本发明涉及热管冷却的技术领域，具体涉及一种用于回路热管蒸发器的毛细结构。
背景技术
蒸发器是环路热管的最重要的部件,而蒸发器中的毛细芯又是蒸发器的核心组成部分,毛细芯的传热、流动性能决定了整个环路热管传热性能。毛细芯要保证热量和工质的单向传输，即作为“热锁”使工质在毛细芯一侧蒸发相变带走热量，蒸汽进入冷凝器释放热量，保证了热量的单向传输；同时，作为“压锁”使得蒸发器内的蒸汽进入冷凝管路而不进入补偿腔，保证了工质的单向传输。目前，对毛细芯的改进主要在三个方面：①孔径参数的设计与制造；毛细芯的孔径越小，其能够产生的毛细力越大，毛细芯越不容易被穿透。但小孔径使得液体渗透率有一定程度的下降，使得回流液体经过毛细芯的阻力变大。②导热系数；毛细芯的导热系数决定了芯内液体工质流动的驱动力和阻力，导热系数决定了整体换热效率。期望吸液芯能够同时具有高导热系数低热阻以及低热漏。③新材料的吸液芯及制备。常见制备方式有：金属粉末烧结、金属丝网、泡沫金属或纤维堆叠、高分子聚合物烧结等。
现有技术的毛细芯主要存在的问题：
(1)蒸发面积减少。
毛细芯需要设计蒸汽槽道，导致与热源接触的蒸发面积减少。对于增加蒸发器面积，最为典型的蒸发部为圆筒式蒸发器设置平吸热底板，比如日本NEC东芝空间系统有限公司公开了一种回路热管蒸发器(公开号：JP2005106313A，公开日：2005.4.21)，圆柱体蒸发器1包括一端液体入口3和另一端气体出口4，内设圆筒形的吸液芯2，吸液芯2设有较大内孔作为储液室，内孔设有交叉的S形的接触芯5，接触芯5紧密抵接吸液芯2的内壁；S形的接触芯5为金属丝网的网状体制成板状体。吸液芯2外周设置多个蒸汽槽道21，蒸汽槽道21连通气体出口4。蒸发器1包括与圆柱体一体连接的平板部，该平板部与热源连接，该圆柱形热藕合面为平板状热藕合面。但是，圆柱形壳体与吸液芯接触的蒸发面积没有增加。
(2)漏热失效
两相回路的性质要求从蒸气侧到液体侧的温差对应于由芯产生的毛细管压力。如果T不足，则毛细芯的液体工质侧将发生沸腾，使回路热管失效。
对于漏热失效问题，美国飞利浦公司(PHILLIPS A L)公开了一种回路热管的毛细结构(公开号：US2003042009A1，公开日：2003.3.6)，解决的问题：随着灯芯尺寸变得更小，这种温差关系变得越来越难以维持。因此需提供一种可以适应高热通量输入而不限制蒸气流的毛细结构。采用的手段：板状的初级芯结构130叠置次级芯结构120，次级芯结构120包括隔液板部122和多个垂直肋125，在隔液板部122、垂直肋125和初级芯结构130之间形成蒸发汽槽121。初级芯结构130抵接与热源接触的壳体板；次级芯结构120与储液腔相邻。效果是：主要热路径集中在初级芯结构130中，而次级芯结构120的温度增加不明显。但是，蒸汽槽中的蒸汽同样会渗透到次级芯结构120中而降低毛细管吸力。
综上，设计一种用于回路热管的毛细结构，不增加尺寸地增加蒸发面积，满足制造低成本的要求，是回路热管民用化域亟待解决的关键难题。
技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于回路热管蒸发器的毛细结构，解决“增加蒸发面积，漏热失效，低成本”的技术问题。
本发明的目的是这样实现的，一种用于回路热管蒸发器的毛细结构，包括
吸液单元，所述吸液单元横截面为矩形或圆形，吸液单元包括泡沫金属芯，所述吸液单元用于虹吸液体工质并与液体工质发生热交换；
波纹单元，波纹单元包括波纹板，所述波纹板包括多个沿宽度方向或周向交替阵列的上容纳槽和下容纳槽，所述波纹单元用于将热量传导给吸液单元；
