此需要需要对蒸发器进行改进，以满足不同的换热需要。
针对上述缺陷，本发明对目前的环路热管进行了改进，使得系统结构简单，成本节省。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种新式结构的环路热管的蒸发器。该蒸发器可以提高换热效率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种环路热管蒸发器，所述蒸发器包括外壳，所述外壳内设置四个腔室，分别是汽体缓冲室、毛细芯室、副毛细芯室和储液室；毛细芯室设置的毛细芯为镍基毛细芯，可从大功率器件处吸收热量传递给工质，工质发生相变带走热量；毛细芯的一侧打多个孔(优作为引流槽道并可增大径向毛细力；毛细芯上表面刻有槽道，便于液氨汽化成饱和汽体后逸散。副毛细芯室由副毛细芯包裹在储液室四周构成；副毛细芯与主毛细芯一侧的孔相配合，使回流液体工质可直接进入毛细芯前端进行蒸发；储液室可以保证毛细芯一直被液体工质所浸润，启动前无需进行任何预处理，可直接对蒸发器施加热载荷来启动热管，保证对蒸发器毛细芯的液体储备与供给；汽体缓冲室提高了汽体从毛细芯中逸出的速率，并且可以平衡汽体扩散的速率，降低汽体扩散的阻力，使汽体平稳扩散。
作为优选，从毛细芯中间位置到周边位置，毛细芯的孔的长度逐渐变短。
作为优选，从毛细芯中间位置到周边位置，毛细芯的孔的长度逐渐变短的幅度越老越大。
作为优选，所述外壳使用不锈钢制造。
5作为优选，副毛细芯孔径小于毛细芯孔径。
作为优选，当散热部件表面的温度传感器检测到散热部件温度过高时，控制器控制蓄电池输出电能，为元器件表面的陶瓷加热片供电。陶瓷加热片通电后板面发热，进而可以对散热部件进行加热，使其温度上升至额定工作区间。
本发明具有如下优点：
1)创新性地将热管辐射器散热系统与太阳能电加热系统复合，可一体化实现零能耗的散热与保温效果。
2)本发明环路热管使得吸热放热为一体结构，两者之间通过隔热件隔绝，使得整体结构紧凑，减少布置的空间。本发明的辐射器的内侧无任何附着物，直接向外散热，提高了散热效率。
3)热管结构优化。在热管的储液室内加入副毛细芯并插入毛细芯内部，使回路的轴向毛细力加强，并可有效减少毛细芯内部液体管线的大气泡，降低反向漏热，保证热管的稳定正向运行，并使热管的毛细抽吸速度提高到0.6g/s。
4)创新性地将热管辐射器散热系统与太阳能电加热系统复合，可一体化实现零能耗的散热与保温效果。
5)将传统热管毛细芯的毛细抽吸功能与液体回流功能分离。传热距离得以明显提升，其最远可达10m。抗重力能力也显著增强，抗重力高度最高可达5m。以上突出性能解决了传统热管使用方位和长度限制的问题，具有极高的适用性。
6)辐射板结构优化。本装置采用夹层蜂窝板辐射器设计，蜂窝板的结构具有质量轻的显著优势，可以有效减少能源消耗，抗冲击能力也更强。在蜂窝板中环路管道经过的腔室内填充石墨烯泡沫铜，可使环路热管与辐射器的接触面积提高346.4％。
7)散热与保温系统均零耗能。散热系统依靠热管的抽吸回流功能自发完成，无需任何能源输入；保温系统依靠辐射板外侧的太阳能电池板吸收太阳能并转化为电能储存起来，在组件需要保温时，对加热片供电实现保温效果。整个系统摆脱了对外加能源的依赖，相较于其他散热装置，单位热控系统每昼夜最多可节约86400KJ的能量。
8)热管高传热效率。装置采用镍基毛细芯氨工质环路热管，其中镍基毛细芯孔隙率高达60％以上、毛细抽吸速度达到0.6g/s，热管热阻在60％充注量下可稳定在0.15±0.02℃/W，低于市场现有0.18-0.32℃/W的普遍范围，整体传热功率可达400W，且极限功率较普通热管提升100W，整体传热性能大幅提升。
