專利名稱：一種多相熱驅(qū)動傳熱元件及其工作介質(zhì)灌裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳熱元件，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)的傳熱，其工作介質(zhì)處于 多相狀態(tài)進行傳熱的傳熱元件，以及其工作介質(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，到達傳 熱的目的。傳熱介質(zhì)作為一種密閉的系統(tǒng)內(nèi)流動。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)熱過程包括換熱、集熱、散熱、蓄熱的熱量的傳遞、交換、收集、儲 存、應(yīng)用、控制、管理的所有過程，在本發(fā)明中，導(dǎo)熱的概念包括以上所述的 所有的過程。根據(jù)傳熱介質(zhì)在傳熱過程中是否有相變發(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)過壓縮機、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，來實現(xiàn)熱控制或熱 管理。這種過程中傳熱介質(zhì)在吸熱及放熱過程中有相變發(fā)生，屬于相變傳熱。 同樣，在熱管傳熱過程中，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)過程中或民用采暖過程中，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)，通常在傳換過程中不存在相變 過程，屬于非相變傳熱，如在民用采暖過程中通入到樓宇及家庭的散熱器中的 高溫水，或在發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中，電子器件冷卻系統(tǒng)中，以及機械設(shè)備中用于 冷卻設(shè)備的機油等，常用流體循環(huán)來將熱量傳遞到外部環(huán)境達到熱控制或熱管 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 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 特殊領(lǐng)域進行應(yīng)用，其關(guān)鍵因素在于1、 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 需要耗費能源以及占用時間，其次為熱排法，無法精確的進行工作介質(zhì)量的控制， 僅限于對工業(yè)的熱管進行制造。2、 封口技術(shù)對于抽真空法采用冷焊法，能夠使用冷焊法進行風(fēng)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最為殼體材料，因而增加了熱管的成本;另外對于熱排法，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，此種方法的主要問題在于只能對大的管件采用此種方法進行生產(chǎn)，小 的管件根本無法進行生產(chǎn)。3、 內(nèi)部的防腐問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，只是最終無法工作，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。對于利用封閉強體內(nèi)部工作介質(zhì)進行傳熱的技術(shù)還應(yīng)用于空調(diào)制冷等領(lǐng) 域，在空調(diào)系統(tǒng)中， 一種制冷工作介質(zhì)在一個封閉的環(huán)形腔體內(nèi)部運動，實現(xiàn) 熱能的傳輸，但是其工作介質(zhì)需要在壓縮機的工作下才能正常循環(huán)，這樣消耗 了電能。利用封閉的腔體內(nèi)部的工作介質(zhì)進行傳熱的技術(shù)還需要改進。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是提供一種多相熱驅(qū)動的傳熱元件，利用封閉腔體內(nèi)部的 工作介質(zhì)單相的進行傳熱，腔體的至少一部分為吸熱端(部件)，腔體的至少另 一部分為放熱端(部件)，在傳熱過程中，工作介質(zhì)為在腔體內(nèi)部保持至少含有 超臨界狀態(tài)的兩相或多相的復(fù)合傳熱流體，在處于兩相運行時，至少含有一種 超臨界的相態(tài)，同時也可以以三相或更多相的形式進行傳熱，實現(xiàn)熱能的傳輸， 同時在熱能的傳輸過程中，不需要消耗外部的能源，僅依靠熱源提供的熱能實 現(xiàn)熱能的傳。具體發(fā)明內(nèi)容如下一種多相熱驅(qū)動傳熱元件，其技術(shù)方法是至少含有一個可以封閉的腔體， 以及至少一種工作介質(zhì)，腔體的至少一部分為吸熱端(部件)，腔體的至少另一 部分為放熱端(部件)，將該種工作介質(zhì)灌裝到可以封閉的腔體后將腔體進行密 閉，該種工作介質(zhì)在傳熱元件導(dǎo)熱過程中，依靠熱能驅(qū)動工作介質(zhì)進行導(dǎo)熱， 傳熱工作介質(zhì)在傳熱過程中處于至少含有超臨界狀態(tài)的兩相狀態(tài)以及三種以上 的相態(tài)的相變傳熱和多相混合態(tài)傳熱。