一种紧凑式回路热管的制作方法

本实用新型涉及热控设备技术领域，特别是涉及一种紧凑式回路热管。

背景技术：

热管是一种高效的传热设备，其传热能力比金属导热高一个或两个数量级，被称为热的超导体。传统热管主要包括金属壳体、毛细结构和工作介质，毛细结构通常由槽道或烧结多孔结构构成，并且分布于整个热管长度方向上，虽然结构简单，但是柔性较差，另外由于热管轴向布满毛细结构，液体流动阻力较大，且液体与气体在同一个空间内沿相反方向流动，存在携带的问题，因此影响热管传热能力进一步提高。

回路热管也是一种利用工作介质发生气液相变进行高效传热的热控设备，主要包括蒸发器、冷凝器、气体管路、液体管路，通过气体管路、液体管路将蒸发器和冷凝器进行连接，组成封闭回路，与传统热管相比，其吸液芯仅存在于蒸发器内部，蒸发器与冷凝器之间通过柔性金属薄壁管连接，工质流经金属薄壁管能够获得更小的流动阻力，并且能更好地在冷源与热源之间进行柔性连接，更有利于实现远距离传热、隔离振动和电磁干扰等，而且气液工质分别沿着不同路径流动，避免发生流动携带问题，因此传热效率更高，在航天、超导、电子器件等领域得到了广泛的应用。

现有回路热管的蒸发器和冷凝器之间通常具有两条、三条甚至更多条传输管路，结构繁琐复杂，在与散热器件耦合时需要占用更多的系统空间，并且在很多应用场合中布置管路的时候需要设置更多的固定结构，这些因素给回路热管的实际应用带来了很多不便。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种紧凑式回路热管，旨在解决现有技术中的回路热管占用系统空间大、传输管路布置繁琐复杂的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种紧凑式回路热管，包括蒸发器、冷凝器和传输管路，所述蒸发器和冷凝器通过所述传输管路连通，所述传输管路包括外管和内管，外管套设在内管的外侧，且外管和内管之间设有支撑结构。

其中，所述支撑结构的数量至少为一个。

其中，所述支撑结构为沿所述传输管路长度方向设置的支撑条，支撑条的宽度方向上的一侧与外管的内侧相连，支撑条的宽度方向上的另一侧与内管的外侧相连。

其中，所述外管、内管和支撑结构一体成型设置；或者，所述外管和支撑结构一体成型设置，所述内管可拆卸的设置在所述支撑结构上；或者，所述内管和支撑结构一体成型设置，所述外管可拆卸的设置在所述支撑结构上。

其中，所述冷凝器与所述传输管路之间通过转换结构连通，所述转换结构设置在所述冷凝器的外部或内部。

其中，所述蒸发器包括壳体和吸液芯，所述吸液芯设置于所述壳体的内部。

其中，所述内管和/或所述外管内设置有毛细结构。

其中，所述毛细结构至少为一种；所述毛细结构为微槽结构、粉末结构、纤维结构或泡沫金属结构；或者，所述毛细结构为金属丝或纤维制成的网状或束状结构。

其中，所述蒸发器还包括挡板，所述挡板和所述吸液芯将所述壳体的内腔分隔为气体腔和液体腔；所述外管与所述壳体的气体腔连通，所述内管穿过所述挡板伸入所述吸液芯的内部。

其中，还包括气库，所述气库与作为气体管路的所述外管或所述内管相连通。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型提供的一种紧凑式回路热管，冷凝器、液体管路、蒸发器、气体管路依次连通形成回路结构，采用套管式传输管路作为气体管路和液体管路，该套管式传输管路能够一体成型，加工方便；这种套管式传输管路使回路热管外形简单，结构紧凑，在散热系统中占用空间小，更容易进行弯折，便于系统灵活布局；尤其是对于工作于低温环境下的回路热管，传输管路采用管套管结构，外管能够对内管形成有效的绝热保护，大幅度减小外界向内管的环境漏热，而且更容易在外管上包裹防辐射材料或保温材料等，减小外界对传输管路的环境漏热，降低对冷源的冷量需求，提高回路热管工作稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的紧凑式回路热管的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的紧凑式回路热管中外管和内管第一种配合方式的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的紧凑式回路热管中外管和内管第二种配合方式的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的紧凑式回路热管的具体结构示意图；

