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具有卫星式蒸发器的环路热管

阅读：1020发布：2020-06-27

IPRDB可以提供具有卫星式蒸发器的环路热管专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且热传导系统(10)包括形成流体环路的主回路(1)、旁路主回路而设置的至少一个蒸发器单元(2)以及至少一个制冷换热器(5；5)，所述主回路没有机械、重力或毛细泵送装置，所述蒸发器单元(2)具有收集来自主回路的液流的入口管道(21)、包括具有毛细泵的多孔件的蒸发器(4)、具有喷嘴的出口管道(22)，所述多孔件耦连着待冷却的热源，所述喷嘴至少以环路流动方向将主要呈现气相的流体喷射到主回路中，所述制冷换热器(5；5，)包括一部分环路主回路以及耦连着散热器的换热器，所述散热器用于耗散热能。，下面是具有卫星式蒸发器的环路热管专利的具体信息内容。

权利要求

1.热传导系统(10)包括：

-形成流体环路的主回路(1)，主回路没有机械、重力或毛细泵送装置，具有在流体环路中的流动方向(F)，-至少一个蒸发器单元(2)，其设置在连接到主回路的旁路上，具有：-至少一个入口管道(21)，收集来自主回路的液流，-蒸发器(4)，包括具有毛细泵的多孔件(3)，且耦连着待冷却的热源，-至少一个出口管道(22)，具有喷嘴且用于将主要呈现气相的流体至少以环路流动方向喷射到主回路中，-至少一个制冷换热器(5；5')，包括一部分主回路以及耦连着散热器的换热器，所述散热器用于耗散热能。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流体在主回路(1)中基本呈现两相状态即气相和液相，于是，制冷换热器是常规的冷凝器单元(5)。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流体在主回路(1)中基本呈现液相，于是，制冷换热器为临界冷却换热器(5')。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述流体从气相到液相的状态变化发生在紧靠喷嘴下游的主回路的管道的一部分(15)中。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，多个蒸发器单元(2)设置在连接到主回路的旁路上。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，由于承受地球的引力，所述主回路(1)位于相对于重力基本水平的平面中。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述蒸发器位于主回路的下方。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述蒸发器位于主回路的上方。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，次芯(32)设置在多孔件和主回路之间并设置在一个或多个蒸发器中。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述喷嘴(60)设置在主回路内。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述喷嘴(60)以周壁方式设置在主回路的壁上。

12.根据权利要求1所述的系统，进一步包括连接着主回路的普通储液器(6)。

13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在其中一个制冷换热器(5；5')，所述主回路包括由平行设置的多个子通道(50)所构成的一部分。

14.根据权利要求1所述的系统，进一步包括一个或多个热桥(8)，用于将主回路与一个或多个附加热源(98)热连接。

说明书全文

具有卫星式蒸发器的环路热管

技术领域

[0001] 本发明涉及到热传导系统，尤其是环路热管。这种类型的系统用于冷却各种装置，尤其是用于冷却电路板的一个或多个处理器。

背景技术

[0002] 众所周知，在现有技术中，有利于采用具有蒸发器和冷却器的两相流体的循环，其中相变可有效地把热量从一个点传导到另一个点；工作液体在环路中的循环通过热虹吸效应或者通过具有毛细泵的多孔芯来产生环路。

[0003] 众所周知，可以利用这种系统来冷却电路板，尤其是数据中心的服务器板。

[0004] 在某些电路板中，需要冷却往往不止一个而是多个处理器或电子元件。针对串联设置的两个处理器的情况，有人曾建议使用两个蒸发器和两个冷凝器，而不是增加两相环路，如US专利文件2012/0132402中所公开的。然而，如果热负荷不是均匀的，那么这种方案就不适合，此外，启动也会产生问题；另外，在这种环路的操作过程中会观察到不稳定性。另一种方案是把多个蒸发器平行排列在两相环路上，如US专利文件2002/0007937所公开的，但是，在这种结构中，每个蒸发器都会增加环路中的压力损耗，而不会增加环路中的驱动效应，因此性能受到限制。

