專利名稱:熱管的制作方法
本發(fā)明涉及容器形式的熱管，在容器內(nèi)密封有作為工作流體的水，并且容器由鐵、銅或能和水反應(yīng)放出氫氣的其它同類金屬構(gòu)成。
在這里使用的術(shù)語“鐵”包括純鐵并且還有鐵的合金，例如不銹鋼和碳鋼。
包括具有把水密封在其中作為工作流體的鐵制容器的熱管已被廣泛使用，這是因?yàn)槿萜骶哂懈叩膹?qiáng)度，而且作為工作流體的水具有好的效能。然而，這樣的熱管存在有鐵和水反應(yīng)放出氫氣的問題，從而在短期內(nèi)就會(huì)削弱熱管的效能。更準(zhǔn)確地說，生成的氫氣會(huì)以原子的形式通過容器壁擴(kuò)散，并且以恒定的速率由容器放出一部分，但是氫氣的主要部分保留在其中并充滿容器的冷凝部分，結(jié)果阻礙了蒸汽的冷凝并降低了熱管的效能。這種削弱作用隨著時(shí)間的推移而變得更加顯著，從而迅速縮短熱管的壽命。有時(shí)在整個(gè)鐵容器的外表面鍍鋁以防止腐蝕，并且還向該處附著有通過真空釬焊形成了銅焊層的鋁薄膜，于是鋁覆蓋層也阻礙通過容器壁擴(kuò)散的氫氣由容器逸出。
因此，以前使用下述方法防止氫氣的產(chǎn)生并阻止由于產(chǎn)生氫氣而造成的熱管劣化。
(1)向工作流體(即水)中加入抑制劑，以抑制水和鐵之間的反應(yīng)。
(2)在鐵容器的內(nèi)表面鍍銅或類似金屬。
(3)在容器中加入吸收氫的材料。
(4)提供一個(gè)長條形的、氫能通過的pd元件，或者使用可透過氫的pd制成冷凝部分，以保持容器內(nèi)部與外部的聯(lián)系。
然而，如果使用方法(1)和(2)的話，并不能阻止氫氣的產(chǎn)生，而當(dāng)熱管在導(dǎo)致增加產(chǎn)生氫氣量的高溫下使用時(shí)，方法(3)和(4)也不能完全吸收或釋放氫氣。因此，既使使用方法(1)到(4)也不可能防止熱管的劣化。
本發(fā)明的主要目的是提供一種沒有前述問題的熱管，并且該熱管能保持期望的效能而在較長時(shí)間內(nèi)不發(fā)生劣化。
本發(fā)明提供一種包括一個(gè)容器的熱管，該容器內(nèi)密封有作為工作流體的水，并且由能與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的材料制成。該熱管的特征在于容器內(nèi)放有固體氧化劑，以便把氫氣氧化成水。
按照本發(fā)明，甚至當(dāng)工作流體(即水)和容器反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的時(shí)候，氫氣也能被氧化劑氧化生成水，結(jié)果使得熱管能夠防止由于產(chǎn)生的氫氣而造成的劣化。此外，當(dāng)熱管內(nèi)按能氧化預(yù)計(jì)釋放的氫氣總量的量放入氧化劑的時(shí)候，該熱管能以期望的效能可靠地工作，而在較長的時(shí)間內(nèi)不削弱。當(dāng)熱管在高溫下使用時(shí)，產(chǎn)生的氫氣量將增加，但是氣體能迅速轉(zhuǎn)化成水，以阻止熱管的劣化。
現(xiàn)通過附圖較為詳細(xì)地?cái)⑹霰景l(fā)明。
圖1是局部剖前視圖，它示出了本發(fā)明熱管的第一個(gè)實(shí)例;
圖2是一個(gè)類似于圖1的視圖，它示出了本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)例;
圖3是縱向剖的視圖，它示出了本發(fā)明第三個(gè)實(shí)例的冷凝部分;
圖4是類似于圖3的視圖，它示出了本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)例;
圖5是類似于圖3的視圖，它示出了本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)例;
圖6是類似于圖3的視圖，它示出了本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)例;
圖7是類似于圖3的視圖，它示出了本發(fā)明的第七個(gè)實(shí)例;
圖8是類似于圖3的視圖，它示出了本發(fā)明的第八個(gè)實(shí)例;
圖9是類似于圖3的視圖，它示出了本發(fā)明的第九個(gè)實(shí)例;
圖10是類似于圖3的視圖，它示出了本發(fā)明的第十個(gè)實(shí)例;
圖11是類似于圖3的視圖，它示出了本發(fā)明的第十一個(gè)實(shí)例;