引导结构，所述波纹单元嵌设于吸液单元以形成所述引导结构，所述引导结构包括导气通道，所述引导结构用于形成分开的液体路径和气体路径；
所述吸液单元包括分别位于波纹单元上下两侧的上吸液芯部和下吸液芯部，上吸液芯部与上容纳槽之间形成第一导气通道，下吸液芯部与下容纳槽之间形成第二导气通道，第一导气通道和第二导气通道构成导气通道。
进一步地，所述波纹板包括多个间隔的竖直壁和交替连接于相邻竖直壁顶端和底端的弯折部，从而形成所述上容纳槽和下容纳槽；竖直壁设有多个连通孔，所述下吸液芯部穿过所述连通孔抵接或一体连接所述上吸液芯部。
进一步地，上吸液芯部包括可选择设置的高于波纹板顶部的平层部和填充于上容纳槽中的充槽部，所述引导结构还包括垂直吸液通路，沿厚度方向由平层部向充槽部再向下吸液芯部构成所述垂直吸液通路。
进一步地，所述引导结构还包括水平吸液通路，泡沫金属芯包括与上吸液芯部一体连接的右隔液芯部，由右隔液芯部沿下吸液芯部向左端虹吸形成所述水平吸液通路。
进一步地，所述波纹板的位于顶端的相邻的弯折部横向膨胀抵接以封闭位于其间的上容纳槽的上开口以形成封气结构，封气结构包括抵接部，所述抵接部为形成于弯折部的侧壁的平板状凸棱，相邻弯折部通过抵接部抵接，以使得气体难以通过；位于顶部的所述抵接部长度方向间隔设有多个过芯孔。
进一步地，位于波纹板顶端的所述弯折部内部形成与所述上容纳槽连通上鼓胀气槽，所述上鼓胀气槽形成第二导气通道。
进一步地，平层部的孔密度大于充槽部的孔密度。
一种所述用于回路热管蒸发器的毛细结构的制备方法，
所述波纹单元装配嵌设于吸液单元中以形成引导结构；
包括如下步骤：
步骤S10，制备波纹板，基板成型，然后电镀高导热金属材料形成导热层；
步骤S20，泡沫金属芯的成型
准备泡沫金属板，加工基准底面，以基准底面为参考，加工顶面平面，然后加工嵌装槽，预留侧凸台，形成上吸液芯部；准备已制备好的第二泡沫金属板，按下容纳槽的尺寸切割多各条状的下吸液芯部；
步骤S30，波纹板嵌装泡沫金属芯
上吸液芯部的嵌装槽朝上地置于工作台上，波纹板底棱焊接于壳体吸热板，将壳体吸热板固定于液压机活塞，液压机活塞移动，将波纹板强行插入上吸液芯部的嵌装槽内，使得侧凸台穿过所述连通孔；
将多条下吸液芯部强行压入开口朝下的下容纳槽内，使得上吸液芯部的侧凸台抵接下吸液芯部。
一种所述用于回路热管蒸发器的毛细结构的制备方法，波纹单元一体连接地嵌设于吸液单元中以形成引导结构；
包括如下步骤：
步骤S10，基板成型
注塑机熔融耐高温热塑性树脂材料，一次注塑成型波纹板，或者采用轻质金属板，先冲连通孔，再冲压成型波纹板；
步骤S20，以波纹板作为嵌件，一体注塑成型泡沫金属芯的聚氨酯预成型体
设计具有泡沫金属芯的型腔的微孔发泡模具，注塑机准备聚氨酯熔体，将波纹板作为嵌件固定于型腔中，一体注塑对应上吸液芯部和下吸液芯部的聚氨酯预成型体，所述预成型体一体连接波纹板形成毛细结构骨架；
步骤S30，将毛细结构骨架通过电沉积法成型为泡沫金属芯。
进一步地，上吸液芯部具有梯度孔密度分布,上吸液芯部包括高于波纹板顶部的平层部和填充于上容纳槽中的充槽部,先通过第一上模形成包括填充充槽部和下吸液芯部的型腔，填充并发泡，然后更换第二上模形成平层部的型腔，填充并发泡，以制备具有阶梯孔密度的泡沫金属芯。
所述用于回路热管蒸发器的毛细结构，波纹单元20耦合吸液单元10以增加蒸发面积且形成导引结构30，不增加尺寸地增加蒸发面积，引导气体流动，散热效率增加30％以上。波纹板与吸液芯一体连接制备泡沫金属芯，制造成本降低。
附图说明
图1为本发明一种用于回路热管蒸发器的毛细结构的实施例一的主剖视图(矩形截面)。