发明内容

[0005] 因此，需要提供更加灵活的方案来适合冷却一个或多个处理器或散热电子元件。

[0006] 为此目的，提出一种热传导系统，包括：

[0007] -形成流体环路的主回路，主回路没有机械、重力或毛细泵送装置，具有在流体环路中的流动方向，

[0008] -至少一个蒸发器单元，以旁路主回路的方式设置，具有：

[0009] -至少一个入口管道，收集来自主回路的液流，

[0010] -蒸发器，包括具有毛细泵的多孔件，耦连着待冷却的热源，

[0011] -至少一个出口管道，具有喷嘴，用于至少以在环路中的流动方向将主要呈气相的流体喷射到主回路中，

[0012] -至少一个冷却换热器，包括一部分环路主回路以及耦连着散热器的换热器，所述散热器用于耗散热能。

[0013] 通过这些设置，将蒸汽从出口管道喷射到主回路具有动量传递的驱动效应。蒸汽的喷射在环路主回路中形成驱动力，并且能够在环路主回路中实现工作流体的强制循环。

[0014] 在根据本发明装置的某些实施例中，有可能使用以下设置中的一项或多项。

[0015] 在第一个应用中，流体在环路主回路中主要呈现两相状态，即气态和液态，在这种情况下，制冷换热器是常规的冷凝器单元。因此，在冷凝器处就无需临界冷却。无需临界冷却使之能够限制乃至减少冷凝器的所需尺寸。就现有技术而言，众所周知，临界冷却的液体需要在蒸发器来抵消由于多孔芯、环境、可能存在的毛细渗透等所产生的寄生热通量。因此，该第一个应用案例消除了这种临界冷却的限制。

[0016] 在第二个应用案例中，流体在环路主回路中主要呈现液态，于是，制冷换热器为临界冷却换热器；这样的优点是使环路主回路中低压流体循环的蒸汽压力下降减少到最少；离开喷嘴的蒸汽冷凝在蒸汽喷射点下游且紧邻主回路的部分。临界冷却换热器确保主回路中液相的充分临界冷却，以便即使存在寄生热损耗，也能保留液体。使液体在主回路中的主要优点是，加速度对系统操作的影响很小，例如，在具有转向和高度可变强度的车辆中，能够利用低压流体，而不会导致不可接受的压力损耗。

[0017] 可以提供数个蒸发器单元，各个蒸发器单元都与主回路旁路；因此就有可能冷却电路板的两个或多个处理器以及/或者多个散热热源；这也是得益于各个蒸发器单元的蒸汽喷射所产生的附加驱动效应。

[0018] 在系统承受重力加速度的情况下，环路主回路可有利地位于相对于重力基本水平的平面中；最好，流体可以在不依赖热虹吸效应的情况下在环路主回路中循环，通过蒸发器的蒸汽喷射来获得主回路的驱动力。

[0019] 蒸发器位于主回路的下方；

[0020] 有利的是，可以通过局部虹吸效应将来自主管道的液体提供给多孔件，并且顺便有助于蒸汽和/或不凝性气体的气泡朝主管道上升。

[0021] 蒸发器可位于主回路的上方，从而确保启动阶段过程中与蒸发器的多孔件接触的蒸汽的存在度最低。

[0022] 在一个或多个蒸发器中设置有施置在多孔件(也称为主芯)和主管道之间的次芯；这样就能够有效地去除经过毛细连杆的蒸汽和/或不凝性气体(NCG)的气泡，即使没有重力，也是如此，同时确保向主芯提供液体。

[0023] 喷嘴可以设置在主回路的管道内，在管路本身的内部。这样优化了驱动效应和动量传递。

[0024] 喷嘴可以周壁方式设置在主管道的壁上。有利的是，因此可使用Y形连接器，从而便于结合并同时保持液密性。

[0025] 系统可进一步包括连接着环路主回路的普通储液器。因此，可以在控制饱和温度Tsat的同时控制环路的操作条件，还可以将其用作膨胀箱，因此避免在各个蒸发器单元内提供储液器功能。

[0026] 在其中一个冷凝器(或临界冷却)单元，主管道可包括由平行设置的多个子通道所构成的一部分，其目的是限制通过属于冷却器单元的这部分的液压热损耗。

[0027] 系统可进一步包括一个或多个热桥，用于将主管道与一个或多个附加热源实现热耦连。因此，可以处理比如存储器这样的附加热源，所述附加热源所需散热当然低于处理器，但是也应该使其冷却。

