專利名稱：毛細(xì)蒸發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及熱處理系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是涉及一種毛細(xì)蒸發(fā)器。
背景技術(shù)：
毛細(xì)蒸發(fā)器用于各種兩相熱處理系統(tǒng)中。毛細(xì)蒸發(fā)器與流通式鍋爐和鍋狀鍋爐之間的主要差別在于核沸騰不是發(fā)生在蒸發(fā)器內(nèi)而是發(fā)生在鍋爐內(nèi)。相反，蒸發(fā)作用發(fā)生在毛細(xì)蒸發(fā)器內(nèi)的一個液—汽分界面上，該分界面通過一個毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)而穩(wěn)定的保持。供應(yīng)給蒸發(fā)器的液體壓力低于蒸汽壓力，該液體通過吸液芯的毛細(xì)吸力作用進(jìn)入蒸發(fā)器。
一個普通的毛細(xì)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)就是熱管所使用的結(jié)構(gòu)。典型地，傳統(tǒng)熱管由一個管構(gòu)成，這個管包含有一個與管的內(nèi)表面接觸的多孔毛細(xì)吸液芯層。熱管的一部分，有代表性的指熱管的一端，從熱源吸收熱量以起到蒸發(fā)器的作用。另一部分，有代表性的指熱管的另一端，排放熱量到一個吸熱器以起到冷凝器的作用。通過吸液芯的毛細(xì)泵送作用，毛細(xì)吸液芯將液體從熱管的冷凝器部分送回到蒸發(fā)器部分。吸液芯的內(nèi)表面限定了一個中央通道，該通道將蒸汽從熱管的蒸發(fā)器部分傳送到冷凝器部分。毛細(xì)吸液芯可以是各種結(jié)構(gòu)中的任意一種，如加工槽、不連續(xù)的金屬濾網(wǎng)、燒結(jié)金屬粉末、或者等離子沉積多孔敷層。熱管制造經(jīng)濟(jì)并且在適量的熱通量和相對短的熱輸送距離的應(yīng)用中能很好的工作。許多現(xiàn)代高性能的便攜式計算機(jī)利用熱管來將處理器的熱量轉(zhuǎn)移到機(jī)箱。
在熱管內(nèi)，液體不得不通過毛細(xì)吸液芯的作用從冷凝器部分向蒸發(fā)器部分流動很長的距離。這使得液體產(chǎn)生大的壓降，從而極大地限制液體流動速度的最大值，因而限制了熱管的熱傳輸容量。如果為了提供更強(qiáng)的毛細(xì)吸力而減小吸液芯的孔徑大小，則吸液芯的滲透率下降，壓力降增大。吸液芯厚度的增大減小了壓力降，但是增加了在熱管蒸發(fā)器部分熱量通過吸液芯必須傳輸?shù)木嚯x。吸液芯厚度的增加轉(zhuǎn)化為蒸發(fā)器內(nèi)更高的熱阻，并且或許更多地限制了管子內(nèi)表面和吸液芯之間的界面上液體過熱度的增大。最后，在吸液芯的基底處，過熱度變得太大以至于沸騰發(fā)生在吸液芯內(nèi)部，這導(dǎo)致吸液芯變干。當(dāng)吸液芯變干時，吸液芯的性能急劇地下降。
許多應(yīng)用中，包括宇宙飛船熱處理系統(tǒng)，需要比傳統(tǒng)的熱管所能提供的在更長的傳輸距離上的更高的熱傳輸容量。對于這些應(yīng)用，可通過一個沒有內(nèi)部吸液芯的單獨管將冷凝器部分的液體送回到蒸發(fā)器部分，而顯著地提高基礎(chǔ)熱管的能力。由于這種回流不遭受流經(jīng)吸液芯時的大的壓力降，蒸發(fā)器和冷凝器之間的距離可顯著地增加。同樣的，通過肋在吸液芯和熱獲得界面之間附加限定蒸汽通道，而使得蒸發(fā)器內(nèi)的毛細(xì)吸液芯遠(yuǎn)離熱獲得界面。這些改進(jìn)導(dǎo)致兩種類型的熱傳遞系統(tǒng)的出現(xiàn)，即環(huán)路熱管(LHP)和毛細(xì)泵送環(huán)路(CPL)，CPLs和LHPs越來越多的應(yīng)用于宇宙飛船的熱處理系統(tǒng)中，并且在重力和微重力的情況下，它們的工作特性被廣泛的研究。
圖1A顯示了一個適合用于LHP或CPL中的傳統(tǒng)蒸發(fā)器的示例。蒸發(fā)器20包括一個管狀的殼體22和一個類似形狀的位于殼體內(nèi)部的毛細(xì)吸液芯24。毛細(xì)吸液芯24限定了一個用于沿著吸液芯的長度引導(dǎo)液體28的中央通道26。殼體22典型地由高傳導(dǎo)性的金屬制成，并且殼體還包括許多肋30。肋30起到兩個作用(1)限定多個引導(dǎo)蒸汽34的蒸汽通道或管路32，蒸汽34是由遠(yuǎn)離毛細(xì)吸液芯24的液體28蒸發(fā)所產(chǎn)生的；(2)引導(dǎo)熱量從殼體22的外部傳到毛細(xì)吸液芯，再傳遞熱量到液體，從而使液體變成蒸汽。
傳統(tǒng)CPLs和LHPs蒸發(fā)器，如蒸發(fā)器20與傳統(tǒng)熱管的蒸發(fā)器部分，它們之間的主要差別在于，在LHP/CPL蒸發(fā)器中，液體的供給是完全與熱源絕熱的，舉例來說，通過毛細(xì)吸液芯24，流經(jīng)毛細(xì)吸液芯的液體是與熱獲得界面垂直的，因此，與熱管的“壁式吸液芯”蒸發(fā)器相比，其流通面積更大而流動長度更短。這些差別致使LHPs和CPLs比熱管具有更高的熱輸送容量。然而，高熱輸送容量的LHP/CPL型蒸發(fā)器價格昂貴，也就是說，通過一般由金屬制成的肋30，殼體22與吸液芯之間不連續(xù)的接觸導(dǎo)致熱源36和毛細(xì)吸液芯24之間相當(dāng)大的熱傳遞的下降金屬肋30的設(shè)計必須滿足使殼體22和毛細(xì)吸液芯24之間的熱阻最小化，而同時也要滿足使蒸發(fā)器20內(nèi)的蒸汽壓力降最小化，這兩個要求之間是相互矛盾的。如圖1B所示，肋30的出現(xiàn)使吸液芯內(nèi)部出現(xiàn)了熱區(qū)，這擾亂了毛細(xì)吸液芯24內(nèi)的熱傳遞和流體流動。在低熱通量的情況下，毛細(xì)吸液芯24完全是濕的，蒸發(fā)作用只發(fā)生在與吸液芯接觸的肋30邊緣周圍的區(qū)域33。熱量輸送的大小受與吸液芯接觸的肋周邊長度的限制。因而，毛細(xì)吸液芯24內(nèi)蒸發(fā)區(qū)域33的總面積小，使得蒸發(fā)阻力大大增加。另外，液體28不是均勻地流經(jīng)毛細(xì)吸液芯24而是必須聚集在沿著肋30很狹小的區(qū)域，這就極大地增加了吸液芯內(nèi)的壓力降。
圖1C顯示了在熱通量很大的情況下，吸液芯內(nèi)部存在的狀態(tài)。在高熱通量情況下，液—汽界面40后退到毛細(xì)吸液芯24內(nèi)，這提供更大的蒸發(fā)面積。當(dāng)液—汽界面40后退時，由于毛細(xì)吸液芯24相對低的熱傳導(dǎo)率，蒸發(fā)器20的熱阻增加。當(dāng)液—汽界面40后退時，也許更為重要的是由于蒸汽34在到達(dá)蒸汽通道32之前必須通過毛細(xì)吸液芯24的小孔流動一定的距離而使總壓力降急劇的增大。最后，蒸汽34的壓力降超過了毛細(xì)吸液芯24的毛細(xì)泵送能力，蒸汽突破到中央通道26，也就是蒸發(fā)器20的液體側(cè)。這種“蒸汽泄漏”狀態(tài)給蒸發(fā)器的性能造成了熱通量上的限制。
