[發明專利]一種利用氣泡泵效應的環路熱管

無效

• 申請號: 201110004964.X
• 申請日: 2011-01-11
• 公開（公告）號: CN102032822A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 韓曉紅;閔旭偉;李鵬;陳光明;喬曉剛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F28D15/02
• 分類號: F28D15/02;F28F21/08
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于傳熱元件制備領域，具體是涉及一種利用氣泡泵效應的環路熱管。

背景技術

環路熱管(Loop?Heat?Pipe)是一種高效的相變傳熱元件。圖1是傳統環路熱管的原理簡圖，圖2為圖1沿A-A方向的剖視圖的放大圖。由圖1可知傳統環路熱管包括蒸發段5、氣相管9、冷凝段8、液相管7和液體補償器6，蒸發段5、氣相管9、冷凝段8、液相管7和液體補償器6組成環路熱管；如圖2，蒸發段5包括蒸發器以及蒸發器內的主毛細芯3、次毛細芯2和充液管1以及液相槽道10和氣相槽道4；熱源為蒸發器，其內部裝有高性能的毛細芯，與之相連的液體補償器6處在液體回流管路上，與蒸發器集成為一體，內部通過副芯與蒸發器相連接；冷源為冷凝器；熱源與冷源之間由蒸汽管線和冷凝管線相連接。蒸發器、液體補償器6、冷凝器、蒸汽管線和冷凝管線一起組成一個高效的傳熱裝置，它利用毛細芯提供的毛細力推動工質循環，并把熱源的熱量帶到熱沉。環路熱管具有氣液管路分離、蒸發器和補償器一體的結構特點，具有氣液攜帶阻力小、啟快速靈活、多方位長距離傳輸熱量的傳熱特點，成為航空熱控制系統的首選傳熱元件，在地面電子設備的冷卻系統中也正發揮著越來越重要的作用。

但是傳統環路熱管存在如下問題：

(1)由于傳統環路熱管對所需的毛細芯的要求高，現在普遍采用的是燒結鎳毛細芯，毛細芯的制造工藝相對復雜，比如，燒結鎳毛細芯燒結過程需要嚴格的控制燒結溫度、燒結時間等參數，另外，還需要選擇合適的燒結氣氛；現在傳統環路熱管還主要限于在航空航天系統的應用，高成本和制造復雜性從一定程度上限制了其進一步的大規模推廣應用；

(2)在傳統環路熱管中，工質在毛細芯內的流動是以從芯內部到芯外部的徑向流動為主，毛細芯不僅為工質循環提供驅動力，同時還起到熱阻和流阻的作用，即阻止蒸汽向芯內或補償器內傳熱及流動的發生。但是毛細芯的采用，特別是采用燒結毛細鎳芯，還是不可避免的存在一定的反向導熱。雖然航天熱控制中采用陶瓷芯能極大地減小次毛細芯的反向導熱但是陶瓷芯的導熱率只有鎳芯的三分之一，成本會增加不少；

(3)傳統環路熱管的傳熱機理復雜，特別是涉及毛細多孔介質傳熱傳質，這樣從一定程度上使得其工程設計復雜化，對于其大規模的應用形成了一定的阻礙；

(4)傳統環路熱管運行時，當熱流密度過大或者芯體導熱系數過大都會使汽液界面向液體側偏移，嚴重時甚至會在蒸發器液體通道內產生氣泡，阻塞液體在芯體內的充灌擴散，使蒸發器失效，也即其存在沸騰極限的問題。

發明內容

本發明提供了一種利用氣泡泵效應的環路熱管，該環路熱管結構簡單，降低了制造成本，提高了環路熱管的傳熱效率和傳熱性能，減小了蒸發段溫度的波動性，實用性強。

一種利用氣泡泵效應的環路熱管，包括蒸發段、冷凝段以及將蒸發段的工質出口和冷凝段的工質入口連接的氣液兩相管，所述的冷凝段的工質出口與蒸發段的工質入口之間設有儲液器；所述的儲液器的工質入口通過下降液相管與冷凝段的工質出口連接，工質出口通過連接管與蒸發段的工質入口連接；所述的儲液器和蒸發段均豎直設置，儲液器頂端的高度高于蒸發段的頂端高度；所述的冷凝段在儲液器的上方。

氣泡泵是靠熱能驅動產生的蒸汽泡的升力在系統中產生流體流的熱輸送裝置，本發明的利用氣泡泵效應的環路熱管，利用氣泡泵效應產生的浮升力作為工質循環驅動力，工質循環量得到有效的提升，能夠有效的增強冷凝段和蒸發段傳熱，可選擇無水乙醇、甲醇、蒸餾水或者丙酮等為循環工質，工質充注量以剛好充滿儲液器為準，儲液器頂端的高度高于蒸發段的頂端高度保證了氣液兩相管內工質始終保持以氣液兩相形式存在；為便于加工，可選擇所述的儲液器底端與蒸發段底端平齊，儲液器的高度為蒸發段高度的1.5～3倍。

所述的蒸發段頂端為縮口設置，形成錐形漸縮口氣泡發生器，以便于誘導蒸發段內產生的氣泡進入氣液兩相管下端，保證整個體系的穩定性，縮口設置的大小可根據實際需要確定。

根據實際應用場合的不同，所述的冷凝段可選用套管式水冷冷凝段或者翅片管式風冷冷凝段。根據實際裝配和適用場合的需要，所述的儲液器可選擇長方體形、圓柱體形或者球形儲液器。

為提高導熱效率，所述的蒸發段、氣液兩相管、下降液相管與連接管均為可選擇導熱性能較好的金屬管，綜合考慮成本和導熱性能一般選擇銅管，銅管的管壁大小可根據實際需要確定。

為降低整個環路熱管的熱量的損失，可在所述的蒸發段、氣液兩相管、下降液相管與連接管的外表面均包設一層或多層絕熱材料，絕熱材料包裹的厚度一般根據實際需要確定。