專(zhuān)利名稱(chēng)：反重力鼓泡式環(huán)路熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種元器件散熱裝置，具體涉及一種反重力鼓泡式環(huán)路熱管。
背景技術(shù)：
環(huán)路熱管是一種高效的相變傳熱裝置，通過(guò)工質(zhì)的蒸發(fā)和冷凝來(lái)傳遞熱量。環(huán)路熱管由于具有高傳熱性能、遠(yuǎn)距離傳輸熱量、安裝靈活方便以及運(yùn)行可靠性高、工作壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在航天領(lǐng)域得到廣泛研究和應(yīng)用。環(huán)路熱管由蒸發(fā)器、冷凝器、補(bǔ)償器及液體和蒸汽管線組成。工作時(shí)，工質(zhì)在蒸發(fā)器的毛細(xì)芯中蒸發(fā)，蒸汽進(jìn)入蒸汽管道并在冷凝器中冷凝成液體并過(guò)冷，液體工質(zhì)進(jìn)入液體管線，回流至蒸發(fā)器進(jìn)行補(bǔ)給，如此循環(huán)。工質(zhì)循環(huán)的動(dòng)力由蒸發(fā)器毛細(xì)芯內(nèi)彎月面產(chǎn)生的毛細(xì)壓力提供，毛細(xì)壓力等于環(huán)路總壓降。環(huán)路熱管有三種安裝模式水平模式(蒸發(fā)器與冷凝器在同一水平面)、重力輔助模式(蒸發(fā)器低于冷凝器)和反重力模式(蒸發(fā)器高于冷凝器)。由于重力影響，反重力模式下環(huán)路熱管的工作溫度和熱阻均比另外兩種模式的高。重力輔助平板型環(huán)路熱管的系統(tǒng)熱阻與熱負(fù)荷、系統(tǒng)傾角和工質(zhì)充灌量有關(guān)。在反重力條件下環(huán)路熱管系統(tǒng)總壓降增大，導(dǎo)致運(yùn)行溫度增加，傳熱效率降低。蒸發(fā)器和冷凝器的方位對(duì)環(huán)路熱管系統(tǒng)運(yùn)行、溫度控制特性具有重要影響，實(shí)驗(yàn)可得反重力工作對(duì)環(huán)路熱管的工作溫度、溫度控制性能、系統(tǒng)熱導(dǎo)都會(huì)產(chǎn)生消極影響的結(jié)論。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中環(huán)路熱管在反重力條件下運(yùn)行時(shí)，重力增加了環(huán)路的總壓降， 導(dǎo)致運(yùn)行溫度提高、熱阻增加、傳熱效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種反重力鼓泡式環(huán)路熱管。一種反重力鼓泡式環(huán)路熱管，包括冷凝器4、蒸發(fā)器5、補(bǔ)償器6，補(bǔ)償器6位于蒸發(fā)器5的上方，兩者之間通過(guò)液體管道II 9連通；蒸發(fā)器5位于冷凝器4的上方，兩者之間通過(guò)蒸汽管道10連通；補(bǔ)償器6與冷凝器4通過(guò)恒壓管道8連通；鼓泡器位于冷凝器的下方，鼓泡器2 —端與冷凝器4連通，另一端通過(guò)液體管道I 7與補(bǔ)償器6連通；
所述鼓泡器包括U形管11、內(nèi)筒13、外筒14和加熱棒1，外筒14側(cè)面通過(guò)U形管11與冷凝器4連通，外筒14上端通過(guò)液體管道I 7與補(bǔ)償器6連通，外筒14和內(nèi)筒13之間利用火焰焊密封方法形成鼓泡腔12，內(nèi)筒13中心插入加熱棒1。所述蒸發(fā)器5與冷凝器4之間的距離為0-1000mm。所述的蒸汽管道1、液體管道、恒壓管道8、U形管11均為銅管，管壁厚度為 0. 2mm-l. 0mm，管內(nèi)外壁面是光滑的，銅管外徑為4mm-10mm，所述的蒸汽管道10的外徑比液體管道、U形管的外徑寬l-3mm。所述反重力鼓泡式環(huán)路熱管的液體工質(zhì)灌注量為該環(huán)路熱管回路腔體體積的 10%-30%。所述反重力鼓泡式環(huán)路熱管還包括散熱翅片3，散熱翅片3與冷凝器4通過(guò)螺栓連接并在兩者之間涂導(dǎo)熱硅膠以增強(qiáng)傳熱效果。