圖12是類似于圖3的視圖，它示出了本發(fā)明的第十二個(gè)實(shí)例;
圖13是局部剖前視圖，它示出了估價(jià)圖，所示熱管效能的實(shí)驗(yàn)方法;
圖14示出了用圖1所示熱管和與之相比較的熱管分別得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線。
在所有的附圖中，其相同部分都由同樣的數(shù)字表示。
圖1示出了本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)例，即包括鐵容器1的熱管，容器內(nèi)密封有作為工作流體的純水(未示出)。容器1包括容器主體2，其中包括例如按JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))G3461規(guī)定的鐵STB 35制成的長管3和末端同長管3焊接在一起的，例如用鐵STB 35制成的短管4。容器1的上端有端蓋5，它與容器主體2的一端焊接在一起，并用例如JIS G 3101規(guī)定的鐵SS 41制成。容器1的下端有另一端蓋6，它與主體2的另一端焊在一起，端蓋6帶一用例如鐵SS 41制成的管嘴7。容器1的材料不僅限于鐵，還可以是其它與水反應(yīng)放出氫的材料，例如銅或銅合金。作為工作流體的純水總量最好是容器1內(nèi)部容積的大約20%。
在容器1的短管4內(nèi)對著長管3的部位裝有金屬網(wǎng)8，例如銅網(wǎng)，使長管3同短管4橫截面在管內(nèi)隔開。網(wǎng)8的外邊緣同管4的內(nèi)表面用銀或其它類似于銀的金屬釬焊。
用于把氫氧化成水的顆粒氧化劑9放在網(wǎng)8和端蓋5之間的空間中。氧化劑9的顆粒要比網(wǎng)8的網(wǎng)目大，使氧化劑9不致于通過金屬網(wǎng)目，這樣網(wǎng)8就阻止了氧化劑9向長管3移動(dòng)。所用的氧化劑能發(fā)生下列反應(yīng)H2+MO→H2O+M，其中M為金屬元素。較好的氧化劑的實(shí)例是銅的氧化物，例如
和CuO，當(dāng)將其置于管中時(shí)，對熱管的效能沒有不利的影響。它較便宜，而且能有效地氧化氫氣。氧化劑9的需要量應(yīng)當(dāng)足以使在熱管內(nèi)產(chǎn)生的氫氣氧化。例如，一根三米長的帶鐵容器且容器內(nèi)有水的熱管，即使容器內(nèi)表面有防護(hù)薄膜，每天也要產(chǎn)生高達(dá)2毫升的氫氣。因此，如果熱管使用10年，需要將30克CuO(至少0.32摩爾)放入容器里。
熱管1中，短管這一邊用作冷凝部分，而相反的那一邊用作汽化部分。工作流體(即水)與容器2反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣被氧化劑9氧化成水。
圖2示出了本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)例，即包括容器11的熱管。容器11有一例如JIS的鐵STB 35制成的管狀容器主體12。金屬網(wǎng)13，例如銅網(wǎng)，裝在容器11內(nèi)接近端蓋5處，使主體12在內(nèi)部隔開。網(wǎng)13的邊緣部分14彎向主體12的另一端，可沿著主體12的內(nèi)表面伸展。網(wǎng)的彎曲邊緣部分14固定在容器主體12和頂在主體12的內(nèi)表面上的固定的圓環(huán)15之間，使網(wǎng)12固定在容器主體12上。
在網(wǎng)13和端蓋5之間裝有氧化劑9，它的顆粒比網(wǎng)13的網(wǎng)目大。網(wǎng)13阻止了氧化劑9朝容器11的另一端移動(dòng)。
圖3示出了本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)例，用于放氧化劑的管21裝在容器11內(nèi)接近端蓋5處。管21的一端焊在端蓋5的內(nèi)裝表面上，管21的該開口處用端蓋5密封。管21的另一開口端用金屬網(wǎng)，例如銅網(wǎng)封上，該網(wǎng)同端口釬焊上。放在管21中的氧化劑9的顆粒比網(wǎng)22的網(wǎng)目大，因此，可以阻止氧化劑向容器11的另一端移動(dòng)。
實(shí)例1到3所用的顆粒狀氧化劑也可以是粉末狀的，但應(yīng)是比金屬網(wǎng)網(wǎng)目大的粉末。
