[发明专利]一种利用气泡泵效应的环路热管

说明书

技术领域

本发明属于传热元件制备领域，具体是涉及一种利用气泡泵效应的环路热管。

背景技术

环路热管(Loop Heat Pipe)是一种高效的相变传热元件。图1是传统环路热管的原理简图，图2为图1沿A-A方向的剖视图的放大图。由图1可知传统环路热管包括蒸发段5、气相管9、冷凝段8、液相管7和液体补偿器6，蒸发段5、气相管9、冷凝段8、液相管7和液体补偿器6组成环路热管；如图2，蒸发段5包括蒸发器以及蒸发器内的主毛细芯3、次毛细芯2和充液管1以及液相槽道10和气相槽道4；热源为蒸发器，其内部装有高性能的毛细芯，与之相连的液体补偿器6处在液体回流管路上，与蒸发器集成为一体，内部通过副芯与蒸发器相连接；冷源为冷凝器；热源与冷源之间由蒸汽管线和冷凝管线相连接。蒸发器、液体补偿器6、冷凝器、蒸汽管线和冷凝管线一起组成一个高效的传热装置，它利用毛细芯提供的毛细力推动工质循环，并把热源的热量带到热沉。环路热管具有气液管路分离、蒸发器和补偿器一体的结构特点，具有气液携带阻力小、启快速灵活、多方位长距离传输热量的传热特点，成为航空热控制系统的首选传热元件，在地面电子设备的冷却系统中也正发挥着越来越重要的作用。

但是传统环路热管存在如下问题：

(1)由于传统环路热管对所需的毛细芯的要求高，现在普遍采用的是烧结镍毛细芯，毛细芯的制造工艺相对复杂，比如，烧结镍毛细芯烧结过程需要严格的控制烧结温度、烧结时间等参数，另外，还需要选择合适的烧结气氛；现在传统环路热管还主要限于在航空航天系统的应用，高成本和制造复杂性从一定程度上限制了其进一步的大规模推广应用；

(2)在传统环路热管中，工质在毛细芯内的流动是以从芯内部到芯外部的径向流动为主，毛细芯不仅为工质循环提供驱动力，同时还起到热阻和流阻的作用，即阻止蒸汽向芯内或补偿器内传热及流动的发生。但是毛细芯的采用，特别是采用烧结毛细镍芯，还是不可避免的存在一定的反向导热。虽然航天热控制中采用陶瓷芯能极大地减小次毛细芯的反向导热但是陶瓷芯的导热率只有镍芯的三分之一，成本会增加不少；

(3)传统环路热管的传热机理复杂，特别是涉及毛细多孔介质传热传质，这样从一定程度上使得其工程设计复杂化，对于其大规模的应用形成了一定的阻碍；

(4)传统环路热管运行时，当热流密度过大或者芯体导热系数过大都会使汽液界面向液体侧偏移，严重时甚至会在蒸发器液体通道内产生气泡，阻塞液体在芯体内的充灌扩散，使蒸发器失效，也即其存在沸腾极限的问题。

发明内容

本发明提供了一种利用气泡泵效应的环路热管，该环路热管结构简单，降低了制造成本，提高了环路热管的传热效率和传热性能，减小了蒸发段温度的波动性，实用性强。

一种利用气泡泵效应的环路热管，包括蒸发段、冷凝段以及将蒸发段的工质出口和冷凝段的工质入口连接的气液两相管，所述的冷凝段的工质出口与蒸发段的工质入口之间设有储液器；所述的储液器的工质入口通过下降液相管与冷凝段的工质出口连接，工质出口通过连接管与蒸发段的工质入口连接；所述的储液器和蒸发段均竖直设置，储液器顶端的高度高于蒸发段的顶端高度；所述的冷凝段在储液器的上方。

气泡泵是靠热能驱动产生的蒸汽泡的升力在系统中产生流体流的热输送装置，本发明的利用气泡泵效应的环路热管，利用气泡泵效应产生的浮升力作为工质循环驱动力，工质循环量得到有效的提升，能够有效的增强冷凝段和蒸发段传热，可选择无水乙醇、甲醇、蒸馏水或者丙酮等为循环工质，工质充注量以刚好充满储液器为准，储液器顶端的高度高于蒸发段的顶端高度保证了气液两相管内工质始终保持以气液两相形式存在；为便于加工，可选择所述的储液器底端与蒸发段底端平齐，储液器的高度为蒸发段高度的1.5～3倍。

所述的蒸发段顶端为缩口设置，形成锥形渐缩口气泡发生器，以便于诱导蒸发段内产生的气泡进入气液两相管下端，保证整个体系的稳定性，缩口设置的大小可根据实际需要确定。

根据实际应用场合的不同，所述的冷凝段可选用套管式水冷冷凝段或者翅片管式风冷冷凝段。根据实际装配和适用场合的需要，所述的储液器可选择长方体形、圆柱体形或者球形储液器。

为提高导热效率，所述的蒸发段、气液两相管、下降液相管与连接管均为可选择导热性能较好的金属管，综合考虑成本和导热性能一般选择铜管，铜管的管壁大小可根据实际需要确定。

为降低整个环路热管的热量的损失，可在所述的蒸发段、气液两相管、下降液相管与连接管的外表面均包设一层或多层绝热材料，绝热材料包裹的厚度一般根据实际需要确定。