图2为本发明一种用于回路热管蒸发器的毛细结构的实施例一的左剖视图(矩形截面)。
图3为本发明一种用于回路热管蒸发器的毛细结构的实施例一的主剖视图(圆形截面)。
图4为本发明一种用于回路热管蒸发器的毛细结构的实施例一的左剖视图(圆形截面)。
图5为本发明一种用于回路热管蒸发器的毛细结构的实施例一的制备方法框图。
图6为本发明一种用于回路热管蒸发器的毛细结构的实施例一的制备方法示意图。
图7为本发明一种用于回路热管蒸发器的毛细结构的实施例二的左剖视图。
图8为本发明一种用于回路热管蒸发器的毛细结构的实施例二的另一实现例的左剖视图。
图9为本发明一种用于回路热管蒸发器的毛细结构的实施例三的制备方法框图。
图10为本发明一种用于回路热管蒸发器的毛细结构的实施例三的制备方法示意图。
上述图中的附图标记：
10吸液单元,11泡沫金属芯,12左隔夜芯部,13顶台阶部，14底台阶部，15右隔液芯部，16上吸液芯部，17下吸液芯部，18嵌装槽，
20波纹单元，21波纹板，22竖直壁，23弯折部，24上容纳槽，25下容纳槽，26上鼓胀气槽，27下鼓胀气槽，
30导引结构，31导气通道，32垂直吸液通路，33水平吸液通路，34隔气板，
31.1第一导气通道，31.2第二导气通道，
40封气结构,41抵接部，42过芯孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的用于回路热管蒸发器的毛细结构,可安装于长宽远大于厚度的扁平蒸发器，也可安装于圆筒形蒸发器。
实施例1
如图1,2所示，一种用于回路热管蒸发器的毛细结构，包括吸液单元10和波纹单元20，波纹单元20通过装配嵌设于吸液单元10中以形成导引结构30。所述毛细结构横截面为矩形或圆形。横截面为矩形时，以长度方向的一端设为液体端，相对的另一端为气体端；横截面为圆形时，以毛细结构圆柱体轴线方向一端连通的内孔作为液体端，以毛细结构的外圆及轴向方向另一端作为气体端。
所述吸液单元10包括泡沫金属芯11，所述泡沫金属芯采用采用导热系数大于50w/(m·k)的高导热金属的微孔泡沫金属材料,孔隙度PPI大于80，孔径小于0.5mm。优选泡沫铜、泡沫铝或泡沫镍。
波纹单元20包括波纹板21，所述波纹板21包括多个间隔的竖直壁22和交替连接于相邻竖直壁顶端和底端的弯折部23，从而形成多个沿横向交替阵列的上容纳槽24和下容纳槽25，竖直壁22上沿长度方向间隔设有多个连通孔24，从而使得上容纳槽24连通下容纳槽25。波纹板21右端距离吸液芯11右边界一间隔距离L，波纹板21左端延伸穿出所述吸液芯11的左边界。波纹板21的下弯折部32伸出吸液芯11的底面一气道高度H。
泡沫金属芯11顶部相邻地设有左隔夜芯部12和顶台阶部13，左隔夜芯部12与蒸发器壳体顶壁抵接，使得顶台阶部13与蒸发器壳体之间形成顶储液腔。泡沫金属芯11底部相邻地设有底台阶部14和右隔液芯部15，底台阶部13向左延伸至泡沫金属芯的左边缘，右隔液芯部14与蒸发器壳体底壁抵接时，使得底台阶部13和蒸发器壳体之间具有一定距离。
底台阶部13对应波纹板地机械加工出多个间隔的嵌装槽18，波纹板21底边与右隔液芯部14的底面平齐，波纹板上侧伸入嵌装槽18抵接泡沫金属芯11以在波纹板上方形成上吸液芯部16。上吸液芯部16包括可选择设置的高于波纹板顶部的平层部16.1和填充于波纹板21的上容纳槽24中的充槽部16.2。平层部16.1和充槽部16.2分别成型上下叠置或者一体成型。上吸液芯部16侧面对应连通孔设有多个侧凸起；波纹板嵌装于嵌装槽中时，使得侧凸起插入所述连通孔24.
