專利名稱：一種單相熱驅(qū)動(dòng)傳熱元件及其工作介質(zhì)灌裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱傳導(dǎo)元件，包括換熱、散熱、傳熱、集熱、蓄熱等所有的熱 傳導(dǎo)、熱交換領(lǐng)域，具體涉及一種封閉的腔體，工作介質(zhì)處于單相進(jìn)行傳熱的 傳熱元件及其工作介質(zhì)灌裝方法。
背景技術(shù)：
利用傳熱介質(zhì)傳熱是最常見(jiàn)的一種傳熱方式，即利用傳熱介質(zhì)在熱源處吸 收熱量，并使吸收熱量后的傳熱介質(zhì)在放熱設(shè)備或放熱端內(nèi)放出熱量，到達(dá)傳 熱的目的。傳熱介質(zhì)作為一種密閉的系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)。這種傳熱方式被廣泛應(yīng)用于 工業(yè)領(lǐng)域以及民用、工業(yè)設(shè)備中。傳導(dǎo)熱過(guò)程包括換熱、集熱、散熱、蓄熱的熱量的傳遞、交換、收集、儲(chǔ) 存、應(yīng)用、控制、管理的所有過(guò)程，在本發(fā)明中，導(dǎo)熱的概念包括以上所述的 所有的過(guò)程。根據(jù)傳熱介質(zhì)在傳熱過(guò)程中是否有相變發(fā)生，可以分為有相變的傳熱，例 如在空調(diào)、熱泵中，采用氟里昂或氨、烷烴、水等作為傳熱介質(zhì)，傳熱介質(zhì)在 蒸發(fā)器內(nèi)從外界吸收熱量，由液態(tài)變化為氣態(tài)，然后經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)、節(jié)流閥或泵 等設(shè)備調(diào)節(jié)壓力后，在冷凝器內(nèi)由氣態(tài)變成液態(tài)放出熱量，來(lái)實(shí)現(xiàn)熱控制或熱 管理。這種過(guò)程中傳熱介質(zhì)在吸熱及放熱過(guò)程中有相變發(fā)生，屬于相變傳熱。 同樣，在熱管傳熱過(guò)程中，熱管內(nèi)的傳熱介質(zhì)在吸熱端由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)吸收熱 量，在放熱端則由氣態(tài)變成液態(tài)放出熱量，也屬于相變傳熱。還有，在工業(yè)換 熱(升溫、冷卻)過(guò)程中或民用采暖過(guò)程中，如果用蒸汽采暖，則在換熱設(shè)備存在相變；如果用水或其它流體作為傳熱介質(zhì)，通常在傳換過(guò)程中不存在相變 過(guò)程，屬于非相變傳熱，如在民用采暖過(guò)程中通入到樓宇及家庭的散熱器中的 高溫水，或在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中，電子器件冷卻系統(tǒng)中，以及機(jī)械設(shè)備中用于 冷卻設(shè)備的機(jī)油等，常用流體循環(huán)來(lái)將熱量傳遞到外部環(huán)境達(dá)到熱控制或熱管 理的目的，所用的傳熱介質(zhì)即流體可以為液體、氣體或氣液以及沸騰狀態(tài)的混 合物。在航天和軍事產(chǎn)品中，有比普通工業(yè)產(chǎn)品更高的傳熱性能要求，特別是對(duì) 熱控制的精度有更高的要求，所涉及的產(chǎn)品的應(yīng)用的領(lǐng)域雖然不同，但其整體 的熱控制熱管理的要求更高。利用封閉腔體內(nèi)部的工作介質(zhì)氣液相變進(jìn)行導(dǎo)熱的原理制造的熱管是目前 傳熱技術(shù)中最好的技術(shù)方法，然而，熱管技術(shù)的普及和推廣應(yīng)用方面還存在很 多的技術(shù)問(wèn)題，使得熱管技術(shù)雖然被發(fā)明已經(jīng)有六十多年，但還是限于在某個(gè) 特殊領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，其關(guān)鍵因素在于1、 熱管的制造方法缺陷熱管的制造方法可以分為兩大類， 一類為抽真空法,需要真空設(shè)備，這樣需 要耗費(fèi)能源以及占用時(shí)間，其次為熱排法，無(wú)法精確的進(jìn)行工作介質(zhì)量的控制， 僅限于對(duì)工業(yè)的熱管進(jìn)行制造。