一种环路热管的蒸发器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种环路热管的蒸发器及其制备方法，该蒸发器包括外筒壁、吸热面、上端盖、毛细芯和两端开口的汽液隔离桶，其中外筒壁、吸热面和上端盖形成空腔结构，毛细芯与吸热面贴合，汽液隔离桶的一端与毛细芯表面接触，并将毛细芯压紧在吸热面上，汽液隔离桶的另一端与上端盖固定连接，汽液隔离桶将外筒壁、吸热面和上端盖形成的空腔结构分为两部分，汽液隔离桶内部空腔为蒸汽腔，汽液隔离桶外部空腔为液体腔，本发明专利技术蒸发器结构设计巧妙，性能优异，有效保证了蒸发器内的汽、液分离，能承受一定的正压和负压，即耦合面不易变形，且加工方法简单可靠，便于批量生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种环路热管的蒸发器及其制备方法，属于工程热物理、热管学科中环路热管

技术介绍
热管是一种高性能的传热元件，是靠内部工作介质(工质)的蒸发、凝结和回流而将热量不断从热源传向热汇的装置。热管的应用十分广泛，随着科技的发展，热管的需求不断增长。环路热管(LoopHeatPipe，LHP)一般由蒸发器、补偿室、隔离器、冷凝器、蒸汽管和液体管组成。蒸汽器设计和加工方法是实现LHP预期性能的关键。热管的结构多种多样，LHP是热管的一种。目前，科技发展迫切需要较高热流、较远距离传热、小空间取热等特殊场合的LHP。报道的LHP，有的启动可靠性差，有的传热能力小，有的工艺复杂，不能满足一些场合的温度控制要求，这些都与LHP的蒸发器设计不合理，工艺性不佳有直接关系。在空间应用中，长柱形蒸发器的LHP报道得较多，毛细芯通常为圆柱形，多为烧结芯，工艺复杂，加工周期长，与蒸发器的圆柱壳体耦合，这种结构适于圆柱面取热(Y.Maydanik,LoopHeatPipes,Appl.Therm.Eng.25,2005,635-657；S.Launayet.al.,ParametricAnalysisofLoopHeatPipeOperation,aLiteratureReview,Int.J.Therm.Sci.46(7),2007,621-636；何江等，氖工质深冷环路热管实验研究，第14届全国热管会议论文集，北京，2015，227-234)。现有的平板LHP蒸发器，多采用槽道结构，即反向式蒸发器(热流密度方向和蒸汽流出毛细芯的方向相反)，这种结构不利于汽液分离，表现是LHP的启动强烈依赖于启动前液体分布，可以说很多工况不能启动，可靠性不高。此外现有LHP蒸发器的毛细芯的加工工艺中，无论是烧结芯结构、槽道结构、还是槽道加丝网结构，多需焊接，结构实现均不太方便，汽液分离的可靠性难以得到保证。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种环路热管的蒸发器，该蒸发器结构设计巧妙，性能优异，有效保证了蒸发器内的汽、液分离，能承受一定的正压和负压，即耦合面不易变形，且加工方法简单可靠，便于批量生产。本专利技术的另外一个目的在于提供一种环路热管的蒸发器的制备方法。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：一种环路热管的蒸发器，包括外筒壁、吸热面、上端盖、毛细芯和两端开口的汽液隔离桶，其中外筒壁、吸热面和上端盖形成空腔结构，毛细芯与吸热面贴合，汽液隔离桶的一端与毛细芯表面接触，并将毛细芯压紧在吸热面上，汽液隔离桶的另一端与上端盖固定连接，汽液隔离桶将外筒壁、吸热面和上端盖形成的空腔结构分为两部分，汽液隔离桶内部空腔为蒸汽腔，汽液隔离桶外部空腔为液体腔。在上述环路热管的蒸发器中，还包括蒸汽流出管接头和液体回流管接头，所述蒸汽流出管接头与蒸汽腔连通，所述液体回流管接头与液体腔连通。