CN111006529A - 一种双蒸发器环路热管 - Google Patents

Abstract

本发明属于环路热管领域，并具体公开了一种双蒸发器环路热管，其包括第一蒸发器、第二蒸发器、第一蒸汽传输管路、第二蒸汽传输管路、冷凝器、混合器和液体传输管路，其中：第一蒸发器和第二蒸发器分别通过第一蒸汽传输管路和第二蒸汽传输管路与冷凝器的入口连接，在冷凝器中产生的冷凝液体先在混合器中混合，然后通过液体传输管路分别送入第一蒸发器和第二蒸发器，从而形成双蒸发器环路热管。本发明可以满足大面积散热或多个热源散热的需求，有效提高环路热管的散热效率，同时采用单独的蒸汽传输管路，使得第一蒸发器和第二蒸发器中的蒸汽通过各自的蒸汽传输管路进入冷凝器，避免各个蒸发器之间产生干扰，增强了环路热管的稳定性和运行可控性。

Description

一种双蒸发器环路热管

技术领域

本发明属于环路热管领域，更具体地，涉及一种双蒸发器环路热管。

背景技术

环路热管是一种分离式热管，具有传输热流大、管路布置灵活、无活动部件等优势，在航天航空热控和地面高热流电子器件散热方面具有广阔的应用前景。

环路热管主要由蒸发器、蒸汽/液体传输管路、冷凝器等组成，毛细芯内置于蒸发器中，与蒸发器的壳体之间的空腔形成补偿腔。其工作原理为：蒸发器的一个面和需要散热的设备壁面紧密贴合，当设备开始工作时产生的废热对蒸发器壁面进行加热，热量促使蒸发器内的工质发生相变蒸发，产生的蒸汽沿着毛细芯或蒸发器盖板上面的蒸汽槽道与蒸汽传输管路流动进入冷凝器，在冷凝器内冷凝成过冷液体，过冷液体通过液体传输管路回流到补偿腔，为蒸发面进行液体补给,工质完成这样一个蒸发和冷凝过程循环后，就把热量从蒸发器带到冷凝器排散掉，达到对运行设备散热控温的目的。

但是现有的平板式蒸发器环路热管，主要适用于小面积、单个热源的散热系统。随着高功率电子器件的一体化发展，航天器及大空间站散热需求与日俱增，尤其是在高热流及多热源分布条件下，现有的平板式蒸发器环路热管无法满足其散热要求。需要采用双蒸发器环路热管才能获得较大的散热效率，CN201010564421.9公开了双蒸发器环路热管，通过双蒸发器提高环路热管的散热效率，但是该方案中各蒸汽支路在主干道汇合后进入冷凝器，会造成各个蒸发器之间相互干扰，使得系统稳定性降低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双蒸发器环路热管，其中结合环路热管自身的特征，相应设计了具有独立蒸汽传输管路的第一蒸发器和第二蒸发器，相应的可有效解决各个蒸发器之间相互干扰的问题，因而尤其适用于高热流散热的应用场合。

为实现上述目的，本发明提出了一种双蒸发器环路热管，其包括第一蒸发器、第二蒸发器、第一蒸汽传输管路、第二蒸汽传输管路、冷凝器、混合器和液体传输管路，其中：所述第一蒸发器和第二蒸发器分别通过第一蒸汽传输管路和第二蒸汽传输管路与所述冷凝器的入口连接，使得所述第一蒸发器和第二蒸发器产生的蒸汽分别进入所述冷凝器进行冷凝，从而避免两个蒸发器之间相互产生干扰，所述冷凝器的出口通过所述混合器和液体传输管路分别与所述第一蒸发器和第二蒸发器连接，用于将冷凝产生的液体在所述混合器中混合，然后分别送入所述第一蒸发器和第二蒸发器，从而形成所述双蒸发器环路热管。

作为进一步优选地，所述第一蒸发器和第二蒸发器为平板式蒸发器。

作为进一步优选地，所述第一蒸发器和第二蒸发器的补偿腔入口通过管桥连接。

作为进一步优选地，所述管桥为内壁光滑的金属管路或内置丝网的金属管路。

作为进一步优选地，所述混合器的形状为方腔或圆筒。

作为进一步优选地，所述冷凝器为套管式冷凝器、管翅式冷凝器或辐射板式冷凝器。

作为进一步优选地，所述冷凝器的数量为一个或两个。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明将第一蒸发器和第二蒸发器耦合在一套环路热管中，可以满足大面积散热或多个热源散热的需求，有效提高环路热管的散热效率，同时本发明采用单独的蒸汽传输管路，使得第一蒸发器和第二蒸发器中的蒸汽通过各自的蒸汽传输管路进入冷凝器，避免各个蒸发器之间产生干扰，增强了环路热管的稳定性和运行可控性，此外采用一条液体传输管路输送冷凝后的液体，既能够达到输送液体的目的，还可以减小系统结构冗余和系统质量；