9)创新性的提出了辐射板与太阳光之间的夹角最优化关系控制公式，避免散热元件过热或者过冷，保证散热元件最佳的工作温度。
附图说明：
图1是环路热管辐射器复合热控系统机械部分平面展示图。
图2为本发明平板式环路热管实物图。
图3为本发明环路热管基本结构及工作原理图。
图4是本发明毛细芯实物图。
图5是本发明蒸发端内部结构图。
图6是本发明辐射板切面图。
图7是本发明辐射板结构原理图。
图8为保温系统原理图。
图9为保温系统模拟图。
图10是追日系统部件示意图。
图11装置工作流程图。
图12毛细芯的制备过程示意图。
图13毛细芯抽吸实验曲线。
图1中，1-热管及加热片，2-辐射板与太阳能板，3-蓄电池，4-线路，5-环路管线，6-电磁阀。
图5中，7-灌注接口，8-副毛细芯，9-孔，10-毛细芯，11-热管外壳，12-气体缓冲室，13-储液室。
图6中，14-上蜂窝板，15-下蜂窝板，20-太阳能板，21-硅酸铝纤维纸，23-冷凝管线，24-辐射板边缘封装。
图7中，14-上蜂窝板，15-气相工质，16-下蜂窝板，17-石墨烯泡沫铜，18-环路热管，19-液相工质。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。
一种环路热管辐射器复合热控装置，如图1所示。所述系统包括平板式环路热管蒸发端1、陶瓷加热片(与平板式环路热管蒸发端紧密贴合)、辐射板(平板式环路热管冷凝端)2、太阳能电池板(紧贴于辐射板外表面)、蓄电池3、线路4、蒸发环路管线5、电磁阀6。其中，陶瓷加热片贴附于散热部件上方；平板式环路热管的蒸发端1紧贴于陶瓷加热片之上，冷凝端采用冷凝管线经过延伸嵌入辐射板2中的结构向外散热，散热后的冷凝液循环回到蒸发端；电磁阀6安装于蒸发环路管线上，并保证介质流动方向与电磁阀外客箭头方向一致；蓄电池3一端与散热元件，优选与陶瓷加热片通过线路连通，一端通过线路4与太阳能电池板20连接。作为优选，太阳能电池板贴附于辐射板的外侧，并与辐射板之间设置绝热层。通过太阳能电池板向蓄电池蓄电。
辐射板2一端由合页固定并可绕该端进行转动；电动推杆一端位于表面，另一端位于辐射板的内侧；太阳能板贴附于辐射板的外侧。所用的控制元器件如：温度传感器、寻光模块、控制器(例如stm32f103)，则分别安装于散热部件的外侧、辐射板的表面。
作为优选，散热部件是电子元器件。系统内各部件整体运行过程叙述如下：当温度传感器检测的散热部件温度超过额定温度区间时，电磁阀6自动开启，启动散热装置为散热部件散热。此时，环路热管的蒸发端从散热部件表面吸收热量，其内部的液体工质在毛细芯外表面受热蒸发，产生的汽体工质经由蒸汽槽道流入蒸发环路管线5，继而进入辐射器中，将热量经热辐射散出到外，蒸汽冷凝后的液体循环回到蒸发端。当温度传感器检测的散热部件温度低于额定温度区间时，温度传感器将散热部件的温度参数传递给控制器。例如stm32f103，控制器控制电磁阀6关闭，控制蓄电池输出电能，向陶瓷加热片供电，从而使元器件的温度上升。
作为一个优选，系统检测太阳位置，辐射板在推杆的作用下转动以减小辐射板与太阳光线的夹角，保证辐射板向外部高效散热，从而使元器件的温度降低。
图1展示了热控装置的机械部分结构示意图。如图1所示，所述机械部分包括保温系统和散热系统。其中保温系统包括太阳能电池板(贴于辐射板外表面)、陶瓷加热片(紧贴于环路热管蒸发端)、蓄电池3、温度传感器以及控制器；散热系统包括平板式环路热管蒸发端1、辐射板2(即平板式环路热管冷凝端)、电磁阀6、温度传感器、控制器以及寻光模块。保温及散热系统的详细运行过程叙述如下：
