[发明专利]具有相互连通的毛细热管网络的热控器件

说明书

本发明涉及一种基于毛细热管的热控器件，该毛细热管通过流体循环提供热量传递，以分别用于冷却热源或加热冷源，且毛细热管相互连通形成至少一个网络。

毛细管是一种具有光滑内壁的简单中空管道，用于热量传递的毛细热管1的形式为中空管道2，其具有凸出内表面的径向内槽3并且环绕着中间通道4，如图1a和1b示意性地示出了本领域中最常见且最经济变形的径向和横向截面图。

在其它变形中，如图1c中以横向截面示意性示出的，多孔材料制成的基本环状结构环绕着该中间通道4，该环状结构覆盖在管道2的内壁上，比如多孔铜或其它多孔结构5。下文将这些特殊的结构(槽3，多孔结构或材料5)称为“毛细结构”，其通常设置在毛细热管1的管道2的内表面上，以保持热量传递流体的液相并将其与在中间通道4中循环的气相相分离。因此，热管1具有两个不同的毛细尺寸，例如，中间通道4的直径和毛细结构3、5的厚度或径向尺寸，这样可用于分离传递热量流体的液相与气相的流动(顺流或逆流)。

在现有技术中，毛细热管1一般包括直的管道2，或包括至少一个两端封闭的且充满着在适宜压力下呈两相的热量传递流体的部件，从而使得可通过气化、蒸汽流动，然后流体凝结来传递热量。

毛细热管1通常为杆状，可能在适当位置弯曲一定角度并具有适于需求的尺寸。管道2的横截面可以是例如圆形或四边形。管道2可以与至少一个热源(如图1a中的6)和至少一个冷源(如图1a中的7)直接热接触；或者与至少一个板接触，该板与至少一个热源或至少一个冷源热接触。

毛细热管1将在蒸发区8中的热源6(比如散热电子设备或加热器)与在冷凝区9中的冷源7(比如冷却器或待加热的设备或结构)连接起来。流体的液相通过覆盖在管道2内壁上的毛细结构3、5，从冷凝区9向蒸发区8循环，在冷凝区9液相流体与冷源7进行热交换，在蒸发区8液相流体与热源6进行热交换。在蒸发区8与热源6接触后，液体蒸发，所形成的蒸汽通过管道2的中间通道4输送到冷凝区9，在那里蒸汽冷凝至液相，并向冷源7释放热量。

与上述参考图1a至1c所描述的毛细热管1形成对比的是，还有一种称作“脉冲式”热管，其由在端部相互连通以形成一个或多个回路的简单毛细管(具有较小内径的中空管道，比如2-5mm)构成。这个封闭的毛细管路中充满呈两相(气相和液相)的热量传递流体，其中，回路两端端部与一侧的蒸发器和另一侧的冷凝器进行热交换。两相的流动完全是顺流的：在与一个或多个热源热偶联的蒸发区中，由于热吸收而形成的蒸汽泡(“气团”)推动液体“片段”或“团块”。因此，封闭的毛细管路局部充满与一个或多个热源热接触的蒸发区所带来的液体，促使蒸汽泡的连续膨胀，其长度可以达到几毫米(通常5-10mm)。这些蒸汽团的膨胀推动在其端部的液体团块以及在连续液体团块之间的蒸汽团，由此这些团块和气团的移动使得液体和蒸汽在冷凝区与一个或多个冷源热接触，在该区域蒸汽冷凝为液体。于是，液体在该封闭回路内的流动促使液体回到蒸发区并在所述区域形成新的气团。因此，一般来说液体团块和蒸汽团交替地向着蒸发区和冷凝区移动。

这类脉冲式热管在例如美国专利US4921041和US5219020中进行了描述。可参考这些专利获得更详细的信息。

因此，与用于脉冲式热管或顺流热管的简单毛细管相比，比如美国专利US6269865以及下述参考图2所描述的(对应于美国专利US6269865的图3)毛细热管的工作方式与之不同且更为有效。具有光滑内壁的毛细管限制了抽吸功率，使该功率值与管道直径成反比，该值小于100Pa。由于内壁上的多孔结构或槽具有较小的毛细尺寸，毛细热管的抽吸功率可以达到大于500Pa。与毛细管不同，毛细热管可以沿着热管管道的长度达到均衡的温度，这是因为液相流体和气相流体可作为沿着热管的不同热点和冷点的函数相互独立地沿着管道的两个方向流动。

如图2中所示，美国专利US6269865描述了一种热管网络11，其由相互连通的简单毛细管12形成基本方形或矩形的封闭回路13，且它们互相连通并连通着用于封闭热交换器两端端部的两个毛细管(入口12a和出口12b)。如果交换器设置为与至少一个热源16热接触，并且网络11用作为散热器单元并与至少一个冷源或散热设备热接触，则该交换器可用作为蒸发器18使用。而当交换器设置为与至少一个冷源热接触，并且网络11用作为热量传递单元并与至少一个热源热接触时，则该交换器也可用作为冷凝器19。