2、 熱管封口技術(shù)的缺陷對(duì)于抽真空法采用冷焊法，能夠使用冷焊法進(jìn)行封口的材料只有銅，其他金 屬不適合于采用此方法，因而限制了熱管必須采用高成本的銅為殼體材料，因而增加了熱管的成本;另外對(duì)于熱排法，由于采用銷釘打入封口后外加焊接的技術(shù)， 工藝上不能保證整體的工作介質(zhì)的數(shù)量，不能保證的質(zhì)量和性能，而且，此種方 法的主要問(wèn)題在于只能對(duì)大的管件采用此種方法進(jìn)行生產(chǎn)，小的管件根本無(wú)法 進(jìn)行生產(chǎn)。3、 內(nèi)部的防腐問(wèn)題所采用的工作介質(zhì)可能和腔體的材料產(chǎn)生反應(yīng)，而使得真空度減少，因而使得熱管的性能下降，致使最終無(wú)法工作，因而熱管的壽 命短，不能適合于工業(yè)化要求。由于現(xiàn)有的熱管技術(shù)存在此等技術(shù)缺陷，障礙了熱管技術(shù)的發(fā)展，使得熱 管技術(shù)不能被普遍的應(yīng)用。對(duì)于利用封閉強(qiáng)體內(nèi)部工作介質(zhì)進(jìn)行傳熱的技術(shù)還應(yīng)用于空調(diào)制冷、建筑 供暖、發(fā)動(dòng)機(jī)散熱、電子設(shè)備水冷散熱器等領(lǐng)域，但是在這些領(lǐng)域的傳熱介質(zhì) 需要在壓縮機(jī)、泵等不同的外界動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下才能正常循環(huán)，這樣消耗了電能， 增加了泵的成本，占用了空間。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是提供一種單相熱驅(qū)動(dòng)的傳熱元件，利用封閉腔體內(nèi)部的 工作介質(zhì)單相的進(jìn)行傳熱，腔體的至少一部分為吸熱端，腔體的至少另一部分 為放熱端，在傳熱過(guò)程中，工作介質(zhì)在腔體內(nèi)部保持單相進(jìn)行傳熱，同時(shí)在熱 能的傳輸過(guò)程中，不需要消耗外部的能源，僅依靠熱源提供的熱能實(shí)現(xiàn)熱能驅(qū) 動(dòng)和傳送。本發(fā)明同時(shí)發(fā)明了此種傳熱元件的工作介質(zhì)灌裝的方法，采用液體、氣體、 真空三種方法進(jìn)行罐裝。具體發(fā)明內(nèi)容如下至少含有一個(gè)可以封閉的腔體，以及至少一種基礎(chǔ)工作介質(zhì)，將該種工作 介質(zhì)灌裝到可以封閉的腔體后將腔體進(jìn)行密閉，腔體的至少一部分為吸熱端， 腔體的至少另一部分為放熱端，該種工作介質(zhì)在傳熱元件導(dǎo)熱過(guò)程中，依靠熱 能驅(qū)動(dòng)工作介質(zhì)進(jìn)行導(dǎo)熱，基礎(chǔ)工作介質(zhì)在導(dǎo)熱過(guò)程中處于單相狀態(tài)進(jìn)行傳熱。腔體的至少一部分為吸熱端(部件)，腔體的至少另一部分為^(熱端(部件)， 在有些傳熱元件中，還設(shè)置有絕熱端，即傳熱元件至少有一個(gè)吸熱端，吸熱端 可以為一個(gè)吸熱端，也可以是一個(gè)吸熱部件或設(shè)備，也可以是一個(gè)吸熱區(qū)域； 同時(shí)，還至少有一個(gè)放熱端，放熱端可以為一個(gè)放熱端，也可以是一個(gè)吸熱部 件或設(shè)備，也可以是一個(gè)吸熱區(qū)域；同時(shí)還可以有一個(gè)絕熱端，絕熱端可以為 一個(gè)絕熱端，也可以是一個(gè)絕熱部件或設(shè)備，也可以是一個(gè)絕熱區(qū)域。絕熱端 不是必須的部分，但是否設(shè)置絕熱端，需要根據(jù)要求需要進(jìn)行處理。在吸熱區(qū) 域，可以由腔體的一個(gè)吸熱端或多個(gè)吸熱端位于同一個(gè)吸熱區(qū)域，放熱以及絕 熱區(qū)域同樣可以由一個(gè)或多個(gè)不同的放熱端、絕熱端位于該區(qū)域。所灌裝的工作介質(zhì)液態(tài)體積之和不超過(guò)所有腔體體積；所有的工作介質(zhì)的 液態(tài)體積之和，指所有的工作介質(zhì)在臨界溫度以下，處于常溫時(shí)一定壓力下處 于液態(tài)或固態(tài)時(shí)的體積，在本專利中，該體積稱為工作介質(zhì)的液態(tài)體積。通常 所有的液體體積為腔體體積的5%-100%，但通常情況下灌入量可以按照空腔體 積的20%進(jìn)行。