一種二次芯蒸發(fā)器及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于平板型環(huán)路熱管領(lǐng)域，更具體地，涉及一種應(yīng)用于平板型環(huán)路熱管系統(tǒng)(Flat Loop Heat Pipe:FLHP)中的二次芯蒸發(fā)器，適用于作為高熱流電子器件的熱控裝置，如LED，燃料電池等的冷卻。
【背景技術(shù)】
[0002]LHP是一種分離式熱管，具有傳輸熱流大、管路布置靈活、無(wú)活動(dòng)部件等優(yōu)勢(shì)，在航天航空熱控和地面高熱流電子器件散熱方面具有廣闊的應(yīng)用前景。LHP主要由蒸發(fā)器、蒸汽/液體管線、冷凝器等組成，毛細(xì)芯內(nèi)置于蒸發(fā)器中，與蒸發(fā)器的殼體之間的空腔形成補(bǔ)償腔。它的工作原理為:蒸發(fā)器的一個(gè)面和需要散熱的設(shè)備壁面緊密貼合，當(dāng)設(shè)備開始工作時(shí)產(chǎn)生的廢熱對(duì)蒸發(fā)器壁面進(jìn)行加熱，熱量促使蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)發(fā)生相變蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽沿著毛細(xì)芯或蒸發(fā)器蓋板上面的蒸汽槽道和蒸汽管線流動(dòng)進(jìn)入冷凝器，在冷凝器內(nèi)冷凝成過(guò)冷液體，過(guò)冷液體通過(guò)液體管線回流到補(bǔ)償腔，為蒸發(fā)面進(jìn)行液體補(bǔ)給。工質(zhì)完成這樣一個(gè)蒸發(fā)和冷凝過(guò)程循環(huán)后，就把熱量從蒸發(fā)器帶到冷凝器排散掉，達(dá)到對(duì)運(yùn)行設(shè)備散熱控溫的目的。
[0003]—般平板型蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)如圖1所示，對(duì)于平板型LHP，補(bǔ)償腔的溫度決定系統(tǒng)的運(yùn)行溫度，降低補(bǔ)償腔的溫度成為提高平板型LHP傳熱性能的關(guān)鍵之一。由于蒸發(fā)器的殼體一般用金屬材料加工而成，導(dǎo)熱系數(shù)較大，通過(guò)側(cè)壁和毛細(xì)芯的背向?qū)嵝?yīng)無(wú)法避免。CN201310700409.X提出了一種雙毛細(xì)芯蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器對(duì)背向?qū)嵊幸欢ǖ南魅踝饔茫淙匀淮嬖谝韵聠?wèn)題:背向?qū)釤o(wú)法完全消除；補(bǔ)償腔內(nèi)部仍然可能處于汽液兩相共存狀態(tài)，氣泡在補(bǔ)償腔內(nèi)部周期性的產(chǎn)生和煙滅，其溫度和壓力不斷地波動(dòng)，會(huì)引起系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定性；另外，氣泡將液體管路出口淹沒(méi)，堵塞液體管路出口造成過(guò)冷液回流困難，進(jìn)一步惡化系統(tǒng)的運(yùn)行條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種二次芯蒸發(fā)器及其應(yīng)用，其通過(guò)在蒸發(fā)器內(nèi)部加入二次芯結(jié)構(gòu)，并在二次芯結(jié)構(gòu)上開設(shè)用于放置液體管路的孔道，以此解決液體管路末端被補(bǔ)償腔內(nèi)部產(chǎn)生的氣泡淹沒(méi)的現(xiàn)象，減小過(guò)冷液回流的阻力，從而改善補(bǔ)償腔內(nèi)部的溫度和壓力分布，穩(wěn)定系統(tǒng)的運(yùn)行和增強(qiáng)系統(tǒng)的傳熱性能。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種二次芯蒸發(fā)器，其包括上主體、下端蓋、主毛細(xì)芯和二次芯，其中:
[0006]所述上主體與下端蓋相連，以在上主體內(nèi)部形成密閉空間，其上開設(shè)有供工質(zhì)進(jìn)出蒸發(fā)器的入口和出口，所述入口與液體管路相連，所述液體管路的末端開設(shè)有多個(gè)孔；
[0007]所述主毛細(xì)芯和二次芯容置于該密閉空間內(nèi)，并分別與所述下端蓋和上主體緊密接觸；所述二次芯位于所述上主體和主毛細(xì)芯之間，其為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)有沿該環(huán)狀結(jié)構(gòu)徑向分布的直條筋，該直條筋將二次芯分為兩個(gè)腔室，該腔室作為儲(chǔ)存工質(zhì)的補(bǔ)償腔；所述直條筋上開設(shè)有與所述入口相通的孔道，所述液體管路末端直接插入孔道中，以避免暴露在補(bǔ)償腔中；
[0008]所述主毛細(xì)芯上開設(shè)有蒸汽槽道，該蒸汽槽道在二次芯作用下與下端蓋緊密接觸；所述蒸汽槽道的外圍、上主體和下端蓋圍成的空間作為集氣腔，用以收集蒸汽槽道內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽。
[0009]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述上主體整體為柱體，該柱體由筒體和圓盤組合而成；
[0010]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述下端蓋上開設(shè)有蒸汽槽道，所述槽道的斷面為矩形、三角形、梯形或半圓形。
