[发明专利]低温回路热管装置

说明书

技术领域

本发明涉及制冷与低温技术领域，尤其涉及一种低温回路热管装置。

背景技术

在现有技术中，低温回路热管(Cryogenic Loop Heat Pipe，CLHP)是一种工作在120K以下深低温区的气液两相热传输设备。在下文中，低温回路热管简称为CLHP。当前，CLHP的基本结构是由蒸发器、冷凝器和中间连管组成的回路系统，回路系统中充装有特定的工作介质，这类工作介质典型地包括氮、氧、氩、氢、氖等。在这种回路系统中，蒸发器与热源连接，冷凝器与冷源连接，蒸发器内部布置有吸液芯，为避免CLHP在室温下内部压力过高，CLHP还外接一个体积较大的气库。CLHP正常工作时，工作介质以气、液两相形式存在，气体在冷凝器中被冷凝成液体，液体通过液体连管流入蒸发器并充满吸液芯，并在吸液芯外表面受热蒸发变成气体，气体通过气体连管流回冷凝器，从而使气、液两相在低温回路热管内循环流动，这样热源的热量就被连续不断地传输到冷源，实现低温热传输。

由于蒸发/凝结相变过程的换热系数显著地高于对流、辐射、导热等换热方式，因此CLHP能够具有较高的传热系数。目前，采用低温热管回路原理的某些装置的传热热导率已达到紫铜的40倍。在利用柔性细管作为液体连管和气体连管的情况下，CLHP可以具有柔性传热的能力，也就是说，这种低温热管回路可以连接固定的冷源和运动的热源，或者可以连接运动的冷源和固定的热源。这种柔性传热的特性还使得CLHP可以隔离冷源和热源之间的振动传递。CLHP的低温工作、高传热系数、柔性传热、振动隔离等特性使其在航天领域具有良好的应用前景。

然而，由于CLHP的工作温度较低，因此在应用时存在着一些特定的技术问题，最大的问题是CLHP从室温环境到较低的工作温度的启动过程不易实现。CLHP的冷凝器与冷源靠近，容易被冷却到工作温度，但蒸发器距离冷源较远，很难被冷却到工作温度。这样一来，蒸发器内部就不会有液体存在，CLHP也就无法开始工作。目前，针对CLHP的启动问题存在两类解决方案，第一类是在CLHP主回路中串联一个次蒸发器，第二类是在CLHP主回路上并联一个次蒸发器回路。例如，在中国专利公开号为CN1648592；以及中国专利公开号为CN1651845和中国专利公开号为CN1651844的发明专利中公开第一类方案，利用串联的靠近冷凝器的次蒸发器辅助CLHP的启动，其工作原理为：CLHP的冷凝器和次蒸发器首先被冷却到工作温度附近，然后加热次蒸发器使其内部产生一定的压头，从而推动次蒸发器前的一段冷凝液流向主蒸发器，促使主蒸发器的温度下降到工作温度附近，则CLHP可以正常工作。美国专利公开号为US2003/0159808A1和美国专利公开号US7004240B1公开了上述第二类方案，利用与主回路并联的靠近冷凝器的次蒸发器辅助CLHP的启动，其工作原理为：CLHP的冷凝器和次蒸发器首先被冷却到工作温度附近，然后加热次蒸发器，则次蒸发器所在的回路(称为二次回路)可以正常工作，二次回路的工作原理和主回路完全相同，这样二次回路中的液体会从冷凝器向次蒸发器流动，而主蒸发器在二次回路中的位置处在冷凝器和次蒸发器之间，因此会有液体流到主蒸发器中，使得主蒸发器的温度逐渐下降到工作温度附近，则CLHP可以正常工作。

然而，上述第一类方案由于次蒸发器串联在主回路中，导致次蒸发器推动液体流动的方向具有不确定性，次蒸发器辅助CLHP启动的效果不理想。在第二类方案中，虽然次蒸发器推动液体流动的方向明确，使次蒸发器可以很好地辅助CLHP启动，但是由于整个CLHP中增加了一路回路，相当于采用两路回路来作为一路回路使用(CLHP正常工作时二次回路不工作)，导致系统的结构比较复杂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种易于启动的低温回路热管，从而简化低温回路热管的结构，同时保证低温回路热管的有效启动。

因此，本发明提供一种低温回路热管装置，其包括冷凝器和具有吸液芯的蒸发器，该冷凝器的第一端通过气体连管与蒸发器流体连通并且其第二端通过液体连管与该蒸发器流体连通形成传热回路，其中，在冷凝器和液体连管之间设有用于存放来自冷凝器的液体的贮液机构，贮液机构处设有电磁驱动机构，用于将贮液机构内的液体驱入蒸发器中。在本发明中，该低温回路热管装置还包括与气体连管流体连通的气库。

根据本发明，电磁驱动机构包括设置在贮液机构的贮液腔内并与其相配合的活塞组件以及驱动活塞组件在贮液腔内往复运动的电磁驱动器。