對(duì)于其常壓常溫下為氣體的工作介質(zhì)，可以在氣態(tài)下進(jìn)行灌裝， 但是，其灌裝的數(shù)量，以其灌裝的重量進(jìn)行計(jì)算，工作介質(zhì)的總量，以其相對(duì) 的液態(tài)體積進(jìn)行計(jì)算，其體積不超過(guò)腔體的體積。采用單相的基礎(chǔ)工作介質(zhì)在傳熱元件工作過(guò)程中處于下列狀態(tài)之一A、 液態(tài)；B、 氣態(tài)；C、 固態(tài)顆粒；對(duì)處于固態(tài)顆粒的傳熱介質(zhì)，通常需要加入氣態(tài)或液態(tài)的強(qiáng)化傳熱措施， 才能使傳熱元件得到高效的利用?？梢苑忾]的腔體是承載內(nèi)部的工作介質(zhì)進(jìn)行工作的載體，需要根據(jù)傳熱性 能、強(qiáng)度、防腐性能、成本等因素選擇合適的空腔形狀，只要符合上述要求， 可以采用任何形狀的腔體，最為普通的腔體為金屬或非金屬的管，從最基本的 一個(gè)直管到復(fù)雜的由多個(gè)分支的管件，只要其沒(méi)有構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的回路，將其 稱為樹(shù)；其次對(duì)于其形狀構(gòu)成至少一個(gè)閉環(huán)回路的系統(tǒng)，其腔體是可以溝通成為一個(gè)閉環(huán)的回路的結(jié)構(gòu)，稱為環(huán)；對(duì)于由多個(gè)相互交叉形狀的腔體，稱為網(wǎng) 絡(luò)；其中樹(shù)、環(huán)、網(wǎng)絡(luò)的概念和拓?fù)鋵W(xué)中的樹(shù)、環(huán)、網(wǎng)絡(luò)概念基本一致，因而 可以封閉的腔體的至少為下列一種腔體A、 至少含有一個(gè)樹(shù)；B、 至少含有一個(gè)環(huán)；C、 至少含有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)；可以封閉的腔體的材質(zhì)只要符合設(shè)計(jì)的要求，在原則上是沒(méi)有限制的，通常 的可以采用下列一種-A、 金屬物；B、 非金屬物；C、 金屬與非金屬的復(fù)合物?？梢苑忾]腔體，可以是圓形、方形、橢圓型、三角形、四邊形等任意形狀， 對(duì)于圓形采用直徑來(lái)衡量，對(duì)于旋轉(zhuǎn)體可以用高了度量，對(duì)于特殊的物體，采 用在空腔中的最小長(zhǎng)度作為空腔的高來(lái)度量，可以封閉的腔體的直徑或高為 0.1納米 100米，對(duì)于氣態(tài)或超臨界態(tài)，適合于微尺度的腔體，如微通道結(jié)構(gòu) 的腔體，以及采用光刻技術(shù)成型的微通道技術(shù)，其高可以小至0.1納米，而對(duì)于大型的物體，其高可以到100米，此時(shí)應(yīng)用于大型的發(fā)電設(shè)備、化工設(shè)備、電力設(shè)備、冶金設(shè)備中。氦、氫、氮、氨、氧、氟利昂(鹵代烴)、碳?xì)浠衔?烴類)、甲醇、二氧 化碳、二氧化氮、戊烷、己烷、庚烷、丁垸、乙垸、辛烷、環(huán)戊烷、環(huán)己烷、 十氫化萘、四氯化碳、對(duì)二甲苯、甲苯、間二甲苯、乙苯、苯乙烯、鄰二甲苯、二硫化碳、a —蒎烯、四氫化萘、碳酸二乙酯、丁酸、二丁醚、丙酸、三氯乙 烯、二丙醚、二異丙醚、丁酸丁酯、丁酸丁酯、乙醚、丁酸丙酯、丙酸丁酯、 乙酸戊酯、氯仿、乙酸異戊酯、甲酸異戊酯、乙酸丁酯、丁酸乙酯、丙酸丙酯、 氯苯、甲酸戊酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、乙酸、乙酸乙 酯、乙酸甲酯、四氫呋喃、2-辛醇、甲酸甲酯、甲酸甲酯、2-甲基吡啶、l-辛醇、 二氯乙垸、l-庚醇、甲基環(huán)已酮、3-戊醇、乳酸乙酯、甲基環(huán)己醇、吡啶、吡啶、 苯甲醇、l-己醇、2-戊醇、l-戊醇、環(huán)已酮、2-丁醇、環(huán)己醇、l-丁醇、糠醇、 丁酮、丙醇、丙酮、乙醇、硝基乙垸、1，2-丙二醇、1,3-丙二醇、硝基苯、硝基 甲烷、喹啉、甜菜堿、乙二醇、甘油、糠醛、甲酸、水、甲酰胺、二甲基甲酰 胺、萘、導(dǎo)熱油、聯(lián)苯、導(dǎo)熱姆、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟碳化物、 六氟化硫。