①散热过程：当散热部件表面的温度传感器检测到散热部件温度过高时，电磁阀6自动开启，环路热管开始工作，利用热管的环路散热作用对散热部件进行散热。首先，散热部件将热量传递给其表面的环路热管蒸发端，蒸发端内部的液体工质吸热气化，并产生推动工质循环的动力；产生的汽体工质继而在毛细芯表面蒸汽槽道中进行收集与加热，并通过蒸汽管线流入辐射器2中；过热蒸汽在辐射器中经辐射散失掉显热和潜热后，最后凝结成液体，在毛细抽吸力的作用下回流，循环往复。同时，寻光模块检测太阳光线的位置，辐射板在推杆的作用下转动以减小辐射板与太阳的夹角，从而使元器件的温度降低。此外，为防止散热部件温度的持续降低，当散热部件散热至额定温度时，电磁阀关闭，环路热管停止工作，散热过程停止。
②保温过程：当散热部件表面的温度传感器检测到散热部件温度过高时，控制器控制蓄电池输出电能，为元器件表面的陶瓷加热片供电。陶瓷加热片通电后板面发热，进而可以对散热部件进行加热，使其温度上升至额定工作区间。
作为优选，环路热管包括蒸发端和冷凝端两部分。作为散热系统主体的平板式环路热管，其结构图及工作原理图如下图2、3所示。其中图2是环路热管具体实物图，图3是环路热管的基本结构及其工作原理图。
作为优选，蒸发端1采用平板式结构并使之与表面覆盖有陶瓷加热片的散热元器件紧密贴合，所述热量从散热元器件中通过陶瓷加热片传递给蒸发端1，然后通过蒸发端1循环到热管冷凝端2，从而达到散热的目的。本装置所采用的蒸发端相较于传统环路热管的蒸发端具有以下两方面的发明创新：一是副毛细芯室8的构造，二是将传统热管毛细芯的毛细抽吸功能与液体回流功能分离。
如图5所示，所述蒸发端包括外壳。所述外壳内设置四个腔室，分别是汽体缓冲室12、毛细芯室10、副毛细芯室8和储液室13。作为优选，所述外壳使用不锈钢制造；毛细芯室10设置的毛细芯为镍基毛细芯，可从大功率器件处吸收热量传递给工质，工质发生相变带走热量；毛细芯的一侧打多个孔9(优选3个孔)作为引流槽道并可增大径向毛细力；毛细芯上表面刻有槽道，便于液氨汽化成饱和汽体后逸散。副毛细芯室8由材质为优选20微米孔径的不锈钢丝网的副毛细芯包裹在储液室四周构成，副毛细芯孔径小于毛细芯孔径。可进一步加强轴向毛细力，并有效破坏毛细芯内部液体管线的大气泡，降低反向漏热，保证热管的稳定正向运行。副毛细芯与主毛细芯一侧的孔相配合，使回流液体工质可直接进入毛细芯前端进行蒸发。储液室可以保证毛细芯一直被液体工质所浸润，启动前无需进行任何预处理，可直接对蒸发器施加热载荷来启动热管，保证对蒸发器毛细芯的液体储备与供给。汽体缓冲室提高了汽体从毛细芯中逸出的速率，并且可以平衡汽体扩散的速率，降低汽体扩散的阻力，使汽体平稳扩散。
作为优选，从毛细芯中间位置到周边位置，毛细芯的孔9的长度逐渐变短。通过大量的数值模拟和实验研究发现，通过上述设置毛细芯的孔9的长度逐渐变短，能够使得热管的稳定正向效果更好，能够提高8-10％的技术效果。上述经验公式也是本申请经过大量实验研究的结果，也是本申请的一个发明点，并不是本领域的公知常识。
进一步优选，从毛细芯中间位置到周边位置，毛细芯的孔9的长度逐渐变短的幅度越老越大。通过大量的数值模拟和实验研究发现，通过上述设置能够使得热管的稳定正向效果最优。上述经验公式也是本申请经过大量实验研究的结果，也是本申请的一个发明点，并不是本领域的公知常识。
本申请通过大量的研究，找出了最佳的毛细芯长度分配关系优化公式。