腔體的軍少一部分為吸熱端，腔體的至少另一部分為散熱端，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吸熱端，吸熱端可以為一個 吸熱端，也可以是一個吸熱部件或設(shè)備，也可以是一個吸熱區(qū)域；同時，還至 少有一個放熱端，放熱端可以為一個放熱端，也可以是一個吸熱部件或設(shè)備， 也可以是一個吸熱區(qū)域；同時還可以有一個絕熱端，絕熱端可以為一個絕熱端， 也可以是一個絕熱部件或設(shè)備，也可以是一個絕熱區(qū)域。絕熱端不是必須的部 分，但是否設(shè)置鄉(xiāng)色熱端，需要根據(jù)要求需要進行處理。在吸熱區(qū)域，可以由腔 體的一個吸熱端或多個吸熱端位于同一個吸熱區(qū)域，放熱以及絕熱區(qū)域同樣可 以由一個或多個不同的放熱端、絕熱端位于該區(qū)域。傳熱過程包括換熱、集熱、散熱、蓄熱的熱量的傳遞、交換、收集、儲存、 應(yīng)用、控制、管理的所有過程，在本發(fā)明中，傳熱的概念包括以上所述的所有 的過程。所灌裝的工作介質(zhì)液態(tài)體積之和不超過所有腔體體積；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，處于常溫時一定壓力下處 于液態(tài)或固態(tài)時的體積，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1%_100%，但通常情況下灌入量可以按照空腔體 積的20%進行。對于其常壓常溫下為氣體的工作介質(zhì)，可以在氣態(tài)下進行灌裝， 但是，其灌裝的數(shù)量，以其灌裝的重量進行計算，工作介質(zhì)的總量，以其相對 的液態(tài)體積進行計算，其體積不超過腔體的體積。如果工作介質(zhì)在傳熱過程中處于液態(tài)一相變狀態(tài)，就是現(xiàn)有的熱管的技術(shù)， 但是，除了液氣相變外，還可以采用其他的相變的形式，實現(xiàn)利用相變進行傳 熱，可以使用的相變過程至少有如下不同種類之一氣一超臨界，固一氣一超臨界，液一氣一超臨界，固一液一氣， 固一液一氣一超臨界。除了相變過程外，還有多種相態(tài)的組合相態(tài)，既有不同的相的物質(zhì)組合而 成功的混合物，處于多相態(tài)混合狀態(tài)傳熱的混合相態(tài)為下列之一固一液，固一氣，固一液一氣，固一液-超臨界，固一氣一超臨界， 固一液一氣一超臨界。在實際的相變傳熱過程中，相變狀態(tài)與多相混合狀態(tài)是相繼發(fā)生的，相變 過程中，以及在相態(tài)的轉(zhuǎn)化過程中，將出現(xiàn)多相混合的狀態(tài)，因此多相狀態(tài)與 多相混合狀態(tài)是在一個傳熱元件的傳熱過程中都可能出現(xiàn)的?？梢苑忾]的腔體是承載內(nèi)部的工作介質(zhì)進行工作的載體，需要根據(jù)傳熱性 能、強度、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 一個直管到復(fù)雜的由多個分支的管件，只要其沒有構(gòu)成一個閉環(huán)的回路，將其稱為樹；其次對于其形狀構(gòu)成至少一個閉環(huán)回路的系統(tǒng)，其腔體是可以溝通成 為一個閉環(huán)的回路的結(jié)構(gòu)，稱為環(huán)；對于由多個相互交叉形狀的腔體，稱為網(wǎng) 絡(luò)；其中樹、環(huán)、網(wǎng)絡(luò)的概念和拓撲學(xué)中的樹、環(huán)、網(wǎng)絡(luò)概念一致，因而可以 封閉的腔體的至少為下列一種腔體A、 至少含有一個樹；B、 至少含有一個環(huán)；C、 至少含有一個網(wǎng)絡(luò)；可以封閉的腔體的材質(zhì)只要符合設(shè)計的要求，在原則上是沒有限制的，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， 對于圓形采用直徑來衡量，對于旋轉(zhuǎn)體可以用高度量，對于特殊的物體，采用 在空腔中的最小長度作為空腔的高來度量，可以封閉的腔體的直徑或高為0.1 納米 100米，對于氣態(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，而對于 大型的物體，其高可以到100米，此時應(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。工作介質(zhì)為至少下列一種或其混合物氦、氫、氮、氨、氟利昂、碳氫化合物、甲醇、二氧化碳、二氧化氮、戊 烷、己烷、庚烷、丁烷、乙烷、辛烷、環(huán)戊垸、環(huán)己烷、十氫化萘、四氯化碳、對二甲苯、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、二氯乙烷、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、糠醛、甲酸、水、甲酰胺、二甲基甲酰胺，鈉、萘、鉀、銫、 導(dǎo)熱油、汞、聯(lián)苯、導(dǎo)熱姆。