CN2906660Y - 环路并行热管式天文望远镜聚焦面散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型针对现有的大型天文望远镜聚焦面水冷散热方式存在的易结垢和易渗漏的问题，设计一种环路并行热管式天文望远镜聚焦面散热器，其特征是它主要由蒸发腔(3)、环路管(4)、散热装置(6)组成，环路管(4)的两端均与蒸发腔(3)相通，它们形成的通道呈真空状态且充装有工作液体，天文望远镜聚焦面(1)与蒸发腔(3)的一个腔壁相接触或作为蒸发腔(3)的腔壁之一，环路管(4)的上部为冷凝段，在所述的冷凝段上安装有散热装置(6)。具有散热效果好，结构简单，制造、安装、使用方便的优点。

Description

环路并行热管式天文望远镜聚焦面散热器

技术领域

本实用新型涉及一种散热器，尤其是一种利用热管技术进行散热的散热器，具体地说是一种环路并行热管式天文望远镜聚焦面散热器。

背景技术

目前，强光源的散热问题是一个新的课题，天文望远镜的聚焦面、金属卤素灯泡、UHE灯泡、UHP灯泡等各种聚、发光元件产生的热量非常大，同时设备的紧凑性、功能性设计使得在其内部布置普通散热器显得非常困难，很难解决实际问题。热量的不断积聚使得器件的温度不断升高，严重影响到设备的使用寿命和测试精度；紧凑的外观设计和特殊的工作条件使得散热要求更高，为了维持其温度在技术条件允许的范围内，使用新型高效的强光源散热技术成为整个系统安全运行的主要关键技术。

大型天文望远镜的聚焦面散热问题是典型的强光源散热问题，同时也是小温差高热流密度的典型实例。通常所用的散热方式基本上是水通过焦面强制冷却。这种方式有一些缺点：(1)长期使用内壁容易结垢，大大降低换热效果，而且不宜除垢；(2)在望远镜工作角度不停转动，焦面要在真空状态下工作，水管的渗漏会导致昂贵的仪器损坏。因此必须开发一种新型的散热结构来解决这一问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的大型天文望远镜聚焦面水冷存在的易结垢和易渗漏的问题，设计一种环路并行热管式天文望远镜聚焦面散热器。

本实用新型的技术方案是：

一种环路并行热管式天文望远镜聚焦面散热器，其特征是它主要由蒸发腔3、环路管4、散热装置6组成，环路管4的两端均与蒸发腔3相通，它们形成的通道呈真空状态且充装有工作液体，天文望远镜聚焦面1与蒸发腔3的一个腔壁相接触或作为蒸发腔3的腔壁之一，环路管4的上部为冷凝段，在所述的冷凝段上安装有散热装置6。

所述的散热装置6或为由散热翅片601和散热风扇7组成的散热片式结构，或为由封套8及封套8上的进口9、出口10组成的液体冷却水套结构。

环路管4上所述的冷凝段的下部可以设有绝热段。

所述的环路管4中安装有内部吸液芯。

所述的内部吸液芯为陶瓷、发泡金属、编织网、烧结网、纤维丝束、金属丝网、沟槽或烧结金属粉末。

所述的工作液体为气-液双相变化液体，其充装量小于蒸发腔3和环路管4空腔总体积的40％。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型的环路并行热管式天文望远镜聚焦面散热器，充分利用汽液两相变化来实现热量的传输，是一种高效的无源冷却系统。它有蒸发段(腔)、环路管、内部吸液芯组成，分蒸发段(蒸发腔体)、绝热段、冷凝段三部分，这三部分为一个连通的空腔，内部充有一定的工作液体，整个系统处于高真空状态，在系统的适当位置装有填充工作液体及抽真空的连接管；在冷凝段的外部装有散热系统。强光源器件产生的热量使得蒸发腔内的工作液体蒸发汽化成汽体(吸收汽化潜热)；在蒸汽压差的作用的驱动下，沿环路并行热管的空腔向上流动至冷凝段，遇到较低温度的管壁液化放出潜热，热量通过外部冷却系统散热；汽体冷凝成液体，在重力或吸液芯毛细力的作用下回流到蒸发段；如此往复循环，将强光源产生的热量传递到外界，因此散热效果十分理想。

