[發明專利]一種應用于環路熱管系統的金屬-非金屬復合毛細芯及其制備方法

在審

• 申請號: 202010015853.8
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111102865A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 汪冬冬;劉朋杰;楚化強;陳杰;陶裕杰
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: F28D15/04
• 分類號: F28D15/04
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 金貝貝;于婉萍

本發明公開了一種應用于環路熱管系統的金屬?非金屬復合毛細芯及其制備方法，屬于環路熱管領域。本發明的毛細芯為由非金屬粉末顆粒和金屬粉末顆粒復合而成的雙孔徑結構，包括非金屬粉末顆粒、金屬粉末顆粒、小孔徑孔隙和大孔徑孔隙；非金屬粉末顆粒形成非金屬粉末微團，金屬粉末顆粒填充于非金屬粉末微團之間，非金屬粉末顆粒之間形成小孔徑孔隙，金屬粉末顆粒之間以及金屬粉末顆粒與非金屬粉末微團之間形成大孔徑孔隙。本發明針對現有技術中傳統單孔徑毛細芯存在抽吸力不足或流動阻力過大的問題、雙孔徑金屬毛細芯熱導率大以及蒸發區易形成整體汽膜惡化傳熱的問題，提出金屬?非金屬顆粒的組合，有助于解決毛細芯在運行中存在漏熱嚴重、相界面向液體側遷移惡化傳熱等問題。

技術領域

本發明涉及環路熱管技術領域，更具體地說，涉及一種應用于環路熱管系統的金屬-非金屬復合毛細芯及其制備方法。

背景技術

環路熱管(LoopHeatPipe，簡寫為LHP)是隨著空間熱控技術發展起來的，是一種優良的傳熱裝置，具有高熱流密度、無運動部件、均溫性強等優勢，可以進行長距離、高熱量的傳輸，具有優異的傳熱性能。LHP工作原理如附圖1所示：在毛細芯內液態工質吸熱蒸發為蒸汽，蒸汽在相變驅動下經蒸汽管道4流向冷凝器1，進入冷凝器1的蒸汽經冷凝放熱，冷凝成液態，冷凝后的液態工質在毛細驅動的作用下經液體管道2進入蒸發器3內的補償腔，為毛細芯內相變界面供液態工質，從而完成工質循環，達到散熱目的。LHP工作時，液態工質在其內部的毛細芯內蒸發形成氣-液相變界面，提供毛細抽吸力，為整個循環系統提供所需要的動力。由以上所述可知，LHP在運行時，系統不需要外力就可以正常工作，系統循環所需驅動力均由毛細抽吸力提供。

毛細芯是LHP運行的核心部件。LHP的運行性能主要取決于毛細芯的傳熱傳質性能。蒸發器在工作時內部相界面位置的變化，蒸發區域的大小以及整體汽膜的形成，都是影響蒸發器性能的重要因素。毛細芯在工作過程中需要提供足夠大的毛細抽吸力，來克服工質流動過程中產生的流動阻力，使液態工質及時充滿毛細芯，為蒸發界面提供足夠的液態工質，防止氣-液蒸發界面向液體側遷移，從而可以使整個LHP系統正常運行。

傳統單孔徑毛細芯，如附圖2所示，毛細芯孔徑單一，內部結構局限性大。若孔徑太大，雖然能夠提供較大的蒸發界面以及有利于蒸汽的脫離，但是不能為LHP的正常運行提供足夠的毛細抽吸力，系統在工作中會出現彎液面倒退的現象；若孔徑太小，雖然增加了毛細抽吸力，但會使毛細芯內液體工質流動阻力太大，不能使工質及時填充毛細芯，影響向蒸發界面提供蒸發所需要的液態工質。可見，這兩種孔徑在選擇上存在矛盾。目前的雙孔徑毛細芯如附圖3所示，雖然解決了抽吸力與流動阻力的問題，但在高熱負荷下，毛細芯整體有效導熱系數大，漏熱嚴重，且蒸發界面容易形成整體汽膜惡化傳熱。因此對于高性能毛細芯的研究始終未曾停止。

經檢索，關于LHP毛細芯的設計已有專利公開，如中國專利申請號2018208685621，申請日：2018年6月6日，發明創造名稱為：一種應用于環路熱管的泡沫金屬-纖維復合毛細芯，該毛細芯在同一個孔隙空間內形成雙孔徑結構，增強了毛細芯的毛細抽吸力，減小了液體工質的流動阻力，強化了毛細芯內液體工質的流動，在一定程度上減小了背向漏熱，提高了LHP的性能。雖然此方案對毛細芯的構造進行了部分改動，優化了LHP的性能，但毛細芯的性能還有很大的提高空間。

發明內容

1.發明要解決的技術問題

針對現有技術中傳統單孔徑毛細芯存在抽吸力不足或流動阻力過大的問題、雙孔徑毛細芯存在漏熱嚴重且蒸發區易形成整體汽膜惡化傳熱的問題，擬提供一種應用于環路熱管系統的金屬-非金屬復合毛細芯及其制備方法，有助于解決毛細芯在運行中存在漏熱嚴重、相界面向液體側遷移惡化傳熱等問題。

2.技術方案

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：