專利名稱：一種深冷回路熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制冷與低溫技術(shù)領(lǐng)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(jī)與被冷卻器件集成關(guān)系的深冷回路熱管。
背景技術(shù)：
隨著低溫制冷機(jī)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，越來(lái)越明顯地需要考慮到如何才能有效地遠(yuǎn)距離傳送冷量這樣一個(gè)問(wèn)題。因此，應(yīng)把低溫制冷機(jī)和被冷卻器件集成在一起，看成一個(gè)系統(tǒng)而不是器件，可增強(qiáng)制冷系統(tǒng)的制冷能力。
當(dāng)前，連接制冷機(jī)和被冷卻器件的常用方法是用銅棒進(jìn)行熱傳導(dǎo)，其缺點(diǎn)是當(dāng)熱傳輸距離變長(zhǎng)時(shí)，兩端溫差會(huì)受到熱傳導(dǎo)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(shè)備。但傳統(tǒng)熱管并不適合于遠(yuǎn)距離的熱量傳輸，也不能避免低溫制冷機(jī)對(duì)被冷卻器件產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)和電磁干擾的影響。
為了適應(yīng)遠(yuǎn)距離的熱量傳輸，回路熱管應(yīng)運(yùn)而生。其工作時(shí)同樣利用了相變傳熱的原理。但因其結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)使其能夠長(zhǎng)距離、小溫差地傳遞大量熱量，并能實(shí)現(xiàn)相當(dāng)靈活的布置。但是，以氨(冰點(diǎn)195K)為工質(zhì)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(cè)技術(shù)和低溫制冷機(jī)技術(shù)的發(fā)展，則要求低溫制冷機(jī)用于為各種光學(xué)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(jié)構(gòu)上一般由蒸發(fā)器、儲(chǔ)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(chǔ)液器被裝配在一起，因而通常被看成是一個(gè)部件。蒸發(fā)器是產(chǎn)生毛細(xì)驅(qū)動(dòng)壓力的部件，因而其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)回路設(shè)計(jì)的重中之重。儲(chǔ)液器的作用是保證蒸發(fā)器中的吸液芯能一直被液體潤(rùn)濕，這是毛細(xì)力產(chǎn)生的必要條件，否則蒸發(fā)器很容易被燒干，從而導(dǎo)致回路熱管不能啟動(dòng)或工作失效。蒸發(fā)器和儲(chǔ)液器在結(jié)構(gòu)上可用不同方式連接起來(lái)，已有的設(shè)計(jì)方式包括1)儲(chǔ)液器可直接與蒸發(fā)器在水力上連接成一個(gè)整體；2)儲(chǔ)液器和蒸發(fā)器可通過(guò)副芯在水力上連接起來(lái)，這兩者仍然是不可分離的整體；3)儲(chǔ)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(xì)連接件；4)儲(chǔ)液器和蒸發(fā)器由短管相連通，此外，回流的液體通過(guò)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(zhì)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(jié)構(gòu)上還需增加一個(gè)次蒸發(fā)器和一個(gè)氣庫(kù)，以解決縮短主蒸發(fā)器的降溫過(guò)程和確保常溫下有足夠的承壓能力這兩個(gè)問(wèn)題。此外，一方面由于深低溫工質(zhì)能夠產(chǎn)生的毛細(xì)壓力小而其流動(dòng)阻力大，從而使深冷回路熱管的啟動(dòng)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(nèi)核中(在輸入熱功率較高時(shí)尤其如此)，進(jìn)而使深冷回路熱管的啟動(dòng)更容易失敗，同時(shí)限制了它的傳熱能力。此問(wèn)題也是傳統(tǒng)回路熱管在小型化方面所遇到的問(wèn)題之一。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決深冷回路熱管啟動(dòng)困難的問(wèn)題并提高其可傳輸?shù)淖畲鬅崃髁?