圖4示出了本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)例。象第一個(gè)實(shí)例一樣，容器主體2由長的和短的兩根管3和4構(gòu)成。短管4中裝有一個(gè)堅(jiān)固的球形多孔塊料31，它由粉末氧化劑燒結(jié)而成。桿32同容器主體2的軸心相平行，一端同端蓋5的內(nèi)表面固定在一起，另一端牢固地連接多孔塊料31。
圖5示出了本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)例，容器主體12是一根象第二個(gè)實(shí)例那樣的單管。圓筒形的多孔塊料41用粉狀氧化劑燒結(jié)制成，它裝在容器主體12接近端蓋5的那一端，并且和主體12固定在一起。塊料41同容器主體12同心地裝入。多孔塊料41的外徑比主體12的內(nèi)徑稍大一點(diǎn)，用力壓入主體12中，因此，塊料41被固定在主體內(nèi)?；蛘呤苟嗫讐K料41的外徑比主體12的內(nèi)徑稍小一點(diǎn)，將塊料先放入主體12中，再使多孔塊料41的直徑擴(kuò)大，同主體12的內(nèi)表面壓到一起。
圖6示出了本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)例。容器1同第一個(gè)實(shí)例相似，在短管4內(nèi)接近長管3處，限制桿51垂直地同管4軸心相交。桿51和短管4內(nèi)表面之間的空間比與第四個(gè)實(shí)例中塊料31一樣的多孔塊料氧化劑31小。多孔塊料31固定在端蓋5和限制桿51之間。
圖7是本發(fā)明的第七個(gè)實(shí)例。容器主體12同第二個(gè)實(shí)例相似，主體12有一段內(nèi)徑較大的部分61，該部分接近于端蓋5，是通過切削主體12一定長度的內(nèi)表面形成的。呈固態(tài)圓柱形，由粉末氧化劑燒結(jié)而成的多孔塊料62放入內(nèi)徑較大的部分61。多孔塊料62的外徑比內(nèi)徑較大的部分61的內(nèi)徑小，但比主體12其它部分的內(nèi)徑要大。在主體12內(nèi)表面上，由內(nèi)徑較大的部分61的內(nèi)表面向里凸出，在內(nèi)徑較大的部分61和其它部分的分界線上形成臺階63。臺階63阻止了多孔塊料62向主體12的另一端移動(dòng)。
圖8示出了本發(fā)明的第八個(gè)實(shí)例，容器主體12在距端蓋5一定長度處，在主體12的整個(gè)圓形內(nèi)表面形成一環(huán)狀向內(nèi)凸起物71。固態(tài)的圓柱多孔塊料62同第七個(gè)實(shí)例一樣，由粉末氧化劑燒結(jié)而成，放在凸起部71和端蓋5之間的主體12內(nèi)。多孔物62的外徑比容器主體12的內(nèi)徑小，但比凸起部71的內(nèi)徑大。容器主體12上的凸起部71防止了多孔塊料62向主體12的另一端移動(dòng)。因此，凸起部71起著同臺階一樣的限制多孔塊料62的作用。
圖9示出了本發(fā)明的第九個(gè)實(shí)例，容器主體12內(nèi)，在距端蓋5一定長度處放一金屬圓環(huán)81，環(huán)81沿徑向向外擴(kuò)大，因此被固定在主體12上。固態(tài)的圓柱形多孔物62同第七個(gè)實(shí)例中的一樣，由粉末氧化劑燒結(jié)而成，放在主體12的內(nèi)環(huán)81和端蓋5之間。該多孔塊料的外徑比容器主體12的內(nèi)徑小，但比環(huán)81的內(nèi)徑大。主體12內(nèi)表面上的環(huán)81防止了多孔塊料62向主體12的另一端移動(dòng)。因此，環(huán)81象臺階一樣起著防止多孔塊料62移動(dòng)的作用。
圖10示出了本發(fā)明的第十個(gè)實(shí)例。容器主體12在距離部一定距離處徑向擴(kuò)大，形成大直徑部91。固體圓柱形多孔塊料62同第七個(gè)實(shí)例中的一樣，由粉末氧化劑燒結(jié)而成，并放入大直徑部91中。多孔塊料62的外徑比大直徑部91的內(nèi)徑小，但比主體12其它部分的內(nèi)徑大。傾斜的臺階部92是從大直徑部91的內(nèi)表面邊緣向內(nèi)凸出，在大直徑部91和其它部分之間的分界線處形成，防止多孔塊料62向容器主體12的另一端移動(dòng)。