在上述环路热管的蒸发器中，蒸汽流出管接头和液体回流管接头相互垂直，且蒸汽流出管接头的内径大于液体回流管接头的内径。在上述环路热管的蒸发器中，还包括加强柱，所述加强柱位于蒸汽腔内部，一端与上端盖固定连接，另一端穿过毛细芯与吸热面固定连接。在上述环路热管的蒸发器中，加强柱的直径为2～10mm；所述加强柱为一个或多个，安装位置避开蒸汽流出管接头。在上述环路热管的蒸发器中，蒸发器热源的发热面位于汽液隔离筒的下端部，且蒸发器热源的发热面的面积等于或小于汽液隔离筒的截面面积。在上述环路热管的蒸发器中，汽液隔离筒的截面形状与蒸发器热源的发热面形状相匹配，所述蒸发器热源的发热面为圆形或矩形时，汽液隔离筒的截面为相应的圆形或矩形。在上述环路热管的蒸发器中，汽液隔离桶的截面为圆形或矩形，所述毛细芯的平面形状为与汽液隔离桶的截面相匹配的圆形或矩形。在上述环路热管的蒸发器中，汽液隔离桶的壁厚为1～6mm。在上述环路热管的蒸发器中，所述外筒壁、吸热面和上端盖形成的空腔结构为圆柱形空腔，所述蒸汽腔为圆柱形空腔。在上述环路热管的蒸发器中，所述外筒壁、吸热面和上端盖形成的空腔结构为截面为矩形的柱形空腔，所述蒸汽腔为圆柱形空腔。在上述环路热管的蒸发器中，所述外筒壁、吸热面和上端盖形成的空腔结构为截面为矩形的柱形空腔，所述蒸汽腔为截面为矩形的柱形空腔。在上述环路热管的蒸发器中，所述外筒壁、吸热面和上端盖形成的空腔结构为圆柱形空腔，所述蒸汽腔为截面为矩形的柱形空腔。在上述环路热管的蒸发器中，所述毛细芯的外缘尺寸等于或大于汽液隔离筒的截面外缘尺寸。在上述环路热管的蒸发器中，当毛细芯的形状与汽液隔离筒的截面形状均为圆形时，毛细芯的直径与汽液隔离筒的外壁面直径的比值为1.0～1.2:1；当毛细芯的形状与汽液隔离筒的截面形状均为正方形时，毛细芯的边长与汽液隔离筒的外壁面边长的比值为1.0-1.2:1。一种环路热管的蒸发器的制备方法，包括如下步骤：(1)、分别加工外筒壁、吸热面、上端盖、毛细芯、加强柱、汽液隔离桶、蒸汽流出管接头和液体回流管接头；(2)、将加强柱、汽液隔离桶和蒸汽流出管接头分别与上端盖焊接；(3)、将外筒壁与液体回流管接头焊接；(4)、将外筒壁与上端盖焊接；(5)、将外筒壁、加强柱分别与吸热面焊接，完成蒸发器的制备。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)、本专利技术对环路热管的蒸发器结构进行了巧妙设计，在外筒壁、吸热面和上端盖形成空腔结构内部，设置汽液隔离筒，气液隔离筒将蒸汽腔和液体腔分开，中心柱状腔体为蒸汽腔，周边环腔为液体腔，有效保证了蒸发器内的汽、液分离。(2)、本专利技术蒸发器热源的发热面位于汽液隔离筒的下部，且蒸发器热源的发热面的面积等于或小于汽液隔离筒的截面面积，只有在汽液分离筒内腔的毛细芯面积才受到加热。产生的蒸汽流出蒸汽腔的阻力远远小于穿过毛细芯边缘进入液体腔的，因此不论启动还是正常工作，都保证了汽液分离。(3)、本专利技术采用汽液隔离筒设计，隔离筒将蒸汽腔和液体腔分开，汽液隔离筒的上端部截面与蒸发器的上端面密封焊接，下端部截面与毛细芯接触，通过合适的筒高设计，实现将毛细芯周缘压紧在加热面上，去掉了毛细芯与壁面的焊接工序，安装简便易行。(4)、本专利技术蒸发器的全部连接中，除毛细芯采用中间穿孔定位，周边压紧连接外，其他采用焊接密封，结构简单适用，在保证性能的基础上便于加工；此外蒸汽腔为扁圆柱或扁方柱，上端面布置汽管接头法向引出，位置避开加强柱的位置；液体腔为扁圆环柱或扁方环柱，外壁布置液管接头法向引出，该结构设计大大减小了当蒸发器较小时管路接头及管路安装的空间干涉问题。