，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(dòng)時(shí)發(fā)生的工質(zhì)逆流現(xiàn)象，從而可確保深冷回路熱管的成功啟動(dòng)，同時(shí)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(shù)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(chǔ)液器12；所述主蒸發(fā)器11與儲(chǔ)液器12通過(guò)一連接管5串聯(lián)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(nèi)孔表面上切割有軸向槽道的空心不銹鋼管，其內(nèi)同軸放置由不銹鋼粉末燒結(jié)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(chǔ)液器12包括儲(chǔ)液器管殼7、儲(chǔ)液器左端蓋6和儲(chǔ)液器右端蓋8，所述儲(chǔ)液器管殼7為內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，其儲(chǔ)液器右端蓋8與儲(chǔ)液器管殼7之間填充有不銹鋼絲網(wǎng)；其特征在于，還包括同軸放置在所述主吸液芯4內(nèi)孔中的帶有中心內(nèi)孔的毛細(xì)連接件9，所述毛細(xì)連接件9經(jīng)由連接管5的內(nèi)孔一直延伸至儲(chǔ)液器12中；
所述毛細(xì)連接件9與儲(chǔ)液器管殼7之間填充有不銹鋼絲網(wǎng)。所述連接管5為不銹鋼管。所述毛細(xì)連接件9由不銹鋼絲網(wǎng)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(chǔ)液器左端蓋6和儲(chǔ)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(nèi)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(nèi)孔中同軸放置的是由不銹鋼粉末燒結(jié)而成的筒狀多孔結(jié)構(gòu)，即為主吸液芯。儲(chǔ)液器12是由儲(chǔ)液器管殼7、儲(chǔ)液器左端蓋6和儲(chǔ)液器右端蓋8組成。但儲(chǔ)液器12的管殼7是內(nèi)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(chǔ)液器間通過(guò)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(chǔ)液器左端蓋的連接也是采用了焊接的方法。此外，一個(gè)由不銹鋼細(xì)絲網(wǎng)卷制而成的毛細(xì)連接件9沿主吸液芯內(nèi)孔軸向放置并一直延伸到儲(chǔ)液器12中。此毛細(xì)連接件9的一部分是副芯。副芯的目的是通過(guò)毛細(xì)作用，把儲(chǔ)液器12中的液體抽吸到蒸發(fā)器11的主吸液芯4的整個(gè)核心內(nèi)。此毛細(xì)連接件9的另一部分是蒸汽通道。此通道是為了把產(chǎn)生在主吸液芯4核心中的氣泡或蒸汽疏散至儲(chǔ)液器中。最后，為了防止啟動(dòng)時(shí)工質(zhì)的逆流現(xiàn)象，在靠近儲(chǔ)液器右端蓋8處填充了約1mm厚的不銹鋼細(xì)絲網(wǎng)片。同時(shí)，在毛細(xì)連接件外表面與儲(chǔ)液器管殼內(nèi)壁的空間中填充有數(shù)量較少的環(huán)形不銹鋼粗絲網(wǎng)片，以減少深冷回路熱管工作時(shí)，儲(chǔ)液器內(nèi)氣液分界面的波動(dòng)對(duì)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(dòng)和工作過(guò)程中，其主蒸發(fā)器必須滿足以下兩個(gè)條件1)主吸液芯4必須一直被液態(tài)工質(zhì)潤(rùn)濕，只有這樣主吸液芯才能提供毛細(xì)抽吸能力。正是這種毛細(xì)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(guò)程無(wú)需使用外部動(dòng)力。如果主吸液芯沒(méi)有被液體浸潤(rùn)，則不會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)抽吸現(xiàn)象，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法啟動(dòng)或者流體循環(huán)無(wú)法進(jìn)行。
