[發明專利]一種新式毛細芯環路熱管及其制備方法

在審

• 申請號: 202110618272.8
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN115523781A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 郭春生;劉元帥;寧文婧;許艷鋒;馬軍;薛麗紅;李蒸;韓卓晟;逯曉康;劉百川;楊沛東;姜鯤;黑吉芳;李寶瑞;于永升;周曉雨
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: F28D15/04
• 分類號: F28D15/04
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 趙燕

本發明提供了一種新式毛細芯環路熱管及其制備方法，包括蒸發器、冷凝器和管路，液體在蒸發器中吸熱蒸發，然后蒸汽通過蒸汽管線進入冷凝器中冷凝放熱，放熱后的液體通過液體管線進入到蒸發器中進行蒸發，從而形成一個循環，蒸發器中設置毛細芯，所述毛細芯包括g?C₃N₄、NaCl和鎳，其中g?C₃N₄、NaCl總計占有5％wt?35％wt，其余為鎳。本發明的環路熱管g?C₃N₄形成的大孔結構可增大毛細芯的抽吸速率，NaCl在機加工之后再進行超聲清洗溶解掉形成孔隙，可減少毛細芯在機加工過程中的斷裂。兩種造孔劑結合可明顯提高毛細芯的孔隙率至83％，可明顯提高抽吸極限。

技術領域

本發明涉及一種熱管技術，尤其涉及一種環路熱管，屬于F28d15/02的熱管領域。

背景技術

熱管技術是1963年美國洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)國家實驗室的喬治格羅佛(George Grover)發明的一種稱為“熱管”的傳熱元件，它充分利用了熱傳導原理與相變介質的快速熱傳遞性質，透過熱管將發熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。

熱管技術以前被廣泛應用在宇航、軍工等行業，自從被引入散熱器制造行業，使得人們改變了傳統散熱器的設計思路，擺脫了單純依靠高風量電機來獲得更好散熱效果的單一散熱模式，采用熱管技術使得散熱器獲得滿意的換熱效果，開辟了散熱行業新天地。目前熱管廣泛的應用于各種換熱設備，其中包括核電領域，例如核電的余熱利用等。

環路熱管是指一種回路閉合環型熱管。一般由蒸發器、冷凝器、儲液器以及蒸汽和液體管線構成。其工作原理為：對蒸發器施加熱載荷，工質在蒸發器毛細芯外表面蒸發，產生的蒸汽從蒸汽槽道流出進入蒸汽管線，繼而進入冷凝器冷凝成液體并過冷，回流液體經液體管線進入液體管線對蒸發器毛細芯進行補給，如此循環，而工質的循環由蒸發器毛細芯所產生的毛細壓力驅動，無需外加動力。由于冷凝段和蒸發段分開，環路式熱管廣泛應用于能量的綜合應用以及余熱的回收。

為了解決傳統熱管傳熱受長距離和冷熱源方位限制的問題， Maidanik等人于1971年在傳統熱管理論的基礎上提出了環路熱管的概念，并于1972年設計加工出第一套環路熱管。隨后的十幾年，環路熱管得到不斷發展。1985年，Maidanik等人在美國為這種熱管申請了專利。這個依靠毛細力驅動工質循環的自動傳熱裝置曾先后被稱為“Heat pipe”、“Heat pipe with separate channels”和“Antigravitational heat pipe”，直到1989年，環路熱管首次被應用于航天器熱控系統中，它才被國際上廣泛關注，并最終被命名為“Loopheat pipe”，在國內業界稱之為“環路熱管”。90年代以后，環路熱管因其優點受到了各國相關學者和空間飛行器熱控設計工作者的廣泛關注，許多國家都投入大量資金進行研究，各種結構形式、采用不同工質的環路熱管不斷在有關的學術會議上亮相。對環路熱管的研究主要包括實驗研究和分析、數學建模以及應用研究三個方面。

LHP系統的熱導很大程度上取決于冷凝器與熱沉之間的換熱性能。早期對LHP的研究大多針對空間應用背景，冷凝器主要以輻射的形式向空間熱沉釋放熱量，因而普遍采用將冷凝器管線嵌入冷凝器板的結構形式，地面實驗中亦可采用簡單的套管式冷凝器，使用恒溫槽模擬熱沉，泵驅動冷媒介質(如水、乙醇等)在套管內循環流動對冷凝器進行冷卻。

蒸發器是LHP的核心部件，它具有從熱源吸收熱量以及提供工質循環動力兩項重要功能。經過數十年的改進和發展，目前較為普遍的結構形式，蒸發器本體主要包括蒸發器殼體、毛細芯和液體引管。毛細芯外側的軸向槽道稱為蒸汽槽道(Vapor groove)，毛細芯內側為液體管線(Liquid core或Evaporator core)。

毛細芯是蒸發器的核心元件，它提供工質循環動力、提供液體蒸發界面以及實現液體供給，同時阻隔毛細芯外側產生的蒸汽進入儲液器。毛細芯一般是將微米量級的金屬粉末通過壓制、燒結等工藝成型，形成微米量級的孔徑。