發(fā)明涉及一種環(huán)路熱管，具體涉及一種雙回路深冷環(huán)路熱管，屬于低溫區(qū)電子設(shè)備散熱技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

環(huán)路熱管是一種高效兩相傳熱設(shè)備，其具有高傳熱性能、遠(yuǎn)距離傳輸熱量、優(yōu)良的控溫特性和管路的可任意彎曲、安裝方便等特點(diǎn)，由于具有眾多其它傳熱設(shè)備無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，環(huán)路熱管在航空、航天以及地面電子設(shè)備散熱等眾多領(lǐng)域中具有十分廣闊應(yīng)用前景。

如圖1所示，環(huán)路熱管主要包括：蒸發(fā)器1、冷凝器2、儲液器3、蒸氣管路4和液體管路5，其整個循環(huán)過程為：液體在蒸發(fā)器1中的毛細(xì)芯6外表面蒸發(fā)，吸收蒸發(fā)器1外的熱量，產(chǎn)生的蒸氣從蒸氣管路4流向冷凝器2，在冷凝器2中釋放熱量給熱沉冷凝成液體，最后經(jīng)過液體管路5流入儲液器3，儲液器3內(nèi)的液體工質(zhì)維持對蒸發(fā)器1內(nèi)毛細(xì)芯的供給。

儲液器對于環(huán)路熱管具有兩點(diǎn)重要作用：其一，保證啟動時能對主毛細(xì)芯進(jìn)行有效供液；其二，適應(yīng)運(yùn)行中蒸發(fā)器上熱載荷變化引起的系統(tǒng)氣液分布變化。采用如圖1所示結(jié)構(gòu)，通過工質(zhì)充裝量和儲液器的匹配設(shè)計，可以確保環(huán)路熱管在一定工作溫區(qū)內(nèi)正常啟動和可靠運(yùn)行。

但是，當(dāng)一些設(shè)備要求工作在160k至220k的低溫區(qū)時，需要使用相應(yīng)低溫工質(zhì)的深冷環(huán)路熱管，相比常溫區(qū)環(huán)路熱管，深冷環(huán)路熱管不僅應(yīng)具備在該溫區(qū)(160k至220k溫區(qū))正常啟動和運(yùn)行的能力，還應(yīng)具備覆蓋從300k常溫到160k低溫整個溫區(qū)的啟動和運(yùn)行能力，從而實(shí)現(xiàn)從常溫存儲到低溫運(yùn)行的跨溫區(qū)啟動和運(yùn)行過程。

圖1所示的常規(guī)結(jié)構(gòu)的環(huán)路熱管使用一種工質(zhì)難以實(shí)現(xiàn)從常溫存儲到低溫運(yùn)行的跨溫區(qū)啟動和運(yùn)行功能，主要存在如下問題：

(1)160k至220k溫區(qū)，乙烷工質(zhì)具有良好的性能。但如果環(huán)路熱管選用乙烷工質(zhì)，存在兩個問題：

●在常溫區(qū)啟動過程中，例如環(huán)路熱管初始溫度為25℃，施加熱功率后，蒸發(fā)器溫度將很容易超過32℃(即乙烷的臨界溫度，高于臨界溫度，工質(zhì)只能以氣體的狀態(tài)存在，無法液化)，一旦蒸發(fā)器溫度超過32℃，則蒸發(fā)器內(nèi)液體氣化，不存在液體，環(huán)路熱管將無法正常啟動和運(yùn)行。

●對于常規(guī)的環(huán)路熱管，因為液體工質(zhì)密度變化太大，儲液器體積和工質(zhì)充裝量難以適應(yīng)從常溫300k至160k這么大工作溫差范圍(溫差達(dá)140k)。比如，當(dāng)儲液器和工質(zhì)充裝量適應(yīng)160k低溫時，300k常溫下，液體工質(zhì)體積膨脹，儲液器將無法容納膨脹后的液體工質(zhì)。而當(dāng)儲液器和工質(zhì)充裝量適應(yīng)300k常溫時，160k低溫下，液體工質(zhì)體積收縮，儲液器內(nèi)液體將不足以對蒸發(fā)器進(jìn)行有效供液，環(huán)路熱管將無法正常運(yùn)行。