為了減輕這些影響，傳統(tǒng)的LHP型蒸發(fā)器一般采用金屬毛細(xì)吸液芯代替陶瓷、玻璃、或者聚合物吸液芯，使吸液芯有相對高的熱傳導(dǎo)率。更高的熱傳導(dǎo)率會更有效的將熱量傳遞至吸液芯，這將增加蒸發(fā)作用發(fā)生的范圍，因而減小熱阻。但是，更高熱傳導(dǎo)率的吸液芯增加了在吸液芯其它側(cè)通過吸液芯傳遞到液體28的熱量泄漏。這會導(dǎo)致中央通道26內(nèi)液體28的沸騰，因而阻止液體28流動到蒸發(fā)器，并且限制了熱通量的最大值。吸液芯厚度的增大多少會減輕這種熱量泄漏，但是，這將減小吸液芯的滲透率，從而也將減小這種蒸發(fā)器的熱通量最大值。
可以預(yù)見到，將來其他設(shè)備中的高功率激光檢測設(shè)備、下一代或?qū)淼奈⑻幚砥餍酒推渌娮悠骷臒崽幚韺⑿枰獰嵬看笥?00W/cm2，功率耗散在2-5kW的范圍內(nèi)。加利福尼亞(Califomia)、Santa Clara、英特爾公司(Intel Corporation)的ITANIUM微處理器已經(jīng)達(dá)到了局部熱通量大約為300W/cm2。相反，大多數(shù)傳統(tǒng)的蒸發(fā)器，例如上邊討論過得蒸發(fā)器20，有代表性地當(dāng)熱通量超過大約12W/cm2時就不會工作了，這是由于覆蓋在毛細(xì)吸液芯內(nèi)的蒸汽阻止了液體流入吸液芯。雖然一些近來蒸發(fā)器的設(shè)計例如雙分散吸液芯的設(shè)計，當(dāng)局部熱通量為100W/cm2時可以證明有很好的性能，但是將繼續(xù)需要蒸發(fā)器能夠在熱通量平均值為100W/cm2甚至更大時，常規(guī)地運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
第一方面，本發(fā)明涉及一種毛細(xì)蒸發(fā)器，其包括限定至少一個第一通道的至少一個第一肋。毛細(xì)吸液芯與至少一個第一肋相對，并與至少一個第一肋分開。一個位于至少一個第一肋和毛細(xì)吸液芯之間的第一橋，其在毛細(xì)吸液芯和至少一個第一通道之間提供流體連通，并在毛細(xì)吸液芯和至少一個助之間提供熱傳遞。第一橋具有尺寸沿著從至少一個第一肋到毛細(xì)吸液芯的方向減小的內(nèi)部特征。
另外一方面，本發(fā)明涉及一種毛細(xì)蒸發(fā)器，其包括一個毛細(xì)吸液芯，該毛細(xì)吸液芯具有一個第一面和與第一面分開的第二面。第一橋與毛細(xì)吸液芯的第一面相對，該第一橋具有多個第一內(nèi)部通道，每個第一內(nèi)部通道都有一個第一橫截面積。多個第一內(nèi)部通道的數(shù)量沿著遠(yuǎn)離毛細(xì)吸液芯的方向減少，而多個第一內(nèi)部通道的第一橫截面積沿著遠(yuǎn)離毛細(xì)吸液芯的方向變大。第二橋與毛細(xì)吸液芯的第二面相對，該第二橋有多個第二內(nèi)部通道，每個第二內(nèi)部通道都有一個第二橫截面積，其中，多個第二內(nèi)部通道的數(shù)量沿著遠(yuǎn)離毛細(xì)吸液芯的方向減少，而多個第二內(nèi)部通道的第二橫截面積沿著遠(yuǎn)離毛細(xì)吸液芯的方向變大。


為了舉例說明本發(fā)明，附圖展示了本發(fā)明目前優(yōu)選的形式。然而，應(yīng)該明白，本發(fā)明不僅僅局限在附圖中展示的具體的配置和手段，其中圖1A是一個傳統(tǒng)毛細(xì)蒸發(fā)器的縱向剖視圖；圖1B和1C是各自代表毛細(xì)蒸發(fā)器處于低和高熱通量的情況下，圖1A所示的傳統(tǒng)毛細(xì)蒸發(fā)器的毛細(xì)吸液芯/殼體分界面的放大剖視圖；圖2是一個本發(fā)明毛細(xì)蒸發(fā)器的剖視圖；圖3是一個圖2所示毛細(xì)蒸發(fā)器的蒸汽側(cè)橋的一部分的透視分解圖；圖4是圖3所示蒸汽側(cè)橋的放大局部平面圖；圖5A-5D分別是圖2所示毛細(xì)蒸發(fā)器的蒸汽側(cè)橋的一個可替換實施例的透視分解圖；圖6是本發(fā)明中一個可替換的具有蒸汽側(cè)和液體側(cè)橋的毛細(xì)蒸發(fā)器的一部分的局部透視分解圖；圖7是四個測試蒸發(fā)器中的其中一個蒸發(fā)器的前視剖視圖，測試蒸發(fā)器是用于進(jìn)行按照本發(fā)明制作的各種毛細(xì)蒸發(fā)器運(yùn)行性能的量化實驗；圖8是一個裝配在測試裝置中的圖7所示測試蒸發(fā)器的前視剖視圖；
圖9A和9B分別展示的是一個測試蒸發(fā)器的溫度相對于時間的一個典型的軌跡，和相應(yīng)的熱阻相對于熱通量的曲線；圖10A-10D分別是四個測試蒸發(fā)器中每個蒸發(fā)器的熱阻相對于熱通量的曲線圖；圖11是四個測試蒸發(fā)器的熱通量最大測量值相對于每單位面積孔周長的曲線圖。
具體實施例方式
參照圖2所示，依照本發(fā)明，一個用數(shù)字100表示的毛細(xì)蒸發(fā)器。如在上面背景技術(shù)部分討論的蒸發(fā)器20一樣，毛細(xì)蒸發(fā)器100可裝入一個兩相熱傳輸系統(tǒng)，如其中上邊敘述過的環(huán)路熱管(LHP)和毛細(xì)泵送環(huán)路(CPL)。毛細(xì)蒸發(fā)器100可以是適合與任意不同熱源，例如希望被冷卻的熱源102連接的任意尺寸和/或形狀。本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，按照本發(fā)明可制造出不同形狀和/或尺寸的毛細(xì)蒸發(fā)器100，并且本發(fā)明應(yīng)用中展示和描述的不同的毛細(xì)蒸發(fā)器僅僅用來詮釋本發(fā)明的不同方面，而不是用來限制在此后附加的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍。
由于下面詳細(xì)描述的獨特結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的毛細(xì)蒸發(fā)器100具有處理大熱通量的能力，如100W/cm2到1000W/cm2和更大，這明顯高于傳統(tǒng)的毛細(xì)吸液芯型蒸發(fā)器能夠處理的最大熱通量值。因此，在重力和微重力應(yīng)用中，毛細(xì)蒸發(fā)器100對于具有高熱通量熱源102，例如激光器、微處理器和其他高功率電子設(shè)備的熱處理系統(tǒng)是一個重要的元件。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道本發(fā)明毛細(xì)蒸發(fā)器100能夠適用不同的應(yīng)用。
與上述背景技術(shù)部分描述的蒸發(fā)器20類似，毛細(xì)管蒸發(fā)器100可由殼體104和位于殼體內(nèi)部的毛細(xì)吸液芯106構(gòu)成。殼體104可以由具有相對高的熱傳導(dǎo)率的材料制成，如金屬，例如其中的銅或鋁，或者其他高熱傳導(dǎo)率的材料，殼體從熱源102向毛細(xì)吸液芯106傳遞熱量。殼體104可以包括多個肋108，肋108限定一個或者多個用于傳遞來自于毛細(xì)吸液芯106的蒸汽112的通道或管路110，蒸汽112是通過從熱源102吸收熱量而使吸液芯內(nèi)的工作流體114蒸發(fā)而產(chǎn)生的。