2.尤其是，本发明采用平板式蒸发器，能够进一步提高环路热管的散热效率，并且第一蒸发器和第二蒸发器之间通过管桥连接，增强了两个蒸发器之间的热力水力联系，强化了环路热管的传热性能；

3.本发明还对管桥、混合器、冷凝器的选择进行了优化，能够进一步提高环路热管的散热效率。

附图说明

图1是按照本发明优选实施例构建的双蒸发器环路热管的结构示意图；

图2是本发明优选实施例中平板式蒸发器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的双蒸发器环路热管在100W热负荷下单个蒸发器启动的运行工况；

图4是本发明实施例提供的双蒸发器环路热管在10W-10W热负荷下两个蒸发器同时启动的运行工况；

图5是本发明实施例提供的双蒸发器环路热管在80W-80W热负荷下两个蒸发器同时启动的运行工况；

图6是本发明实施例提供的双蒸发器环路热管在130W-130W热负荷下两个蒸发器同时启动的运行工况；

图7是本发明实施例提供的双蒸发器环路热管在30W-20W热负荷下两个蒸发器同时启动的运行工况；

图8是本发明实施例提供的双蒸发器环路热管在变热负荷下的连续运行工况；

图9是本发明对比例提供的并联平板式双蒸发器环路热管的结构示意图；

图10是本发明对比例提供的并联式双蒸发器环路热管在40W-40W热负荷下两个蒸发器同时启动，然后撤掉第二蒸发器热负荷，第一蒸发器继续运行的工况；

图11是本发明对比例提供的并联式双蒸发器环路热管在40W-40W热负荷下两个蒸发器同时启动，然后撤掉第一蒸发器热负荷，第二蒸发器继续运行的工况。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-第一蒸发器，2-第二蒸发器，3-第一蒸汽传输管路，4-第二蒸汽传输管路，5-冷媒出口，6-冷凝器，7-冷媒入口，8-混合器，9-液体传输管路，10-管桥，11-上壳板，12-加热面，13-毛细芯，14-蒸发器出口，15-补偿腔，16-补偿腔入口，17-充灌口，18-蒸汽管路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供了一种双蒸发器环路热管，其包括第一蒸发器1、第二蒸发器2、第一蒸汽传输管路3、第二蒸汽传输管路4、冷凝器6、混合器8和液体传输管路9，其中：第一蒸发器1和第二蒸发器2分别通过第一蒸汽传输管路3和第二蒸汽传输管路4与冷凝器6的入口连接，使得第一蒸发器1和第二蒸发器2产生的蒸汽分别进入冷凝器6进行冷凝，从而避免两个蒸发器之间相互产生干扰，冷凝器6的出口通过混合器8和液体传输管路9分别与第一蒸发器1和第二蒸发器2连接，用于将冷凝产生的液体在混合器8中混合，然后分别送入第一蒸发器1和第二蒸发器2，从而形成双蒸发器环路热管，同时冷凝器6上设置有冷媒进口7和冷媒出口5，用于通入和排出冷媒。

进一步，第一蒸发器1和第二蒸发器2为平板式蒸发器，其结构如图2所示，平板式蒸发器的上壳板11与毛细芯13之间的空腔形成补偿腔15，加热面12与待散热设备壁紧密贴合，补偿腔入口16与管桥10连接，并且蒸发器出口14与第一蒸汽传输管路3或第二蒸汽传输管路4连接，工作时冷凝液体从补偿腔入口16进入，并在待散热设备的热量作用下发生相变蒸发，产生的蒸汽沿着毛细芯13和蒸发器出口14进入冷凝器6，在冷凝器6内冷凝并通过液体传输管路9重新回到平板式蒸发器中。

