CN101603791B - 一种毛细冷却器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种毛细冷却器。它包括壳体，壳体内壁是一开有轴向蒸汽槽道的筒I，筒I的槽肋与透气不透水材料隔层紧密接触，透气不透水材料隔层的表面与毛细芯接触，毛细芯与壳体之间为冷却水箱，壳体的一端有与轴向蒸汽槽道相贯通的集水腔，集水腔上设置蒸汽管道，蒸汽管道与冷却水箱中的冷凝管道相连通。本发明具有传热能力强、等温性好、控温精度高、能耗低等优点。适合在航天飞行器的热控等***中应用。

Description

一种毛细冷却器

(一)技术领域

本发明涉及的是一种能量转换装置，具体地说涉及一种毛细抽吸两相流体回路装置。

(二)背景技术

近年来一些大功率、高热流密度的电子设备的使用十分广泛，这些电子设备的设计趋势是芯片集成度越来越大，主频越来越高，其紧凑性的要求使得众多的电子元件集成在越来越小的区域之内，使得单个元件的功率越来越大，单位体积的发热量不断增加，有效散热面积不断减少，这对电子器件的换热表面的散热能力提出了越来越高的要求。

为了保证这些电子器械的正常工作，必须提高电子设备(尤其是高密度组装的电子设备)散热能力，以维持电子设备处于适宜的工作温度。然而，由于电子设备对空间、结构、尺度上的特殊要求，应综合考虑各种因素来设计高功率密度器件的热控***。

因此，设计结构更加紧凑、传热量更大、传热效率更高、热响应更快、稳定性能更好、使用寿命更长的散热热控设备一直是热处理***设计者和使用者长期为之奋斗的目标。

名称：Capillary evaporator(公开号：WO03073032(A1)，公开日：2003-09-04)的专利文件中，描述了一种毛细蒸发器，它在高热流条件下从热源吸收热量。该毛细蒸发器包括一个具有多个肋的壳体，所述肋与现有的热源进行热交换。肋限定了多个蒸汽通道，该蒸汽通道接收蒸发器内由于工作流体蒸发而产生的蒸汽。毛细吸液芯位于壳体内并与肋间隔。桥介于毛细吸液芯与肋之间，将热从肋向吸液芯传送并将蒸汽从吸液芯向蒸汽通道传送。桥包括多个分数维层，每一个分数维层都有孔和腹板，这些孔和腹板在尺寸和数量上与直接相邻的分数维层成比例，并被布置得使相邻层之间的孔相互交叠。分数维层的这种布置使得具有最多且最小孔的分数维层直接与吸液芯相邻，而具有最少且最大孔的分数维层位于与肋最近的位置。这种结构使得桥既能均匀地把热从肋向吸液芯表面扩散也同时能够以高渗透率使蒸汽从吸液芯向蒸汽通道流动。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种传热能力强、等温性好、控温精度高、能耗低、没有运动部件、主要依靠毛细力驱动工质循环的一种毛细冷却器。

本发明的目的是这样实现的：

它包括壳体，壳体内壁是一开有轴向蒸汽槽道的筒I，筒I的槽肋与透气不透水材料隔层紧密接触，透气不透水材料隔层的表面与毛细芯接触，毛细芯与壳体之间为冷却水箱，壳体的一端有与轴向蒸汽槽道相贯通的集水腔，集水腔上设置蒸汽管道，蒸汽管道与冷却水箱中的冷凝管道相连通。

所述的壳体、透气不透水材料隔层和毛细芯均由上下对称的两部分组成，两部分壳体铆接、螺钉连接、粘合剂粘合或热熔融合成一体。

所述的毛细芯由导热系数比较大的多层丝网压制而成或者由粉末材料烧结而成。

所述的透气不透水材料隔层由防水性能的材料构成的纤维线编成的网状结构，或者是在不锈钢金属网层上加工有氟树脂而成的网状体结构。

本发明提供了一种传热能力强、等温性好、控温精度高、能耗低、没有运动部件、主要依靠毛细力驱动工质循环的冷却装置。

冷却器壳体内是开有轴向蒸汽槽道的部件I，I的槽肋与透气不透水材料隔层紧密接触，水在透气不透水材料隔层的内表面与毛细芯的接触面上蒸发，蒸发出的蒸汽流入蒸汽槽道，流经蒸汽管道，最后进入冷却水箱中的冷凝管道。水蒸汽在冷凝管道中凝结为冷却水重新流回冷却水箱。

本发明具有以下优点：

1、传热性能好：本发明是一种相变方式传递热量的装置，以工质(水)流体的蒸发、凝结方式进行换热的，蒸发、凝结过程几乎是在等温下完成的，因此这种***能在很小温差下传递很大的热流，即具有很高的热导和很好的均温特性外，还可高密度地传递热流。