如這里用到的和在附加的權(quán)利要求書中提到的，復(fù)數(shù)詞“肋”包括其中有一個單獨的肋存在的情形，舉例說，一個單獨的螺旋肋或者一個單獨的彎曲的肋，但是線性剖面圖展示的這個單獨肋是沿它的長度“切”在多個部位的，這就是存在許多肋的原因。術(shù)語“肋”也包括限定通道任意一個側(cè)面的任意結(jié)構(gòu)，無論怎樣，第二通道位于這個結(jié)構(gòu)的另一側(cè)。例如用于限定形成在塊內(nèi)部的底部通道的一個側(cè)邊的固體塊材料，該材料的實心砌塊的部分對于本發(fā)明來說可以被認(rèn)為是肋。
毛細(xì)吸液芯106可以由任何適合材料制成，該材料具有用于傳遞工作流體114通過的毛細(xì)通道。例如，毛細(xì)吸液芯106可以由具有相對低的熱傳導(dǎo)率的材料，如其中的陶瓷、玻璃或者聚合體制成，或者由具有相對高的熱傳導(dǎo)率的材料，如其中的金屬制成。這些材料可通過任何公知的手段制成毛細(xì)吸液芯106，例如其中的鑄造、燒結(jié)、微加工和蝕刻法。除了傳統(tǒng)的吸液芯結(jié)構(gòu)外，毛細(xì)吸液芯106也可以由一個或者多個類似于下面描述的分?jǐn)?shù)維層FL的微孔分?jǐn)?shù)維層(沒有顯示)組成。本領(lǐng)域的技術(shù)人員懂得多種材料和結(jié)構(gòu)都可以用在毛細(xì)吸液芯106上。毛細(xì)吸液芯106可限定一個中央通道116，用以引導(dǎo)液體114沿著吸液芯的長度將液體分布到吸液芯中去。能夠使毛細(xì)蒸發(fā)器100在所設(shè)計的工況下以兩相(液/汽)運(yùn)行的任何合適的流體都可以作為工作流體114。適合作為工作流體114的液體，其中例如水、氨、醇類和如碳氟化合物R-134的制冷劑。
然而，和蒸發(fā)器20不同，本發(fā)明的毛細(xì)蒸發(fā)器100包括一個“熱橋”，如位于肋108和毛細(xì)吸液芯106之間的蒸汽側(cè)橋118。一般情況下，蒸汽側(cè)橋118的作用是作為一個熱散布器，它將從肋108獲得的熱量充分均勻地散布到毛細(xì)吸液芯106的整個外表面120，蒸汽側(cè)橋也作為一個將在毛細(xì)吸液芯外表面形成的蒸汽112引導(dǎo)至蒸汽通道110的蒸汽收集管。
如圖3和4，也如圖2所示，蒸汽側(cè)橋118可以包括一個或者多個“不規(guī)則碎片形”層FL，例如圖中所示的分?jǐn)?shù)維層FL1、FL2、FL3。在這里術(shù)語“不規(guī)則碎片形”是為了方便用來表明橋118的不同層FL都有一個大體上由孔122所限定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，孔122設(shè)定和布置得不僅能夠使橋具有將從肋108獲得的熱量盡可能均勻地傳遞到毛細(xì)吸液芯106整個外表面120的能力，也能使橋具有對于蒸汽112來說的高滲透性。滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的一種類型的橋118由多個層FL組成，每一個層的孔122在尺寸和數(shù)量上都不同于其他層FL的孔的尺寸和數(shù)量，越接近肋108的層具有越大尺寸和越少數(shù)量的孔，而越接近毛細(xì)吸液芯106外表面120的層具有越小尺寸和越多數(shù)量的孔。
當(dāng)所有層FL的孔122都彼此具有相同的形狀，并且以相同模式布置，但孔的尺寸隨層減小，而孔的數(shù)量隨層增加時，實際上孔多少就有點“不規(guī)則碎片形”，即它們的形狀和模式在遠(yuǎn)離肋108的方向上從一個層到下一個層以越來越小的規(guī)模重復(fù)。然而，需要注意的是，如果使用的層超過兩個，術(shù)語“不規(guī)則碎片形”的使用不是用來暗示從一個層FL到下一個層的形狀和模式必須是一樣的，在相鄰層之間的比例因子中也沒有任何形式數(shù)學(xué)關(guān)系。另外，應(yīng)該注意到，盡管所展示和描述的橋118是包括多個以分開的板形式的層FL，這些層也可存在在一個整體的橋內(nèi)。此外，在后者情形下，這些層FL也可以不必象它們在板-型實施例中限定的那樣。這就是說，從最接近肋108的較大而且較少的孔122向最接近吸液芯106外表面120的較小而且較多的孔的過渡可能會比那些單個板所提供的不連續(xù)階段更漸進(jìn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，盡管圖2-4舉例說明了蒸汽側(cè)橋118具有三個分?jǐn)?shù)維層FL1-3，但是根據(jù)特殊蒸發(fā)器100的設(shè)計，本發(fā)明中的橋可具有多于或者少于三個分?jǐn)?shù)維層。
每一個分?jǐn)?shù)維層FL1-3可以由金屬板做成，例如銅或者鋁或者其他具有相對高的熱傳導(dǎo)率的材料，每一個分?jǐn)?shù)維層由延伸至整個板的多個通道或者孔122組成。隨著每一個連續(xù)的層越靠近毛細(xì)吸液芯106，分?jǐn)?shù)維層FL1-3上的孔122的數(shù)量增加，尺寸減小。這就是說，離毛細(xì)吸液芯106最遠(yuǎn)的分?jǐn)?shù)維層FL1擁有相對少而大的孔122，反之，最靠近吸液芯的分?jǐn)?shù)維層FL3擁有相對多而小的孔122。分?jǐn)?shù)維層FL2于是將擁有中間數(shù)量和尺寸的孔122。
在這里，分?jǐn)?shù)維層FL的構(gòu)造和孔122的布置與現(xiàn)有技術(shù)中蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)相比，具有幾個重要的優(yōu)點。當(dāng)分?jǐn)?shù)維層FL的特征尺寸減小時，在吸液芯106和橋118之間的周邊接觸超出圖1A所示的肋30與吸液芯24之間的周邊接觸許多倍。因而，蒸發(fā)區(qū)域顯著的增加，熱流的級別可增加到能使在現(xiàn)有技術(shù)中的吸液芯里，也就是圖1C闡明的吸液芯24里產(chǎn)生蒸汽滲透。此外，蒸汽側(cè)橋118是一個有效的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅可以滿足橋必須滿足的要求，即引導(dǎo)熱量從殼體104到毛細(xì)吸液芯106傳遞，并且提供由不同分?jǐn)?shù)維層FL1-3的孔122交疊形成的通道，以引導(dǎo)蒸汽112離開吸液芯。同樣，由于熱流被更有效地傳遞到吸液芯106的所有區(qū)域，而不是象傳統(tǒng)的蒸發(fā)器那樣集中在局部區(qū)域，例如圖1A中的蒸發(fā)器20內(nèi)的肋30直接與吸液芯24接觸，所以毛細(xì)吸液芯106的材料可以是絕熱的，而不是導(dǎo)熱的，這樣不會發(fā)生顯著的性能惡化。在這種情形下，傳遞至與液體114相鄰的毛細(xì)吸液芯106的相對側(cè)的熱量大幅下降，性能限度使液體內(nèi)發(fā)生的氣泡沸騰消除。