優(yōu)選的工作介質(zhì)為二氧化碳，二氧化氮，氟利昂(鹵代烴)，碳氫化合 物(烴類)。優(yōu)選的溫室氣體為工作介質(zhì)為至少下列一種或多種二氧化碳，甲垸，氧化亞氮，氫氟碳化物，全氟碳化物，六氟化硫。為了強化傳熱，在工作介質(zhì)中還加入至少下列一種物質(zhì)A、 顆粒類物質(zhì)；B、 相變類物質(zhì)；來實現(xiàn)強化傳熱，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SiCb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、乙烷、氮、CFC、 HCFC、 HFC、 CFCs、 HFCFs、 HFCs、氨、碳氫化合物、二氧化碳中的一種或多種。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 、無機鹽、層狀鈣鈦 礦、硫氰化銨(NH4SCN)、高分子聚合物、高分子交聯(lián)樹脂、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)可以為無機水合鹽、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)。所述的無機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。 對于顆粒物質(zhì)來說，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l.. 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。工作介質(zhì)與強化傳熱的物質(zhì)在選用時不能重復(fù)使用，即需要選擇不同的物 質(zhì)進行配合傳熱。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。該材料為一種涂層，被涂敷在內(nèi)和/或外表面，以增強傳熱能力。由于工作介質(zhì)一般具有腐蝕性，如果不對內(nèi)表面進行處理，應(yīng)該對腔體的 材料的厚度進行校核，除了需要考慮強度外，還需要考慮腐蝕對于厚度的影響， 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，采用對材料進 行防腐處理，對于碳鋼類材料，可以采用鍍鋅或鍍鋁實現(xiàn)防腐，對于采用鍍鋅 或鍍鋁優(yōu)選在其中添加入稀土材料進行防腐。除內(nèi)表面進行防腐處理外， 一般 根據(jù)換熱的環(huán)境，還將對外表面進行防腐處理。為了強化傳熱效果，在傳熱元件的吸熱端和/或放熱端的內(nèi)部和/或外部設(shè)置 有翅片和/或溝槽。一種多相熱驅(qū)動傳熱元件工作介質(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)置至少一個灌裝孔和/或灌裝閥門，通過灌裝孔或灌裝閥門將 氣態(tài)的工作介質(zhì)直接灌裝到空腔內(nèi)部，實現(xiàn)工作介質(zhì)的灌裝；其優(yōu)選的灌裝閥 門為單向閥。
C、真空灌裝在空腔上設(shè)置至少一個灌裝管(孔)和/或灌裝閥門，首先 利用抽真空設(shè)備對空腔進行抽真空，達到設(shè)定的真空后，通過灌裝管(孔)和/ 或灌裝閥門將工作介質(zhì)灌裝到空腔內(nèi)部，然后將灌裝孔和/或灌裝閥門進行密 閉，實現(xiàn)工作介質(zhì)的灌裝。
本發(fā)明的多相傳熱元件，采用不同于液一氣相變的熱管傳熱，而是采用其 他方式的相變進行傳熱，實現(xiàn)了高效的熱傳遞，多相化的傳熱元件，使得傳熱 的元件具備更高效以及更多的工作介質(zhì)的選擇，同時在制造方法上，采用了一 種低成本的制造技術(shù)，使得整體的傳熱元件可以采用低成本的制造和大的規(guī)模 生產(chǎn)。


圖1:基本樹形傳熱元件；
圖2:計算機散熱器用傳熱元件；
圖3:太陽能用傳熱元件；
圖4:樹形結(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)，
灌裝管和/或灌裝閥門，6:樹形腔體結(jié)構(gòu)， 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。
具體實施例方式