图5为本实用新型实施例的紧凑式回路热管中转换结构的示意图；

图6为图2或图3中外管和内管配合的立体图；

图中，1-蒸发器；2-冷凝器；3-传输管路；4-转换结构；

11-吸液芯；12-壳体；13-气体槽道；14-挡板；

21-冷凝管路；22-板体；

31-外管；32-内管；33-支撑结构；34-气库。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图1至图6所示，本实用新型提供了一种紧凑式回路热管，包括蒸发器1、冷凝器2和传输管路3，蒸发器1和冷凝器2通过传输管路3连通，传输管路3包括外管31和内管32，外管31套设在内管32的外侧，且外管和内管之间设有支撑结构33。套管式传输管路3采用管套管结构，由其外管31和内管32作为气体管路和液体管路，冷凝器2、液体管路、蒸发器1、气体管路依次连通形成回路结构；同时套管式传输管路3可以是外管31为气体管路、内管32为液体管路，或者外管31为液体管路、内管32为气体管路。

本实用新型提供的一种紧凑式回路热管，与现有技术相比，冷凝器、液体管路、蒸发器、气体管路依次连通形成回路结构，采用套管式传输管路作为气体管路和液体管路，该套管式传输管路能够一体成型，加工方便；这种套管式传输管路使回路热管外形简单，结构紧凑，在散热系统中占用空间小，更容易进行弯折，便于系统灵活布局；尤其是对于工作于低温环境下的回路热管，传输管路采用管套管结构，外管能够对内管形成有效的绝热保护，大幅度减小外界向内管的环境漏热，而且更容易在外管上包裹防辐射材料或保温材料等，减小外界对传输管路的环境漏热，降低对冷源的冷量需求，提高回路热管工作稳定性和可靠性。

参见图2、3所示，支撑结构33的数量至少为一个；当支撑结构33的数量为多个时，支撑结构33在外管31和内管32之间所形成的空间内可以呈环形均匀分布，或者也可以不均匀分布；支撑结构33为沿传输管路3长度方向设置的支撑条，支撑条的宽度方向上的一侧与外管31的内侧相连，支撑条的宽度方向上的另一侧与内管32的外侧相连；外管31、内管32和支撑结构33一体成型设置；外管31和支撑结构33一体成型设置，内管32可拆卸的设置在支撑结构33上；或者，内管32和支撑结构33一体成型设置，外管31可拆卸的设置在支撑结构33上。套管式传输管路3包括外管31、内管32以及至少一个支撑结构33，通过支撑结构33使外管31和内管32之间保持一定的间隙，相对位置不发生变化，一方面使套管式传输管路3更便于弯折，适应散热系统空间布局的需要，另一方面能够减少内管32与外界环境之间的热量交换，降低传输管路漏热。套管式传输管路3的外管31、内管32与支撑结构33能够一体成型，或外管31与支撑结构33一体成型，再将内管32插入到外管31的内部进行装配，或者内管32与支撑结构33一体成型，再将外管31套在内管32的外部进行装配，加工工艺简单。套管式传输管路3的外管31、内管32或支撑结构33可以由金属制成，也可以由非金属制成。当外管31、内管32、支撑结构33之间为可拆卸结构时，它们可以由同种材料制成，也可以由不同种材料制成。外管31或内管32的管路截面可以包括圆形、椭圆形、半圆形、弧形、扇形、矩形、四边形或其他多边形，或至少两种以上结构组合而成的形状，外管31和内管32的管路截面形式可以相同，也可以不同。此外，外管31和内管32之间在传输方向上可以局部发生接触，包括点接触、线接触或面接触，例如使圆形的外管31和圆形内管32以内切方式线接触，方形的外管31和方形的内管32之间偏心设置以后沿着传输方向上的面接触。

参见图5所示，冷凝器2与传输管路3之间通过转换结构4连通，转换结构4设置在冷凝器2的外部或内部。通过设置转换结构4，将外管31、内管32与冷凝管路21的两个端口分别连接，转换结构4设置于冷凝器2内部，也可以设置于冷凝器2的外部。转换结构4参见图4，通过转换结构4将冷凝管路21的两个端口与气体管路、液体管路相连，并且在转换结构4内部使气体工质和液体工质相互隔离，保证气液工质分别沿着各自流动方向流动，互不影响。套管式传输管路3靠近冷凝器2一侧的端部与转换结构4连接，套管式传输管路3另一侧与蒸发器1连接，连接固定方式为焊接、胶粘、卡接、紧配、胀管或螺纹连接中的至少一种，套管式传输管路3的端部与转换结构4或蒸发器1的密封方式为焊接、胶粘、紧配、金属密封或O圈密封中的至少一种。

参见图4所示，在本实施例中，蒸发器1包括吸液芯11、壳体12和挡板14，吸液芯11设置于壳体12的内部，蒸发器1可以是圆柱状，也可以是圆盘状、平板状、鞍状等形状，或者是管路形式，蒸发器1内部可以是空腔，也可以设置微槽结构，还可以设置吸液芯11或其他毛细结构，蒸发器1还包括其他能够使液体工质蒸发为气体的结构形式。吸液芯11的外表面和/或壳体12的内表面设置有气体槽道13；蒸发器还包括挡板14，挡板14和吸液芯11将壳体12的内腔分隔为气体腔和液体腔，液体腔内部全部为液体工质或为气液两相工质，挡板14可以是实体材料，也可以是多孔结构材料，挡板14为多孔材料时还可以与吸液芯11一体成型；外管31与壳体12的气体腔连通，内管32穿过挡板14伸入吸液芯11的内部。

进一步的，内管32和/或外管31内设置有毛细结构；毛细结构为微槽结构、粉末结构、纤维结构或泡沫金属结构；或者，毛细结构为金属丝或纤维制成的网状或束状结构；毛细结构至少为一种。

具体的，本实施例中，蒸发器1为圆柱状，在蒸发器1内设置有吸液芯11，该吸液芯11为靠近套管式传输管路3一侧开口、另一侧封闭的杯状，在吸液芯11开口一侧的端部设有挡板14，使吸液芯11内部空间与外部隔离，套管式传输管路3的外管31作为气体管路，内管32作为液体管路，内管32穿过挡板14、伸入吸液芯11内部，从而使液体管路中的液体工质能够直接流入吸液芯11中。吸液芯11外表面与蒸发器1壳体12内表面紧密配合接触，用于减小蒸发器1径向传热的接触热阻，且在吸液芯11外表面与蒸发器1壳体12内表面之间设置有气体槽道13，构成气体工质流动通道，以便于吸液芯11表面蒸发出来的气体工质及时向外排散。气体槽道13可以开设于吸液芯11的外表面，或者开设于壳体12的内表面。还可以设置储液器(图中未示出)，将储液器与吸液芯11连通，用于存储过量的液体工质，通过储液器调节吸液芯11的液体补给，提高回路热管运行稳定性。

冷凝器2包括冷凝管路21和用以固定和冷却冷凝管路21的板体22；或者，冷凝器2包括冷凝管路21，冷凝管路21外侧设置有翅片。冷凝管路21可以由铜、铝、钢、钛合金等有利于传热的材料制成，冷凝管路21可以是蜿蜒的蛇形管结构，也可以是并排管路结构，还包括其他能够使气体工质冷凝为液体的结构形式。在本实施例中，冷凝器2包括冷凝管路21和板体22，冷凝管路21为蛇形管路结构，在冷凝管路21的两个端部相结合的区域设置有转换结构4，通过转换结构4使冷凝管路21出口与作为液体管路的内管32进口连接，使作为气体管路的外管31的出口与冷凝管路21进口连接。转换结构4可以设置在冷凝器2内部，也可以设置在冷凝器2外部，通过转换结构4使气体工质和液体工质分离，并且沿着各自传输路径流动。