附图说明

[0028] 本发明的其它方面、目的和优点将通过阅读作为非限制性实例列出的本发明一个实施例的以下说明显而易见。参考附图，也可以更好地理解本发明，在附图中：

[0029] -图1是根据本发明第一个实施例具有一个蒸发器单元的系统的示意图，[0030] -图2是根据本发明具有多个蒸发器单元的系统的示意图，

[0031] -图3是处于第一种设置的蒸发器的截面图，

[0032] -图4是图3所示的蒸发器的更详细的局部截面图，

[0033] -图5A和图5B是形成与环路主回路相结合的喷射器出口管道的截面图，[0034] -图6是根据第二种设置的蒸发器的截面图，

[0035] -图7是阐释了本发明的热传导系统用于在多处理器服务器板的图表，[0036] -图8显示了冷凝器处主管道的示例结构，

[0037] -图9与图1相似，显示了作为一个变体的第二个实施例，在该变体中，流体在环路主回路中主要呈现液相，

[0038] -图10与图2相似，但是只针对第二个实施例，也就是流体在环路主回路中主要呈现液相，

[0039] -图11阐释了质量流率方程式，

[0040] -图12显示了不同流体结果的示例性图表。

[0041] 在各图中，相同的标号指代相同或相似的元件。

具体实施方式

[0042] 图1显示了热传导系统10，该热传导系统利用两相工作流体7来收集热源9的热能并将其从热源转移。更具体地说，热传导系统10包括环路主回路1。热传导系统10在其内部体积中容纳一定量的工作流体7，并采用密封形式与外部环境相绝缘。

[0043] 在本说明中，术语“环路主回路1”的意思是指为了形成工作流体7的闭合回路而使环路能返回自身的管道或通道11，，因此相对于其它管道，所形成的“主管道”于连接平行设置的蒸发器。主回路也称为“传热母线”和/或“普通集热器”。

[0044] 应该理解的是，主回路通常不包含可能会干扰工作流体自由循环的阻碍元件，以优选流动方向所产生的该循环可以“F”来表示。

[0045] 根据本发明第一个实施例，在主回路中循环的工作流体通常包括两相，即液相和气相，不排除存在着流体在某些位置主要呈现液体7L，而在其它位置则主要呈现蒸汽7V的情况。

[0046] 根据第二个实施例，下面将对其进一步详细描述，在主回路中循环的工作流体主要呈现液相7L.

[0047] 根据本发明，主回路本身没有机械、毛细或重力泵送装置。主回路可形成大致为圆形、矩形、方形或任何其它形状的环路；同样，主回路可呈二维形状(即主回路基本是扁平的)或者可呈三维形状，即所述主回路并非只是扁平的。管路的横截面可基本不变的；但是不排除管路的横截面可沿着主回路而变化的。

[0048] 为了获取热源9的热量，所提供的蒸发器单元2采用旁路主回路的设置。该蒸发器单元2包括：

[0049] -至少一个入口管道21，收集来自环路主回路的液流，

[0050] -蒸发器4，包括多孔件3，用于构成毛细泵并耦连着待冷却的热源，[0051] -至少一个出口管道22，具有至少一个喷嘴，用于将主要呈现气相的流体以环路流动方向F喷射到主回路中。

[0052] 应该注意到，蒸发器单元2与主回路1的液压接口将液流限制于收集连接装置以及蒸汽喷射出口。将蒸汽喷射到主管道中可以发生在管壁处，如图5B所示，或者完全发生在主管道内，如图5A所示。发生蒸汽喷射的速度很高，从而导致将动量传递到主管道中循环的工作流体，如下文进一步详细所述。

[0053] 在所阐释的实例中，入口管道21与出口管道22是分开的；因此，按照本领域技术人员已知的分类，蒸发器单元与CPL(毛细泵送环路)相似。然而，可以注意到的是，入口管道21和出口管道22可以是相连或相邻的。而且，入口管道21和出口管道22各自都可以缩减为简单的通道，不一定是管状的管道或等同物；在图3中，虚线表示主管道11邻近蒸发器的情况，在这种情况下，入口管道21和出口管道22之中一个和/或另一个可以缩减为简单的通道。

[0054] 经由入口管道21的液体收集点25位于蒸汽从出口管道进入主管道11的排出点26的上游(相对于流动方向F而言)。

[0055] 此外，系统包括冷凝器单元5，用于将主管道中承载的热能传递到与热源相隔一定距离之处。冷凝器单元5由主管道本身的一部分以及耦连着散热器的换热器所构成；在此不再刻意地详细描述该换热器，因为所述换热器可以是现有技术已知的任何类型的换热器；例如，具有翅片的风冷换热器，可能通过风扇来强制对流；还可以是液体冷却换热器，例如具有例如水这样的另一种液体的逆流型换热器。