2)可容忍蒸汽的存在是主蒸發(fā)器必不可少的特性實(shí)際上，毛細(xì)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(chǎn)生毛細(xì)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(shí)現(xiàn)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(dāng)液體溫度升高至飽和溫度附近時(shí)，溶解在過(guò)冷液中的不凝性氣體(NCG)將導(dǎo)致氣泡的生成。2、熱負(fù)荷施加在主蒸發(fā)器管殼的外表面，通過(guò)主吸液芯將產(chǎn)生逆向熱流。也就是說(shuō)，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(huì)從徑向經(jīng)主吸液芯傳導(dǎo)到其內(nèi)核中，從而引起核心內(nèi)蒸汽的形成。如果不能確保主蒸發(fā)器內(nèi)主吸液芯的液體供應(yīng)，則氣體或蒸汽的膨脹將導(dǎo)致深冷回路熱管無(wú)法啟動(dòng)。
本發(fā)明將主蒸發(fā)器11和儲(chǔ)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(rùn)濕。毛細(xì)連接件9的副芯可驅(qū)動(dòng)液體從儲(chǔ)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(rùn)。如此，就能產(chǎn)生毛細(xì)抽吸作用來(lái)維持回路內(nèi)的循環(huán)。一旦主吸液芯4外表面處有液體蒸發(fā)，副芯內(nèi)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(jìn)行。此毛細(xì)抽吸壓力必須能維持儲(chǔ)液器和主吸液芯間的液體流動(dòng)。由于這一流動(dòng)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(xì)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(chǔ)液器中，從而防止了主蒸發(fā)器的燒干現(xiàn)象，進(jìn)而確保深冷回路熱管的啟動(dòng)和工作能夠順利進(jìn)行。
本發(fā)明在儲(chǔ)液器右端蓋附近填充圓形絲網(wǎng)片，能夠有效地防止儲(chǔ)液器壓力升高時(shí)發(fā)生工質(zhì)的逆向流動(dòng)，從而確保了深冷回路熱管啟動(dòng)的順利進(jìn)行，并有可能使其獲得更大的傳熱極限。此外，由于儲(chǔ)液器中往往處于氣液共存的狀態(tài)，當(dāng)輸入熱功率增加時(shí)將導(dǎo)致儲(chǔ)液器中氣液分界面的波動(dòng)，從而引起回路工作溫度的波動(dòng)。在毛細(xì)連接件外表面與儲(chǔ)液器管殼內(nèi)壁的空間中填充數(shù)量較少的不銹鋼環(huán)形粗絲網(wǎng)片，可減少深冷回路熱管工作時(shí)儲(chǔ)液器內(nèi)氣液分界面的波動(dòng)對(duì)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(dòng)困難的問(wèn)題，并能防止啟動(dòng)時(shí)發(fā)生工質(zhì)逆流現(xiàn)象，以及使沸騰不容易發(fā)生在主吸液芯內(nèi)核中，從而確保了深冷回路熱管的成功啟動(dòng)，同時(shí)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖；
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)明做進(jìn)一步說(shuō)明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(chǔ)液器12；所述主蒸發(fā)器11與儲(chǔ)液器12通過(guò)一連接管5串聯(lián)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(nèi)孔表面上切割有軸向槽道的空心不銹鋼管，其內(nèi)同軸放置由不銹鋼粉末燒結(jié)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(chǔ)液器12包括儲(chǔ)液器管殼7、儲(chǔ)液器左端蓋6和儲(chǔ)液器右端蓋8，所述儲(chǔ)液器管殼7為內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，其儲(chǔ)液器右端蓋8與儲(chǔ)液器管殼7之間填充有不銹鋼絲網(wǎng)；其特征在于，還包括同軸放置在所述主吸液芯4內(nèi)孔中的帶有中心內(nèi)孔的毛細(xì)連接件9，所述毛細(xì)連接件9經(jīng)由連接管5的內(nèi)孔一直延伸至儲(chǔ)液器12中；所述毛細(xì)連接件9與儲(chǔ)液器管殼7之間填充有不銹鋼絲網(wǎng)。所述連接管5為不銹鋼管。所述毛細(xì)連接件9由不銹鋼絲網(wǎng)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(chǔ)液器左端蓋6和儲(chǔ)液器右端蓋8采用不銹鋼材料制成。