優(yōu)選的超臨界傳熱介質(zhì)為氦、氫、氮、氨，氟利昂、碳?xì)浠衔铩⒓状?、二氧化碳、二氧化氮、水、CFC、 HCFC、 HFC、 CFCs、 HFCFs、 HFCs。優(yōu)選溫室氣體為超臨界的傳熱介質(zhì)為二氧化碳，甲烷，氧化亞氮，氫氟 碳化物，全氟碳化物，六氟化硫。在基礎(chǔ)工作介質(zhì)內(nèi)還加入至少下列一種物質(zhì)A、 顆粒類物質(zhì)；工作介質(zhì)與顆粒類物質(zhì)的重量比為1: 0.001~5000;B、 相變類物質(zhì)；工作介質(zhì)與相變類物質(zhì)的重量比為1: 0.001~8000 所述的顆粒物質(zhì)可以為金屬顆粒物和/或非金屬顆粒，金屬顆粒物可以為金屬，例如為銅、鐵、鋁、鋅、鋼、金、銀、錫顆粒中的一種或多種，其中以銅、 鋁的傳熱系統(tǒng)較高所以其強(qiáng)化傳熱效果較好；金屬顆粒物質(zhì)還可以為金屬氧化物，例如為四氧化三錳、氧化鈷、氧化鉭、四氧化三鐵、三氧化鋯、氧化釔、氧化鈹、氧化鐿、氧化鏑、氧化硼、氧化硅、氧化鋁顆粒中的一種或多種；金 屬顆粒物還可以為鹽類顆粒，例如硼酸鎢鎘、鈦酸鉀、碳化硼、鉻酸鍶、偏鋁 酸鋰、重鉻酸鹽(重鉻酸鉀、重鉻酸鈉)中的一種或多種。非金屬顆粒物可以為塑料顆粒、玻璃顆粒、陶瓷顆粒、沙石顆粒；其中沙 石顆?？蛇x用Si02或綠柱石。所述的輔助相變物質(zhì)可以為固固相變物質(zhì)或固液相變物質(zhì)、液氣相變物質(zhì) 或其中兩種或兩種以上的混合物。所述的液氣相變物質(zhì)可以為鈉、萘、鉀、銫、導(dǎo)熱油、水、汞、聯(lián)苯、導(dǎo) 熱姆、丙酮、氨、甲醇、乙醇、乙垸、氮、CFC、 HCFC、 HFC、 CFCs、 HFCFs、 HFCs、氨、碳?xì)浠衔?、二氧化碳中的一種或多種，但具體選用時(shí)不能與所用 的基礎(chǔ)傳熱物質(zhì)相同。所述的固固相變物質(zhì)可以為多元醇、PE (季戊四醇)、PG (2， 2—二羥甲 基丙醇)、NPG (新戊二醇)、TMP (三甲基丙烷)、TAM 、無(wú)機(jī)鹽、層狀鈣鈦 礦、硫氰化銨(NH4SCN)、高分子聚合物、高分子交聯(lián)樹(shù)脂、接枝共聚物、聚 乙烯中的一種或一種以上的物質(zhì)。所述的固液相變物質(zhì)可以為無(wú)機(jī)水合鹽、石蠟、脂肪酸、堿金屬及堿土金 屬的鹵化物、高溫融化鹽、混合鹽、金屬、合金、高級(jí)脂肪烴、醇、多烴基化 合物中的一種或一種以上的物質(zhì)。所述的無(wú)機(jī)水合鹽可以為硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽中的一種或多種。所述的高溫融化鹽可以為氟化鹽、氯化物、硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽中的 一種或多種。所述的多烴基化合物可以為多元醇、季戊四醇、新戊二醇中的一種或多種。 對(duì)于顆粒物質(zhì)來(lái)說(shuō)，在工作介質(zhì)中的加入量，綜合各因素考慮，工作介質(zhì) 與顆粒類物質(zhì)的重量比為1: 0.001 5000;輔助相變物質(zhì)在工作介質(zhì)中的加入量，工作介質(zhì)與相變類物質(zhì)的重量比為1: 0.001-8000。在腔體的內(nèi)表面和/或外表面還設(shè)置有至少下列一種物質(zhì)A、 防腐材料；B、 增加導(dǎo)熱性能的材料。該材料為一種表面層，被加工在內(nèi)和/或外表 面，以增強(qiáng)傳熱能力。由于工作介質(zhì)一般具有腐蝕性，如果不對(duì)內(nèi)表面進(jìn)行處理，應(yīng)該對(duì)腔體的 材料的厚度進(jìn)行效核，除了需要考慮強(qiáng)度外，還需要考慮腐蝕對(duì)于厚度的影響， 從而增加腔體的厚度，但是通常情況下，還是采用防腐的辦法，采用對(duì)材料進(jìn) 行防腐處理，對(duì)于碳鋼類材料，可以采用鍍鋅或鍍鋁實(shí)現(xiàn)防腐，對(duì)于采用鍍鋅 或鍍鋁優(yōu)選在其中添加入稀土材料進(jìn)行防腐。除內(nèi)表面進(jìn)行防腐處理外， 一般 根據(jù)換熱的環(huán)境，還將對(duì)外表面進(jìn)行防腐處理。