2、毛细泵循环，无需消耗动力：本发明中利用工质吸收和放出潜热的相变来传递热量，因此***工作所需工质的质量流率很小，其蒸汽和液体回流的阻力相应较小，适当设计的毛细泵能提供足够的毛细抽吸力驱动工质维持正常的流动循环，无需另耗动力。

3、运行可靠：本发明是一个密封循环、靠自身毛细泵驱动的***，不需一般单相***所有的泵、阀门和旁路管道等，因而避免了它们带来的增加质量、***复杂和工质泄露的问题，也避免了运动部件工作寿命短的问题。因此，本发明是一种高可靠性的热控***，更适合应用于航天飞行器的热控***中。

4.一体化结构：本发明采用一体化结构设计，冷却水箱一方面作为冷凝器冷却进入冷凝管道中的水蒸汽，另一方面作为集液腔在毛细抽吸力的驱动下维持正常的流动循环。由于冷却水箱中的蓄水量远远大于工质的质量流量，能有效地防止烧干现象。

(四)附图说明

图1为本发明的一种实施例的结构示意图。

图2为本发明轴向蒸汽槽道的筒I的结构示意图。

图3为本发明的半剖图。

图4为图3的A-A剖面。

图5为透气不透水材料隔层示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，毛细冷却器的组成包括高温内热源1、壳体2、冷却水箱3、蒸汽槽道4、毛细芯5、透气不透水材料隔层6、集气腔7、蒸汽管道8、冷凝管道入口9、流量阀10。同时结合图4，壳体为圆管式，壳体上下对称，可以通过紧贴方式互相紧密结合。作为紧贴方式可以是采用铆钉或螺钉进行机械连接，也可使用粘合剂粘合或利用热熔融等方法。本发明采用机械连接。

冷却器的内表面是透气不透水部件6，现实中多为透湿膜，一般来说透湿膜是把形成有水滴的2万分之1、水蒸气分子的1000倍大小的超微细孔的薄膜固定在基布伞，使之具有一定的机械强度，由具有透湿性材料构成。这种透湿性可利用气体分子与液体分子大小的不同，也可利用聚氨酯薄膜具有的吸湿性，利用了在高湿度的一侧吸湿、低湿度一侧放出水蒸气的物理化学特性。

本发明的透气不透水部件6是由防水性能的材料构成的纤维线编成的网状结构，或者是在不锈钢金属网层上加工有氟树脂而成的网状体结构等。网状体的网孔的尺寸应设定如下：在水的表面张力的作用下能阻止冷却水箱中的水透过6(见其放大结构一附图5)。

冷却器中的毛细芯5由导热系数比较大的多层丝网压制而成或者由粉术材料烧结而成。

如附图2所示：图2是套在内热源上独立的蒸汽槽道结构的截面示意图，本发明采用的是燕尾形的轴向蒸汽槽道，透气不透水部件6与其槽肋11紧密接触(见附图4)，水在6内表面与毛细芯5的接触面上蒸发，蒸发出的蒸汽透过部件6进入蒸汽槽道12，经蒸汽槽道12进入集气腔7。

高温内热源1(一般是热流体)通过外壁将热量源源不断地传递给I，热量再经I传递给与其槽肋11紧密接触的透气不透水部件6，水在6内表面与毛细芯5的接触线上蒸发，蒸发出的蒸汽透过部件6进入蒸汽槽道12，经蒸汽槽道12进入集气腔7。7内的水蒸汽通过蒸气管道8与冷却水箱外壁上的冷凝管道入口9相连，冷凝后的水重新回到水箱3，气流量可以通过流量阀10控制。

Claims (5)

1.一种毛细冷却器，它包括壳体，其特征是：壳体内壁是一开有轴向蒸汽槽道的筒I，筒I的槽肋与透气不透水材料隔层紧密接触，透气不透水材料隔层的表面与毛细芯接触，毛细芯与壳体之间为冷却水箱，壳体的一端有与轴向蒸汽槽道相贯通的集水腔，集水腔上设置蒸汽管道，蒸汽管道与冷却水箱中的冷凝管道相连通。

2.根据权利要求1所述的一种毛细冷却器，其特征是：所述的壳体、透气不透水材料隔层和毛细芯均由上下对称的两部分组成，两部分壳体铆接、螺钉连接、粘合剂粘合或热熔融合成一体。

3.根据权利要求1或2所述的一种毛细冷却器，其特征是：所述的毛细芯由导热系数比较大的多层丝网压制而成或者由粉末材料烧结而成。

4.根据权利要求1或2所述的一种毛细冷却器，其特征是：所述的透气不透水材料隔层由防水性能的材料构成的纤维线编成的网状结构，或者是在不锈钢金属网层上加工有氟树脂而成的网状体结构。

5.根据权利要求3所述的一种毛细冷却器，其特征是：所述的透气不透水材料隔层由防水性能的材料构成的纤维线编成的网状结构，或者是在不锈钢金属网层上加工有氟树脂而成的网状体结构。

Images