專利名稱：一種深冷回路熱管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于制冷與低溫技術領域的回路熱管，特別涉及一種空間用低溫集成系統(tǒng)中用于改善低溫制冷機與被冷卻器件集成關系的深冷回路熱管。
背景技術：
隨著低溫制冷機技術的發(fā)展和廣泛應用，越來越明顯地需要考慮到如何才能有效地遠距離傳送冷量這樣一個問題。因此，應把低溫制冷機和被冷卻器件集成在一起，看成一個系統(tǒng)而不是器件，可增強制冷系統(tǒng)的制冷能力。
當前，連接制冷機和被冷卻器件的常用方法是用銅棒進行熱傳導，其缺點是當熱傳輸距離變長時，兩端溫差會受到熱傳導橫截面積的限制。為了在同一溫差下能傳輸更多的熱量，就需要尋找其他的傳熱方法。眾所周知，利用了相變傳熱的熱管正是這樣一種有效的傳熱設備。但傳統(tǒng)熱管并不適合于遠距離的熱量傳輸，也不能避免低溫制冷機對被冷卻器件產生的機械振動和電磁干擾的影響。
為了適應遠距離的熱量傳輸，回路熱管應運而生。其工作時同樣利用了相變傳熱的原理。但因其結構的優(yōu)點使其能夠長距離、小溫差地傳遞大量熱量，并能實現相當靈活的布置。但是，以氨(冰點195K)為工質的常溫回路熱管只能在273K附近的溫區(qū)工作。隨著空間探測技術和低溫制冷機技術的發(fā)展，則要求低溫制冷機用于為各種光學器件提供深冷的工作環(huán)境(100K以下)。因此，需要發(fā)展能夠工作在液氮溫區(qū)(77K)乃至更低溫區(qū)的深冷回路熱管。
回路熱管在結構上一般由蒸發(fā)器、儲液器、蒸汽和液體傳輸管線以及冷凝器五部分組成。由于蒸發(fā)器和儲液器被裝配在一起，因而通常被看成是一個部件。蒸發(fā)器是產生毛細驅動壓力的部件，因而其結構設計是整個回路設計的重中之重。儲液器的作用是保證蒸發(fā)器中的吸液芯能一直被液體潤濕，這是毛細力產生的必要條件，否則蒸發(fā)器很容易被燒干，從而導致回路熱管不能啟動或工作失效。蒸發(fā)器和儲液器在結構上可用不同方式連接起來，已有的設計方式包括1)儲液器可直接與蒸發(fā)器在水力上連接成一個整體；2)儲液器和蒸發(fā)器可通過副芯在水力上連接起來，這兩者仍然是不可分離的整體；3)儲液器和蒸發(fā)器是熱分離的，是由一根短管相連，且短管包含著提供水力耦合的毛細連接件；4)儲液器和蒸發(fā)器由短管相連通，此外，回流的液體通過引管直接引入蒸發(fā)器中。
深冷回路熱管工作在深低溫區(qū)，需要采用深低溫工質作為工作流體。因而與傳統(tǒng)回路熱管相比，深冷回路熱管在結構上還需增加一個次蒸發(fā)器和一個氣庫，以解決縮短主蒸發(fā)器的降溫過程和確保常溫下有足夠的承壓能力這兩個問題。此外，一方面由于深低溫工質能夠產生的毛細壓力小而其流動阻力大，從而使深冷回路熱管的啟動極為困難；另一方面由于深冷回路熱管規(guī)模較小，因而主吸液芯的厚度受到主蒸發(fā)器管殼大小的限制，從而使沸騰極易發(fā)生在主吸液芯的內核中(在輸入熱功率較高時尤其如此)，進而使深冷回路熱管的啟動更容易失敗，同時限制了它的傳熱能力。此問題也是傳統(tǒng)回路熱管在小型化方面所遇到的問題之一。

發(fā)明內容
為了解決深冷回路熱管啟動困難的問題并提高其可傳輸的最大熱流量，本發(fā)明提供一種深冷回路熱管。這種深冷回路熱管能有效地防止深冷回路熱管啟動時發(fā)生的工質逆流現象，從而可確保深冷回路熱管的成功啟動，同時可提高深冷回路熱管的傳熱極限，并使其獲得更為穩(wěn)定的工作性能。