外壳是圆形结构，外壳的内径是2R，外壳中心处的毛细芯的孔9的长度为L，则距离中心的距离为r位置的毛细芯的孔9的长度l规律如下：l＝b*L-c*L*(r/R)a，其中a、b、c是系数，满足如下要求：
1.082<a<1.109,0.99<b<1.01，0.358<c<0.363。
进一步优选，a＝1.096,b＝1，c＝0.361。
上述经验公式也是本申请经过大量实验研究的结果，是对毛细芯的孔9的长度分布的一个优化的结构，也是本申请的一个发明点，并不是本领域的公知常识。作为优选，从毛细芯中间位置到周边位置，毛细芯的孔9的通孔面积逐渐变小。
进一步优选，从毛细芯中间位置到周边位置，毛细芯的孔9的通孔面积逐渐变小的幅度越老越大。技术效果参见前面的毛细芯的孔9的长度变化关系。
外壳是圆形结构，外壳的内径是2R，外壳中心处的毛细芯的孔9的面积为S，则距离中心的距离为r位置的毛细芯的孔9的面积s规律如下：
s＝b*S-c*S*(s/S)a，其中a、b、c是系数，满足如下要求：
1.085<a<1.113,0.99<b<1.01，0.347<c<0.359。
进一步优选，a＝1.099,b＝1，c＝0.353。
上述经验公式也是本申请经过大量实验研究的结果，是对毛细芯的孔9的面积分布的一个优化的结构，也是本申请的一个发明点，并不是本领域的公知常识。
蒸发端工作流程：液体工质从储液室出发，经过副毛细芯进入毛细芯内部的液体干道，从而均匀地对毛细芯进行供液，使毛细芯一直处于浸润状态。工质在毛细芯外表面吸收热量蒸发，产生的蒸汽从蒸汽槽道流出进入蒸汽管线继而进入汽体缓冲室。在此过程中，毛细芯提供驱动工质循环的动力。
本发明通过设置副毛细芯，副毛细芯孔径小于毛细芯孔径。相对于现有的环路热管，能够增强轴向毛细力，降低反向漏热、破坏液体管线内部的大气泡。其原理为：高目数的副毛细芯由于其孔径非常小，因此在一定程度上可以增大毛细力，从而使抽吸能力得以加强；在反向运行的过程中，小孔径的副毛细芯还可将气泡挤破，从而滤掉一定的气泡，减小反向漏热。
图5展示了外壳四腔室的具体结构，从右到左分别为汽体缓冲室、毛细芯室、副毛细芯室、储液室，正常工作时，液体从右端进，汽体从左端出，侧孔即为灌注接口，可以通过此接口向环路热管内灌注液体工质。
作为优选，冷凝端2以辐射器为主体并采用冷凝管线嵌入冷凝器板的结构形式进行散热。为更好地优化并提高冷凝端的性能，本装置的冷凝端具有以下两方面的发明创新：一是热管辐射器的设计，二是在辐射器的结构设计中创新性地采用夹层蜂窝板并在其中填充有石墨烯泡沫铜。
辐射器整体切面图如图6所示，由上到下依次为：太阳能电池板20、硅酸铝纤维纸21(绝热部件)、上蜂窝板14、冷凝管线23、辐射板边缘封装24、下蜂窝板15。
作为优选，辐射板的散热结构采用夹层蜂窝板的设计，如图7所示，辐射板2的结构由上到下依次为：上蜂窝板14、环路管道(冷凝端18)、下蜂窝板16。重量轻，抗冲击能力强，适合在高温下工作。蜂窝板的材质为铝合金，蜂窝状的设计既可以减轻辐射器的重量，又增强了其抗重力性能；蜂窝板中填充石墨烯泡沫铜17，可以增大冷凝管线与蜂窝板的接触面积，从而加快热量从环路向辐射器的传递。根据图7，环路管道穿插在上下蜂窝板之间的石墨烯泡沫铜中。环路管道中的工质将热量由需散热部件处传递到辐射器中，上下蜂窝板将环路热管中的热量经热辐射向外传递，从而完成散热部件的散热过程。
在国内外现行的热控系统中，鲜少涉及散热部件在深冷外环境下的保温问题。为此，在保证小型器有效散热的同时，该装置还充分考虑了器在背阴面环境温度极低的情况下散热部件正常工作的问题。图8展示了保温系统的原理图。本装置的保温系统创新性地采用太阳能板进行能量收集与转化，并由陶瓷加热片向散热部件进行热量传递。