由于對(duì)于氣態(tài)的工作介質(zhì)通常具有較高的壓力，因而選擇的可以封閉的腔 體殼體強(qiáng)度應(yīng)至少超過(guò)臨界壓力的強(qiáng)度。為了安全還應(yīng)設(shè)置一定的安全余量， 這種關(guān)于強(qiáng)度的計(jì)算，可以根據(jù)材料力學(xué)的理論進(jìn)行設(shè)計(jì)以及校核。為了增加換熱能力，在傳熱元件的外表和/或腔體內(nèi)表面設(shè)置有翅片。通常 可以在傳熱元件的吸熱端和/或放熱端的內(nèi)表面和/或外表面上，加工上翅片用于 增加換熱面積，從而增強(qiáng)換熱能力。一種單相傳熱元件的工作介質(zhì)灌裝方法，可以采用多種方法進(jìn)行工作介質(zhì)的 灌裝，只要能夠保證將工作介質(zhì)灌裝到腔體內(nèi)部并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)腔體的密閉。 采用不同方法的原則在于對(duì)傳熱元件傳熱性能、成本、壽命、可靠性等因素的 影響，液態(tài)灌裝降低了密閉的難度，可以將液體灌裝后直接采用一個(gè)封口的部 件進(jìn)行封口，在傳熱元件的外觀上，可以沒(méi)有封口管、閥門(mén)等，但其需要將工 作介質(zhì)降低到液態(tài)進(jìn)行灌裝。氣態(tài)灌裝成本低，但是需要一個(gè)閥門(mén)等灌裝部件 或灌裝口，其腔體內(nèi)部通常也將夾雜有部分的空氣等氣體，不容易使工作介質(zhì) 純度很高。真空罐裝可以實(shí)現(xiàn)高純度的工作介質(zhì)灌裝，但是需要大型的抽真空 設(shè)備，而且對(duì)于每一個(gè)腔體，抽真空還需要時(shí)間和耗費(fèi)電能。至少選擇下列方法之一灌裝工作介質(zhì)A、 液態(tài)或固態(tài)灌裝將工作介質(zhì)保持液態(tài)或固態(tài)，同時(shí)將空腔也保持 在相近的溫度或常溫，將液態(tài)或固態(tài)的工作介質(zhì)直接灌裝到空腔內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)工 作介質(zhì)的灌裝；B、 氣態(tài)灌裝將工作介質(zhì)保持氣態(tài)，空腔處于環(huán)境溫度相同或相似的溫度，并在空腔上設(shè)置至少一個(gè)灌裝孔和/或灌裝閥門(mén)，通過(guò)灌裝 L或灌裝閥門(mén)將氣態(tài)的工作介質(zhì)直接灌裝到空腔內(nèi)部> 實(shí)現(xiàn)工作介質(zhì)的灌裝；其優(yōu)選的灌裝閥 門(mén)為單向閥。C、真空灌裝在空腔上設(shè)置至少一個(gè)灌裝管(孔)和/或灌裝閥門(mén)，首先 利用抽真空設(shè)備對(duì)空腔進(jìn)行抽真空，達(dá)到設(shè)定的真空后，通過(guò)灌裝管(孔)和/ 或灌裝閥門(mén)將工作介質(zhì)灌裝到空腔內(nèi)部，然后將灌裝孔和/或灌裝閥門(mén)進(jìn)行密 閉，實(shí)現(xiàn)工作介質(zhì)的灌裝。本發(fā)明的單相傳熱元件，利用工作介質(zhì)處于液、氣、固體顆粒狀態(tài)進(jìn)行傳 熱，在通常情況下，其傳熱性能沒(méi)有相變傳熱性能高，但是，在增加了傳熱的 強(qiáng)化傳熱方法后，其傳熱性能可以發(fā)生較大的變化，甚至可以達(dá)到或者超過(guò)熱 管的傳熱，特別是在氣態(tài)加入了強(qiáng)化傳熱物后。但是該種傳熱元件及其容易制 造，通常不需要抽真空，為了提高效果和增加壽命，也可以采用真空灌裝，也 不需要進(jìn)行嚴(yán)格的密閉，因而比熱管的制造簡(jiǎn)單和成本低，特別是針對(duì)需要特 別考慮成本的領(lǐng)域，有其特殊的商業(yè)價(jià)值。


圖1:基本樹(shù)形傳熱元件；圖2:計(jì)算機(jī)散熱器用傳熱元件；圖3:太陽(yáng)能用傳熱元件；圖4:樹(shù)形結(jié)構(gòu)傳熱元件(建筑供暖用傳熱元件)；圖5:環(huán)形結(jié)構(gòu)傳熱元件(工業(yè)換熱器用傳熱元件)；圖6:網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳熱元件(電子散熱用微通道平板傳熱元件)；其中1:傳熱元件吸熱端(部件)，2:傳熱元件放熱端(部件)，3:傳熱元件絕熱端(部件)，4:傳熱介質(zhì)，5:灌裝管和/或灌裝閥門(mén)，6:樹(shù)形腔體結(jié)構(gòu)，7:環(huán)形腔體結(jié)構(gòu)， 8:網(wǎng)絡(luò)腔體結(jié)構(gòu)，9:防腐材料， 10:導(dǎo)熱材料。