(2)220k至320k，丙烯工質(zhì)均有良好的性能。如果環(huán)路熱管選用丙烯工質(zhì)，雖然可在常溫區(qū)正常啟動，但是在220k以下溫區(qū)，環(huán)路熱管的傳熱能力太差，無法滿足160k至220k溫區(qū)對環(huán)路熱管傳熱性能的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種適應(yīng)160k至220k工作溫區(qū)的雙回路深冷環(huán)路熱管，可實(shí)現(xiàn)從常溫區(qū)至160k低溫區(qū)的跨溫區(qū)啟動和運(yùn)行功能，解決了常規(guī)環(huán)路熱管常溫區(qū)啟動失效、儲液器和工質(zhì)充裝量難以適應(yīng)跨大溫區(qū)的技術(shù)難題。

所述的適應(yīng)160k至220k工作溫區(qū)的雙回路深冷環(huán)路熱管包括：兩套由蒸發(fā)器、冷凝器、儲液器、蒸氣管線和液體管線組成的環(huán)路熱管；其中一套環(huán)路熱管使用乙烷作為工質(zhì)，即乙烷工質(zhì)環(huán)路熱管；另一套環(huán)路熱管使用丙烯作為工質(zhì)，即丙烯環(huán)路熱管；兩套所述環(huán)路熱管的蒸發(fā)器通過集熱座熱耦合在一起并與熱源貼合吸收熱量，兩套所述環(huán)路熱管的冷凝器熱耦合在一起并與熱沉貼合釋放熱量。

在所述乙烷工質(zhì)環(huán)路熱管中設(shè)置有外置儲液器，所述外置儲液器通過連接管路與乙烷工質(zhì)環(huán)路熱管中的儲液器相連。

所述丙烯環(huán)路熱管的儲液器和工質(zhì)充裝量按照220k至300k溫區(qū)設(shè)計；所述乙烷工質(zhì)環(huán)路熱管的儲液器和工質(zhì)充裝量按照160k至200k溫區(qū)設(shè)計；常溫時，所述丙烯環(huán)路熱管啟動并運(yùn)行實(shí)現(xiàn)熱傳輸，將熱源連同乙烷環(huán)路熱管的溫度一起從常溫逐步拉低至220k；在160k至200k溫區(qū)內(nèi)，所述乙烷工質(zhì)環(huán)路熱管實(shí)現(xiàn)熱傳輸。

有益效果：

(1)乙烷、丙烯工質(zhì)的雙回路環(huán)路熱管實(shí)現(xiàn)了從300k常溫存儲到160k低溫運(yùn)行的跨溫區(qū)啟動和運(yùn)行功能。熱耦合在一起的丙烯環(huán)路熱管實(shí)現(xiàn)了從300k常溫區(qū)到220k溫區(qū)的降溫，而乙烷環(huán)路熱管實(shí)現(xiàn)了160k至220k工作溫區(qū)的高效熱傳輸功能。

(2)外置儲液器解決了乙烷環(huán)路熱管的儲液器和工質(zhì)充裝量難以同時適應(yīng)常溫區(qū)和160k低溫區(qū)的問題。

(3)熱耦合在一起的丙烯環(huán)路熱管解決了常溫區(qū)啟動時可能出現(xiàn)的因為溫度超過臨界點(diǎn)而導(dǎo)致的啟動失敗問題。

附圖說明

圖1為環(huán)路熱管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明雙回路深冷環(huán)路熱管示意圖；

圖3為蒸發(fā)器與熱源熱耦合方式示意圖；

圖4為冷凝器與熱沉熱耦合方式示意圖；

其中：1-蒸發(fā)器、2-冷凝器、3-儲液器、4-蒸氣管路、5-液體管路、6-毛細(xì)芯、7-集熱座、8-外置儲液器、9-連接管路、10-熱源、11-熱沉

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本實(shí)施例提供一種適應(yīng)160k至220k工作溫區(qū)的雙回路深冷環(huán)路熱管，能夠?qū)崿F(xiàn)從常溫區(qū)至160k低溫區(qū)的跨溫區(qū)啟動和運(yùn)行功能。

該雙回路深冷環(huán)路熱管采用蒸發(fā)器和冷凝器熱耦合在一起的兩套環(huán)路熱管解決了160k至220k溫區(qū)的熱傳輸問題，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括：一套使用乙烷工質(zhì)的環(huán)路熱管(即乙烷工質(zhì)環(huán)路熱管)和一套使用丙烯工質(zhì)的環(huán)路熱管(即丙烯工質(zhì)環(huán)路熱管)。兩套環(huán)路熱管的蒸發(fā)器通過集熱座7熱耦合(即能夠互相傳熱)在一起并與熱源貼合吸收熱量，兩套環(huán)路熱管的冷凝器熱耦合在一起并與熱沉貼合釋放熱量。