[0056] 在服务器板的典型实例中，可以普通的水冷环路(图7所示)将来自处理器的热能通过主回路带到与服务器板相隔一定距离之处。

[0057] 在热传导系统内的工作流体的量是不变的，因为作为一个整体的系统相对于环境是密封的。取决于回路和蒸发器中的可变容积以及初始填装量，在主管道中的两相流量可以是分层的或者是环形的、层状的或混乱的，具有尺寸变化的蒸汽气囊。可以选择流动类型以及喷射区域的设计，以便得到最有效的驱动效应，与此同时，对于预期温度和热功率范围而言，使粘滞损耗降到最低。

[0058] 尤其是，根据第一个实施例，主管道的某些部分的横截面可以使气相与液相自然地或者由于重力或离心力或者由于分离装置而分开并分层，或者根据重力或失重作用下的环境条件的需要并且针对流动特性来应用所述分离装置。这种相分离的优点是，与两相输送系统通常所需要的液体的低流量相比，可以在较高的蒸汽速度下运送很大流量的蒸汽。这种相分离明显减少了主管道中的压力损耗。蒸汽流速/液体流速的理论比例正比于液体和蒸汽之间的密度比。由此可见这种相分离所提供的优点，因为高压流体的密度比可以是
10，而对于低压流体而言，密度比可高达100乃至1000。在两相环路中，通常蒸汽的压力损耗是主要的。喷射器最好以气相来设置，由此直接或者通过驱动效应与一部分液相动量相连通。两相管路可以是使之能够进行这种相分离的任何形状。卵形有助于使的蒸汽位于管路的放大上部而液体部分位于管路的狭窄下部。主管道甚至可由平行的多个部分构成：蒸汽管道和液体管道。在这种特殊情况下，蒸汽的压力损耗在与主管道平行设置的管线段发挥泵送作用。设置低流速的一条或多条平行支线，有助于液体占据所述支线，同时使之能够带走可能产生的蒸汽气泡。

[0059] 如图2以更完整的案例所示，热传导系统使之能够通过各个蒸发器单元2，2'来散热来自多个热源9的热能，所述蒸发器单元可完全相同或者只是原理相似。值得注意的是，这些蒸发器单元都是以旁路主管道的方式沿着该主回路设置在连续的不同位置上。有利的是，由于该结构，通过快速蒸汽喷射装置实现附加的驱动效应，所述蒸汽喷射装置沿着主回路来串联设置(不同于现有技术的并联设置的蒸发器结构)。

[0060] 此外，可以发现，通过本发明，可以把比如制冷剂这样的常规电介质流体用作工作流体，由此代替现有技术在两相环路中所使用的或者是易燃的或者对环境有害的普通流体。这些流体的低潜热在喷嘴处达到显著的蒸汽速度方面是一项优势，可以与在相同蒸发器利用多个喷嘴的可能性相结合。因此，有可能针对指定操作温度的一定范围使用更多种类的两相流体。

[0061] 还可以在主回路上提供多个蒸发器单元4；在一个实例中，一个蒸发器后面可以跟着一个冷凝器，相互交替，以此类推，当然，通过图2，可以理解的是，相对于蒸发器的数量而言，可具有任何数量的冷凝器。同样，各个蒸发器和冷凝器可以处于任何顺序以及相对位置且在它们之间可以留有空间。

[0062] 如图3所示，蒸发器4包括热板40，用于接收来自热源9的热能并在其中设置有助于消除由于蒸发作用而在该位置所形成的蒸汽7V的凹槽31或蒸汽通道。

[0063] 多孔件3，也称为主芯，与热板40(在凹槽侧)相接触。它提供了现有技术已知的泵送效果，因为用液相的流体来填充多孔结构3的间隙。多孔件3可由不锈钢、镍、陶瓷乃至铜制成(见下文)。