在特定的結(jié)構(gòu)中，分?jǐn)?shù)維層FL1可以有具有間距P1的正方形孔122，間距也就是從一個孔的一個點到另一個直接相鄰的孔的相同點之間的距離，其中分?jǐn)?shù)維層FL1上的每一個孔都有一個第一面積A1。應(yīng)該注意，在實施例中展示的間距P1是沿著蒸汽側(cè)橋118兩個垂直的軸124、126的間距。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道，沿著每一個軸124、126(圖4)的間距P1可能會互不相同。另外，為了在特定的設(shè)計情況下優(yōu)化蒸汽側(cè)橋118，任意方向上的間距P1也可以不同。如果愿意，間距P1可與肋108的間距相等，這樣分?jǐn)?shù)維層FL1的腹板128與肋對應(yīng)使分?jǐn)?shù)維層FL1與肋之間的接觸面積最大，使肋與分?jǐn)?shù)維層FL1之間的傳導(dǎo)最大。
每一個連續(xù)的分?jǐn)?shù)維層FL上的孔122的尺寸和間距小于分?jǐn)?shù)維層FL1，也就是說，分別在本例子中，分?jǐn)?shù)維層FL2和FL3以小于緊靠前面的分?jǐn)?shù)維層的比例因子來調(diào)節(jié)。例如，當(dāng)比例因子為0.5時，分?jǐn)?shù)維層FL2上的孔122沿著垂直軸124、126的間距P2將等于間距P1的一半，正方形孔的邊長將是分?jǐn)?shù)維層FL1上孔邊長的一半。因此，分?jǐn)?shù)維層FL2上孔122的數(shù)量將是分?jǐn)?shù)維層FL1上孔數(shù)量的四倍，孔的總周長是分?jǐn)?shù)維層FL1孔的總周長的兩倍，但是，孔的總面積是一樣的。同樣的，分?jǐn)?shù)維層FL3相對于分?jǐn)?shù)維層FL2以0.5的比例因子調(diào)節(jié)時，間距P3將會是間距P2的一半，分?jǐn)?shù)維層FL3上孔122的數(shù)量是分?jǐn)?shù)維層FL2的四倍，孔的總周長是分?jǐn)?shù)維層FL2孔總周長的兩倍，但孔的總面積相同。除了數(shù)量上的不同，間距P1-3和分?jǐn)?shù)維層FL1-3中的一個層到另一個層上孔122的尺寸以及這些分?jǐn)?shù)維層的厚度也可以調(diào)節(jié)，但這不是必須的。例如，當(dāng)比例因子為0.5時，分?jǐn)?shù)維層FL2的厚度可以是分?jǐn)?shù)維層FL1厚度的一半，分?jǐn)?shù)維層FL3的厚度可以是分?jǐn)?shù)維層FL2厚度的一半。下表I表示了對于每兩個相鄰的層，當(dāng)比例因子為0.5時，分?jǐn)?shù)維層FL1-3不同方面之間的關(guān)系。
表I

因此，蒸汽側(cè)橋118和分?jǐn)?shù)維層FL1-3可以以任何符合毛細(xì)吸液芯106的外表面120形狀的形狀制做。例如，如果毛細(xì)吸液芯106是平面的，分?jǐn)?shù)維層FL1-3也同樣是平面的，如果吸液芯是圓柱的，分?jǐn)?shù)維層也同樣是圓柱的。如果蒸汽側(cè)橋118是除了平面以外的形狀，例如是彎曲的或者是折疊的，分?jǐn)?shù)維層FL1-3上孔122的間距P1-3需要與用于相應(yīng)的平面橋106的間距不同，以解決曲率或者折疊帶來的影響，并且分?jǐn)?shù)維層距曲率或者折疊的中心的距離也不同。
為了提高通過蒸汽側(cè)橋118的熱傳導(dǎo)作用，和/或制作一個用于橋的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，分?jǐn)?shù)維層FL1-3可以，但不是必須的，在相鄰層之間的接觸區(qū)域上，例如通過擴(kuò)散粘結(jié)，被相互連接或者連續(xù)的附加。同樣的，為了提高肋108和蒸汽側(cè)橋118之間的和/或在橋和毛細(xì)吸液芯106之間的熱傳導(dǎo)，例如通過擴(kuò)散粘結(jié)或者其他方式把橋同樣地附加到一個或者兩個肋和吸液芯之間。
每一個分?jǐn)?shù)維層FL1-3可以利用一個或者多個現(xiàn)有技術(shù)中公知的適合制造孔122和這些層的其他特征的制造技術(shù)來制造。這些技術(shù)包括在微電子工業(yè)和微加工技術(shù)中常用的掩飾處理技術(shù)、圖像重疊技術(shù)和化學(xué)蝕刻技術(shù)，其中例如廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)中的機(jī)械加工、激光加工和電子放電加工(EDM)。因為這些制造分?jǐn)?shù)維層FL1-3的技術(shù)都在本領(lǐng)域中是公知的，所以不需要在這里對它們進(jìn)行詳細(xì)地介紹了。雖然圖3和4所示的蒸汽側(cè)橋118有正方形孔122，但是如圖5A-D分別所示的可供選擇的橋118’、118”、118、118””一樣，橋118的孔也可以是任何所希望的形狀，其中如拉長的矩形(圖5A)、圓形(圖5B)、三角形(圖5C)或者六邊形(圖5D)。
可以知道，蒸汽側(cè)橋118的幾何形狀是非常豐富的，因而，可以容易地優(yōu)化橋使毛細(xì)蒸發(fā)器100有一系列特別的運(yùn)行條件。由于蒸汽側(cè)橋118有這么多的變化，以至于設(shè)計者可以優(yōu)化一個特定的設(shè)計。這些變化包括其中的分?jǐn)?shù)維層FL數(shù)量、每一個分?jǐn)?shù)維層的厚度、孔122的尺寸、每一個孔的形狀、孔的間距P、比例因子和孔的面積與總面積的比值。
圖6圖示了一個本發(fā)明中可供選擇的毛細(xì)蒸發(fā)器200，該蒸發(fā)器有一個蒸汽側(cè)橋202和一個液體側(cè)橋204。與上邊結(jié)合圖2-4描述的蒸汽側(cè)橋118相似，蒸汽側(cè)橋202提供了一個加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠在毛細(xì)吸液芯206和蒸汽側(cè)肋208之間提供一個結(jié)構(gòu)，蒸汽通道210具有強(qiáng)大的能力將熱量從肋向吸液芯傳遞，但也具有允許蒸汽(未示出)從吸液芯向蒸汽通道流動的高滲透性。在所示的實施例中，蒸汽側(cè)橋202有類似于上述圖2-4中對應(yīng)于橋118的分?jǐn)?shù)維層FL1-3的三個分?jǐn)?shù)維層FL’1-3。當(dāng)然，如上邊討論的一樣，橋202也可以按期望的擁有任意數(shù)量的分?jǐn)?shù)維層FL’，和任意既符合高滲透性標(biāo)準(zhǔn)又具有高熱擴(kuò)散能力的適合結(jié)構(gòu)。