本發(fā)明的技術方案如下本發(fā)明提供的深冷回路熱管，包括一主蒸發(fā)器11；一儲液器12；所述主蒸發(fā)器11與儲液器12通過一連接管5串聯成一體；所述主蒸發(fā)器11包括主蒸發(fā)器管殼1、主蒸發(fā)器左端蓋2、主蒸發(fā)器右端蓋3和主吸液芯4，所述主蒸發(fā)器管殼1為內孔表面上切割有軸向槽道的空心不銹鋼管，其內同軸放置由不銹鋼粉末燒結而成的筒狀主吸液芯4，主蒸發(fā)器左端蓋2和主蒸發(fā)器右端蓋3分別焊接在主蒸發(fā)器管殼1的兩端；所述儲液器12包括儲液器管殼7、儲液器左端蓋6和儲液器右端蓋8，所述儲液器管殼7為內壁光滑的不銹鋼管，其儲液器右端蓋8與儲液器管殼7之間填充有不銹鋼絲網；其特征在于，還包括同軸放置在所述主吸液芯4內孔中的帶有中心內孔的毛細連接件9，所述毛細連接件9經由連接管5的內孔一直延伸至儲液器12中；
所述毛細連接件9與儲液器管殼7之間填充有不銹鋼絲網。所述連接管5為不銹鋼管。所述毛細連接件9由不銹鋼絲網卷制而成。所述的主蒸發(fā)器左端蓋2和主蒸發(fā)器右端蓋3采用不銹鋼材料制成。所述儲液器左端蓋6和儲液器右端蓋8采用不銹鋼材料制成。
本發(fā)明提供的深冷回路熱管，其主蒸發(fā)器11的管殼1由內表面切割了軸向槽道的不銹鋼管制成。管殼1與主蒸發(fā)器左端蓋2和主蒸發(fā)器右端蓋3的連接是使用氬弧焊等方式焊接在一起。管殼1內孔中同軸放置的是由不銹鋼粉末燒結而成的筒狀多孔結構，即為主吸液芯。儲液器12是由儲液器管殼7、儲液器左端蓋6和儲液器右端蓋8組成。但儲液器12的管殼7是內壁光滑的不銹鋼管，其與左、右端蓋也是采用焊接方式連接在一起。主蒸發(fā)器和儲液器間通過一根薄壁的短管(連接管5)相連，此連接管5與主蒸發(fā)器右端蓋和儲液器左端蓋的連接也是采用了焊接的方法。此外，一個由不銹鋼細絲網卷制而成的毛細連接件9沿主吸液芯內孔軸向放置并一直延伸到儲液器12中。此毛細連接件9的一部分是副芯。副芯的目的是通過毛細作用，把儲液器12中的液體抽吸到蒸發(fā)器11的主吸液芯4的整個核心內。此毛細連接件9的另一部分是蒸汽通道。此通道是為了把產生在主吸液芯4核心中的氣泡或蒸汽疏散至儲液器中。最后，為了防止啟動時工質的逆流現象，在靠近儲液器右端蓋8處填充了約1mm厚的不銹鋼細絲網片。同時，在毛細連接件外表面與儲液器管殼內壁的空間中填充有數量較少的環(huán)形不銹鋼粗絲網片，以減少深冷回路熱管工作時，儲液器內氣液分界面的波動對其溫度穩(wěn)定性的影響，從而獲得更為穩(wěn)定的工作性能。
在深冷回路熱管的啟動和工作過程中，其主蒸發(fā)器必須滿足以下兩個條件1)主吸液芯4必須一直被液態(tài)工質潤濕，只有這樣主吸液芯才能提供毛細抽吸能力。正是這種毛細壓力維持了蒸汽從主蒸發(fā)器流向冷凝器冷凝后再流回主蒸發(fā)器中的循環(huán)，此過程無需使用外部動力。如果主吸液芯沒有被液體浸潤，則不會產生毛細抽吸現象，從而導致系統(tǒng)無法啟動或者流體循環(huán)無法進行。
2)可容忍蒸汽的存在是主蒸發(fā)器必不可少的特性實際上，毛細蒸發(fā)器核心中氣泡的形成是不可避免的。為了避免主蒸發(fā)器不能產生毛細力，主吸液芯必須能容忍蒸汽的存在。這是在任何回路工作條件下實現有效性和可靠性的前提條件。主吸液芯核心中形成氣泡的原因有二1、當液體溫度升高至飽和溫度附近時，溶解在過冷液中的不凝性氣體(NCG)將導致氣泡的生成。2、熱負荷施加在主蒸發(fā)器管殼的外表面，通過主吸液芯將產生逆向熱流。也就是說，除了大部分熱流在主吸液芯外表面處由于液體的蒸發(fā)被蒸汽帶走外，剩余的小部分熱流會從徑向經主吸液芯傳導到其內核中，從而引起核心內蒸汽的形成。如果不能確保主蒸發(fā)器內主吸液芯的液體供應，則氣體或蒸汽的膨脹將導致深冷回路熱管無法啟動。