具體實(shí)施方式
基本單相傳熱元件請(qǐng)參照?qǐng)D1， 一個(gè)直徑為38MM的碳鋼管，長(zhǎng)度為1M，將管的上下兩端密 閉構(gòu)成為一個(gè)腔體，在腔體的表面，采用鍍稀土鋁進(jìn)行防腐，并在管件的外表 面，加工上進(jìn)行鍍鋁，其厚度比內(nèi)部的稀土鋁后，主要用于防腐和導(dǎo)熱，鋁比 碳鋼具有更高的導(dǎo)熱性能；在腔體的內(nèi)部，在管的一個(gè)封口面上，加工上一個(gè) 單向閥，采用單向閥將氣體的二氧化碳?xì)怏w充入到腔體內(nèi)部，其充入的重量為 300克，這樣構(gòu)成基本的單相導(dǎo)熱元件。工作溫度為0—30度，工作壓力小于 7MPa。計(jì)算機(jī)散熱器用單相傳熱元件請(qǐng)參照?qǐng)D2，采用直徑為32MM，高度為58MM的銅金屬管，首先在其腔 體灌裝水10克，然后再充入R134a超臨界工作介質(zhì)30克，其吸熱端與計(jì)算機(jī) CPU相連接，只有銅管的地面，其放熱端為整個(gè)的銅管的側(cè)面，這是一個(gè)吸熱 端是一個(gè)地面，而放熱端為一個(gè)柱體的應(yīng)用示例。工作溫度為0—80度。太陽(yáng)能用單相傳熱元件請(qǐng)參照?qǐng)D3，采用直徑為18MM，長(zhǎng)度為1800MM的無(wú)縫鐵管，釆用鍍稀 土鋅進(jìn)行防腐，內(nèi)部灌裝有二氧化碳10克，水300克，加入的相變類強(qiáng)化傳熱 介質(zhì)為甲醇30克，汽化溫度為64.7°C;乙醇40克，汽化溫度為78.3 。C;加入的顆粒類物質(zhì)為0. OOlmm的銅100克、顆粒度為0. Olmm的氧化銅30 克，其吸熱端為1600腿，放熱端長(zhǎng)200MM，此實(shí)施例中，吸熱端的長(zhǎng)度大于放 熱端的長(zhǎng)度。工作溫度為0—120度，工作壓力小于7MPa。樹(shù)形結(jié)構(gòu)傳熱元件請(qǐng)參照?qǐng)D4，傳熱元件是用于建筑供暖，其吸熱端為一個(gè)吸熱設(shè)備， 在該案例中為一個(gè)換熱器，該換熱器與鍋爐進(jìn)行換熱，該傳熱元件為一個(gè)樹(shù)形 結(jié)構(gòu)，在腔體中，沒(méi)有構(gòu)成閉環(huán)回路的結(jié)構(gòu)，在放熱端，由六個(gè)散熱器組成， 六個(gè)散熱器將熱能散熱，其散熱端由六個(gè)散熱部件構(gòu)成，該傳熱元件的吸熱端 與放熱端都是由部件或設(shè)備構(gòu)成。該傳熱元件由一個(gè)吸熱區(qū)域，兩個(gè)放熱區(qū)域， 一個(gè)絕熱區(qū)域構(gòu)成。采用的工作介質(zhì)，基礎(chǔ)傳熱介質(zhì)二氧化碳，5000克，水 1000克，輔助相變物質(zhì)為2， 2—二羥甲基丙醇(PG): 10000克，相變溫度 81.76。C，轉(zhuǎn)變?yōu)?72.458 J/G;工作溫度區(qū)間10—130。C，工作壓力區(qū)間1—6 MPa。環(huán)形結(jié)構(gòu)傳熱元件請(qǐng)參照?qǐng)D5，本傳熱元件用于工業(yè)換熱器件，該傳熱元件由一個(gè)吸熱區(qū)域、 一個(gè)絕熱區(qū)域、 一個(gè)放熱區(qū)域構(gòu)成，傳熱元件為一個(gè)的結(jié)構(gòu)為一個(gè)閉環(huán)的回路， 其不同的部分處于傳熱區(qū)域和放熱區(qū)域，總體構(gòu)成為一個(gè)傳熱元件。基礎(chǔ)傳熱 介質(zhì)為水5000克，加入的強(qiáng)化傳熱物質(zhì)為純聚乙二醇(PEG) 10000克，相變 溫度328°C，相變焓185J/G;高密度聚乙烯(HDPE): 500克，相變溫度133 。C，相變焓212J/G，傳熱元件的工作溫度100-300°C，工作壓力12-22 MPa。