[发明专利]一种渗透压驱动的两相流体回路

说明书

本发明公开了一种渗透压驱动的两相流体回路。本发明回路驱动力大且无需任何能源供给，稳定性高，传热量大、热传输距离远。本发明在储液器或液体管路中设置半透膜，并在半透膜上部分的工质中添加有溶于工质的溶质，溶质的沸点大于蒸发器温度；所述半透膜用于通过工质、并不通过溶质。本发明以渗透压为驱动力，实现了两相流体回路的运行，是一种全新的流体回路驱动方式，实现简单易行且驱动力大，并且为完全被动的驱动力，无需任何能源供给，不存在机械部件损耗问题；且驱动力大，可显著提高环路热管驱动力，提升传输距离和传热能力；稳定性高，可使环路热管始终处于固定热导工作状态，避免因蒸发器向储液器漏热导致不稳定现象。

技术领域

本发明涉及设备散热技术领域，特别涉及航天器及地面其他电子设备的高效传热，具体涉及一种渗透压驱动的两相流体回路。

背景技术

两相流体回路依靠工质的潜热来实现热量传输，相比单相流体回路和传统热管，其具有传热量大、温差小、远距离热传输、优良控温特性等特点。由于具有众多其他传热设备无可比拟的优点，两相流体回路是近十几年来重点发展的航天器热控制技术。

按驱动方式区分，两相流体回路技术主要包括：机械泵驱动的两相流体回路和毛细泵驱动的两相流体回路，如表1所示。典型的毛细泵驱两相回路包括环路热管和毛细抽吸两相环。机械泵驱、毛细泵驱两相回路已经在航天器上得到了广泛的应用。

表1 各种热控技术的优缺点

对于机械泵驱两相回路，其驱动泵内含有活动部件，叶轮磨损、气蚀等问题使得泵本身存在可靠性和寿命问题，所以实际应用中需要采用并联多台驱动泵(备份)的工程方案来延长系统寿命，但考虑到重量、体积、电源等资源，不可能通过无限多的并联驱动泵来实现长寿命的宇航应用，比如空间站等执行长期在轨任务的航天器(20年)。

对于毛细泵驱两相流体回路，例如典型的环路热管(依靠毛细力驱动)在工程应用中也存在一些问题：

(1)毛细驱动力不够大。对于大功率(1kW以上)、超长距离热传输(如大于30m)、逆重力工作或过载环境，毛细驱动力已不太够用，常规的环路热管使用1μm的毛细芯，对氨工质只能提供不超过100kPa以下的驱动力，即使使用0.3μm毛细芯，毛细力也不超过300kPa，而减小毛细芯孔径还会带来芯内液体流阻增大的相关问题。

(2)存在不稳定现象。毛细芯通过毛细力将冷凝器内液体抽吸回蒸发器，单纯靠毛细力，液体管路至液体干道的液体不够稳定，一旦发生蒸发或沸腾，容易导致回路运行不稳定(温度波动、倒流、温度迟滞等现象)甚至是影响供液导致失效。

(3)并联系统中各支路会相互影响。当多个蒸发器并联、每个支路工况不一样时，可能出现各支路流动干扰，出现供液不充分或启动问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种渗透压驱动的两相流体回路，驱动力大且无需任何能源供给，稳定性高，传热量、热传输距离等传热性能好。

本发明的基于渗透压驱动的两相流体回路，包括储液器、蒸发器、蒸汽管路、冷凝器和液体管路；其中，在储液器或液体管路中设置半透膜，将液体工质分为上下两部分，上部分的工质中添加有溶于工质的溶质，溶质的沸点大于蒸发器温度；所述半透膜用于通过工质、并不通过溶质。

较优的，所述蒸发器为含有毛细芯的蒸发器。

较优的，在液体管路上设有控制阀。

较优的，所述工质为水，溶质为无机盐、有机物或纳米颗粒。

较优的，所述半透膜为细胞膜、膀胱膜、羊皮纸或人工制的胶棉薄膜。

较优的，在液体管路上设置阻力调节装置，通过阻力调节装置改变流动阻力，从而调节两相流体回路的散热功率。