准备多个条状的下吸液芯部17，下吸液芯部17装入波纹板下侧的下容纳槽25使得侧凸起抵接下吸液芯部17，下吸液芯部17右端面抵接右隔液芯部14。
波纹板21采用耐至少120℃的轻质金属基板或非金属基板，非金属基板优选采用耐高温热塑性树脂材料，比如聚酯树脂(UP)、聚碳酸酯(PC)和聚酰亚胺树脂(PI)或硅树脂；金属基板采用轻质金属材料，比如铝板、镍板。基板表面电镀导热层26,所述导热层26的材质与泡沫金属材料相同。波纹板21通过底部波纹凸棱或者外圆波纹凸棱一体连接于蒸发器的壳体，以快速向上传导蒸发器壳体底板的热量。
波纹单元20嵌设于吸液单元10中以形成导引结构30，所述引导结构30连通蒸发器的聚气室，用于引导相变后的气态工质流向所述聚气室，阻止气态工质向泡沫金属芯11渗透。所述导引结构30包括导气通道31，波纹板21的上容纳槽24与上吸液芯部13之间形成第一导气通道31.1，下容纳槽25、下吸液芯部14和蒸发器的壳体底板之间形成第二导气通道31.2，所述第一导气通道31.1和第二导气通道31.2共同构成导气通道31。导气通道31右端覆盖导气通道31横截面地设有隔气板34；因波纹板21左端延伸穿出所述吸液芯11的左边界，所以导气通道31左端延伸穿过所述泡沫金属芯11。
导引结构30还包括垂直吸液通路32和水平吸液通路33，由泡沫金属芯11的顶台阶面至上吸液芯部16、下吸液芯部17形成垂直吸液通路32；由泡沫金属芯11的右隔液芯部15沿下吸液芯部17向左端虹吸的水平吸液通路33。上述垂直吸液通路32和水平吸液通路33保证泡沫金属芯11在任何时刻都不会干涸而干烧，尤其是中心部位。
所述波纹单元20用于将热量传导给吸液单元10，同时吸液单元10负责与其中的液态工质进行热交换。热交换后液态工质相变为气态工质，沿导引结构30定向流动。
更为优选的是，上吸液芯部16具有梯度孔密度分布，具体地，平层部16.1的孔密度PPI1大于充槽部16.2的孔密度PPI2，即PPI1>PPI2。平层部16.1的孔密度PPI1大于等于90，PPI1≥90，而充槽部16.2的孔密度PPI2在60到80之间，60≤PPI2<90。
平层部16.1和充槽部16.2单独成型上下叠置即可。而选择孔密度阶梯化，即PPI1>PPI2的原因是，孔密度大越大，平均孔径越小，吸液后气体不易渗透通过该层，而孔密度越小，则平均孔径越大，吸液后气体更易于起泡溢出。
一种所述毛细结构的制备方法，波纹单元20装配嵌设于吸液单元10中以形成引导结构30，
步骤S10，制备波纹板
1)基板成型
注塑机熔融耐高温热塑性树脂材料，一次注塑成型波纹板21，或者采用轻质金属板，先冲连通孔，再冲压成型波纹板；
2)表面电镀高导热金属材料。
步骤S20，泡沫金属芯的成型
准备已制备好的第一泡沫金属板，第一泡沫金属板底面加工平面基准面π。以该平面基准面π为基准，加工顶面平面，加工嵌装槽，制备上吸液芯部16，上吸液芯部16侧面预留下侧凸部。
准备已制备好的第二泡沫金属板，按下容纳槽25的尺寸切割多各条状的下吸液芯部17。
步骤S30，波纹板嵌装泡沫金属芯
