一种回路热虹吸管装置

本发明涉回路热虹吸管领域，具体是一种能够实现蒸发器内气液分离并减少蒸发器向底部冷凝液回流管漏热的回路热虹吸管装置。

背景技术：

1、热管是一种依靠内部工质相变来传递热量的被动式高效传热器件，具有结构简单、传热能力强、均温性好等优点，在散热冷却邻域具有广泛而重要的应用。重力热管又称两相闭式热虹吸管，是一种无吸液芯结构的热管，其工作原理是：蒸发段内工质受热发生沸腾，产生的蒸汽通过绝热段传递到冷凝段被冷却，冷凝液在重力作用下回流至蒸发器，完成循环。重力热管与传统热管相比，其主要差别就是冷凝液回流依靠自身重力作用而非吸液芯产生的毛细作用，因此能够很好地避免毛细极限。然而，重力热管内蒸汽与冷凝液处于同一管道，由于汽-液反向运动易引起蒸汽携带，减少冷凝液回流，从而对传热造成不利影响。

2、与重力热管不同，回路热虹吸管具有闭合回路结构形式，产生的蒸汽和冷凝液具有同向运动特点，冷凝液回流不易受蒸汽运动剪切作用的影响。总体上，回路热虹吸管受携带极限影响较小，蒸发器能够承受更高的热负荷，传热性能也更好。

3、然而，传统回路热虹吸管的运行仍普遍存在一些问题：蒸发器内工质沸腾形成的气泡/气塞沿蒸汽上升管向上运动过程中，仍会不可避免地携带部分液体向上运动，在较高加热功率下蒸发段内会出现因补液量不充分、不及时而提前“烧干”的现象，增大两相流动的不稳定性，同时被汽相裹挟的液体进入冷凝段后会因液膜部分覆盖表面而削弱该部位的冷凝传热效果，从而造成回路热虹吸管整体传热性能及传热极限的下降。现有技术中，中国专利公开号为cn105561716a，公开了一种用于气体压缩机出入口的钢丝网式气液分离器，其在主体气液相进口上方内壁设置有一圈钢丝网来实现气液分离。但在实际应用中，存在钢丝网式结构耐久度不高和气液两相长期冲刷下易变形的问题。

4、另外，回路热虹吸管运行时，由于蒸发器与冷凝液回流管之间存在较大温差，其底部的漏热量不能简单忽略，同时因蒸发段沸腾气泡膨胀引起的返流作用也会阻碍冷凝液回流，从而降低热管的整体传热性能。

5、鉴于以上问题，开发相关技术以实现蒸发段气-液分离并减小/削弱蒸发段底部漏热量可视为提升回路热虹吸管的传热性能的有效手段和重要措施。

技术实现思路

1、本发明提出了一种回路热虹吸管装置，目的是为减少回路热虹吸管蒸发段液相携带和削弱蒸发段底部的漏热问题。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：

3、一种回路热虹吸管装置，包括蒸发器和冷凝液回流管路；

4、所述蒸发器包括依次连通的液体腔、蒸汽腔，所述液体腔和蒸汽腔之间的内壁设计为微槽结构，并在微槽结构与蒸汽腔之间设置有滤网；

5、所述冷凝液回流管路连接液体腔,在冷凝液回流管路上设置有隔热装置。

6、进一步，所述微槽结构截面为梯形，平行分布于内壁面。

7、进一步，采用高速充液旋压法和多齿芯头使紫铜等金属基管内壁产生连续塑性成形，形成梯形槽；通过梯形微槽分隔形成了若干凸起，可显著增加表面与工质的接触面积，增加汽化核心数量，从而实现强化换热的效果。