所述鼓泡器內(nèi)筒13表面為光滑、滾花或外翅片結(jié)構(gòu)。所述外翅片結(jié)構(gòu)為A型或花瓣型，其翅片高度為2-4mm，間距為0. 5-1. 5mm。所述外翅片結(jié)構(gòu)采用滾壓一犁切/擠壓方法加工。所述的液體工質(zhì)是水、甲醇、乙醇或其他中性液體，但是優(yōu)選水。與現(xiàn)有的環(huán)路熱管相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)本發(fā)明的環(huán)路熱管蒸發(fā)器位于冷凝器上方，在光電子、化工、動(dòng)力工程等領(lǐng)域內(nèi)密閉空間高熱流密度條件下，可以將熱量從高處傳到低處、系統(tǒng)熱阻小，傳遞效率高，可以不受空間限制的將系統(tǒng)熱源集中到一處散熱，便于散熱器的設(shè)計(jì)；
(2)本發(fā)明的環(huán)路熱管在航空航天等微重力條件下，可以有效的降低壓降，增大傳熱率。


圖1為反重力鼓泡式環(huán)路熱管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖2為反重力鼓泡式環(huán)路熱管原理圖3為圖1的鼓泡器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中示出
1一加熱棒，2—鼓泡器，3—散熱翅片，4-冷凝器，5—蒸發(fā)器，6—補(bǔ)償器，7—液體管道 I，8—恒壓管道，9一液體管道II，10—蒸汽管道，11—U形管，12—鼓泡腔，13—內(nèi)筒，14一外筒。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。如附圖1所示一種反重力鼓泡式環(huán)路熱管，包括冷凝器4、蒸發(fā)器5、補(bǔ)償器6，冷凝器4與補(bǔ)償器6之間安裝鼓泡器2，鼓泡器2位于環(huán)路熱管最下方，鼓泡器2 —端與冷凝器4連通，另一端通過(guò)液體管道I 7與補(bǔ)償器6連通，使液體回流至補(bǔ)償器6中；補(bǔ)償器6 位于蒸發(fā)器5的上方，兩者之間通過(guò)液體管道II 9連通；蒸發(fā)器5位于冷凝器4的上方，兩者之間通過(guò)蒸汽管道10連通；為保持內(nèi)部氣壓平衡，補(bǔ)償器6與冷凝器4通過(guò)恒壓管道8 連通。蒸發(fā)器5與冷凝器4之間的距離為O-IOOOmm ；
所述的蒸汽管道10、液體管道、恒壓管道8、U形管11均為銅管，管壁厚度為 0. 2mm-l. 0mm，管內(nèi)外壁面是光滑的，銅管外徑為4mm-10mm，所述的蒸汽管道10的外徑比液體管道、U形管11的外徑寬l-3mm。所述反重力鼓泡式環(huán)路熱管的灌注量為該環(huán)路熱管回路腔體體積的10%_30%。所述反重力鼓泡式環(huán)路熱管還包括散熱翅片3，散熱翅片3與冷凝器4通過(guò)螺栓連接并在兩者之間涂導(dǎo)熱硅膠以增強(qiáng)傳熱效果。如附圖3所示所述鼓泡器包括U形管11、內(nèi)筒13、外筒14和加熱棒1，外筒側(cè)面通過(guò)U形管11與冷凝器4連通，外筒14上端通過(guò)液體管道I 7與補(bǔ)償器6連通，外筒14 和內(nèi)筒13之間利用火焰密封方法形成鼓泡腔12，內(nèi)筒13中心插入加熱棒1，在鼓泡器內(nèi)筒 13中心插入加熱棒1為鼓泡器2提供能量；
內(nèi)筒13的外表面是光滑，滾花或者外翅片結(jié)構(gòu)。外翅片結(jié)構(gòu)為A型或者花瓣型，其翅為0. 5-1. 5mm。三維整體外翅片結(jié)構(gòu)采用滾壓一犁切/擠壓方法表面加工，加工分滾壓、犁切/擠壓兩個(gè)過(guò)程。首先用滾花刀在鼓泡器內(nèi)筒表面滾壓出斜紋，然后利用犁切/擠壓刀具在斜紋基礎(chǔ)上犁切/擠壓出三維翅片。所述的液體工質(zhì)可以是水、甲醇、乙醇或其他中性液體，優(yōu)選水。所述的液體工質(zhì)灌注量為銅管回路腔體體積的10%_30%。如附圖2所示當(dāng)反重力鼓泡式環(huán)路熱管工作時(shí)，工質(zhì)液體受熱蒸發(fā)，蒸汽通過(guò)蒸汽管道10流向冷凝器4，在冷凝器4內(nèi)放出汽化潛熱冷凝成為液體。液體通過(guò)液體管道I 7 流向鼓泡器2，在鼓泡器2與補(bǔ)償器6之間形成一液柱。鼓泡器2內(nèi)沸騰產(chǎn)生高壓，將液柱鼓起通過(guò)液體管道I 7至補(bǔ)償器6，對(duì)蒸發(fā)器5進(jìn)行液體工質(zhì)補(bǔ)給，液體工質(zhì)重復(fù)受熱蒸發(fā)， 如此循環(huán)。