[0064] 在液体横向进给区域30，呈现液相的流体从入口管道21进入；现有技术的一个已知关注点是防止蒸汽和不凝性气体的塞子阻塞进入的液体(汽塞现象)，由此切断蒸发区域的液相供应并且使毛细泵停止运行。由于毛细密封或者寄生热通量较差(寄生加热—液体侧)，所以会在液体横向进给区域形成蒸汽泡。因此，可将寄生通量视为附加热源，在本领域技术人员已知的装置中，需要临界冷却液体的流速来避免停止运行或者饱和温度上升。于是，在已知装置中，装置的总导通量会随之而退化。在本发明中，蒸汽和/或不凝性气体自然地通过辅助毛细连杆的蒸汽核芯排放到主回路，而不再需要临界冷却。装置的总导通量可由本发明来保持，即便蒸发器产生寄生泄漏或者不凝性气体泄露，亦是如此。与本领域技术人员已知的毛细装置CPL和LHP)相比，该系统更具鲁棒性。

[0065] 在现有技术中，曾尝试防止在多孔件的横向进给侧形成蒸汽泡，从而避免由于形成汽塞现象而妨碍向蒸发器主芯供应液体；但是，在这里，采用了具有环路主回路的结构，使得我们可以允许形成这种蒸汽和不凝性气体的气泡，只要所述气泡可以从入口管道21逆流返回主管道11。

[0066] 为此目的，仍可以使用重力，只要重力在适用范围内占主导，则可通过形成局部虹吸管而利用重力，在所述局部虹吸管中，气泡上升，液体下降，如图3所示。

[0067] 此外，或者作为选择，还可以设置有可选次芯32，设置在相对于热板40而言的主芯的另一侧。该次芯32延伸至蒸发器主体内部，并且还可以至少局部地延伸至入口管道21中；实际上，次芯32施置在主芯3与主回路的管道11之间。

[0068] 该次芯32形成便于疏通可能在该位置所形成气泡的通道，所述位置即指主芯3的另一侧；由此通过中断从主管道向蒸发器4主芯3连续供应的液流来防止汽塞现象。

[0069] 次芯32可由丝网所构成，如图4所示。在次芯网线的角落处或交叉处，可形成弯液面39，由此确保很好地向主芯供应液体。

[0070] 由于能够允许在多孔件进给侧(液体)形成蒸汽泡，所以有利的是，就不再需要确保完善的毛细密封，以便分割多孔件3各侧的空间。其结果是，可以降低制造的限制条件以及减少蒸发器的成本。

[0071] 寄生热通量，无论蒸发器的定向如何，都可以通过控制去除在多孔件进给侧所形成的蒸汽泡来补偿，而且无需临界冷却液体的流动，便可以实现这一点。

[0072] 同样，无需在启动阶段给主回路加压，因为即使在多孔件的另一侧在蒸发器中形成蒸汽泡，这些气泡也都会返回主回路，然后在主回路中凝结。

[0073] 在图3所阐释的结构中，热板40位于待冷却的热源9的上方，多孔件3位于热板40的上方，容纳可选次芯的液体横向进给区域30位于多孔件3的上方。

[0074] 在图6中，蒸发器的另一种设置是与图4相比呈基本倒置，蒸发器包括设置在顶上的受热热板40，具有与多孔件3接触的凹槽31，次芯32在其下方。

[0075] 液体到达多孔件可用箭头38a、38b来表示，而任意蒸汽和/或不凝性气体的气泡结合成蒸汽气囊12，用标为37b、37a的箭头来表示。

[0076] 如上所述，与现有技术不同，寄生热通量能被该系统所容许且对系统性能没有影响。有利的是，如上所述，蒸发器可相对于重力取任何定向，因为存在次芯32，从而确保能够通过毛细泵送来供应液体以及蒸汽的逸出(见上文)。同样，因为导热性能对来自多孔芯3的寄生通量没有影响，所以这样使之能够将铜(在现有技术中，并不推荐铜，因为对导热体而言太好了)用作多孔件，这就大大提高了蒸发区域的性能。

[0077] 根据本发明，有利的是，如图6所示，蒸发器单元2和主管道11的相对位置可以使得启动时蒸发器的凹槽未充满液体。于是，由于凹槽中存在着蒸汽而有助于启动。次芯有助于向液体横向进给区域适当地供应液体并使蒸汽泡返回主管道。

[0078] 本文所示的本发明可用于微重力环境，即太空，当然，也可以用于重力环境(陆地应用)。当然，本发明可用在承受一个或多个方向加速度的运输交通工具上(公路、铁路、航空等)，次芯32用于控制液流供应以及所有蒸汽泡的返回。

