[发明专利]以醇基纳米流体为工质的小型毛细泵回路平板热管

说明书

技术领域

本发明涉及一种热力工程技术领域的热管，具体是一种以醇基纳米流体为工质的小型毛细泵回路平板热管。

背景技术

CPL(毛细泵两相流体回路)是一种利用工质相变传递热量的装置，它具有较高的传热能力、控温能力强、能够实现长距离无附加动力的能量传递等优点，是空间站、现代通讯卫星、宇宙飞船以及电子设备冷却的理想系统。毛细泵回路(CPL)热管除了具有普通热管的很高的导热性、优良的等温性、热流密度的可变性以外，更为重要的是它可以有效的应用于小温差、长距离、无附加动力的能量传递过程。目前，使用纯液体，主要是醇类液体为工质的CPL在空间站、现代通讯卫星、宇宙飞船的冷却等方面有着广阔的应用前景。

近年来，纳米技术开始应用于热管技术。由于纳米粒子具有小尺寸效应、界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，使纳米粒子在结构、光电、磁学和化学性质等方面表现出特异性。随着纳米材料科学的迅速发展，一些学者已开始尝试将纳米颗粒与流体混合，制成纳米颗粒悬浮液，强化对流换热，给强化传热技术带来了蓬勃生机。在热管循环工质中加入各类金属或金属氧化物纳米颗粒，改变了循环工质的结构和物性，增强了内部能量的传递过程、增大了纳米流体的换热系数，使加热器温度场更加均匀，换热功率更大。因此，纳米流体(纳米粒子悬浮液)作为一种新型的强化传热工质有着广阔的应用前景。

经对现有技术的文献检索发现，目前。目前，用于CPL的蒸发器大多采用管式蒸发器，而管式蒸发器不适合用来冷却平板热负荷。国内外有关平板型蒸发器的文献资料非常少，而且只有中国专利申请号：200810033730.6提出的以水基铜纳米流体为工质小型毛细泵回路平板热管的专利提出以纳米流体为工质的CPL。但是以水为工质的热管只能适用于零度以上的环境，而以醇类为工质的热管则可适用于零度以下。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种以醇基纳米流体为工质的小型毛细泵回路平板热管，使其能够实现长距离热输送，提高热管的传热性能。本发明采用醇基-纳米悬浮液作为毛细泵回路热管的工质，采用平板型蒸发器，以丝网提供的毛细力作为驱动力，驱动液体工质在环路内流动。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的CPL热管包括：蒸发器、冷凝器、蒸汽通道、液体通道。蒸发器的一端蒸汽通道连接冷凝器的一端，冷凝器的另一端通过液体通道连接蒸发器的另一端。工质在蒸发器中吸热变成蒸汽，蒸汽经过蒸汽通道进入冷凝器中冷凝，冷凝后的工质经过液体通道流入蒸发器中。本发明的蒸发器以醇基纳米颗粒悬浮液作为工质，能大幅度提高蒸汽器的换热系数。

本发明中的蒸发器内使用两种规格的不锈钢丝网组成毛细结构，丝网总厚度为6mm-9mm，底层用的是150目的丝网，其厚度约为2mm-4mm；上层用的是300目的丝网，其厚度约为4mm-5mm。上层丝网较细，有较大的毛细力，下层丝网较粗，有利于加强纳米粒子在液体中的再悬浮特性。

所述醇基纳米颗粒悬浮液为醇类液体与纳米颗粒经超声波振荡而成的混合液，悬浮液中铜纳米颗粒质量浓度为1％-2％；其充液率为系统总容积的50％-60％。

所述醇类液体是甲醇、乙醇、乙二醇等醇类，纳米颗粒为Cu、CuO等各类金属及其氧化物的纳米颗粒，所采用的纳米颗粒平均直径在20纳米到50纳米之间。

本发明中，醇基纳米颗粒悬浮液最佳充液率为整个热管系统容积的50％～60％，在此范围内，充液量对换热特性基本没有影响。所用的纳纳米颗粒悬浮液是用各种醇类和各类金属或金属氧化物的纳米颗粒经过超声波振荡而制成。蒸发器中的毛细结构为丝网。冷凝器采用套管式水冷结构，蒸汽在内管流动，冷却水在外管流动。也可采用其他冷却方式，如风冷。当系统运行时，蒸发器从热源吸收热量而蒸发汽化，产生的蒸汽经过蒸汽通道进入冷凝器，蒸汽在冷凝器中向冷却水放出热量而凝结成液体，凝结液由丝网提供的毛细力，回到蒸发器，如此循环，实现能量交换过程。

本发明的结构特征主要在蒸发器所用的毛细结构上和选用工质上，若用烧结芯或极细的丝网，则工质中的纳米颗粒容易堵塞烧结芯和丝网中的微小通道，若丝网过于稀疏，将降低系统毛细力和劣化传热性能。只有采用特定规格的不锈钢丝网才能既避免纳米颗粒堵塞通道问题，又不降低丝网毛细力。