基本多相傳熱元件請參照圖1， 一個直徑為38MM的碳鋼管，長度為1M，將管的上下兩端密 閉構(gòu)成為一個腔體，在腔體的表面，釆用鍍稀土鋁進行防腐，并在管件的外表 面，加工上進行鍍鋁，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，在管的一個封口面上，加工上一個 單向閥，采用單向閥將氣體的二氧化碳氣體充入到腔體內(nèi)部，其充入的重量為 300克，其固態(tài)物為顆粒度為0. OOlmm的銅10克、顆粒度為0. Olmm的氧化 銅3克、顆粒度為0.3mm的鋁100克。這樣構(gòu)成基本的多相導(dǎo)熱元件。工作溫 度區(qū)間10—130'C，工作壓力區(qū)間1 —15 MPa。當工作溫度處于31度，壓力處 于7MPa時，二氧化碳以氣態(tài)存在進行傳熱，當溫度處于31以上，壓力處于7 MPa以上后，傳熱介質(zhì)處于超臨界狀態(tài)，當吸熱端的溫度高于31度時，吸熱端 的換熱使的二氧化碳處于超臨界狀態(tài)，當放熱端的溫度和壓力經(jīng)過放熱端放熱 后處于溫度31度以下，壓力處于7MPa以下，因而此時，傳熱元件依靠氣一 超臨界狀態(tài)進行傳熱。
計算機散熱器用多相傳熱元件
請參照圖2，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，然后再充入乙烷工作介質(zhì)30克，工作溫度區(qū)間為10—80度， 壓力范圍為1 —lOMPa，乙烷在工作過程中，由氣態(tài)裝化為超臨界狀態(tài)進行傳 熱。將腔體吸熱端與計算機CPU相連接，其吸熱端只有銅管的底面部分，其放 熱端為整個的銅管的側(cè)面。
太陽能用多相傳熱元件
請參照圖3，采用直徑為18MM，長度為1800MM的無縫鐵管，采用鍍稀 土鋅進行防腐，內(nèi)部灌裝有二氧化碳30克，氨10克，加入的相變類強化傳熱 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. Olmrn的氧化銅30 克，其吸熱端為1600MM，放熱端長200醒，此實施例中，吸熱端的長度大于放 熱端的長度。
樹形結(jié)構(gòu)傳熱元件
請參照圖4，傳熱元件是用于建筑供暖，其吸熱端為一個吸熱設(shè)備，在該 案例中為一個換熱器，該換熱器與鍋爐進行換熱，該傳熱元件為一個樹形結(jié)構(gòu)， 在腔體中，沒有構(gòu)成閉環(huán)回路的結(jié)構(gòu)，在放熱端，由六個散熱器組成，六個散 熱器將熱能散熱，其散熱端由六個散熱部件構(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。該傳熱元件由一個吸熱區(qū)域，兩個放熱區(qū)域， 一個 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，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)變焓: 172.458 J/G;工作溫度區(qū)間10—130。C，工作壓力區(qū)間3—15MPa。 環(huán)形結(jié)構(gòu)傳熱元件
請參照圖5，本傳熱元件用于工業(yè)換熱器件，該傳熱元件由一個吸熱區(qū)域、 一個絕熱區(qū)域、 一個放熱區(qū)域構(gòu)成，傳熱元件的結(jié)構(gòu)為一個閉環(huán)的回路，其腔 體的不同的部分處于傳熱區(qū)域和放熱區(qū)域，總體構(gòu)成為一個傳熱元件?；A(chǔ)超 臨界傳熱介質(zhì)為水5000克，加入的強化傳熱物質(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30-600°C，工作壓力2-50 MPa。
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳熱元件
請參照圖6，本傳熱元件為一個網(wǎng)絡(luò)型的微通道傳熱板，是在一個銅板上 面加工上的微通道，每個直徑為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 flC，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246 KJ/KG;傳熱元件的工作溫度，-10-180°C。工作壓 力3-25 MPa?？捎糜谔厥忸I(lǐng)域的散熱使用。
權(quán)利要求
1、 一種多相熱驅(qū)動傳熱元件，其特征是至少含有一個可以封閉的腔體，以及至少一種工作介質(zhì)(4)，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)，將該種工作介質(zhì)灌裝到可以封閉的腔體后將腔體進行密閉，該種工作介質(zhì)(4)在傳熱元件導(dǎo)熱過程中，依靠熱能驅(qū)動工作介質(zhì)進行導(dǎo)熱，傳熱工作介質(zhì)在傳熱過程中處于至少含有超臨界狀態(tài)的兩相狀態(tài)以及三種以上的相態(tài)的相變傳熱和多相混合態(tài)傳熱。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相熱驅(qū)動傳熱元件，其特征是處于至少含 有超臨界狀態(tài)的兩相狀態(tài)以及三種以上的相態(tài)的相變傳熱為以下相態(tài)之氣一超臨界，固一氣一 超臨界，液一氣一超臨界，固一液一氣， 固一液一氣一超臨界。