液體側(cè)橋204所具有的優(yōu)點與蒸汽側(cè)橋202相似。也就是說，液體側(cè)橋204在提供一個高滲透性即允許流體(未示出)從液體通道212充分均勻地流過吸液芯的結(jié)構(gòu)的同時，也能夠提供一個能充分均勻地冷卻毛細(xì)吸液芯206的結(jié)構(gòu)。毛細(xì)吸液芯206經(jīng)常希望被冷卻以抑制對毛細(xì)蒸發(fā)器的制冷能力具有極大破壞性的毛細(xì)蒸發(fā)器200液體側(cè)214上液體的沸騰。當(dāng)液體側(cè)橋204由具有高熱傳導(dǎo)性的材料，如其中的金屬制成時，部分地，由于液體側(cè)橋離毛細(xì)吸液芯206最遠(yuǎn)的區(qū)域能與相對冷的肋216接觸，使得液體側(cè)橋提供這種冷卻能力，這些肋216通過流經(jīng)液體通道212的例如來自于冷凝器(未示出)的冷流體的流動來冷卻。液體側(cè)橋204的這個區(qū)域也浸入在來自于液體通道212的相對冷的液體內(nèi)。這樣，當(dāng)液體側(cè)橋204熱傳導(dǎo)時，分?jǐn)?shù)維層FL”1-3的固體部分218從肋216“擴(kuò)散冷量”，并且液體通道212內(nèi)的液體越過毛細(xì)吸液芯206的液體側(cè)表面220。
與蒸汽側(cè)橋202、118(圖2-4)相同，液體側(cè)橋204由于它的內(nèi)部特征而具有這種擴(kuò)散能力，這種內(nèi)部特征例如是孔222，在遠(yuǎn)離肋216的方向上，當(dāng)從一個層FL”到下一個層時，該孔222的數(shù)量增加，尺寸減小。就是這種結(jié)構(gòu)使得液體側(cè)橋204具有相對高的滲透性，并能使液體從液體通道212擴(kuò)散越過毛細(xì)吸液芯206的液體側(cè)表面220。類似于蒸汽側(cè)橋202，當(dāng)顯示的液體側(cè)橋由三個分?jǐn)?shù)維層FL”1-3組成時，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到液體側(cè)橋也可以有更多的或者更少的層，并且可以是任意能夠提供高滲透性、高流體流散性和高“冷量流散性”的結(jié)構(gòu)。
實驗結(jié)果為了說明本發(fā)明中橋?qū)Ρ景l(fā)明毛細(xì)蒸發(fā)器性能上的影響，發(fā)明者構(gòu)造了四個除了分?jǐn)?shù)維層數(shù)量不同以外其他都彼此相同的蒸發(fā)器。其中一個蒸發(fā)器無論如何沒有橋，其他三個蒸發(fā)器每一個都有一個蒸汽側(cè)橋和一個液體側(cè)橋，這兩個橋每一個都有1、2或3個分?jǐn)?shù)維層。這四個蒸發(fā)器被指定為分別表示蒸發(fā)器的每個蒸汽側(cè)和液體側(cè)橋內(nèi)分?jǐn)?shù)維層數(shù)量的分?jǐn)?shù)維0、分?jǐn)?shù)維1、分?jǐn)?shù)維2和分?jǐn)?shù)維3。
圖7所示的是這四個蒸發(fā)器中的一個，該蒸發(fā)器在下邊的討論中被指定為蒸發(fā)器300，也就是它的每一個蒸汽側(cè)和液體側(cè)橋302、304都具有所有的三個分?jǐn)?shù)維層FL1-3的分?jǐn)?shù)維3蒸發(fā)器。分?jǐn)?shù)維2蒸發(fā)器(未示出)在它的每一個蒸汽側(cè)和液體側(cè)橋都僅包括分?jǐn)?shù)維層FL2和FL1，而分?jǐn)?shù)維1蒸發(fā)器(未示出)在它的每一個蒸汽側(cè)和液體側(cè)橋都僅包括分?jǐn)?shù)維層FL1。沒有分?jǐn)?shù)維層的分?jǐn)?shù)維0蒸發(fā)器(未示出)僅有吸液芯320來分離蒸發(fā)器的液體側(cè)和蒸汽側(cè)。每一個分?jǐn)?shù)維層FL1-3都是光刻在一個銅板上，在銅板上設(shè)有兩個或更多個通過擴(kuò)散粘結(jié)在一起的分?jǐn)?shù)維層。表II和III顯示了三個分?jǐn)?shù)維層中的每個層上的名義和實際間距、厚度和孔面積。間距和厚度的比例因子為0.5，但是由于蝕刻過程中的變化，孔的尺寸不與比例相同。應(yīng)該注意到，沒有試圖優(yōu)化分?jǐn)?shù)維層FL1-3。雖然如此，所獲得的結(jié)果很好地說明了橋302、304由其自身堅固、獨特的結(jié)構(gòu)所帶來的優(yōu)點。
表II名義尺寸

表III實際尺寸

這里出現(xiàn)的每個橋302、304被擴(kuò)散粘結(jié)在一個相對厚的銅塊306、308上，銅塊306、308上有機(jī)械加工在其內(nèi)部的蒸汽歧管通道310或者是液體歧管通道312。蒸汽側(cè)和液體側(cè)銅塊306、308也分別在其內(nèi)部機(jī)械加工了兩個熱電偶端口314和一個熱電偶端口316。蒸汽側(cè)和液體側(cè)裝置每一個都有一個1cm2的橫向橫截面積。液體側(cè)塊308被焊到套筒/配件裝置318上以將工作流體提供給液體歧管通道312。一個275μm厚玻璃纖維毛細(xì)吸液芯320通過環(huán)氧樹脂322與套筒/配件裝置318粘合，該吸液芯320的毛細(xì)水壓頭為1m。
應(yīng)該注意到玻璃纖維毛細(xì)吸液芯320是可彎曲的但是能很好的支撐在橋302、304的兩個平面上?？梢院苋菀椎目闯觯瑏碜杂跇?02、304連續(xù)性的支撐隨著分?jǐn)?shù)維層FL數(shù)量的增加而變強(qiáng)，這在有著兩個橋的分?jǐn)?shù)維層FL3的情形下就轉(zhuǎn)化為最靠近毛細(xì)吸液芯320的分?jǐn)?shù)維層上的較小的孔間距。
如圖8所示，每一個蒸汽側(cè)塊306被焊接到一個相應(yīng)的大銅塊324上，該銅塊324包含有四個200W的筒形加熱器326。液體側(cè)裝置然后被放置在蒸汽側(cè)裝置上，并且通過施加給液體側(cè)塊308一個垂直負(fù)荷P使得液體側(cè)裝置被緊緊地按住。在測試過程中，注意在蒸汽側(cè)和液體側(cè)橋302、304之間保持對齊。
三個熱電偶328、330、332用來測量測試過程中蒸發(fā)器300的不同溫度。熱電偶328、330置于蒸汽側(cè)，用來計算流入蒸發(fā)器300的熱通量。通過從上部熱電偶330的溫度減去計算所得到的傳導(dǎo)溫降，可獲得蒸汽歧管通道310底部下方1mm處的蒸汽側(cè)銅塊306的溫度。蒸汽歧管通道310底部下方1mm處的溫度和飽和蒸汽溫度之間的差用來計算蒸發(fā)器300的熱阻。
室溫下，從一個0.5L的瓶(未示出)中向蒸發(fā)器液體側(cè)供應(yīng)脫氣水334。在整個測試過程中，一個空氣抽出器(未示出)對這個瓶保持一個常數(shù)為10cmH2O的抽吸作用。瓶置于一個電子秤(未示出)上以使得測試過程中對它的重量進(jìn)行實時的記錄。水消耗的速度用來校驗通過熱電偶讀數(shù)測得的熱通量。所有儀表(未示出)的讀數(shù)通過一個以計算機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄。