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳熱元件請(qǐng)參照?qǐng)D6，本傳熱元件為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)型的微通道傳熱板，是在一個(gè)銅板上 面加工上的微通道，每個(gè)直徑為30納米，其通道的形狀如圖所示，其傳熱端， 吸熱端以及絕熱端分為三個(gè)部分構(gòu)成，其傳熱工作介質(zhì)為超臨界流體C02為10 克，NH3為30克，加入的形變類物質(zhì)為CaCl2'6H20， 10克，相變溫度58 °C，潛熱值250KJ/KG; Na2SO3，10H2O (加入適量氧化納)，120克，相變溫 度17-27°C，潛熱值246KJ/KG;傳熱元件的工作溫度，-10-30°C。工作壓力 1-5 MPa?？捎糜谔厥忸I(lǐng)域的散熱使用。
權(quán)利要求
1、 一種單相熱驅(qū)動(dòng)傳熱元件，其特征是至少含有一個(gè)可以封閉的腔體，以及至少一種基礎(chǔ)工作介質(zhì)(4)，將該種工作介質(zhì)灌裝到可以封閉的腔體后將腔體進(jìn)行密閉，腔體的至少一部分為吸熱端(1)，腔體的至少另一部分為放熱端(2)，該種工作介質(zhì)在傳熱元件導(dǎo)熱過(guò)程中，依靠熱能驅(qū)動(dòng)工作介質(zhì)進(jìn)行導(dǎo)熱，基礎(chǔ)工作介質(zhì)(4)在導(dǎo)熱過(guò)程中處于單相狀態(tài)進(jìn)行傳熱。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相熱驅(qū)動(dòng)傳熱元件，其特征是基礎(chǔ)工作介 質(zhì)在傳熱元件工作過(guò)程中處于下列狀態(tài)之一A、 液態(tài)；B、 氣態(tài)；C、 固態(tài)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相熱驅(qū)動(dòng)傳熱元件，其特征是可以封閉的 腔體的至少為下列一種腔體A、 至少含有一個(gè)樹(shù)(6);B、 至少含有一個(gè)環(huán)(7);C、 至少含有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)(8)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相熱驅(qū)動(dòng)傳熱元件，其特征是可以封閉的 腔體的材質(zhì)為下列一種A、 金屬物；B、 非金屬物；C、 金屬與非金屬的復(fù)合物。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相熱驅(qū)動(dòng)傳熱元件，其特征是可以封閉的 腔體的直徑或高為0.1納米 100米。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相熱驅(qū)動(dòng)傳熱元件，其特征是基礎(chǔ)工作介 質(zhì)(4)為至少下列一種或其混合物氦、氫、氮、氨、氧、氟利昂、碳?xì)浠衔?、甲醇、二氧化碳、?氧化氮、戊烷、己烷、庚垸、丁烷、乙烷、辛垸、環(huán)戊烷、環(huán)己烷、十 氫化萘、四氯化碳、對(duì)二甲苯、甲苯、間二甲苯、乙苯、苯乙烯、鄰二 甲苯、二硫化碳、a —蒎烯、四氫化萘、碳酸二乙酯、丁酸、二丁醚、 丙酸、三氯乙烯、二丙醚、二異丙醚、丁酸丁酯、丁酸丁酯、乙醚、丁 酸丙酯、丙酸丁酯、乙酸戊酯、氯仿、乙酸異戊酯、甲酸異戊酯、乙酸丁酯、丁酸乙酯、丙酸丙酯、氯苯、甲酸戊酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、乙酸、乙酸乙酯、乙酸甲酯、四氫呋喃、2-辛醇、 甲酸甲酯、甲酸甲酯、2-甲基吡啶、l-辛醇、二氯乙垸、l-庚醇、甲基環(huán) 已酮、3-戊醇、乳酸乙酯、甲基環(huán)己醇、吡啶、吡啶、苯甲醇、l-己醇、 2-戊醇、l-戊醇、環(huán)己酮、2-丁醇、環(huán)己醇、l-丁醇、糠醇、丁酮、丙醇、 丙酮、乙醇、硝基乙烷、1，2-丙二醇、1,3-丙二醇、硝基苯、硝基甲烷、 喹啉、甜菜堿、乙二醇、甘油、糠酸、甲酸、水、甲酰胺、二甲基甲酰 胺、萘、導(dǎo)熱油、聯(lián)苯、導(dǎo)熱姆、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟 碳化物、六氟化硫。