8、进一步，液体腔、蒸汽腔、微槽结构和滤网为一体的蒸发器结构。

9、进一步，所述滤网采用半球型设计，半球型滤网的凸面朝向蒸汽腔。

10、进一步，所述滤网采用选择性激光熔化工艺加工制作而成。

11、进一步，液体腔设置冷凝液回流管，所述蒸汽腔设置蒸汽出口管，冷凝液回流管通过密封接头与隔热装置连接。

12、进一步，所述隔热装置选用聚四氟乙烯等低导热系数材质制成。

13、进一步，在所述隔热装置靠近液体腔端沿轴向设置孔状结构。

14、进一步，所述的密封接头由2个可旋螺母、2个卡芯、2个o型密封圈，1个中心螺栓组成；中心螺栓的两端设置卡芯及o型密封圈，中心螺栓的两端与可旋螺母螺纹连接。

15、有益效果：

16、(1)本发明基于回路热虹吸管蒸发段结构要求和内部流动传热过程特征，将蒸发器设计成由液体腔、蒸汽腔、微槽结构以及滤网构成的整体。其中，微槽结构具有增加蒸发器内壁面汽化核心数目和强化核态沸腾换热的效果，同时微槽结构和滤网能够有效分隔液体腔与蒸汽腔，可较好实现蒸发段内部汽液分离效果的同时能够有效减少两相流动的不稳定性，显著增加内部驱动压力，由此提高回路热虹吸管的总体传热性能。

17、(2)本发明还通过密封接头在蒸发器底部冷凝液回流管中设置由低导热系数材料构成的隔热装置，从而减少因蒸发器内沸腾气泡膨胀引起的返流作用向底部冷凝液回流管的漏热量。

18、(3)本发明的装置结构简单，制作成本低，易于实现，且操作方便可靠，适用于高功率器件散热的要求。

技术特征：

1.一种适用于高功率散热的回路热虹吸管装置，其特征在于，包括蒸发器和冷凝液回流管路；

2.根据权利要求1所述的一种适用于高功率散热的回路热虹吸管装置，其特征在于，所述微槽结构(2)截面为梯形，平行分布于内壁面。

3.根据权利要求1所述的一种适用于高功率散热的回路热虹吸管装置，其特征在于，采用高速充液旋压法和多齿芯头使金属基管内壁产生连续塑性成形，形成梯形槽；通过梯形微槽分隔形成了若干凸起，可显著提高表面与工质的接触面积，增加汽化核心数量，从而实现强化换热的效果。

4.根据权利要求1所述的一种适用于高功率散热的回路热虹吸管装置，其特征在于，液体腔(1)、蒸汽腔(4)、微槽结构(2)和滤网(3)为一体的蒸发器结构。

5.根据权利要求1或4所述的一种适用于高功率散热的回路热虹吸管装置，其特征在于，所述滤网(3)采用半球型设计，半球型滤网的凸面朝向蒸汽腔(4)。

6.根据权利要求5所述的一种适用于高功率散热的回路热虹吸管装置，其特征在于，所述滤网(3)采用选择性激光熔化工艺加工制作而成。

7.根据权利要求1所述的一种适用于高功率散热的回路热虹吸管装置，其特征在于，液体腔(1)设置冷凝液回流管(6)，所述蒸汽腔(4)设置蒸汽出口管(5)，冷凝液回流管(6)通过密封接头(7)与隔热装置(8)的一端连接。

8.根据权利要求7所述的一种适用于高功率散热的回路热虹吸管装置，其特征在于，所述隔热装置(8)选用低导热系数材质制成。

9.根据权利要求8所述的一种适用于高功率散热的回路热虹吸管装置，其特征在于，在所述隔热装置(8)靠近液体腔(1)端沿轴向设置孔状结构。

10.根据权利要求7、8或9所述的一种适用于高功率散热的回路热虹吸管装置，其特征在于，所述的密封接头(7)由2个可旋螺母(9)、2个卡芯(10)、2个o型密封圈(11)，1个中心螺栓(12)组成；所述卡芯(10)及o型密封圈(11)分别设置在中心螺栓(12)的两端，中心螺栓(12)的两端再与可旋螺母(9)螺纹连接。

技术总结
本发明公开了一种回路热虹吸管装置，蒸发器由液体腔、蒸汽腔、微槽结构和滤网四部分构成。其中微槽结构可显著增加汽化核心数量，实现强化沸腾换热的效果。在微槽结构上方，设计有半球型滤网，能够大幅减少进入蒸汽腔的携带液体量，从而增强蒸发器内气液分离效果。气液分离可使工质在蒸发段出口附近具有较高的干度，由此明显增加回路热虹吸管内部的汽液两相密度差和压差驱动力，并提高传热极限。另外，在蒸发段底部冷凝液回流管中设置有抑制因沸腾气泡生长膨胀引起向底部返流的隔热装置，从而有效减小蒸发段底部的漏热量。本发明可以实现蒸发器内气液分离并减少蒸发器底部的漏热，从而提升回路热虹吸管的传热性能，适用于高功率散热需求。

技术研发人员：屈健,花宇,李子昂,杨俊杰,周国庆,王志远
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12