參見圖9A和9B還有圖7和圖8，圖9A和9B分別顯示了熱電偶328、330、332的典型溫度軌跡500、502、504和在測試過程獲得的相應(yīng)的熱阻對熱通量曲線506。這些顯示的結(jié)果適用于分?jǐn)?shù)維2蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器在它的每個蒸汽側(cè)和液體側(cè)橋302、304中都分別有兩個分?jǐn)?shù)維層(FL1、FL2)。因為蒸發(fā)器300的面積為1cm2，熱通量也代表了實際流入蒸發(fā)器的熱量。如圖9A所示，在測試開始時所有熱電偶328、330、332都處在室溫。由于熱量的施加，所顯示的所有三個熱電偶328，330、332的溫度軌跡加熱得非常快。蒸汽側(cè)熱電偶328、330，也就是說軌跡500、502顯示了溫度上的差別不大，但是由于熱量不得不通過低熱傳導(dǎo)率的毛細(xì)吸液芯320傳導(dǎo)而加熱蒸發(fā)器300的液體側(cè)，所以液體側(cè)熱電偶332即軌跡504落后。當(dāng)蒸汽側(cè)橋302頂部的溫度達(dá)到飽和溫度時，蒸發(fā)作用開始發(fā)生，蒸汽側(cè)熱電偶328、330的溫度開始偏離，這表明在蒸發(fā)器300內(nèi)熱量已經(jīng)通過液體334的蒸發(fā)作用被吸收。溫度軌跡500、502顯示了，在達(dá)到毛細(xì)吸液芯320的干涸點之前，當(dāng)熱通量逐漸增加時，蒸汽側(cè)溫度也持續(xù)地增加。溫度軌跡504顯示了液體側(cè)溫度在啟動中達(dá)到了大約90℃的最大值，接著由于流入蒸發(fā)器300的室溫液體的增加而使得該溫度隨著熱通量的增加而減小。
圖9B顯示了，對于分?jǐn)?shù)維2蒸發(fā)器300的相同測試中，所計算的蒸發(fā)器300的熱阻曲線506是熱通量的函數(shù)。曲線506是隨著測試的進(jìn)行而實時地產(chǎn)生的。在初始啟動瞬間之后，熱阻下降到大約0.14K/(W/cm2)，接著保持相當(dāng)穩(wěn)定的值直到熱通量大約為300W/cm2。這顯示直到一個非常高的熱通量值時，分?jǐn)?shù)維2蒸發(fā)器300一直以全濕的毛細(xì)吸液芯320工作。當(dāng)熱通量接近350W/cm2時，熱阻快速的增加，這表明毛細(xì)吸液芯320開始變干。隨著變干，蒸發(fā)器300失去了將液體330傳遞至吸液芯的能力，通過液體蒸發(fā)而發(fā)生的吸熱作用也不再出現(xiàn)，接著蒸發(fā)器內(nèi)的溫度急劇增加。
現(xiàn)在參見圖10A-D，也參見圖7和8，圖10A-D分別是分?jǐn)?shù)維0、分?jǐn)?shù)維1、分?jǐn)?shù)維2和分?jǐn)?shù)維3蒸發(fā)器300的相對于熱通量的熱阻曲線600、602、604、606。這些結(jié)果顯示本發(fā)明的毛細(xì)蒸發(fā)器有一個非常顯著的最大熱通量容量。例如，對于最后測試的分?jǐn)?shù)維3蒸發(fā)器300，如圖10D所示的曲線606，筒形加熱器326以全功率工作，位于安裝筒形加熱器位置的銅結(jié)構(gòu)324在它的礦物棉的絕緣作用下發(fā)出熾熱的光。然而筒形加熱器326沒有足夠的功率使得分?jǐn)?shù)維3蒸發(fā)器300變干。當(dāng)向毛細(xì)蒸發(fā)器供應(yīng)水334的瓶中所有的水消耗完時，測試結(jié)束。即使有著單位面積最小孔周長的分?jǐn)?shù)維1蒸發(fā)器300都能承受最大熱通量超過100W/cm2。應(yīng)該注意到這不僅僅是局部的熱點，而是在蒸發(fā)器300的整個橫截面積上有相當(dāng)平均的熱通量。
應(yīng)該注意到分?jǐn)?shù)維0蒸發(fā)器300，也就是說沒有蒸汽側(cè)和液體側(cè)橋302、304的測試蒸發(fā)器的運(yùn)行略好于只有一個橋的分?jǐn)?shù)維1蒸發(fā)器。一般這是因為分?jǐn)?shù)維1蒸發(fā)器300的分?jǐn)?shù)維層FL1的周長與面積的比值小于分?jǐn)?shù)維0蒸發(fā)器蒸汽歧管通道310的周長與面積的比值。這種分?jǐn)?shù)維層FL1的周長與面積的比值小于蒸汽歧管通道310的周長與面積的比值并不是想要的。并且由于用于形成孔的化學(xué)蝕刻過程中相對大的公差，使得分?jǐn)?shù)維層FL1的孔比設(shè)計的小。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道，如果分?jǐn)?shù)維層FL1的周長與面積的比值大于蒸汽歧管通道310的周長與面積的比值，例如通過增加分?jǐn)?shù)維層FL1的孔的尺寸，那么分?jǐn)?shù)維1蒸發(fā)器300將優(yōu)于分?jǐn)?shù)維0蒸發(fā)器。
圖11分別顯示了每一個分?jǐn)?shù)維0、分?jǐn)?shù)維1、分?jǐn)?shù)維2、分?jǐn)?shù)維3測試蒸發(fā)器300的所測量的最大熱通量值700、702、704、706是孔的周長與面積比值的函數(shù)，也就是說，取決于蒸發(fā)器的最接近毛細(xì)吸液芯320的分?jǐn)?shù)維層FL1、FL2或者FL3的孔的總周長除以這個分?jǐn)?shù)維層占的面積。對于分?jǐn)?shù)維0、分?jǐn)?shù)維1和分?jǐn)?shù)維2蒸發(fā)器300，這些值700、702、704也對應(yīng)于導(dǎo)致毛細(xì)吸液芯320內(nèi)干燥的熱通量。此外，注意到，沒有優(yōu)化運(yùn)行的分?jǐn)?shù)維層FL1導(dǎo)致分?jǐn)?shù)維0蒸發(fā)器300有一個比分?jǐn)?shù)維1蒸發(fā)器更高的最大熱通量值。如果分?jǐn)?shù)維層FL1更優(yōu)化地運(yùn)行，分?jǐn)?shù)維1蒸發(fā)器300將會優(yōu)于分?jǐn)?shù)維0蒸發(fā)器。對于分?jǐn)?shù)維3蒸發(fā)器，使吸液芯變干的熱通量將遠(yuǎn)大于所測量的706的值620W/cm2，這是因為在測試的后期，熱阻沒有顯示任何跡象表明毛細(xì)吸液芯320接近它的變干熱通量。
從這些結(jié)果可觀察到，這個變干熱通量是隨著單位面積內(nèi)分?jǐn)?shù)維孔的周長線性地變化的。這種觀察結(jié)果符合上述背景技術(shù)部分中參照圖1A C的定性描述，在圖1A-C中蒸發(fā)器20的大部分蒸發(fā)作用是發(fā)生在靠近肋30與毛細(xì)吸液芯24間的接觸面積內(nèi)的非常小的區(qū)域內(nèi)。明顯地，由于變干熱通量不能無限地增加，在某點上這種近似將不再保持。然而所測量的用于分?jǐn)?shù)維3蒸發(fā)器的毛細(xì)吸液芯320的滲透性和毛細(xì)壓頭表明在一個理想的蒸發(fā)器中用于毛細(xì)吸液芯320的吸液芯能承受大約4,000W/cm2的熱通量。因此，將一個或者多個附加的分?jǐn)?shù)維層附加到分?jǐn)?shù)維3蒸發(fā)器300的分?jǐn)?shù)維層FL1-3，這將持續(xù)產(chǎn)成變干熱通量的增加，從而導(dǎo)致這個對應(yīng)的理想蒸發(fā)器的最大熱通量幾乎接近4,000W/cm2。