[0011]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述二次芯具有彈性，使主毛細(xì)芯和下端蓋緊密接觸。
[0012]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述二次芯采用導(dǎo)熱系數(shù)小的金屬絲網(wǎng)制成。
[0013]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述主毛細(xì)芯為圓盤形，其由金屬粉末燒結(jié)而成，或由高分子多孔材料制成。
[0014]本發(fā)明還提出了將所述二次芯蒸發(fā)器在平板型LHP系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0015]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):
[0016]1.本發(fā)明在蒸發(fā)器中加入二次芯結(jié)構(gòu)，液體管線末端開多個(gè)孔作為液體的出口并將其插入到二次芯結(jié)構(gòu)內(nèi)部，就可以避免上述存在的問(wèn)題，達(dá)到減小過(guò)冷液體回流阻力的目的。
[0017]2.在LHP工作時(shí)，要求主毛細(xì)芯和蒸發(fā)器的加熱面緊密接觸，來(lái)減小主毛細(xì)芯和加熱面的接觸熱阻。本發(fā)明提出的二次芯結(jié)構(gòu)具有一定的彈性，既可以避免主毛細(xì)芯被壓裂，又可以保證主毛細(xì)芯和加熱面緊密貼合，達(dá)到減小接觸熱阻效果。
[0018]3.對(duì)于常見的蒸發(fā)器為了放置毛細(xì)芯，需要在蒸發(fā)器殼體上面留出凸臺(tái)來(lái)定位毛細(xì)，凸臺(tái)的存在增加了蒸發(fā)器的壁厚，使得熱量通過(guò)蒸發(fā)器殼體導(dǎo)向補(bǔ)償腔的熱量增加，導(dǎo)致補(bǔ)償腔的溫度升高。本發(fā)明的二次芯和主毛細(xì)芯一起使用，主毛細(xì)芯直接與二次芯貼合，并由二次芯固定，主毛細(xì)芯、二次芯和蒸發(fā)器背面(相對(duì)于加熱面)一起圍成補(bǔ)償腔，避開了補(bǔ)償腔和側(cè)壁的直接接觸，減小背向?qū)幔档脱a(bǔ)償腔的溫度。
[0019]4.環(huán)路熱管系統(tǒng)運(yùn)行的主要?jiǎng)恿?lái)源來(lái)自毛細(xì)芯的毛細(xì)抽吸力，產(chǎn)生的蒸汽在冷凝器內(nèi)冷凝成的過(guò)冷液體在毛細(xì)抽吸力的作用下回流到補(bǔ)償腔，為毛細(xì)芯的蒸發(fā)側(cè)供液，增大系統(tǒng)的動(dòng)力是提高平板型LHP的傳熱性能關(guān)鍵之一。本發(fā)明的二次芯為多孔結(jié)構(gòu)，其和主毛細(xì)芯一起將過(guò)冷液體輸送到補(bǔ)償腔，保證液體的補(bǔ)給，增加了系統(tǒng)的動(dòng)力，提高傳熱極限。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中平板型LHP的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明的二次芯蒸發(fā)器的正面結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明的二次芯蒸發(fā)器的側(cè)面結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0023]圖4(a)是本發(fā)明的二次芯俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4 (b)是圖4 (a)的A-A向剖視圖；
[0025]圖5是1W熱負(fù)荷下的啟動(dòng)運(yùn)行工況；
[0026]圖6是100W熱負(fù)荷下的啟動(dòng)運(yùn)行工況；
[0027]圖7是變熱負(fù)荷下的連續(xù)運(yùn)行工況；
[0028]圖8是變負(fù)荷下二次芯蒸發(fā)器LHP的運(yùn)行熱阻圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0030]如圖2和3所示，本發(fā)明實(shí)施例的二次芯蒸發(fā)器，主要包括四個(gè)部分:上主體1、下端蓋2、主毛細(xì)芯4和二次芯7。其中，上主體和下端蓋采用焊接的方式連接后形成密閉空間；主毛細(xì)芯4和二次芯7容置于密閉空間內(nèi)，并分別與下端蓋2和上主體I緊密接觸；二次芯7位于主毛細(xì)芯4和上主體I之間，一端和上主體的底面接觸，另一端和主毛細(xì)芯接觸。
[0031]其中，上主體I上半部分開一個(gè)孔作為工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器的入口 5，上主體的下半部分開一個(gè)孔作為蒸發(fā)器的出口 6，蒸發(fā)器的入口 5與出口 6通過(guò)蒸汽管路和液體管路連接，形成一個(gè)閉合回路。
[0032]其中，主毛細(xì)芯4上開設(shè)有蒸汽槽道3，該蒸汽槽道3在二次芯7的作用下，與下端蓋2緊密接觸；蒸汽槽道3的外圍、上主體I的下半部分和下端蓋2圍成的空間作為集氣腔10，用以收集蒸汽槽道3內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽。集氣腔10也可以由其他的結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和主毛細(xì)芯4的具體形狀來(lái)確定。
[0033]如圖4(a)和(b)所示，二次芯7為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)有沿環(huán)狀結(jié)構(gòu)