圖11示出了本發(fā)明的第十一個(gè)實(shí)例。容器主體102和101所指的那樣，由長短兩根管103、104構(gòu)成，它們由例如JIS的鐵STB 35制成。短管104的內(nèi)徑比長管103的內(nèi)徑大，但比管103的外徑小。長管103內(nèi)邊緣的端面露在短管104的管中。露出部分如105所示。固態(tài)的圓柱形多孔塊料62，同第七個(gè)實(shí)例中的一樣，由粉狀氧化劑燒結(jié)而成并放入短管104中。多孔塊料62的外徑比短管104的內(nèi)徑小，比長管103的內(nèi)徑大。長管103露出的端面部分105象臺階一樣限制了多孔塊料向容器主體102的另一端移動(dòng)。
圖12示出了本發(fā)明的第十二個(gè)實(shí)例。容器主體12同第五個(gè)實(shí)例中的相似，在靠近端蓋5的一端放一個(gè)空心的圓柱形多孔塊料111，它由粉末氧化劑燒結(jié)而成。多孔塊料111有一個(gè)同主體12軸心平行的中心孔112，桿113通過中心孔112延伸，其一端同端蓋5焊在一起，另一端凸出在中心孔112之外。圓盤狀擋塊114同該凸出端焊在一起，以限制多孔塊料向主體12的另一端移動(dòng)。
在此實(shí)例中，圓盤狀擋塊114也可以用至少一個(gè)同桿113的末端焊在一起的棒狀擋塊來代替。
第二到第十二個(gè)實(shí)例中，放有氧化劑的那一邊作為冷凝部分，而另一邊作為汽化部分，容器中工作流體，即水，與容器反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣被氧化成水。
雖然前述實(shí)例都是非燈心型的，但本發(fā)明也能夠體現(xiàn)為燈心型的熱管。
此外，根據(jù)前述實(shí)例，氧化劑被放在冷凝部分，但氧化劑并不總是放在這一部分的。
實(shí)施例1使用具有第一實(shí)例那樣結(jié)構(gòu)的熱管。
為了制造熱管，準(zhǔn)備了直徑為31.8mm、壁厚為4.5mm、長度為2900mm的長管3，該管由JIS G3461的鐵STB 35制成，以及直徑為31.8mm、壁厚為4.5mm、長度為100mm的短管4，由鐵STB 35制成。這些管的內(nèi)表面用鋼絲刷刷凈，隨后用丙酮除去表面油跡。按JIS H6102標(biāo)準(zhǔn)，80目的銅網(wǎng)8同短管4的內(nèi)邊釬焊在一起。將含有氧化銅的氧化劑9制成比網(wǎng)8網(wǎng)目大的顆粒，放進(jìn)短管4中。然后，將端蓋5同短管4的一端焊接起來，將短管4的另一端同長管3的一端焊接起來。將帶有管嘴7的端蓋6同長管3的另一端焊在一起，得到了容器1。通過管嘴7將作為工作流體的純水密封在容器1中。這樣，制成了熱管。
為了檢驗(yàn)熱管的效能，將水冷套121套在熱管冷凝這半部分的四周，并將一根電熱絲122繞在熱管汽化的那半部分。再用熱絕緣材料123包上電熱絲122然后將熱管與地平面成6°角傾斜放置，使管的冷凝端處于較高位置(參看圖13)。冷卻水通過套管121冷卻熱管的一半，另一半用電熱絲122加熱到240℃。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)測出距冷凝部分外端20mm處P1點(diǎn)的溫度和熱管中部套管121外，即圖13所示P2點(diǎn)的溫度，這樣可求出P1和P2兩點(diǎn)間的溫度差△T。這時(shí)，在整個(gè)時(shí)間內(nèi)，從汽化部分傳向冷凝部分的總的熱量應(yīng)校準(zhǔn)到4000W。結(jié)果如圖14所示。
比較實(shí)施例除了在冷凝部分不放氧化劑以外，使用與前述實(shí)施例所用的結(jié)構(gòu)大體相似的熱管。在與前述同樣的條件下檢驗(yàn)管的效能。結(jié)果如圖14所示。
由圖14可知，既使在使用1000小時(shí)后，本發(fā)明的在冷凝部分放入氧化劑9的產(chǎn)品仍只有大約3℃的溫差△T，因而能保持滿意的熱傳送效果。而在比較實(shí)施例中，溫差△T增加的相當(dāng)多，說明在較短的時(shí)間內(nèi)，熱輸送效能逐漸變差。
權(quán)利要求
1.一種包括有一個(gè)容器的熱管，容器中密封有作為工作流體的水，并且該容器由能與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的材料制成，該熱管的特征在于容器內(nèi)裝有用于使氫氣氧化成水的固體氧化劑。
2.權(quán)利要求
1所規(guī)定的熱管，其中所說的氧化劑被裝在容器的冷凝部份。
3.權(quán)利要求