本發(fā)明的毛細(xì)蒸發(fā)器的熱阻也可以非常地低。例如，分?jǐn)?shù)維3蒸發(fā)器300的熱阻僅為0.13℃/(W/cm2)。這個值低于傳統(tǒng)熱管的表面吸液芯蒸發(fā)器中的值的因數(shù)為2，并且熱阻的數(shù)量級低于或者更低于當(dāng)前LHP和CPL蒸發(fā)器。通常，蒸汽側(cè)橋例如橋302的加入會引入額外的熱傳導(dǎo)阻力，然而，現(xiàn)有結(jié)果表明毛細(xì)吸液芯例如毛細(xì)吸液芯320的蒸發(fā)阻力減小，這是由于蒸汽側(cè)橋的加入更多地補(bǔ)償了由于橋的加入而引起的熱傳導(dǎo)阻力的增加。
已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，應(yīng)該能夠理解本發(fā)明并不局限于此。相反，上述內(nèi)容和隨后附加的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和精神所能包括的所有的替換物、改變和等價物都是本發(fā)明所想要保護(hù)的。
權(quán)利要求
1.一種毛細(xì)蒸發(fā)器，包括a)限定至少一個第一通道的至少一個第一肋；b)面對所述至少一個第一肋并與所述至少一個第一肋分開的一個毛細(xì)吸液芯；和c)一個位于所述至少一個第一肋和所述毛細(xì)吸液芯之間的第一橋，其能在所述的毛細(xì)吸液芯和所述的至少一個第一通道之間提供流體連通，并能在所述的毛細(xì)吸液芯和所述的至少一個第一肋之間提供熱傳遞，所述的第一橋具有尺寸沿著從所述至少一個第一肋到所述的毛細(xì)吸液芯的方向減小的內(nèi)部特征。
2.如權(quán)利要求1的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中所述的至少一個第一通道是蒸汽側(cè)通道。
3.如權(quán)利要求1的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中所述的至少一個第一通道是液體測通道。
4.如權(quán)利要求1的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中所述的內(nèi)部特征是多個通道。
5.如權(quán)利要求4的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中所述的第一橋包括多個層，其中每一個層都有多個孔，并使每一個所述的多個層都有不同數(shù)量的所述多個孔來限定所述的多個通道，其中所述多個孔的所述不同數(shù)量隨著所述多個層與所述至少一個肋的距離的增加而增加。
6.如權(quán)利要求5的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中所述的第一橋包括多個與所述多個層相對應(yīng)的多個板。
7.如權(quán)利要求6的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中每一個所述的多個板是一個固體，該固體上形成有所述的多個孔。
8.如權(quán)利要求5的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中每一個所述的多個孔都有著彼此相同的形狀。
9.如權(quán)利要求8的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中每一個所述的多個孔是多邊形的。
10.如權(quán)利要求9的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中每一個所述的多個孔是矩形的。
11.如權(quán)利要求8的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中每一個所述的多個孔是圓形的。
12.如權(quán)利要求5的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中所述多個層的每一層上的所述多個孔有一個間距，所述間距隨著所述多個層中相應(yīng)的層與所述至少一個第一肋的距離的增加而減小。
13.如權(quán)利要求5的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中所述多個層的每一層有一個厚度，所述厚度隨著所述多個層中相應(yīng)的層與所述至少一個第一個肋的距離的增加而減小
14.如權(quán)利要求1的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中所述的毛細(xì)吸液芯有一個面對所述第一橋的第一面和一個與所述第一面分開的第二面，毛細(xì)蒸發(fā)器還包括一個面對所述毛細(xì)吸液芯第二面的第二橋，所述的第二橋具有尺寸沿著遠(yuǎn)離所述毛細(xì)吸液芯的方向增加的內(nèi)部特征。
15.如權(quán)利要求14的毛細(xì)蒸發(fā)器，還包括至少一個第二肋，該第二肋限定至少一個第二通道，每一個面對所述第二橋的第二通道與所述毛細(xì)吸液芯相對。
16.一種毛細(xì)蒸發(fā)器，包括a)限定至少一個通道的至少一個肋；b)一個面對所述至少一個肋，并且與所述至少一個肋分開的毛細(xì)吸液芯；和c)一個橋，該橋具有與所述至少一個肋進(jìn)行熱傳遞的第一區(qū)域，與所述第一區(qū)域分開并與所述毛細(xì)吸液芯熱傳遞的第二區(qū)域，還有多個內(nèi)部通道，每一個該內(nèi)部通道都有一個橫截面積，其中所述的多個內(nèi)部通道從所述的第一區(qū)域到所述的第二區(qū)域變得數(shù)量越來越多，而所述的多個通道的所述橫截面積從所述第一區(qū)域到所述第二區(qū)域變得越來越小。
17.如權(quán)利要求16的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中所述的橋包括多個層，其中每一層都有多個孔，并使所述多個層的每一層都有不同數(shù)量的所述多個孔來限定所述的多個通道，其中所述多個孔的所述不同數(shù)量隨著所述多個層與所述至少一個肋的距離的增加而增加。
18.如權(quán)利要求17的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中所述的橋包括多個與所述多個層相對應(yīng)的板。