深冷回路熱管在啟動(dòng)時(shí)需要先在主吸液芯4的內(nèi)、外表面兩側(cè)形成壓力差。當(dāng)系統(tǒng)中沒(méi)有流動(dòng)發(fā)生以及主蒸發(fā)器管殼1外壁上沒(méi)有熱負(fù)荷時(shí)，主吸液芯4的兩側(cè)也不會(huì)產(chǎn)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(cè)就會(huì)形成溫度梯度，從而使得深冷回路熱管能夠啟動(dòng)。當(dāng)施加在主吸液芯管殼1外表面處的熱負(fù)荷非常低時(shí)，從主吸液芯4向儲(chǔ)液器12的導(dǎo)熱將處于主導(dǎo)地位，就是說(shuō)只有小部分的熱負(fù)荷用于加熱主蒸發(fā)器管殼1內(nèi)表面槽道中的液體；而大部分熱負(fù)荷則從徑向經(jīng)過(guò)主吸液芯4傳導(dǎo)給其核心中的液體。這樣導(dǎo)致的結(jié)果，一方面使啟動(dòng)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(nèi)核中容易產(chǎn)生氣泡。盡管已生成的氣泡會(huì)通過(guò)毛細(xì)連接件9的蒸汽空間疏散到儲(chǔ)液器12中，并聚集在儲(chǔ)液器12上部。但當(dāng)工質(zhì)的正向流動(dòng)發(fā)生之前，因?yàn)闆](méi)有過(guò)冷液經(jīng)由儲(chǔ)液器右端蓋8中部的通孔回流到儲(chǔ)液器12中并重新將已形成的蒸汽冷凝；或者因?yàn)榛芈饭ぷ鲿r(shí)回流冷凝液的過(guò)冷度不足以冷卻已形成的蒸汽，于是儲(chǔ)液器12的壓力將不斷上升。當(dāng)儲(chǔ)液器12的壓力上升到某一數(shù)值時(shí)，將有可能把其下部的冷凝液反向經(jīng)儲(chǔ)液器右端蓋8中部的通孔壓入蒸汽管線中，從而引起工質(zhì)逆向流動(dòng)，進(jìn)而使得主蒸發(fā)器11迅速燒干，最后導(dǎo)致深冷回路熱管無(wú)法啟動(dòng)或維持正常工作。
權(quán)利要求
1.一種深冷回路熱管，包括一主蒸發(fā)器(11)；一儲(chǔ)液器(12)；所述主蒸發(fā)器(11)與儲(chǔ)液器(12)通過(guò)一連接管(5)串聯(lián)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(nèi)孔表面上切割有軸向槽道的空心不銹鋼管，其內(nèi)同軸放置由不銹鋼粉末燒結(jié)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(chǔ)液器(12)包括儲(chǔ)液器管殼(7)、儲(chǔ)液器左端蓋(6)和儲(chǔ)液器右端蓋(8)，所述儲(chǔ)液器管殼(7)為內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，其儲(chǔ)液器右端蓋(8)與儲(chǔ)液器管殼(7)之間填充有不銹鋼絲網(wǎng)；其特征在于，還包括同軸放置在所述主吸液芯(4)內(nèi)孔中的帶有中心內(nèi)孔的毛細(xì)連接件(9)，所述毛細(xì)連接件(9)經(jīng)由連接管(5)的內(nèi)孔一直延伸至儲(chǔ)液器(12)中；所述毛細(xì)連接件(9)與儲(chǔ)液器管殼(7)之間填充有不銹鋼絲網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的深冷回路熱管，其特征在于所述毛細(xì)連接件(9)由不銹鋼絲網(wǎng)卷制而成。
4.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的深冷回路熱管，其特征在于所述儲(chǔ)液器左端蓋(6)和儲(chǔ)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(guò)連接管串聯(lián)成一體的主蒸發(fā)器和儲(chǔ)液器；主蒸發(fā)器管殼為內(nèi)孔表面上切割有軸向槽道的空心不銹鋼管，其內(nèi)同軸放置由不銹鋼粉末燒結(jié)而成的筒狀主吸液芯；儲(chǔ)液器右端蓋與儲(chǔ)液器管殼之間填充不銹鋼絲網(wǎng)；還包括同軸放置在主吸液芯內(nèi)孔中的帶有中心內(nèi)孔的毛細(xì)連接件，該毛細(xì)連接件經(jīng)由連接管的內(nèi)孔一直延伸至儲(chǔ)液器中；毛細(xì)連接件與儲(chǔ)液器管殼之間填充有不銹鋼環(huán)形粗絲網(wǎng)片。可有效地防止深冷回路熱管啟動(dòng)時(shí)發(fā)生的工質(zhì)逆流現(xiàn)象，從而確保了深冷回路熱管的成功啟動(dòng)，同時(shí)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(hào)F28D15/02GK1648592SQ20051005360
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月8日
發(fā)明者莫青, 蔡京輝, 梁驚濤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所