散热部件表面覆盖具有高传热特质的陶瓷加热片，既可以在散热时加快热流的传导也可以在环境温度较低时对散热部件进行加热；太阳能板贴于辐射板的外侧，将太阳能转化为电能储存在蓄电池中，当温度传感器检测的在散热部件温度低于正常工作温度区间时，蓄电池箱向陶瓷加热片供电为其提供热量，从而使散热部件始终在正常的温度范围内运行；当温度传感器检测的在散热部件温度高于正常工作温度区间时，蓄电池箱与陶瓷加热片之间断电。
作为优选，环路热管冷凝端向蓄电池提供热能以转化为电能存储在蓄电池内。
作为一个改进，本发明还提出了辐射板夹角最佳的计算算法。
作为优选，辐射板最佳倾角计算如下：
为有效实现散热和保温两种功能，在控制方面设定有人工控制和自动控制两种工作模式。两种工作模式均受人工管控，并可以自由转换。
在装置中，太阳能板和辐射板由推杆推动而转动并通过电磁阀控制环路热管的工作状态；此外，还设有以下控制零部件：继电器可驱动推杆运动；舵机使寻光模块转动而寻光模块可以实现太阳能板的追光；位于器内部，型号为DS18B20的温度传感器能实时监测散热部件的温度变化；同时，stm32f103作为控制中枢起着控制芯片的作用。
图10中展示了追日系统。追日系统由遮光板、光敏电阻组成的电路两部分构成。结构如图10-2所示：
图10中两侧部分为探头，探头内为光敏电阻。遮光板位于探头上部。在追日系统中，探头朝上放置，探头上方为遮光板并可根据光线强弱调整遮光板的大小。如果太阳光线从左边照射，则左侧探头可以接收到光线而右侧的探头则接收不到光线，因而返回向左转的信号。反之，如果太阳光线从右边照射，则会返回向右转的信号。此外，如果太阳光线从上往下照射，此时左右两侧都接收不到光线，则会返回固定不动的信号。
由于该装置只能进行垂直追光，因此，如果要使辐射板和太阳光线呈一定角度，则可以使用舵机驱动该装置，以改变该装置与辐射板之间的角度从而达到辐射板和太阳光线呈现一定角度的目的。
装置的完整工作流程如图11所示。散热和保温作为系统工作的两个重要组成部分，其具体工作流程分别叙述如下：
①散热过程：当散热部件因持续工作或外界强太阳辐射使其温度超过额定温度区间时，电磁阀自动开启，启动散热装置为散热部件散热并且提高热管工作效率；同时，系统检测太阳位置，辐射板在推杆的作用下转动以减小辐射板与太阳的夹角，从而使元器件的温度降低。
②保温过程：当散热部件因背阴面极低的环境温度使其温度低于额定温度区间时，陶瓷加热片启动，并利用太阳能板转化的电能为陶瓷加热片提供能量，从而使元器件的温度上升。
此外，当元器件温度位于额定工作区间时，则检测并比较元器件与蒸发端温度的高低。若元器件温度高于蒸发端温度，系统则检测太阳位置，增大辐射板与太阳之间的的夹角，同时降低热管工作效率以防止热管温度的进一步下降；反之，环路热管自动停止工作。
在项目的进展与实施过程中，毛细芯抽吸实验与毛细芯性能测试实验保证了毛细芯的质量并为装置的高效运行提供了理论支撑。同时，在制备过程中还运用了抽真空灌注装置和真空热压烧结炉等硬件设备来完成高性能环路热管的制备。
作为环路热管的核心部件，本项目在毛细芯的制备过程中进行了独创设计，使之可以满足恶劣的工作环境和严格的电子散热要求，如图12所示。