19.如權(quán)利要求18的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中每一個板是一個固體，該固體上形成有所述的多個孔。
20.一種毛細(xì)蒸發(fā)器，包括a)一個具有限定至少一個通道的至少一個肋的結(jié)構(gòu)；b)與所述的至少一個肋分開的一個毛細(xì)吸液芯；和c)一個橋，該橋位于所述的毛細(xì)吸液芯和所述的至少一個肋之間，并與上述兩者進(jìn)行熱傳遞，該橋在所述的毛細(xì)吸液芯和所述的至少一個通道之間進(jìn)行流體連通，所述的橋包括具有多個孔的多個層，每個孔都有一個面積，其中所述孔的數(shù)量隨著所述多個層中相應(yīng)的層與所述至少一個肋的距離的增加而增加，而所述多個層的每一層上所述孔的面積隨著所述多個層中相應(yīng)層與所述至少一個肋的距離的增加而減小。
21.如權(quán)利要求20的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中所述的橋包括與所述多個層相對應(yīng)的多個板。
22.如權(quán)利要求21的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中所述的多個板彼此互相擴(kuò)散粘結(jié)。
23.如權(quán)利要求21的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中每一個板是一個固體，該固體上形成有所述的多個孔。
24.一種毛細(xì)蒸發(fā)器，包括a)具有一個第一面和與所述第一面分開的第二面的毛細(xì)吸液芯；b)面對所述毛細(xì)吸液芯的所述第一面的一個第一橋，該第一橋具有多個第一內(nèi)部通道，每一個內(nèi)部通道都有一個第一橫截面積，其中所述的多個第一內(nèi)部通道的數(shù)量在遠(yuǎn)離所述毛細(xì)吸液芯的方向上變得越來越少，而所述的多個第一內(nèi)部通道的所述第一橫截面積沿著遠(yuǎn)離所述毛細(xì)吸液芯的方向上變得越來越大；和c)面對所述毛細(xì)吸液芯的所述第二面的一個第二橋，該第二橋具有多個第二內(nèi)部通道，每一個第二內(nèi)部通道都有一個第二橫截面積，其中所述的多個第二內(nèi)部通道的數(shù)量在遠(yuǎn)離所述毛細(xì)吸液芯的方向上變得越來越少，而所述的多個第二內(nèi)部通道的所述第二橫截面積沿著遠(yuǎn)離所述毛細(xì)吸液芯的方向上變得越來越大；
25.如權(quán)利要求24的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中所述的毛細(xì)吸液芯有一個長度并且毛細(xì)吸液芯在所述的長度上可充分地彎曲。
26.如權(quán)利要求24的毛細(xì)蒸發(fā)器，其中至少一個所述的第一和第二橋包括多個層，每一個層有多個孔，并且所述多個層的每一層有不同數(shù)量的所述多個孔來限定各自的所述多個第一和第二通道，其中所述多個孔的所述不同數(shù)量隨著所述多個層中相應(yīng)的層與所述毛細(xì)吸液芯的距離的增加而減小。
27.一個系統(tǒng)，包括a)一個毛細(xì)蒸發(fā)器，包括i)限定至少一個通道的至少一個肋；ii)面對所述至少一個肋并與所述至少一個肋分開的一個毛細(xì)吸液芯；和iii)位于所述至少一個肋和所述毛細(xì)吸液芯之間的一個橋，這個橋在所述的毛細(xì)吸液芯和所述的至少一個通道之間進(jìn)行流體連通，并且在所述的毛細(xì)吸液芯和所述的至少一個第一肋之間進(jìn)行熱傳遞，所述橋具有尺寸從所述的至少一個肋到所述的毛細(xì)吸液芯的方向上減小的內(nèi)部特征；和b)與所述至少一個肋進(jìn)行熱傳遞的熱源。
28.如權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中所述的熱源包括一個微處理器。
29.如權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中所述的熱源包括至少激光器和激光二極管陣列中的一個。
30.形成具有一個毛細(xì)吸液芯和至少一個肋的毛細(xì)蒸發(fā)器中橋的方法，包括如下步驟a)提供多個板，每一個板上具有不同數(shù)量和尺寸的孔，并使具有最大尺寸的所述不同尺寸孔的所述多個板中的一個板上所述不同數(shù)量孔的數(shù)量最少，具有最小尺寸的所述不同尺寸孔的所述多個板中的一個板上所述不同數(shù)量孔的數(shù)量最多；b)將所述多個板定位于毛細(xì)吸液芯和至少一個肋之間，使得具有最小尺寸所述孔的所述多個板中的一個板最接近吸液芯，具有最大尺寸所述孔的所述多個板中的一個板最接近所述至少一個肋。
31.如權(quán)利要求30的方法，其中步驟a包括在所述多個板中的每個板上形成所述孔。
32.如權(quán)利要求31的方法，其中形成所述孔的步驟包括蝕刻。
33.如權(quán)利要求31的方法，其中形成所述孔的步驟包括加工。
34.如權(quán)利要求33的方法，其中所述的加工包括激光加工。
35.如權(quán)利要求33的方法，其中所述的加工包括電子放電加工。
36.如權(quán)利要求33的方法，其中所述的加工包括機(jī)械加工。
37.如權(quán)利要求30的方法，還包括將所述多個板互相粘結(jié)的步驟。
38.如權(quán)利要求30的方法，還包括將橋和至少一個肋粘結(jié)的步驟。
全文摘要
毛細(xì)蒸發(fā)器(100)從熱源(102)吸收熱量，尤其是在高熱流條件下從熱源吸收熱量。毛細(xì)蒸發(fā)器包括一個具有多個肋(108)的殼體(104)，所述肋與現(xiàn)有的熱源進(jìn)行熱交換。肋限定了多個蒸汽通道(110)，該蒸汽通道接收蒸發(fā)器內(nèi)由于工作流體(114)蒸發(fā)而產(chǎn)生的蒸汽(112)。毛細(xì)吸液芯(106)位于殼體內(nèi)并與肋間隔。橋(118)介于毛細(xì)吸液芯與肋之間，將熱從肋向吸液芯傳送并將蒸汽從吸液芯向蒸汽通道傳送。橋包括多個分?jǐn)?shù)維層(FL)，每一個分?jǐn)?shù)維層都有孔(122)和腹板(128)，這些孔和腹板在尺寸和數(shù)量上與直接相鄰的分?jǐn)?shù)維層成比例，并被布置得使相鄰層之間的孔相互交疊。分?jǐn)?shù)維層的這種布置使得具有最多且最小孔的分?jǐn)?shù)維層直接與吸液芯相鄰，而具有最少且最大孔的分?jǐn)?shù)維層位于與肋最近的位置。這種結(jié)構(gòu)使得橋既能均勻地把熱從肋向吸液芯表面擴(kuò)散也同時能夠以高滲透率使蒸汽從吸液芯向蒸汽通道流動。
文檔編號F28D15/02GK1639532SQ03804615
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月26日
發(fā)明者J·A·瓦倫祖埃拉 申請人:麥克羅斯制造公司