在系統(tǒng)工作循環(huán)過(guò)程中，鼓泡器2產(chǎn)生的高壓，克服液體工質(zhì)由冷凝器4流向補(bǔ)償器6的阻力，液體工質(zhì)回流至蒸發(fā)器5中，使液體工質(zhì)循環(huán)工作，持續(xù)有效將熱量從蒸發(fā)器5傳送至冷凝器4。測(cè)試反重力鼓泡式環(huán)路熱管啟動(dòng)及傳熱性能，反重力鼓泡式環(huán)路熱管測(cè)試系統(tǒng)包括反重力鼓泡式環(huán)路熱管、蒸發(fā)器熱板及加熱棒、變壓器及穩(wěn)壓輸出裝置、安捷倫數(shù)據(jù)采集儀及數(shù)據(jù)管理軟件。在測(cè)試過(guò)程中，反重力鼓泡式環(huán)路熱管內(nèi)部抽真空，灌注超純水為工質(zhì)占總體積 20%。穩(wěn)壓源提供的鼓泡功率為20W ；蒸發(fā)器熱板及加熱棒加熱功率分別為40W、60W和80W， 用以模仿電子元器件產(chǎn)生的熱功率。6個(gè)K型熱電偶用于測(cè)量環(huán)路熱管不同位置溫度，TCl 為加熱塊溫度，TC2、TC3為蒸發(fā)器入口和出口溫度，TC4、TC5為冷凝器入口和出口溫度，TC6 為鼓泡器出口溫度。測(cè)試數(shù)據(jù)由安捷倫34970A數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，每3秒采集一次數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)管理軟件中。反重力鼓泡式環(huán)路熱管的反重力高度(即蒸發(fā)器與冷凝器之間高度)為500mm。反重力鼓泡式環(huán)路熱管啟動(dòng)過(guò)程中，隨著加熱塊溫度提高，蒸發(fā)器溫度提高，蒸發(fā)器中工質(zhì)被蒸發(fā)進(jìn)入蒸汽管道，達(dá)到冷凝器中經(jīng)過(guò)冷凝成為液態(tài)工質(zhì)。冷凝后液態(tài)工質(zhì)順著U型管流入鼓泡器，并在鼓泡器作用下被輸送到補(bǔ)償器中。補(bǔ)償器源源不斷地給蒸發(fā)器提供液態(tài)工質(zhì)以吸收熱量。如此循環(huán)工作。環(huán)路熱管經(jīng)過(guò)啟動(dòng)后，在工作范圍內(nèi)，會(huì)自動(dòng)調(diào)整工作溫度穩(wěn)定，達(dá)到一穩(wěn)定階段。所示為反重力鼓泡式環(huán)路熱管鼓泡器工作特性圖，鼓泡器工作過(guò)程可分為鼓泡過(guò)程、上升過(guò)程和穩(wěn)定過(guò)程。在工作過(guò)程中，鼓泡器將冷凝器冷凝的液態(tài)工質(zhì)輸送到補(bǔ)償器中以完成環(huán)路熱管的工質(zhì)循環(huán)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試反重力鼓泡器環(huán)路熱管啟動(dòng)特性曲線，鼓泡功率為20W，加熱功率分別為 40W、60W和80W。在啟動(dòng)過(guò)程中，蒸發(fā)器溫度不斷上升，蒸發(fā)器出口溫度急劇上升，說(shuō)明蒸發(fā)器中工質(zhì)被不斷蒸發(fā)，蒸汽流向蒸發(fā)器出口。與此同時(shí)，冷凝器溫度也隨著提高，這說(shuō)明蒸汽通過(guò)蒸汽管道流入冷凝器中。在加熱功率分別為40W、60W和80W，冷凝器的出口溫度和入口溫度之差分別為7°C，9°C and 10. 1°C，蒸汽工質(zhì)在冷凝器中降溫冷凝為液態(tài)工質(zhì)。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明所述反重力鼓泡式環(huán)路熱管能夠在不同功率(40W、60W和 80W)下在20分鐘內(nèi)順利啟動(dòng)并達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)。而且，在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，加熱塊溫度分別為 60.4°C，68. 5°C and 79. 9°C，蒸發(fā)器溫度分別為 51. 5°C，57. 4°C和 59. 1°C，達(dá)到非常好的效果。
權(quán)利要求