2、用途十分广泛，不仅可用于天文望远镜，还可用于投影器械、各种大功率灯泡(如UHE、UHP灯泡)和强光源的冷却。

3、环路并行热管具有高导热性能，可以将处于真空环镜中的焦面接收的热量迅速的传至镜筒外。

4、环路并行热管内工质的循环是依靠重力作用，无需外加动力，因而不需要循环泵和相应的管道；

5、环路并行热管可以做成不同的形式，冷热段可以严格分开，根据实际发热量和需要，冷凝段可以采取强迫风冷、自然冷却和液体冷却等措施。

附图说明

图1为本实用新型的蒸发段结构示意图。

图2为本实用新型的结构示意图之一。

图3为图2的A-A剖视结构示意图。

图4是本实用新型的结构示意图之二。

图5是图4的B-B剖视结构示意图。

其中：1为天文望远镜的聚焦面(吸热面)，其与蒸发段轴线成一定的角度；2为天文望远镜观测光线的入口孔；3为天文望远镜聚焦面散热器的蒸发腔；4为蒸汽上升和冷凝液回流的环路管；5为散热器安装固定部件，6为散热装置，601为冷凝段的散热翅片，7为冷凝散热风扇，8为冷却封套，9为冷凝液的入口，10为冷凝液的出口。

具体实施方式

下面结构附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-5所示。

一种环路并行热管式天文望远镜聚焦面散热器，它主要由蒸发腔3(如衅1所示)、环路管4、散热装置6组成，环路管4的两端均与蒸发腔3相通，它们形成的通道呈真空状态且充装有工作液体，天文望远镜聚焦面1与蒸发腔3的一个腔壁相接触或作为蒸发腔3的腔壁之一，环路管4的上部为冷凝段，在所述的冷凝段上安装有散热装置6，具体实施时，所述的散热装置6或为由散热翅片601和散热风散7组成的散热片式结构(如图2、3所示)，或为由封套8及封套8上的进口9、出口10组成的液体冷却结构(如图4、5所示)。为了便于工作液体的充装和抽真空，可右环路管4或蒸发腔3的适当位置处安装相应的连接管。

此外，具体实施时还可在环路管4上、所述的冷凝段的下部设置绝热段11(如图3所示)。也可在环路管4中安装陶瓷、发泡金属、编织网、烧结网、纤维丝束、金属丝网、沟槽或烧结金属粉末的内部吸液芯。

本实用新型是通过焦面腔体内部工作介质的汽化，在微压差的作用下使得气体流向冷凝段，冷凝后的工作液体回流到蒸发端，如此循环往复不断传递热量，使聚焦面吸收的热量不断传递到冷却段，再通过冷却系统散热。其内部的工作液体是可以发生气-液双相变化，在腔体内部的填充率大体上小于腔体容积40％的预定值且腔体内部处于高度真空的状态。

具体实施时，环路管4和腔体可采用软金属、碳钢管、合金钢管、不锈钢管以及其它管壳材料制成，且采用软金属时可全部或者预定部分经过部分或者完全退火软化处理，从而可以任意弯曲，而采用碳钢管、合金钢管、不锈钢管等强度、硬度大的材料管可以采用冷弯或者热弯的机械方式制造。

具体实施时，蒸发腔3的腔体可以根据实际情况的需要而改变其几何外形和内腔结构。

具体实施时，根据实际情况内部吸液芯结构可以使用也可以不使用。绝热段也可有可无，蒸发段和冷凝段可以根据实际情况改变。还可以在加热段、绝热段、冷却段管壁电镀或者喷涂增强辐射材料图层。

具体实施时，散热装置还可以采用光管风冷、冷却水套、翅片自然冷却、翅片强迫风冷等其它适合方式。

环路管4沿管径方向的截面形状可以是圆形、椭圆形、长方形、正方形、梯形，以及其他组合变形。环路管外壳用电绝缘图层覆盖，该图层具有使用温度的热阻特性和良好的热传导特性。在沿环路管段方向，可以在不影响工作液体回流的情况下弯曲成各种形状的异型结构。在环路管4中的冷凝段内可以放置氧化剂、吸气剂，氧化剂、吸气剂可以是颗粒状、粉末状、条状、块状、薄片状等其它形式。