(5)、本专利技术蒸发器内部采用单面圆形或方形平面毛细芯，中心打孔，孔的直径与穿过其的加强柱的外径大小相当，实现通过加强柱来定位；四周外缘通过汽液隔离筒壁下端面来压紧。毛细芯紧贴于取热面一侧，减小了接触热阻；此外加强柱用于防止由于内外压差过大而导致的发热面变形，强度计算不满足变形要求时，可增加加强柱的数量和布置，可以实现灵活设计。(6)、本专利技术圆形或方形板状毛细芯的外缘尺度等于或略大于相应的汽液分离筒壁的外径，该设计放宽了毛细芯的面积加工精度，更便于批量生产。(7)、本专利技术中汽管接头和液管接头相互垂直，前者内径大于后者，在匹配了蒸汽和液体在同质量流率的同时，减小了由于密度差而引起的流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环路热管的蒸发器，其特征在于：包括外筒壁(1)、吸热面(2)、上端盖(3)、毛细芯(4)和两端开口的汽液隔离桶(6)，其中外筒壁(1)、吸热面(2)和上端盖(3)形成空腔结构，毛细芯(4)与吸热面(2)贴合，汽液隔离桶(6)的一端与毛细芯(4)表面接触，并将毛细芯(4)压紧在吸热面(2)上，汽液隔离桶(6)的另一端与上端盖(3)固定连接，汽液隔离桶(6)将外筒壁(1)、吸热面(2)和上端盖(3)形成的空腔结构分为两部分，汽液隔离桶(6)内部空腔为蒸汽腔(13)，汽液隔离桶(6)外部空腔为液体腔(14)。

【技术特征摘要】
1.一种环路热管的蒸发器，其特征在于：包括外筒壁(1)、吸热面(2)、上端盖(3)、毛细芯(4)和两端开口的汽液隔离桶(6)，其中外筒壁(1)、吸热面(2)和上端盖(3)形成空腔结构，毛细芯(4)与吸热面(2)贴合，汽液隔离桶(6)的一端与毛细芯(4)表面接触，并将毛细芯(4)压紧在吸热面(2)上，汽液隔离桶(6)的另一端与上端盖(3)固定连接，汽液隔离桶(6)将外筒壁(1)、吸热面(2)和上端盖(3)形成的空腔结构分为两部分，汽液隔离桶(6)内部空腔为蒸汽腔(13)，汽液隔离桶(6)外部空腔为液体腔(14)。2.根据权利要求1所述的一种环路热管的蒸发器，其特征在于：还包括蒸汽流出管接头(7)和液体回流管接头(8)，所述蒸汽流出管接头(7)与蒸汽腔(13)连通，所述液体回流管接头(8)与液体腔(14)连通。3.根据权利要求2所述的一种环路热管的蒸发器，其特征在于：所述蒸汽流出管接头(7)和液体回流管接头(8)相互垂直，且蒸汽流出管接头(7)的内径大于液体回流管接头(8)的内径。4.根据权利要求1所述的一种环路热管的蒸发器，其特征在于：还包括加强柱(5)，所述加强柱(5)位于蒸汽腔(13)内部，一端与上端盖(3)固定连接，另一端穿过毛细芯(4)与吸热面(2)固定连接。5.根据权利要求4所述的一种环路热管的蒸发器，其特征在于：所述加强柱(5)的直径为2～10mm；所述加强柱(5)为一个或多个，安装位置避开蒸汽流出管接头(7)。6.根据权利要求1所述的一种环路热管的蒸发器，其特征在于：蒸发器热源的发热面位于汽液隔离筒(6)的下端部，且蒸发器热源的发热面的面积等于或小于汽液隔离筒(6)的截面面积。7.根据权利要求6所述的一种环路热管的蒸发器，其特征在于：所述汽液隔离筒(6)的截面形状与蒸发器热源的发热面形状相匹配，所述蒸发器热源的发热面为圆形或矩形时，汽液隔离筒(6)的截面为相应的圆形或矩形。8.根据权利要求1所述的一种环路热管的蒸发器，其特征在于：所述汽液隔离桶(6)的截面为圆形或矩形，所述毛细芯(4)的平面形状为与汽液隔离桶(6)的截面相匹配的圆形或矩形。9.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲伟，陈思员，薛志虎，俞继军，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11