處于多相態(tài)混合狀態(tài)傳熱的混合相態(tài)為下列之一固一液，固一氣，固一液一氣，固一液-超臨界，固一氣一超臨界，固一液一氣一超臨界。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相熱驅(qū)動傳熱元件，其特征是可以封閉的 腔體的至少為下列一種腔體A、 至少含有一個樹(6);B、 至少含有一個環(huán)(7);C、 至少含有一個網(wǎng)絡(luò)(8)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相熱驅(qū)動傳熱元件，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所述的一種多相熱驅(qū)動傳熱元件，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所述的一種多相熱驅(qū)動傳熱元件，其特征是工作介質(zhì)為 至少下列一種或其多種氦、氫、氮、氨、氟利昂、碳氫化合物、甲醇、二氧化碳、二氧化氮、戊垸、己垸、庚烷、丁烷、乙垸、辛垸、環(huán)戊垸、 環(huán)己烷、十氫化萘、四氯化碳、對二甲苯、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、二氯乙烷、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、硝基乙烷、1，2-丙二醇、1,3-丙二醇、硝基苯、硝基甲垸、 喹啉、甜菜堿、乙二醇、甘油、糠醛、甲酸、水、甲酰胺、二甲基甲酰胺， 鈉、萘、鉀、銫、導(dǎo)熱油、汞、聯(lián)苯、導(dǎo)熱姆。優(yōu)選的工作介質(zhì)為二氧化碳，二氧化氮，氟利昂，碳氫化合物。 優(yōu)選的溫室氣體為工作介質(zhì)為至少下列一種或多種 二氧化碳，甲垸，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所述的一種多相熱驅(qū)動傳熱元件，其特征是在工作介質(zhì)(4)內(nèi)還加入至少下列一種強化傳熱物質(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: O.001~500O;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: O.001~8000。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相熱驅(qū)動傳熱元件，其特征是在腔體的內(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(9);B、 增加導(dǎo)熱性能的材料(10)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相熱驅(qū)動傳熱元件，其特征是腔體的內(nèi)表 面和/或外表面設(shè)置有防腐層(9)，對于碳鋼類材料的腔體，在其內(nèi)部采 用鍍鋅或鋁進行防腐，同時優(yōu)選在鋅或鋁中添加稀土材料。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相熱驅(qū)動傳熱元件，其特征是為了強化傳 熱效果，在傳熱元件的吸熱端和/或放熱端的內(nèi)部和/或外部設(shè)置有翅片和/ 或溝槽。
11、 一種多相熱驅(qū)動傳熱元件工作介質(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)置至少一個灌裝孔和/或灌裝閥門，通過灌裝孔或 灌裝閥門將氣態(tài)的工作介質(zhì)直接灌裝到空腔內(nèi)部，實現(xiàn)工f乍介質(zhì)的灌裝； 其優(yōu)選的灌裝閥門為單向閥。C、 真空灌裝在空腔上設(shè)置至少一個灌裝管和/或灌裝閥門，首先 利用抽真空設(shè)備對空腔進行抽真空，達到設(shè)定的真空后，通過灌裝管和/ 或灌裝閥門將工作介質(zhì)灌裝到空腔內(nèi)部，然后將灌裝孔和/或灌裝閥門進 行密閉，實現(xiàn)工作介質(zhì)的灌裝。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多相熱驅(qū)動的傳熱元件，利用封閉腔體內(nèi)部的工作介質(zhì)單相的進行傳熱，腔體的至少一部分為吸熱端(部件)，腔體的至少另一部分為放熱端(部件)，在傳熱過程中，工作介質(zhì)在腔體內(nèi)部至少保持有兩相或多相的復(fù)合傳熱流體，在處于兩相運行時，其不同于傳統(tǒng)的熱管的汽液相變循環(huán)，而是保持固液等其他兩相的形式進行傳熱，同時也可以以三相或更多相的形式進行傳熱，實現(xiàn)熱能的傳輸，同時在熱能的傳輸過程中，不需要消耗外部的能源，僅依靠熱源提供的熱能實現(xiàn)熱能的傳輸。
文檔編號F28D15/00GK101285660SQ20071004883
公開日2008年10月15日 申請日期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 申請人:李建民