本發(fā)明將主蒸發(fā)器11和儲液器12集成在一起，是為了確保主蒸發(fā)器中的主吸液芯4能夠一直被液體潤濕。毛細連接件9的副芯可驅動液體從儲液器流向主蒸發(fā)器，它確保了主吸液芯4總是被液體浸潤。如此，就能產生毛細抽吸作用來維持回路內的循環(huán)。一旦主吸液芯4外表面處有液體蒸發(fā)，副芯內的液體將被抽吸至主吸液芯4外表面，從而使得該處的蒸發(fā)能夠持續(xù)進行。此毛細抽吸壓力必須能維持儲液器和主吸液芯間的液體流動。由于這一流動路徑很短，因此副芯的抽吸能力能夠不斷地把液體抽吸到主蒸發(fā)器中。而毛細連接件的蒸汽通道可把主吸液芯中已生成的氣體疏散到儲液器中，從而防止了主蒸發(fā)器的燒干現象，進而確保深冷回路熱管的啟動和工作能夠順利進行。
本發(fā)明在儲液器右端蓋附近填充圓形絲網片，能夠有效地防止儲液器壓力升高時發(fā)生工質的逆向流動，從而確保了深冷回路熱管啟動的順利進行，并有可能使其獲得更大的傳熱極限。此外，由于儲液器中往往處于氣液共存的狀態(tài)，當輸入熱功率增加時將導致儲液器中氣液分界面的波動，從而引起回路工作溫度的波動。在毛細連接件外表面與儲液器管殼內壁的空間中填充數量較少的不銹鋼環(huán)形粗絲網片，可減少深冷回路熱管工作時儲液器內氣液分界面的波動對回路工作溫度穩(wěn)定性的影響，從而獲得更為穩(wěn)定的工作性能。
本發(fā)明解決深冷回路熱管啟動困難的問題，并能防止啟動時發(fā)生工質逆流現象，以及使沸騰不容易發(fā)生在主吸液芯內核中，從而確保了深冷回路熱管的成功啟動，同時有可能提高深冷回路熱管的傳熱極限，并使其獲得更為穩(wěn)定的工作性能。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖；圖2為主蒸發(fā)器管殼1的截面示意圖；圖3為筒狀主吸液芯4的結構示意圖；
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明圖1為本發(fā)明的結構示意圖；圖2為主蒸發(fā)器管殼1的截面示意圖；圖3為筒狀主吸液芯4的結構示意圖；由圖可知，本發(fā)明提供的深冷回路熱管，包括一主蒸發(fā)器11；一儲液器12；所述主蒸發(fā)器11與儲液器12通過一連接管5串聯成一體；所述主蒸發(fā)器11包括主蒸發(fā)器管殼1、主蒸發(fā)器左端蓋2、主蒸發(fā)器右端蓋3和主吸液芯4，所述主蒸發(fā)器管殼1為內孔表面上切割有軸向槽道的空心不銹鋼管，其內同軸放置由不銹鋼粉末燒結而成的筒狀主吸液芯4，主蒸發(fā)器左端蓋2和主蒸發(fā)器右端蓋3分別焊接在主蒸發(fā)器管殼1的兩端；所述儲液器12包括儲液器管殼7、儲液器左端蓋6和儲液器右端蓋8，所述儲液器管殼7為內壁光滑的不銹鋼管，其儲液器右端蓋8與儲液器管殼7之間填充有不銹鋼絲網；其特征在于，還包括同軸放置在所述主吸液芯4內孔中的帶有中心內孔的毛細連接件9，所述毛細連接件9經由連接管5的內孔一直延伸至儲液器12中；所述毛細連接件9與儲液器管殼7之間填充有不銹鋼絲網。所述連接管5為不銹鋼管。所述毛細連接件9由不銹鋼絲網卷制而成。所述的主蒸發(fā)器左端蓋2和主蒸發(fā)器右端蓋3采用不銹鋼材料制成。所述儲液器左端蓋6和儲液器右端蓋8采用不銹鋼材料制成。