優(yōu)選的超臨界傳熱介質(zhì)為氦、氫、氮、氨，氟利昂、碳?xì)浠衔铩?甲醇、二氧化碳、二氧化氮、水、CFC、 HCFC、 HFC、 CFCs、 HFCFs、 HFCs。優(yōu)選溫室氣體為超臨界的傳熱介質(zhì)為二氧化碳，甲烷，氧化亞氮， 氫氟碳化物，全氟碳化物，六氟化硫。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種單相熱驅(qū)動(dòng)傳熱元件，其特征是在基礎(chǔ)工作 介質(zhì)(4)內(nèi)還加入至少下列一種物質(zhì)A、 顆粒類物質(zhì)；工作介質(zhì)與顆粒類物質(zhì)的重量比為1: 0.001-5000;B、 相變類物質(zhì)。工作介質(zhì)與相變類物質(zhì)的重量比為1: 0.001~8000。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相熱驅(qū)動(dòng)傳熱元件，其特征是在腔體的內(nèi) 表面還設(shè)置有至少下列一種物質(zhì)A、 防腐材料(9);B、 增加導(dǎo)熱性能的材料(10)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相熱驅(qū)動(dòng)傳熱元件，其特征是腔體的內(nèi)表 面設(shè)置有防腐層，對(duì)于碳鋼類材料的腔體，在其內(nèi)部采用鍍鋅或鋁進(jìn)行防 腐，同時(shí)優(yōu)選在鋅或鋁中添加稀土材料。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相熱驅(qū)動(dòng)傳熱元件，其特征是在熱管蒸發(fā) 端和/或冷凝端的內(nèi)部和/或外部設(shè)置有翅片。
11、 一種單相熱驅(qū)動(dòng)傳熱元件工作介質(zhì)灌裝的方法，其特征是至少選擇下列 方法之一灌裝工作介質(zhì)A、液態(tài)或固態(tài)灌裝將工作介質(zhì)保持液態(tài)或固態(tài)，同時(shí)將空腔也 保持在相近的溫度或常溫，將液態(tài)或固態(tài)的工作介質(zhì)直接灌裝到空腔內(nèi) 部，實(shí)現(xiàn)工作介質(zhì)的灌裝；B、 氣態(tài)灌裝將工作介質(zhì)保持氣態(tài)，空腔處于環(huán)境溫度相同或相似 的溫度，并在空腔上設(shè)置至少一個(gè)灌裝孔和/或灌裝閥門(mén)，通過(guò)灌裝孔或 灌裝閥門(mén)將氣態(tài)的工作介質(zhì)直接灌裝到空腔內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)工作介質(zhì)的灌裝； 其優(yōu)選的灌裝閥門(mén)為單向閥。C、 真空灌裝在空腔上設(shè)置至少一個(gè)灌裝管和/或灌裝閥門(mén)，首先 利用抽真空設(shè)備對(duì)空腔進(jìn)行抽真空，達(dá)到設(shè)定的真空后，通過(guò)灌裝管和/ 或灌裝閥門(mén)將工作介質(zhì)灌裝到空腔內(nèi)部，然后將灌裝孔和/或灌裝閥門(mén)進(jìn) 行密閉，實(shí)現(xiàn)工作介質(zhì)的灌裝。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種單相熱驅(qū)動(dòng)的傳熱元件，利用封閉腔體內(nèi)部的工作介質(zhì)單相的進(jìn)行傳熱，腔體的至少一部分為吸熱端，腔體的至少另一部分為放熱端，在傳熱過(guò)程中，工作介質(zhì)在腔體內(nèi)部保持單相進(jìn)行傳熱，同時(shí)在熱能的傳輸過(guò)程中，不需要消耗外部的能源，僅依靠熱源提供的熱能實(shí)現(xiàn)熱能驅(qū)動(dòng)和傳送。本發(fā)明同時(shí)發(fā)明了此種傳熱元件的工作介質(zhì)灌裝的方法，采用液體、氣體、真空三種方法進(jìn)行罐裝。
文檔編號(hào)F28D15/00GK101285658SQ20071004883
公開(kāi)日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2007年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月9日
發(fā)明者李建民 申請(qǐng)人:李建民