1所規(guī)定的熱管，其中所說的氧化劑是氧化銅。
4.權(quán)利要求
1所規(guī)定的熱管，其中所說的氧化劑是粒狀的。
5.權(quán)利要求
1所規(guī)定的熱管，其中所說的氧化劑是粉狀的。
6.權(quán)利要求
1所規(guī)定的熱管，其中所說的氧化劑是粒狀氧化銅。
7.權(quán)利要求
1所規(guī)定的熱管，其中所說的氧化劑是粉狀氧化銅。
8.權(quán)利要求
1所規(guī)定的熱管，其中將一個(gè)網(wǎng)子配置在距其一端特定的距離處，用于隔開容器的內(nèi)部，并且氧化劑被放在網(wǎng)子和所述容器一端之間，氧化劑的形式是大于網(wǎng)子網(wǎng)止數(shù)的顆粒。
9.權(quán)利要求
1所規(guī)定的熱管，其中將一個(gè)網(wǎng)子配置在距其一端特定的距離處，用于隔開容器的內(nèi)部，并且氧化劑被放在網(wǎng)子和所述容器一端之間，氧化劑的形式是大于網(wǎng)子網(wǎng)目數(shù)的粉粒。
10.權(quán)利要求
1所規(guī)定的熱管，其中所說的容器包括一個(gè)管形主體和封閉主體每個(gè)相對敞開端的端蓋，一個(gè)容納氧化劑的管子，該管有一個(gè)敞開端，該敞開端固定在容器一端端蓋的內(nèi)表面并被其封閉，該管的另一個(gè)敞開端用網(wǎng)子封蓋，以及容納在該管中的氧化劑，其形式是大于網(wǎng)子網(wǎng)目數(shù)的顆粒。
11.權(quán)利要求
1所規(guī)定的熱管，其中所說的容器包括一個(gè)管形主體和封閉主體每個(gè)相對敞開端的端蓋，一個(gè)容納氧化劑的管子，該管有一個(gè)敞開端，該敞開端固定在容器一端端蓋的內(nèi)表面并被其封閉，該管的另一個(gè)敞開端用網(wǎng)子封蓋，以及容納在該管中的氧化劑其形式是大于網(wǎng)子網(wǎng)目數(shù)的粉粒。
12.權(quán)利要求
1所規(guī)定的熱管，其中所說的氧化劑為粉狀并被燒結(jié)成多孔塊，并且該多孔塊被放在容器內(nèi)。
13.權(quán)利要求
12所規(guī)定的熱管，其中所說的氧化劑是氧化銅。
14.權(quán)利要求
12所規(guī)定的熱管，其中所說的容器包括一個(gè)管形容器主體和封閉主體的每個(gè)相對敞開端的端蓋，一端固定在主體一端的端蓋的內(nèi)表面上的一根棒，以及固定在棒的另一端的多孔塊。
15.權(quán)利要求
12所規(guī)定的熱管，其中所說的多孔是空心園柱形，并且它被固定在周圍的容器壁上。
16.權(quán)利要求
12所規(guī)定的熱管，其中所說的氧化劑多孔塊被配置在容器內(nèi)部接近容器的一端處，并且在容器中距所述的這一端某一特定距離處有約束該多孔塊的設(shè)施，用以防止多孔塊朝著容器的另一端移動(dòng)。
17.權(quán)利要求
16所規(guī)定的熱管，其中所說的約束設(shè)施是至少一根固定在周圍容器壁上的棒。
18.權(quán)利要求
16所規(guī)定的熱管，其中所說的約束設(shè)施是在容器的周圍壁上形成臺狀的部份，并且由其中容納多孔塊的容器部份的內(nèi)部周圍表面朝內(nèi)突出。
19.權(quán)利要求
16所規(guī)定的熱管，其中所說的容器包括一個(gè)管形容器主體，封閉主體相對敞開端的端蓋，一個(gè)固定在棒的一端的限制設(shè)施，該棒通過多孔塊延伸，其另一端固定在主體一端的端蓋上，以及可被限制設(shè)施約束的多孔體。
專利摘要
一種包括有一個(gè)容器的熱管，容器中密封有作為工作流體的水，并且容器由能與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的材料構(gòu)成。該熱管的特征在于其內(nèi)放有固體氧化劑，將氫氣氧化成水，工作流體即水同容器反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣被氧化劑氧化成水，在熱管的冷凝部分沒有氣體存在。
文檔編號C07D471/04GK87103423SQ87103423
公開日1987年11月18日 申請日期1987年4月20日
發(fā)明者下平三郎, 福井纮一郎, 古川裕一, 野口一成, 內(nèi)田勇, 長谷川富 申請人:昭和鋁株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan