平板蒸发器回路热管的制作方法

本发明涉及低温传热设备技术领域，更具体地，涉及一种平板蒸发器回路热管。

背景技术：

随着航空航天、超导技术以及低温电子学等领域的迅速发展，被冷却器件的散热量逐渐增加，而且被冷却平面尺寸也呈现出逐渐增大的趋势，对低温冷却系统的要求越来越高，不仅要考虑隔离振动和电磁干扰、冷量高效传输、系统灵活布局，还要满足大平面冷却、温度均匀性等要求。

通常采用低温制冷机作为低温冷源对被冷却器件实施降温冷却，由于低温制冷机的冷头面积较小，在对具有较大尺寸散热表面的器件进行冷却时，采用直接接触的耦合方式，不仅容易造成电磁或振动干扰等，还容易导致被冷却器件温度不均匀，因此需要通过柔性热连接方式进行耦合连接。

回路热管是一种高效的传热设备，能够实现高效传热、电磁和振动隔离、便于系统灵活布置等。常温温区的平板蒸发器回路热管以水、丙酮、甲醇等作为工作介质，回路热管内部压力为略高于大气压或负压，因此可以设计成具有很大的热接触平面的平板蒸发器结构，用于大平面被冷却器件散热。

但是，对于低温环境下的大平面冷却和传热需求，现有低温回路热管的蒸发器通常为细长的圆柱状结构，与大平面被冷却器件接触面积小，冷却不均匀。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明实施例提供一种平板蒸发器回路热管，以解决现有的低温回路热管对大平面被冷却器件冷却均匀性差的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种平板蒸发器回路热管，包括冷凝器、液体管路、气体管路和平板蒸发器，所述平板蒸发器和冷凝器通过所述气体管路和液体管路组成封闭回路，所述液体管路包括第一液体管路和第二液体管路，所述气体管路包括第一气体管路和第二气体管路；

所述冷凝器包括第一冷凝管路和第二冷凝管路，所述平板蒸发器包括板体以及设置在所述板体内的第一蒸发器和第二蒸发器；

所述第一蒸发器内设有吸液芯，所述吸液芯用于将所述第一蒸发器内部的液体和气体分隔开，所述第一冷凝管路的出口通过所述第一液体管路与所述第一蒸发器的进口端相连，所述第一蒸发器的出口端通过所述第一气体管路与所述第二冷凝管路的进口相连；

所述第二蒸发器包括第一蒸发管路和第二蒸发管路，所述第二冷凝管路的出口通过所述第二液体管路与所述第一蒸发管路的进口相连，第一蒸发管路的出口与第二蒸发管路的进口相连，所述第二蒸发管路的出口通过所述第二气体管路与所述第一冷凝管路的进口相连。

优选地，所述第一蒸发器包括管状腔体，所述管状腔体在所述板体内开设形成，所述吸液芯的外表面与所述管状腔体的内表面贴合，所述吸液芯的外表面或所述管状腔体的内表面设置有气体槽道，所述气体槽道与所述管状腔体的轴线平行；

所述吸液芯为一端开口另一端封闭的筒状结构，所述吸液芯的开口端朝向所述第一液体管路，所述第一液体管路穿过所述管状腔体的一端并与所述吸液芯的开口端连接，所述管状腔体的另一端与所述第一气体管路连通，所述吸液芯的封闭端朝向所述第一气体管路。

优选地，所述第一液体管路内设置有毛细结构，所述毛细结构的一端伸入所述第一冷凝管路内部，所述毛细结构的另一端伸入至所述管状腔体内部并与所述吸液芯接触。

优选地，所述毛细结构为中空的圆筒状结构。

优选地，所述毛细结构由金属丝网、泡沫金属、烧结粉末或纤维材料制成。

优选地，所述第一蒸发管路和第二蒸发管路为所述板体内开设的圆形通道，且所述第一蒸发管路和第二蒸发管路均与所述管状腔体平行设置，所述第一蒸发管路的出口与所述第二蒸发管路的进口通过弯管相连；

所述第一蒸发管路的内壁设有第一槽道，所述第一槽道与所述第一蒸发管路的轴线平行；所述第二蒸发管路的内壁设有第二槽道，所述第二槽道与所述第二蒸发管路的轴线平行。

优选地，平板蒸发器回路热管还包括气库，所述气库通过旁通管路与所述第一气体管路连接。

优选地，所述平板蒸发器包括多个第二蒸发器，所述冷凝器内的冷凝管路的数量与所述第一蒸发器和第二蒸发器的总数量对应，所述平板蒸发器和冷凝器通过增加相应的所述气体管路和液体管路组成封闭回路。

优选地，所述第一蒸发管路的结构与所述第一蒸发器的结构相同，所述第二蒸发管路为气体传输通道。

优选地，所述板体为局部凸起的板状结构，所述局部凸起位于所述第一蒸发器的外部，所述第一蒸发器的截面直径大于所述第二蒸发器的截面直径。

(三)有益效果

本发明实施例提供的平板蒸发器回路热管，在平板蒸发器上设置第一蒸发器和第二蒸发器，第一蒸发器内设有吸液芯，利用吸液芯的毛细作用驱动冷凝器中的液体分别流向第一蒸发器和第二蒸发器，通过设置一个或多个第二蒸发器增大了液体的蒸发面积，使平板蒸发器具有很大的传热平面，有利于提高大平面被冷却器件的温度均匀性。

此外，第一蒸发器和第二蒸发器均为圆形结构，具有很强的耐高压能力；通过在第一液体管路内设置毛细结构，使冷凝器中的液体在毛细力驱动下流向第一蒸发器，避免了依赖重力辅助和次蒸发器，省去了额外能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例中平板蒸发器回路热管的结构示意图；

图2为图1所示第一蒸发器横截面的结构示意图；

图3为图1所示平板蒸发器的一种板体结构a-a的剖面图；

图4为图1所示平板蒸发器的另一种板体结构a-a剖面图；

图5为图1所示平板蒸发器的又一种板体结构a-a的剖面图；

图中：1、平板蒸发器；2、冷凝器；3、连接管路；4、气库；11、板体；12、第一蒸发器；13、第二蒸发器；21、第一冷凝管路；22、第二冷凝管路；31、第一液体管路；32、第一气体管路；33、第二液体管路；34、第二气体管路；41、旁通管路；111、管状腔体；121、吸液芯；122、气体槽道；123、毛细结构；124、空腔结构；131、第一蒸发管路；132、第二蒸发管路；133、弯管；134、第一槽道；135、第二槽道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，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发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种平板蒸发器回路热管，包括：平板蒸发器1、冷凝器2以及用于连接平板蒸发器1和冷凝器2的连接管路3，连接管路3包括气体管路和液体管路，平板蒸发器1和冷凝器2通过气体管路和液体管路组成封闭回路。

具体地，平板蒸发器1包括板体11和设置在板体11内部的第一蒸发器12和至少一个第二蒸发器13，板体11用于装载蒸发器且在传热时与被冷却器件接触。其中，本实施例中以一个第一蒸发器12和一个第二蒸发器13为例进行说明，为了实现对两个蒸发器的连接，本实施例中的液体管路具体包括第一液体管路31和第二液体管路33，气体管路具体包括第一气体管路32和第二气体管路34。

第一蒸发器12内设置有吸液芯121，吸液芯121用于将第一蒸发器12内部的液体和气体分隔开。通过吸液芯121的毛细作用驱动液体工质和气体工质沿着固定的方向循环流动。第一蒸发器12的进口端与第一液体管路31出口相连，第一蒸发器12的出口端与第一气体管路32进口相连。

第二蒸发器13包括第一蒸发管路131和第二蒸发管路132，第一蒸发管路131的进口与第二液体管路33出口相连，第一蒸发管路131的出口与第二蒸发管路132的进口相连，第二蒸发管路132的出口与第二气体管路34进口相连。

冷凝器2包括第一冷凝管路21和第二冷凝管路22，第一冷凝管路21的出口与第一液体管路31的进口相连，第一冷凝管路21的进口与第二气体管路34的出口相连，第二冷凝管路22的出口与第二液体管路33的进口相连，第二冷凝管路22的进口与第一气体管路32的出口相连。

第一蒸发器12、第一气体管路32、第二冷凝管路22、第二液体管路33、第一蒸发管路131、第二蒸发管路132、第二气体管路34、第一冷凝管路21、第一液体管路31、第一蒸发器12依次首尾顺次连接，组成封闭回路。

本发明实施例提供的平板蒸发器回路热管，在平板蒸发器1上设置第一蒸发器12和第二蒸发器13，第一蒸发器12内设有吸液芯121，利用吸液芯121的毛细作用驱动冷凝器2中的液体分别流向第一蒸发器12和第二蒸发器13，通过设置一个或多个第二蒸发器13增大了液体的蒸发面积，使平板蒸发器1具有很大的传热平面，有利于提高大平面被冷却器件的温度均匀性。

在上述实施例的基础上，第一蒸发器12包括管状腔体111，管状腔体111为直接在板体11的内部开设形成的装载空间，吸液芯121装设在管状腔体111内部，便于将管状腔体111内的液体和气体分隔开。

为了便于将吸液芯121蒸发产生的气体排出同时提高换热效率，将吸液芯121与管状腔体111同轴设置，且吸液芯121的外表面与管状腔体111的内表面紧密贴合。同时，在管状腔体111的内表面开设气体槽道122，气体槽道122与管状腔体111的轴线方向平行，气体槽道122的槽口与吸液芯121的外侧壁贴合，方便传热的同时便于蒸发气体沿着气体槽道122汇集至管状腔体111，最后通过第一气体管路32排出。

当然，气体槽道122也可以在吸液芯121的外表面向内开设形成，气体槽道122与吸液芯121的轴线方向平行。需要说明的是，气体槽道122可以设置多个，多个气体槽道122沿着吸液芯121的周向均匀布置，以提高换热均匀性，并且更有利于蒸发气体排出。

其中，吸液芯121为一端开口、另一端封闭的圆筒状结构，吸液芯121设有开口的一端为开口端，吸液芯121封闭的一端为封闭端。吸液芯121的开口端朝向第一液体管路31，第一液体管路31穿过管状腔体111的一端(即第一蒸发器12的进口端)之后与吸液芯121的开口端连接。

而管状腔体111的另一端(即第一蒸发器12的出口端)与第一气体管路32连通，吸液芯121的封闭端在管状腔体111内部朝向第一气体管路32。通过吸液芯121的毛细作用驱动工质沿着固定的方向循环流动。吸液芯121可以是由丝网、泡沫金属、烧结粉末或纤维材料制成的多孔结构。

在上述实施例的基础上，在第一液体管路31的内部布置有毛细结构123，毛细结构123沿着第一液体管路31的轴向同轴布置，毛细结构123为中空的圆筒状结构，其内部为空腔结构124，空腔结构124有利于降低液体的流动阻力。其中，毛细结构123可由金属丝网、泡沫金属、烧结粉末或纤维材料制成。

毛细结构123的一端延伸至冷凝器2的冷凝管内部，毛细结构123的另一端伸入第一蒸发器12(管状腔体111)内部，并且与吸液芯121的内侧壁紧密接触。通过毛细结构123的毛细作用将冷凝器2中的液体向平板蒸发器1传输，避免依赖重力作用，没有额外加热能耗，就能使平板蒸发器1顺利降温，实现启动。

在上述各实施例的基础上，平板蒸发器回路热管还包括气库4，气库4通过旁通管路41与第一气体管路32连接。通过气库4防止回路热管内部压力过高，同时保证回路热管在低温环境下拥有充足的液体工质。

在上述各实施例的基础上，如图3所示，第一蒸发管路131和第二蒸发管路132为直接在板体11上加工形成的光滑的圆形通道，这种结构简单，便于加工，能够承受很高的压力，同时有利于将平板蒸发器1做成厚度较薄的板状结构。此外，可将第一蒸发管路131和第二蒸发管路132设置为相同的尺寸和结构，便于安装和设计相应的衔接管道。其中，第一蒸发管路131和第二蒸发管路132均与管状腔体111平行设置，第一蒸发管路131的出口与第二蒸发管路132的进口通过弯管133相连。

在上述各实施例的基础上，如图4所示，板体11为局部凸起的板状结构，局部凸起位于第一蒸发器12的外部位置，较薄的位置设置第二蒸发器13。第一蒸发器12截面直径大于第二蒸发器13截面直径，有利于增大第一蒸发器12的蒸发面积，降低流动阻力，便于第一蒸发器12装配，虽然局部尺寸较大，但是能够使平板蒸发器1整体厚度更小、质量更轻。

在上述各实施例的基础上，如图5所示，第一蒸发管路131的内壁上设置有第一槽道134，第一槽道134与第一蒸发管路的轴线平行。同样地，第二蒸发管路132的内壁上设置有第二槽道135，第二槽道135与第二蒸发管路132的轴线平行，通过第一槽道134和第二槽道135能够增大第二蒸发器的蒸发表面，提高换热效率，同时还能够提供一定的毛细力，对第一蒸发器12的吸液芯121起到辅助作用。

当平板蒸发器回路热管需要具有更大的热耦合表面时，还可以设置多个与第二蒸发器13结构相同的蒸发器，可以由第三蒸发器、第四蒸发器直至第n蒸发器(图中未示出)。通过增设多个与第二蒸发器13相同的结构，同时增设与之连接的冷凝管路、气体管路和液体管路，使所述平板蒸发器1和冷凝器2通过增加相应的所述气体管路和液体管路组成封闭回路，从而增大平板蒸发器1的热耦合面积，进一步提高大平面被冷却器件降温的温度均匀性。

此外，第二蒸发器13的第一蒸发管路131也可以采用与上述各实施例中的第一蒸发器12相同的结构，从而使第二蒸发管路132变为气体传输通道。相当于多个(此处为两个，可以额外增加)第一蒸发器12串联的形式，用于增大回路内工质循环流动的毛细驱动力，便于传热距离较大、被冷却器件平面很大时进行气液两相工质传输。

下面对以应用于低温环境下的平板蒸发器回路热管为例，对本发明实施例工作过程进行说明：

在低温真空系统内，平板蒸发器回路热管的平板蒸发器1与大平面被冷却器件相连，冷凝器2与低温制冷机的冷头相连，当低温制冷机开启以后开始降温，带动与之连接的冷凝器2的温度随之下降。当冷凝器2降到工作温区以后，在冷凝管路(21和22)内产生冷凝液体，液体与毛细结构123接触后，在毛细力驱动下沿着毛细结构123向第一液体管路31流动，在流动过程中对沿程管路降温，液体最后流入第一蒸发器12，使第一蒸发器12降到工作温区。

在整个降温过程中，回路内压力逐渐降低，气库内的气体不断向回路内补充，液体量逐渐增多。第一蒸发器12完成降温过程以后，在被冷却器件上施加热负荷，第一蒸发器12的吸液芯121表面的液体蒸发，产生气体向第一气体管路32流动，流回第二冷凝管路22重新凝结为液体。液体沿着第二液体管路33流到第二蒸发器13的第一蒸发管路131和第二蒸发管路132中，然后受热蒸发，产生的气体沿着第二气体管路34重新流回冷凝器2，在第一冷凝管路21内重新凝结为液体，然后沿着第一液体管路31流到第一蒸发器中，完成一个循环流动过程。在气液两相工质循环流动的过程中，通过第一蒸发器12、第二蒸发器13内液体发生蒸发相变，将被冷却器件的热量不断向冷凝器2传递，并有低温制冷机带走和排散。

本发明提出的平板蒸发器回路热管，在平板蒸发器1上设置第一蒸发器12、第二蒸发器13，第一蒸发器12内设有吸液芯121，利用吸液芯121的毛细作用驱动冷凝器2中的液体分别流向第一蒸发器12和第二蒸发器13，通过设置一个或多个第二蒸发器13增大了液体的蒸发面积，使平板蒸发器1具有很大的传热平面，有利于提高大平面被冷却器件的温度均匀性；第一蒸发器12、第二蒸发器13均为圆形结构，具有很强的耐高压能力；通过在第一液体管路31内设置毛细结构123，使冷凝器2中的液体在毛细力驱动下流向第一蒸发器12，避免了依赖重力辅助和次蒸发器，省去了额外能耗。

需要说明的是，虽然本发明实施例以应用于低温环境下的回路热管进行介绍，但它同样适用于常温环境下内部压力很高的平板蒸发器回路热管，例如以氨气为工质的回路热管，都应在本发明专利保护范围之内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。