与现有毛细芯制备技术相比，本设计中毛细芯的制备技术特征及优势效果展示如下：①采用冷压烧结毛细芯。冷压烧结时，毛细芯孔隙率与渗透率随造孔剂比例的提高而增大；在造孔剂为30％时，毛细芯的抽吸性能达到极致。②采用内径为8mm的毛细芯。经测试，在外径为20mm，长度为100mm的毛细芯中，内径为8mm的毛细芯抽吸性能最优。③自制液氨工质抽真空灌注平台用于环路热管的抽真空灌注。环路热管稳定性得以进一步提高。
具体工艺步骤如下：
1)粉末配比。本设计选用粒度为2μm的镍粉作为毛细芯的主要材料，并添加纯度为99.5％的Nacl为造孔剂制备双孔径毛细芯。首先，将Nacl颗粒通过球磨机进行研磨(采用周期正反转球磨。其中，正反转时间为45min，间隔时间为5min，总球磨时间为6h)；球磨完成后的Nacl粒径主要分布在200-400目，而400目以下的Nacl颗粒极少，并通过振动筛选出粒径为48μm(300-400目)的Nacl粉末；最后，再通过球磨机将镍粉与Nacl粉末混合均匀，随后放入烘干箱中进行烘干。
2)冷压成型。通过压力机对粉末进行压制成型，其中压力为50kN，升压速度为200N/s。
3)毛细芯烧结。实验优选选用的真空热压烧结炉为ZT-40-20Y。
4)超声清洗。在烧结完成后需要通过超声清洗将毛细芯内部的Nacl颗粒溶解，形成空隙进而得到双孔径结构。
判断毛细芯的抽吸性能，最直观的是通过观察工质在毛细芯内的上升高度来判定，但是毛细芯内部工质的高度难以观测，因此实验中通过测量毛细芯的抽吸质量来确定毛细芯的抽吸能力。抽吸实验曲线图如图13所示
实验结果表明：1、毛细芯的抽吸性能则随造孔剂比例的增加呈先上升后下降的趋势。由数据分析可知，造孔剂的最佳比例为30％。2、热压烧结毛细芯相对于冷压烧结毛细芯具有更好的成型特征和加工特征，但其孔隙率、渗透率极低，且毛细芯抽吸特性均较冷压烧结毛细芯有不同程度的降低。
经实验测得：单根热管的传热功率可达400W，传热性能优异。
环路热管制备过程中所采用的灌注装置、烧结炉如下图所示。其中，抽真空灌注装置可实现高真空快速灌注以及自动化精确控制灌液量，使热管的传热功率与极限功率得到有效的提升，可显著减少灌注工质的排放与浪费；真空热压烧结炉可以使毛细芯在真空条件下进行热压烧结，可有效排除微小气孔中的汽体，使毛细芯内部的孔径细小且分布更加均匀。
该复合热控系统工作时，平板式环路热管与需散热的元器件相贴合，太阳能板覆盖在辐射板的外侧即时吸收太阳能并转化为电能储存在蓄电池中。在温度较高时，附着于散热部件表面的平板式环路热管内部的工质受热在毛细芯外表面蒸发，产生的蒸汽流入蒸汽管线，继而进入冷凝器，冷凝成液体并过冷；回流液体经液体管线进入液体干道对蒸发器毛细芯进行补给，循环往复。在温度较低时，蓄电池可向陶瓷加热片供电，将电能转化为热能从而为散热部件供热。考虑到复合热控系统的特殊工作环境，试验难以开展，因此采用较高仿真度的空间立体试验台。
在装置的整个工作周期中，系统散热过程所需的动力完全由镍基毛细芯产生的毛细力提供，无需任何外加动力；系统保温过程所需能量则完全由太阳能提供，并且由太阳能转化的多余的电能还可供器的进一步使用。整个系统在各个部分紧密配合，真正做到了零能耗、高效率，可有效解决小型器热控难、效率低、能耗高的问题。
本发明创新性如下：
1)创新性地将热管辐射器散热系统与太阳能电加热系统复合，可一体化实现零能耗的散热与保温效果。
2)将传统热管毛细芯的毛细抽吸功能与液体回流功能分离。传热距离得以明显提升，其最远可达10m。抗重力能力也显著增强，抗重力高度最高可达5m。以上突出性能解决了传统热管使用方位和长度限制的问题。