深冷回路熱管在啟動時需要先在主吸液芯4的內、外表面兩側形成壓力差。當系統(tǒng)中沒有流動發(fā)生以及主蒸發(fā)器管殼1外壁上沒有熱負荷時，主吸液芯4的兩側也不會產生壓力或溫度梯度。一旦加熱主蒸發(fā)器管殼1的外壁，主吸液芯4的兩側就會形成溫度梯度，從而使得深冷回路熱管能夠啟動。當施加在主吸液芯管殼1外表面處的熱負荷非常低時，從主吸液芯4向儲液器12的導熱將處于主導地位，就是說只有小部分的熱負荷用于加熱主蒸發(fā)器管殼1內表面槽道中的液體；而大部分熱負荷則從徑向經過主吸液芯4傳導給其核心中的液體。這樣導致的結果，一方面使啟動所需的溫度梯度的建立變得困難，另一方面使主吸液芯4內核中容易產生氣泡。盡管已生成的氣泡會通過毛細連接件9的蒸汽空間疏散到儲液器12中，并聚集在儲液器12上部。但當工質的正向流動發(fā)生之前，因為沒有過冷液經由儲液器右端蓋8中部的通孔回流到儲液器12中并重新將已形成的蒸汽冷凝；或者因為回路工作時回流冷凝液的過冷度不足以冷卻已形成的蒸汽，于是儲液器12的壓力將不斷上升。當儲液器12的壓力上升到某一數值時，將有可能把其下部的冷凝液反向經儲液器右端蓋8中部的通孔壓入蒸汽管線中，從而引起工質逆向流動，進而使得主蒸發(fā)器11迅速燒干，最后導致深冷回路熱管無法啟動或維持正常工作。
權利要求
1.一種深冷回路熱管，包括一主蒸發(fā)器(11)；一儲液器(12)；所述主蒸發(fā)器(11)與儲液器(12)通過一連接管(5)串聯成一體；所述主蒸發(fā)器(11)包括主蒸發(fā)器管殼(1)、主蒸發(fā)器左端蓋(2)、主蒸發(fā)器右端蓋(3)和主吸液芯(4)，所述主蒸發(fā)器管殼(1)為內孔表面上切割有軸向槽道的空心不銹鋼管，其內同軸放置由不銹鋼粉末燒結而成的筒狀主吸液芯(4)，主蒸發(fā)器左端蓋(2)和主蒸發(fā)器右端蓋(3)分別焊接在主蒸發(fā)器管殼(1)的兩端；所述儲液器(12)包括儲液器管殼(7)、儲液器左端蓋(6)和儲液器右端蓋(8)，所述儲液器管殼(7)為內壁光滑的不銹鋼管，其儲液器右端蓋(8)與儲液器管殼(7)之間填充有不銹鋼絲網；其特征在于，還包括同軸放置在所述主吸液芯(4)內孔中的帶有中心內孔的毛細連接件(9)，所述毛細連接件(9)經由連接管(5)的內孔一直延伸至儲液器(12)中；所述毛細連接件(9)與儲液器管殼(7)之間填充有不銹鋼絲網。
2.根據權利要求1所述的深冷回路熱管，其特征在于所述連接管(5)為不銹鋼管。
3.根據權利要求1所述的深冷回路熱管，其特征在于所述毛細連接件(9)由不銹鋼絲網卷制而成。
4.根據權利要求1所述的深冷回路熱管，其特征在于所述的主蒸發(fā)器左端蓋(2)和主蒸發(fā)器右端蓋(3)采用不銹鋼材料制成。
5.根據權利要求1所述的深冷回路熱管，其特征在于所述儲液器左端蓋(6)和儲液器右端蓋(8)采用不銹鋼材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種深冷回路熱管，包括通過連接管串聯成一體的主蒸發(fā)器和儲液器；主蒸發(fā)器管殼為內孔表面上切割有軸向槽道的空心不銹鋼管，其內同軸放置由不銹鋼粉末燒結而成的筒狀主吸液芯；儲液器右端蓋與儲液器管殼之間填充不銹鋼絲網；還包括同軸放置在主吸液芯內孔中的帶有中心內孔的毛細連接件，該毛細連接件經由連接管的內孔一直延伸至儲液器中；毛細連接件與儲液器管殼之間填充有不銹鋼環(huán)形粗絲網片。可有效地防止深冷回路熱管啟動時發(fā)生的工質逆流現象，從而確保了深冷回路熱管的成功啟動，同時有可能提高深冷回路熱管的傳熱極限，并使其獲得更為穩(wěn)定的工作性能。
文檔編號F28D15/02GK1648592SQ20051005360
公開日2005年8月3日 申請日期2005年3月8日 優(yōu)先權日2005年3月8日
發(fā)明者莫青, 蔡京輝, 梁驚濤 申請人:中國科學院理化技術研究所