冷凝管路21出口与内管32进口相连，内管32出口与蒸发器1进口相连，蒸发器1出口与外管31进口相连，外管31出口与冷凝管路21进口相连，以上各部分组成一个完整的回路。套管式传输管路一种实施方式的结构如图6所示，根据回路热管内部气液工质流动阻力大小，以及对传输管路的柔性要求，设计外管31和内管32的直径、壁厚等参数。在进行散热系统布置时，这种回路热管在传输路径上只占用一条很细管路的空间，传输管路的外管直径甚至可以仅有几毫米或者更小，而且只需要对一条管路进行固定设计，因此能够有效节省系统空间，更加便于系统灵活布置。为了使回路热管在水平状态或者抗重力状态下具有更好的传热性能和稳定性，可以在液体管路内设置毛细结构，毛细结构可以由粉末、纤维、泡沫金属构成，或为若干金属丝、纤维制成的网状、束状结构，或由至少两种上述结构组成，毛细结构在液体管路轴截面上全部或部分占据截面空间，根据回路热管的传热距离、吸液芯11毛细压力等结构参数，设计毛细结构的截面大小、孔隙率以及毛细尺度等，毛细结构一端与冷凝管路21连接，使毛细结构方便地与冷凝液体接触，另一端与吸液芯11连接，使毛细结构中的液体工质能够顺畅地流入吸液芯11中，通过该毛细结构的毛细作用，驱动冷凝器2中的液体工质持续不断地向蒸发器1流动，保证吸液芯11供液充足和连续。

进一步的，气库34与作为气体管路的外管31或内管32相连通。当回路热管工作于低温温区时，为了避免在室温条件下回路热管内部压力超过安全范围，因此回路热管还需要设置一个气库34，利用旁通管路将气库34与作为气体管路的外管31连通，可以有效缓解回路热管在室温条件下压力过高的问题，同时也使回路热管在低温下运行时气库34中的气体工质能够不断地向回路热管内补充，从而保证回路热管内具有充足的气液两相工质，通过气液工质不断相变和循环流动，将热源的热量不断地向冷源传递和排散。回路热管工作于低温温区时，由于回路热管与外界环境存在较大的温差，不可避免的存在漏热，从而增大了回路热管传热负担和冷源的能量消耗，当环境漏热较大时，液体管路中的液体很有可能受热发生局部烧干，造成回路热管工作不稳定甚至失效，通常需要采取很多绝热措施，例如在回路热管的外部包裹防辐射材料，将回路热管置于较大的真空系统中才能够正常运行。采用管套管的结构形式，蒸发器1和冷凝器2之间看上去只有一条很细的传输管路，结构紧凑，占用空间小，更加便于包裹防辐射材料，并且只需要很小的真空系统就能够进行低温传热工作，从而大幅度缩小了系统的体积，尤其是将内管32作为液体管路、外管31作为气体管路时，相当于在液体管路外部设置了一个低温冷屏，外管31能够对内管32起到很有效的绝热作用，保证冷凝器2中的液体工质顺利通过内管32进入蒸发器1，提高回路热管工作可靠性和运行稳定性。

下面以工作于低温下的回路热管为例对其工作过程进行介绍，当回路热管工作时，气体工质在冷凝器2内冷凝为液体，随着回路热管内压力的逐渐降低，气库34中的气体工质不断地向回路热管内部补充，当冷凝管路21中的冷凝液体积累和增多以后，液体工质通过转换结构4进入内管32，沿着内管32流入到蒸发器1内的吸液芯11中，当吸液芯11内充满液体工质被并且被充分浸润以后，在蒸发器1外表面施加热负荷，热量向蒸发器1内部传递，使吸液芯11外表面的液体工质受热蒸发，产生的气体工质流入附近的气体槽道13中，然后流进外管31，气体工质在外管31末端通过转换结构4进入冷凝管路21，在冷凝管路21内重新冷凝为液态工质，与此同时，在吸液芯11表面毛细作用的驱动下，使冷凝器2内的液体工质不断地沿着内管32向蒸发器1内流动和补充，工质在回路内不断循环流动和发生气液相变，将蒸发器1的热量不断地向冷凝器2传递。

本实用新型提供的紧凑式回路热管，冷凝器2、液体管路、蒸发器1、气体管路依次连通形成回路结构，液体管路与气体管路采用管套管结构，该回路热管外形简单，结构紧凑，在散热系统中占用空间小，更加便于系统灵活布局，尤其是对于工作于低温环境下的回路热管，传输管路采用管套管结构，外管31能够对内管32形成有效的绝热保护，大幅度减小外界向内管32的环境漏热，而且更容易在外管31上包裹防辐射材料或保温材料等，减小外界对传输管路的环境漏热，降低对冷源的冷量需求，提高回路热管工作稳定性和可靠性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。