3)热管结构优化。在热管的储液室内加入副毛细芯并插入毛细芯内部，有利于液氨快速进入毛细芯内部，扩大液氨与毛细芯的接触面积，使回路的轴向毛细力加强，并可有效减少毛细芯内部液体管线的大气泡，降低反向漏热，保证热管的稳定正向运行，并使热管的毛细抽吸速度提高到0.6g/s。
4)辐射板结构优化。本装置采用夹层蜂窝板辐射器设计，蜂窝板的结构具有质量轻的显著优势，可以有效减少能源消耗，抗冲击能力也更强。在蜂窝板中环路管道经过的腔室内填充石墨烯泡沫铜，可使环路热管与辐射器的接触面积提高346.4％。
本发明节能减排效益如下：
1)散热与保温系统均零耗能。散热系统依靠热管的抽吸回流功能自发完成，无需任何能源输入；保温系统依靠辐射板外侧的太阳能电池板吸收太阳能并转化为电能储存起来，对加热片供电实现保温效果。整个系统摆脱了对外加能源的依赖，相较于其他散热装置，单位热控系统每昼夜最多可节约86400KJ的能量。
2)热管高传热效率。装置采用镍基毛细芯氨工质环路热管，其中镍基毛细芯孔隙率高达60％以上、毛细抽吸速度达到0.6g/s，热管热阻在60％充注量下可稳定在0.15±0.02℃/W，低于市场现有0.18-0.32℃/W的普遍范围，整体传热功率可达400w，且极限功率较普通热管提升100W，整体传热性能大幅提升。
3)辐射板高散热效率。辐射板通过增加散热面积使系统散热效率得到显著提升。据计算，辐射板内预埋管壁的面积约为0.224m2，单位面积的辐射板至少可以提高346.4％的散热面积。此外，单位面积的辐射板相较于传统冷凝板重量减轻约9.2kg，节省了68.15％的合金材料。辐射板至少可以提高346.4％的散热面积。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (4)

1.一种环路热管蒸发器，所述蒸发器包括外壳，所述外壳内设置四个腔室，分别是汽体缓冲室、毛细芯室、副毛细芯室和储液室；所述外壳内设置毛细芯，毛细芯包括主毛细芯和副毛细芯，毛细芯室设置主毛细芯，主毛细芯为镍基毛细芯，可从大功率器件处吸收热量传递给工质，工质发生相变带走热量；主毛细芯的一侧打多个孔，所述孔作为引流槽道并可增大径向毛细力；主毛细芯上表面刻有槽道，便于液体汽化成饱和汽体后逸散；副毛细芯室由副毛细芯包裹在储液室四周构成；副毛细芯与主毛细芯一侧的孔相配合，使回流液体工质可直接进入毛细芯前端进行蒸发；储液室可以保证毛细芯一直被液体工质所浸润，启动前无需进行任何预处理，可直接对蒸发器施加热载荷来启动热管，保证对蒸发器毛细芯的液体储备与供给；汽体缓冲室提高了汽体从毛细芯中逸出的速率，并且可以平衡汽体扩散的速率，降低汽体扩散的阻力，使汽体平稳扩散；
从主毛细芯中间位置到周边位置，主毛细芯的孔的长度逐渐变短。
2.如权利要求1所述的环路热管蒸发器，从主毛细芯中间位置到周边位置，主毛细芯的孔的长度逐渐变短的幅度越来越大。
3.如权利要求1所述的环路热管蒸发器，其特征在于，所述外壳使用不锈钢制造。
4.一种热控系统，所述系统包括：平板式环路热管、辐射板、太阳能电池板、陶瓷加热片、电动推杆、电磁阀以及相应的控制元器件，陶瓷加热片贴附于散热部件上方；平板式环路热管的蒸发端紧贴于陶瓷加热片之上，平板式环路热管冷凝端采用冷凝管线经过延伸嵌入辐射板中的结构向外散热，散热后的冷凝液循环回到平板式环路热管的蒸发端；电磁阀安装于板式环路热管的蒸发端与辐射板之间的蒸发环路管线上；蓄电池一端与散热部件通过线路连通，一端通过线路与太阳能电池板连接；所述的平板式环路热管的蒸发端采用权利要求1-3之一所述的环路热管蒸发器。
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