上吸液芯部16的嵌装槽朝上地置于工作台上，波纹板底棱焊接于壳体吸热板，将壳体吸热板固定于液压机活塞，液压机活塞移动，将波纹板强行插入上吸液芯部16的嵌装槽内；如果吸液芯横截面为矩形，则由上而下压入嵌装槽；如果吸液芯横截面为圆形，则沿轴向压入上吸液芯部的嵌装槽内。
将多条下吸液芯部17强行压入开口朝下的下容纳槽25内，上吸液芯部16的侧凸台穿过连通孔抵接下吸液芯部17。
泡沫金属芯11嵌设波纹板21的好处之一，导气通道31内的气体向上吸液芯部16、下吸液芯部17渗透的压力远远大于沿导气通道31向聚气室流动的压力，利用气体向压力小的地方流动的特点，引导气体进入聚气腔。为防止导气通道31内气体向上渗透进入上吸液芯部16，上吸液芯部16高于波纹板顶部的厚度大于等于2mm。导气通道31内的汽态工质向上渗透的压力远大于沿导气通道31向聚气腔流动的压力。好处之二，波纹板与蒸发器壳体底板一体焊接，波纹板镀高导热材料，成为高导热板。热量很快传导至整块波纹板。经实际运行测量，大约50t左右，波纹板21与底板温差小于0.1℃，几乎同温度。这样，与泡沫金属芯11接触的蒸发面积S0就增加到泡沫金属芯11与波纹板21接触的整个接触面积，相较泡沫金属芯底部开始间隔的通气槽的技术方案，其蒸发面积S0约等于底板面积一半左右，而本申请的蒸发面积S0增加至少3倍以上，增加蒸发面积的同时不增加泡沫金属芯和蒸发器的长宽高尺寸。
实施例2
改进波纹板的弯折部，以在宽度方向上下交替地布置导气通道，其他结构与实施例1相同。
如图3,4所示，一种用于回路热管蒸发器的毛细结构，所述波纹板21的位于顶端的相邻的弯折部23横向膨胀抵接以封闭位于其间的上容纳槽24的上开口以形成封气结构40。位于竖直壁顶端的所述弯折部23内部形成上鼓胀气槽26,所述上鼓胀气槽26连通所述上容纳槽24。
封气结构40包括抵接部41，所述抵接部41为形成于弯折部32的侧壁的平板状凸棱，相邻弯折部32通过抵接部41抵接，以使得气体难以通过。位于顶部的所述抵接部41长度方向间隔设有多个过芯孔42。所述上吸液芯部16穿过所述过芯孔42一体连接所述下吸液芯部24。过芯孔42直径小于所述上容纳槽24的宽度。
可选择地，位于竖直壁底端的相邻的弯折部32横向膨胀抵接以封闭位于其间的下容纳槽25的下开口，以使得位于波纹板底部的折弯部32内部形成下鼓胀气槽27，下鼓胀气槽27与上鼓胀气槽26的横截面相同，沿宽度方向上下交替排列。上鼓胀气槽形成第一导气通道31.1，下鼓胀气槽27形成第二导气通道31.2。
实施例3
改进制备方法，毛细结构与实施例1-3相同。
一种用于回路热管蒸发器的毛细结构，波纹单元20一体嵌设于吸液单元10中以形成引导结构30，其制备方法包括如下步骤，步骤S10，基板成型
注塑机熔融耐高温热塑性树脂材料，一次注塑成型波纹板21，或者采用轻质金属板，先冲连通孔，再冲压成型波纹板；
步骤S20，以波纹板作为嵌件，一体注塑成型泡沫金属芯11的聚氨酯预成型体
设计具有泡沫金属芯11的型腔的微孔发泡模具，注塑机准备聚氨酯熔体，将波纹板作为嵌件固定于型腔中，一体注塑对应上吸液芯部和下吸液芯部的聚氨酯预成型体，所述预成型体一体连接波纹板形成毛细结构骨架。