[0079] 如图5B所示，出口管道连接着Y形连接器，标记为63；如图5A所示，出口管道连接着垂直进给61和弯管62。

[0080] 应该注意的是，为了达到理想的驱动效应，蒸汽喷射方向G足以在圆周方向F具有主要分量，即便还会具有其它(径向)分量，如图5B所示的情况那样。

[0081] 蒸汽喷射可藉助于喷嘴60来产生，所述喷嘴可呈圆柱形或圆锥形。

[0082] 蒸发器出口处的喷嘴60可有利地具有自动调节横截面的开口，使得蒸发器在低流量、低热负荷下的动量最大；与此同时，可在高流量下将压力损耗控制在毛细泵送压力以下。这种自动调节可通过封闭喷嘴的叶片的弹簧效应、通过双金属带的热膨胀或者通过产生相同效果的任何其它装置来有效的实现。

[0083] 还可以具有多个喷射喷嘴。在各图未显示的一个变体中，喷射喷嘴可以由收集蒸发器的蒸汽的凹槽31末端来形成，倾斜地直接通向主管道；因此可以具有与收集凹槽31同样多的喷射喷嘴。

[0084] 在一个特殊结构中，提供与主管道流体连接的储液器6(见图2)；该可选储液器可用作膨胀箱，一边根据操作温度用于过量的工作流体；该储液器也可在适当的情况下用于主动控制在该储液器中的蒸汽-液体界面的主导饱和温度Tsat，因此在整体上影响系统平衡的温度和压力。

[0085] 对于较低热能的附加热源98，除了增加毛细蒸发器，我们还有可能利用具有良好导热系数的部分、普通热桥或者普通热管来构成热桥8，。热能主要是通过在热桥8与主管道11之间触点的对流沸腾7传递至工作流体7；所产生的这种对流沸腾具有良好的热交换系数。

[0086] 图7阐释了把上文所述的热传导系统应用于多处理器服务器板90的用法，所述多处理器服务器板90包括有待于通过毛细蒸发器和可能通过辅助元件来冷却的多个处理器9，以及有待于通过热桥8来冷却的存储器98。

[0087] 如图7所示，每个处理器9都有蒸发器2、2A、2B、2C，安装在其顶上的，以及主回路11，沿着板90而延伸并在每个蒸发器附近沿着侧面或在上方通过。热桥将记忆棒98热连接着主回路11。冷凝器5设置在板90的一端并且能在主回路的工作流体7与诸如多个服务器板所共享的整个水冷环路95之间进行热交换。

[0088] 然而，应该注意的是，本发明可应用于任何技术领域中的任何类型的系统，电子或其它系统，固定或移动系统。

[0089] 有利的是，根据本发明，提出一种模块化系统，意即可以标准化的主回路，可并行附加若干蒸发器，且其数量可根据待冷却的服务器板的结构而变化。如图1和图2所示，蒸发器单元可以增加和移除，而无需改变系统其余部分的概念和设计。

[0090] 根据某些可能性实施例，主管道的横向尺寸范围为2mm至25mm，其横截面范围为在3mm2至10cm2；喷射喷嘴的横向尺寸可具有相同的，或者较小的，或者明显较小的尺寸。喷嘴横截面与主管道横截面的比率范围为1至1/30。

[0091] 根据某些可能性实施例，在整个管道里的两相流的速度范围为1m/s至100m/s。

[0092] 根据某些可能性实施例，所使用的流体可以是甲醇、乙醇、丙酮、R245fa、HFE-7200、R134A或其等同物。

[0093] 图8阐释了作为冷凝器单元5一部分的主回路11的一部分；在这部分中，主管道分为多个子通道50，由此来增加热交换，同时限制通过该区域的液压损耗。来自主管道的两相流的分配可以通过现有技术的歧管51来实现，从而确保在各个分支50中液相和气相有可能的最均匀分配(蒸汽的比例)。

[0094] 第二个实施例

[0095] 图9和图10阐释了本发明的第二个实施例，其中，在环路主回路中循环的流体大体上相对于饱和温度Tsat临界冷却，并因此流体呈现液相，除了喷嘴22、26出口区域以外。

[0096] 蒸发器单元2以及蒸发器4本身的设置和操作与针对第一个实施例所述内容相似或相同，因此在这里不再赘述。下面仅对与第一个实施例不同的特征进行说明。

[0097] 取代第一个实施例中的常规冷凝器单元，将热能传递到外部的系统的制冷换热器，在此标为5'，是临界冷却类型的换热器，使液体7L-SC临界冷却到饱和温度Tsat。