其中丙烯工質(zhì)環(huán)路熱管用以實(shí)現(xiàn)從常溫至220k溫區(qū)降溫過程的熱傳輸。按照220k至300k溫區(qū)設(shè)計丙烯環(huán)路熱管的儲液器和工質(zhì)充裝量，丙烯工質(zhì)在該溫區(qū)具有良好性能。當(dāng)熱沉溫度降低，丙烯環(huán)路熱管啟動并運(yùn)行，(原因為：當(dāng)熱沉溫度降低，冷凝器溫度降低，蒸發(fā)器和冷凝器存在溫差，蒸發(fā)器上施加熱載荷后，丙烯環(huán)路熱管具備啟動條件，因此可以啟動并運(yùn)行)。丙烯環(huán)路熱管中的蒸發(fā)器吸收熱源的熱量，產(chǎn)生蒸氣從蒸氣管路流向丙烯環(huán)路熱管中的冷凝器，在冷凝器中釋放熱量給熱沉并冷凝成液體；由于兩套環(huán)路熱管的蒸發(fā)器熱耦合在一起，在該過程中丙烯環(huán)路熱管將熱源連同乙烷環(huán)路熱管的溫度一起從常溫逐步拉低至220k。隨著溫度降低，丙烯環(huán)路熱管的性能逐漸衰退，當(dāng)溫度低于220k，其性能衰退將難以滿足繼續(xù)降低溫度的需求；但乙烷工質(zhì)環(huán)路熱管在160k至220k溫區(qū)具有良好的性能，當(dāng)溫度低于220k時，可以通過乙烷工質(zhì)環(huán)路熱管實(shí)現(xiàn)熱傳輸。

乙烷工質(zhì)環(huán)路熱管具有一個額外的外置儲液器8，如圖2所示，外置儲液器8通過連接管路9與乙烷工質(zhì)環(huán)路熱管的儲液器相連。乙烷工質(zhì)環(huán)路熱管的儲液器和工質(zhì)充裝量按照160k至200k溫區(qū)設(shè)計，當(dāng)乙烷工質(zhì)環(huán)路熱管處于常溫至220k溫區(qū)時，由于工質(zhì)液體體積膨脹，多出的液體存儲在外置儲液器8內(nèi)，回路不會被脹裂。當(dāng)乙烷工質(zhì)環(huán)路熱管處于220k以下低溫后，由于連接管路9的熱阻較大(連接管路9管路為不銹鋼材料，導(dǎo)熱系數(shù)小，管路又長，即傳熱路徑長，因此熱阻大)，外置儲液器8仍處于常溫，外置儲液器8內(nèi)為過熱的蒸氣工質(zhì)，液體會被充入到環(huán)路熱管內(nèi)，環(huán)路熱管可以正常工作。

兩套環(huán)路熱管的蒸發(fā)器與熱源通過導(dǎo)熱的方式實(shí)現(xiàn)三者之間相互的有效熱耦合。典型形式如圖3所示，如果熱源自身具有良好的導(dǎo)熱性能，兩套環(huán)路熱管蒸發(fā)器的集熱座即使不相互接觸，也可通過與熱源的貼合實(shí)現(xiàn)間接的熱耦合。

兩套環(huán)路熱管的冷凝器與熱沉通過導(dǎo)熱的方式實(shí)現(xiàn)三者之間相互的有效熱耦合。典型形式如圖4所示，如果熱沉自身具有良好的導(dǎo)熱性能，兩套環(huán)路熱管冷凝器即使不相互接觸，也可通過與熱沉的貼合實(shí)現(xiàn)間接的熱耦合。

實(shí)際使用時，首先選擇兩套環(huán)路熱管，根據(jù)使用要求，確定管路長度、儲液器和工質(zhì)充裝量，其中一套設(shè)置外置儲液器，兩套環(huán)路熱管中兩個蒸發(fā)器與兩個冷凝器機(jī)械接口能夠相互貼合(即兩個蒸發(fā)器可以相互貼合，兩個冷凝器可以相互貼合)。然后將帶有外置儲液器的環(huán)路熱管內(nèi)充入乙烷工質(zhì)，另一套環(huán)路熱管內(nèi)充入丙烯工質(zhì)。最后將兩套環(huán)路熱管的蒸發(fā)器相互貼合，通過集熱座固定于熱源上，將兩塊冷凝器固定在冷源上，并在以上接觸界面上涂覆低溫導(dǎo)熱填料。使用鍍鋁膜多層將系統(tǒng)整體包覆以減少環(huán)境漏熱影響。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。