此外，具体实施时，还可在环路管上设置一排气口，该排气口可以是焊接封口或者可再生阀门的形式。

内部工作液体汽液两相流动的情况在不同的传输功率和不同的工作角度条件下降会发生改变，散热器能在3°＜θ≤90°的转动范围内安全工作。

所这的散热片式散热装置6中的翅片形式可以是高频焊翅片、机械套装翅片、以及其他翅片和管材的连接形式，翅片的类型可以是片状、针状、刺状等演变形式。翅片材料可以和管材一样，也可以和管材不一样，也可以是其它材料和外形几何结构形式的导热片材。

本实有新型提供了一种传热能力大、启动速度快、热流密度高、传热温差小、单向传热、使用寿命长、均温性能好、无需外加动力、角度使用范围广的环路并行热管式天文望远镜焦面散热器。它的第一特点在于给出了一种环路并行热管式天文望远镜焦面散热器，能有效解决大型天文望远镜聚焦面的散热难题。第二特点在于给出了一种环路并行热管的结构形式，它能在很小的角度(0角度)条件下稳定工作，克服了热虹吸管工作失稳的现象，热管蒸发段出现烧干等传热恶化现象。第三特点在于环路并行热管式天文望远镜焦面散热器克服了热虹吸管在设备工作角度不断改变条件时不能稳定工作的情况。第四特点在于利用环路并行热管的结构形式，克服设备内部空间小无法布置散热元件的问题，将热量传输到设备外部，拓展散热面积，有利于根据不同的条件选择合适的散热方法。

由于散热器随着望远镜筒体在3°＜θ≤90°范围内转动，因此，散热器蒸发腔体的轴线与水平面的角度也在3°～90°之间变化。当θ＝90°时，工作液体完全充满45°斜面形成的尖角，焦面淹没在工作液体之下；当θ随着角度的增大，工作液体由于重力的作用，浸没焦面的面积逐渐减小；当θ等于3°时，浸没焦面的面积达到最小，如图2所示。液面的高度变化导致液体的蒸发温度发生变化，进而影响到聚焦面热流也发生改变。

环路并行式热管内液体回流的动力来自冷凝液自身重力在沿管长方向的分量，同时还受到蒸汽和壁面的摩擦阻力，以及冷热两段由于压差产生的作用力。由于散热器的工作角度不断从大到小的变化，使得回流的分力也随着从大到小变化。在小角度的时候由于重力的分量远大于其余阻力之和，管壁温度及变化趋势一致；当大角度时，冷凝液重力的分量小于其余阻力之和时上部管子壁面温度高于下部管子壁面温度，工作液体在管子内腔形成大环路循环，蒸汽由上部管子流动而冷凝液体则由下部管子回流到蒸发段。

Claims (6)

1、一种环路并行热管式天文望远镜聚焦面散热器，其特征是它主要由蒸发腔(3)、环路管(4)、散热装置(6)组成，环路管(4)的两端均与蒸发腔(3)相通，它们形成的通道呈真空状态且充装有工作液体，天文望远镜聚焦面(1)与蒸发腔(3)的一个腔壁相接触或作为蒸发腔(3)的腔壁之一，环路管(4)的上部为冷凝段，在所述的冷凝段上安装有散热装置(6)。

2、根据权利要求1所述的环路并行热管式天文望远镜聚焦面散热器，其特征是所述的散热装置(6)或为由散热翅片(601)和散热风扇(7)组成的散热片式结构，或为由封套(8)及封套(8)上的进口(9)、出口(10)组成的液体冷却水套结构。

3、根据权利要求1所述的环路并行热管式天文望远镜聚焦面散热器，其特征是环路管(4)上所述的冷凝段的下部设有绝热段。

4、根据权利要求1所述的环路并行热管式天文望远镜聚焦面散热器，其特征是所述的环路管(4)中安装有内部吸液芯。

5、根据权利要求4所述的环路并行热管式天文望远镜聚焦面散热器，其特征是所述的内部吸液芯为陶瓷、发泡金属、编织网、烧结网、纤维丝束、金属丝网、沟槽或烧结金属粉末。

6、根据权利要求1所述的环路并行热管式天文望远镜聚焦面散热器，其特征是所述的工作液体为气-液双相变化液体，其充装量小于蒸发腔(3)和环路管(4)空腔总体积的40％。

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