[0098] 从气相到液相的状态变化发生在形成蒸发器4出口的紧邻喷嘴下游的主回路的管道的一部分15中。

[0099] 由于循环方向F，凝结发生在与从上游而来的临界冷却液体接触时，以及有可能与管道壁接触时，所述管道本身的温度接近与临界冷却液体7L-SC温度相对应的TcondOUT。

[0100] 将蒸汽作为喷射流在喷嘴出口处喷出，例如，在某些情况下，以蒸汽泡及以湍流的形式喷出；由于凝结作用，所以气泡的大小和数量会随着离开喷嘴而逐渐减少。

[0101] 因此，标为15的管道部分可用作该系统中的冷凝器(“冷凝区”)。

[0102] 图9阐释了具有单独一个蒸发器单元2和单独一个临界冷却换热器5'的结构。

[0103] 在图10中，阐释了具有四个蒸发器单元2、2'和两个临界冷却换热器5'的结构，其它元件与针对图2所述的元件相似。应该注意的是，每个蒸汽出口下游的凝结区15都构成蒸发器单元。

[0104] 参照图11，我们分析结构的质量流率，其中蒸发器单元是处于稳定状态的临界冷却换热器。

[0105] 关于排出蒸发器的蒸汽的质量流率：

[0106] 也写作：

[0107] 是排出蒸发器单元的蒸汽的质量流率，Qvap是蒸发热量，ΔhLV是蒸发潜热。

[0108] 在主回路中的质量流率定义为：

[0109]

[0110] 在制冷换热器中的质量流率定义为：

[0111] 其中ntube是平行流的数量。

[0112] 在蒸发器中的平行的质量流率定义为：

[0113]

[0114] 值得注意的是，γ系数具有通过高速喷射到主回路中所提供的质量放大效应的特征。

[0115] 在主回路中的质量流率比蒸发器中的质量流率大γ倍。

[0116] 因此，我们可以写出以下方程式，并用γ系数来表示临界冷却临界冷却。

[0117] (在没有寄生热通量的理想情况下)

[0118] ub表示在临界冷却换热器5'传递的热能。

[0119] ΔTsub＝Tsat-TcondOUT

[0120] 于是，我们得到：

[0121] 图12显示了描述临界冷却ΔTsub的需求与γ系数之间关系的特征的结果。针对流体水给出曲线(标为WF1)，甲醇曲线标为WF2，丙酮曲线标为WF3，HFE200曲线标为WR4，以及R245fa曲线标为WF5。

[0122] 由此可见，γ系数对于某些流体而言在5至50之间变化，对于其它流体而言则在10至50之间变化。很明显，在本发明中，使用蒸汽潜热低的流体更为有利，不仅是为了降低临界冷却的需求，也是为了通过喷嘴产生更好的泵送效果。

[0123] 整个环路主回路中主要存在液体的一个重要好处是系统承受加速度时的系统状况，尤其是承受可变加速度时的系统状况。把系统安装在陆海空交通工具上时，就是这种情况，比如城市运输系统(地铁或有轨电车)，以及比如飞机或无人机这样的航空运输。相反，如果一部分主回路包括很大一部分气相，比如本领域技术人员当前已知的毛细环路就是这种情况，那么在加速度作用下的流体静压的作用则倾向于使密集的液相按照加速度的方向移动，而所述加速度方向恰恰与工作流体在环路中循环的法向相反。如果整个环路主要包含的是液体，则可消除这种类型的干扰。

[0124] 加速度的概念也是指重力加速度，意即换热器相对于蒸发器的相对位置。如果主回路主要由液体占据，那么这个位置对于系统性能的影响有限。

[0125] 应该注意到，关于第一个实施例，还可以定义γ系数，所述γ系数在5至50之间变化，最好在10至25之间变化，并且通常小于第二个实施例的系数。

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一种环路热管-专利编号CN109387104B	2020-05-11	908
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一种环路热管-专利编号CN108204756B	2020-05-13	502
一种环路热管-专利编号CN107167010B	2020-05-11	466
环路热管结构-专利编号CN107835617A	2020-05-12	499
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一种环路热管-专利编号CN109916206A	2020-05-13	608
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