进一步，液体传输管路9的末端通过三通与管桥10连接，管桥10为内壁光滑的金属管路或内置丝网的金属管路；混合器8的形状为方腔或圆筒；冷凝器6用以释放蒸汽产生的热量，并将其冷凝成液体，可以为套管式冷凝器、管翅式冷凝器或辐射板式冷凝器，此外第一蒸发器1和第二蒸发器2可以耦合在一个冷凝器6中，也可以分别耦合一个冷凝器。

下面通过实验验证本发明提供的双蒸发器环路热管的散热效果。

图3是本发明实施例提供的双蒸发器环路热管在100W热负荷下单个蒸发器启动的运行工况，加载热负荷后，系统能够迅速启动并很快达到稳定运行。

图4是本发明实施例提供的双蒸发器环路热管在10W-10W热负荷下两个蒸发器同时启动的运行工况，与100W单个蒸发器启动工况类似，系统能够快速进入到稳定状态。

图5和图6是本发明实施例提供的双蒸发器环路热管在80W-80W和130W-130W热负荷下两个蒸发器同时启动的运行工况，与100W热负荷下单个蒸发器启动的工况类似，系统能够快速进入到稳定状态。

图7是本发明实施例提供的双蒸发器环路热管在30W-20W热负荷下两个蒸发器同时启动的运行工况，在不等热负荷下系统仍然能够快速进入到稳定状态。

图8本发明实施例提供的双蒸发器环路热管在变热负荷下的连续运行工况，在实验的各个热负荷下，系统可以快速地对热负荷改变做出响应，并很快达到该热负荷下的稳定运行状态。

本发明对比例提供了一种并联平板式双蒸发器环路热管，如图9所示，其第一蒸发器1和第二蒸发器2采用完全并联的方式连接，产生的蒸汽经过对应的蒸汽支路后进入蒸汽管路18汇合，然后进入冷凝器6冷凝，产生的液体通过液体传输管路9分配给各对应的液体支路，输送回第一蒸发器1和第二蒸发器2的补偿腔为毛细芯供液，通过充灌口17充灌工质。

图10是本发明对比例提供的并联式双蒸发器环路热管在40W-40W热负荷下两个蒸发器同时启动，然后撤掉第二蒸发器热负荷，第一蒸发器继续运行的工况，图11是本发明对比例提供的并联式双蒸发器环路热管在40W-40W热负荷下两个蒸发器同时启动，然后撤掉第一蒸发器热负荷，第二蒸发器继续运行的工况。测试结果表明，本发明对比例提供的并联式双蒸发器环路热管由于来自两个蒸发器的蒸汽相互干扰，阻碍了工质的正常循环，导致系统同时启动时无法达到稳定状态，撤掉其中一个蒸发器后仍然无法平稳运行。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双蒸发器环路热管，其特征在于，包括第一蒸发器(1)、第二蒸发器(2)、第一蒸汽传输管路(3)、第二蒸汽传输管路(4)、冷凝器(6)、混合器(8)和液体传输管路(9)，其中：所述第一蒸发器(1)和第二蒸发器(2)分别通过第一蒸汽传输管路(3)和第二蒸汽传输管路(4)与所述冷凝器(6)的入口连接，使得所述第一蒸发器(1)和第二蒸发器(2)产生的蒸汽分别进入所述冷凝器(6)进行冷凝，从而避免两个蒸发器之间相互产生干扰，所述冷凝器(6)的出口通过所述混合器(8)和液体传输管路(9)分别与所述第一蒸发器(1)和第二蒸发器(2)连接，用于将冷凝产生的液体在所述混合器(8)中混合，然后分别送入所述第一蒸发器(1)和第二蒸发器(2)，从而形成所述双蒸发器环路热管。

2.如权利要求1所述的双蒸发器环路热管，其特征在于，所述第一蒸发器(1)和第二蒸发器(2)为平板式蒸发器。

3.如权利要求1或2所述的双蒸发器环路热管，其特征在于，所述第一蒸发器(1)和第二蒸发器(2)的补偿腔入口通过管桥(10)连接。

4.如权利要求1所述的双蒸发器环路热管，其特征在于，所述管桥(10)为内壁光滑的金属管路或内置丝网的金属管路。

5.如权利要求1所述的双蒸发器环路热管，其特征在于，所述混合器(8)的形状为方腔或圆筒。

6.如权利要求1所述的双蒸发器环路热管，其特征在于，所述冷凝器(6)为套管式冷凝器、管翅式冷凝器或辐射板式冷凝器。

7.如权利要求1～6任一项所述的双蒸发器环路热管，其特征在于，所述冷凝器(6)的数量为一个或两个。

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