1.一種反重力鼓泡式環(huán)路熱管，其特征在于包括冷凝器(4)、蒸發(fā)器(5)、補(bǔ)償器(6)， 補(bǔ)償器(6)位于蒸發(fā)器(5)的上方，兩者之間通過(guò)液體管道II (9)連通；蒸發(fā)器(5)位于冷凝器(4)的上方，兩者之間通過(guò)蒸汽管道(10)連通；補(bǔ)償器(6)與冷凝器(4)通過(guò)恒壓管道 (8)連通；鼓泡器位于冷凝器的下方，鼓泡器(2)—端與冷凝器(4)連通，另一端通過(guò)液體管道I (7)與補(bǔ)償器(6)連通；所述鼓泡器(2)包括U形管(11)、內(nèi)筒(13)、外筒(14)和加熱棒(1)，外筒(14)側(cè)面通過(guò)U形管(11)與冷凝器(4)連通，外筒(14)上端通過(guò)液體管道I (7)與補(bǔ)償器(6)連通， 外筒(14)和內(nèi)筒(13)之間利用火焰焊密封方法形成鼓泡腔(12)，內(nèi)筒(13)中心插入加熱棒(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反重力鼓泡式環(huán)路熱管，其特征在于所述蒸發(fā)器(5)與冷凝器(4)之間的距離為0-1000_。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反重力鼓泡式環(huán)路熱管，其特征在于所述反重力鼓泡式環(huán)路熱管的液體工質(zhì)灌注量為該環(huán)路熱管回路腔體體積的10%-30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反重力鼓泡式環(huán)路熱管，其特征在于還包括散熱翅片(3)， 散熱翅片(3 )與冷凝器(4 )通過(guò)螺栓固定在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反重力鼓泡式環(huán)路熱管，其特征在于所述鼓泡器內(nèi)筒(13) 表面為光滑、滾花或外翅片結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反重力鼓泡式環(huán)路熱管，其特征在于所述的蒸汽管道 (10)、液體管道、恒壓管道(8)、U形管(11)均為銅管，管壁厚度為0. 2mm-l. 0mm，管內(nèi)外壁面是光滑的，銅管外徑為4mm-10mm，所述的蒸汽管道(10)的外徑比液體管道、U形管(11)的外徑寬l_3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的反重力鼓泡式環(huán)路熱管，其特征在于所述外翅片結(jié)構(gòu)為A 型或者花瓣型，其翅片高度為2-4mm，間距為0. 5-1. 5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反重力鼓泡式環(huán)路熱管，其特征在于所述外翅片結(jié)構(gòu)采用滾壓一犁切/擠壓方法加工。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種反重力鼓泡式環(huán)路熱管，包括冷凝器、蒸發(fā)器、補(bǔ)償器，冷凝器與補(bǔ)償器之間安裝鼓泡器，鼓泡器位于冷凝器的下方，鼓泡器一端與冷凝器連通，另一端通過(guò)液體管道Ⅰ與補(bǔ)償器連通；補(bǔ)償器位于蒸發(fā)器的上方，兩者之間通過(guò)液體管道Ⅱ連通；蒸發(fā)器位于冷凝器的上方，兩者之間通過(guò)蒸汽管道連通；補(bǔ)償器與冷凝器通過(guò)恒壓管道連通。在工作過(guò)程中，鼓泡器產(chǎn)生的高壓，克服液體工質(zhì)由冷凝器流向補(bǔ)償器的阻力，液體工質(zhì)回流至蒸發(fā)器中，使液體工質(zhì)循環(huán)工作，本發(fā)明的環(huán)路熱管在密閉空間高熱流密度條件下，可以將熱量從高處傳到低處、系統(tǒng)熱阻小，傳遞效率高，可以不受空間限制的將系統(tǒng)熱源集中到一處散熱，便于散熱器的設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)F28D15/02GK102419123SQ201110425669
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者周蕤, 湯勇, 胡忠海, 謝梓淳, 陳川 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)