对于梯度孔密度的毛细结构，先通过第一上模形成包括填充充槽部16.2和下吸液芯部17的型腔，填充并发泡，然后更换第二上模形成平层部23.1的型腔，填充并发泡，以制备具有阶梯孔密度的泡沫金属芯11。
步骤S30，将毛细结构骨架通过电沉积法成型为泡沫金属芯
1)表面粗化，增加表面粗糙度
将毛细结构骨架放入高锰酸钾溶液中粗化，然后浸入15-20g/L的草酸溶液去除表面MnO2层。
2)化学镀
将粗化后的毛细结构骨架放入高导热金属硫酸盐溶液，进行化学镀，镀层厚度在2-10微米，得到预镀毛细结构骨架。
3)电镀
将预镀毛细结构骨架放入电解槽中，电解液采用高导热金属硫酸盐溶液，得到电镀毛细结构骨架。
4)热处理
将电镀毛细结构骨架进行除去聚氨酯泡沫材料和氢还原退火处理。
优选地，在化学镀铜和电镀铜之间设有涂覆导电碳胶步骤，
21)将预镀毛细结构骨架涂覆导电碳胶
准备微米级石墨粉、水和粘合剂制成含20-40％石墨粉的石墨乳胶，将预镀毛细结构骨架浸渍于石墨乳胶中，然后排挤出留在预镀毛细结构骨架中的液滴，使得毛细结构骨架表面均匀附着一层浆料，100℃干燥1小时。
上述步骤S30采用开孔泡沫金属材料成型的现有技术即可。
本发明的用于回路热管蒸发器的毛细结构，利用如下手段解决“增加蒸发面积，可倾斜安装,低成本”的技术问题：
(1)波纹单元20耦合吸液单元10以增加蒸发面积且形成导引结构30。
波纹板21嵌设于泡沫金属芯11中，波纹板21底部一体连接壳体底板，一方面，因为波纹板21的高导热电镀层，使得波纹板替代底板与泡沫金属芯11接触传热，从而大大增加与泡沫金属芯11的接触面积；另一方面，波纹板嵌入泡沫金属芯形成导引结构30，引导气态工作介质流向聚气腔，阻止气态工质介质向储液腔渗透。
(2)位于波纹板上下两侧的吸液芯同时形成垂直吸液通路和水平吸液通路。
泡沫金属芯11通过连通孔一体成型于波纹板21的上下两侧，形成上吸液芯部16和下吸液芯部17，从而使得位于下容纳槽25的下吸液芯部25虹吸右隔液芯部15的液体而形成水平吸液通路33，该水平吸液通路33为主要虹吸通路。
顶台阶面的液体工质沿垂直方向(厚度方向)被上吸液芯部16虹吸进入上容纳槽24的部分，经连通孔浸入下吸液芯部17形成垂直吸液通路，该通路为辅助虹吸通路，该辅助虹吸通路因其路径短，可沿厚度方向补入工作介质而防止中心部位干涸。
(3)引导结构配合泡沫金属芯的阶梯孔密度，可引导气态工作介质流向聚气腔，阻止气态工质介质向储液腔的渗透
引导结构包括竖直壁和弯折部，下吸液芯部位于下开口的竖直槽中，从而在竖直槽和底板之间形成通气槽35，该通气槽35因顶部的弯折部阻止气态工作介质向储液腔16渗透；而上吸液芯部位于上开口的竖直槽中，或者位于顶部封气结构的竖直槽中，因平层部23.1的孔密度PPI1大于充槽部23.2的孔密度PPI2，或者封气结构，而阻止其中的气态工作介质向顶储液腔中渗透。
所述用于回路热管蒸发器的毛细结构，波纹单元20耦合吸液单元10以增加蒸发面积且形成导引结构30，不增加尺寸地增加蒸发面积，引导气体流动，散热效率增加30％以上。波纹板与吸液芯一体连接制备泡沫金属芯，制造成本降低。