热管制造技术

本发明专利技术提供一种在真空下并且其中装有工作物质的热管组件（１０／１１０），所述热管组件包括适于蒸发工作物质的蒸发器（１２／１１２）和冷凝器（１６／１１６）。冷凝器（１６／１１６）具有温度高于蒸发器（１２／１１２）的用于将液体工作物质收集在其中的储存容器（３０／１３０）。不连续的且不渗透的液体回流通道（３６／１３６、２０／１２０）使液体工作物质在重力作用下从储存容器（３０／１３０）流到蒸发器（１２／１１２）。液体回流通道贯穿蒸发器（１２／１１２）并且终止于其封闭的前端附近并且装有使上升的蒸气转移到冷凝器（１６／１１６）的排气管线（３８／１３８）。流动调节装置（２４／１２４）位于蒸发器（１２／１１２）内，使工作物质在蒸发器中旋流，从而流动调节装置（２４／１２４）确保夹带有蒸发的工作物质的未蒸发的液体在离心力的作用力作用下相对于蒸发器（１２／１１２）的内表面（２３／１２３）被推动以保证内表面被液体覆盖，从而延迟薄膜沸腾的产生。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术
技术介绍
领域本专利技术涉及热管，特别涉及在蒸发器中具有同向的涡流两相流以及来自于冷凝器的不渗透的回流管线的半环流热管。现有技术的描述热管是采用使包含在其中的工作流体蒸发和冷凝的方式将来自于吸收热量的蒸发器的能量转移到释放热量的冷凝器的装置。早在20世纪60年代热管作为超导的换热装置已为人们所知，例如在美国专利US 3,229,759和US 4,485,670中详细披露的。尽管由于它们的初始专利技术而已经提出了多种热管构造和应用，但是基本的热管仍然被看作一个可在较小的温度梯度范围内传送大量能量的单元。热管是装有当热量被加到蒸发器中和从冷凝器中排出时连续蒸发和冷凝的工作物质的封闭容器。产生蒸气的速率与热量在热管中流动的速率成正比。热管有效传输能量的能力取决于在操作之前腔内的非冷凝气态物质从热管中排出的情况。同样，热管在用作换热装置之前被抽空。通过从腔中排出非冷凝气体，在蒸发器中产生的蒸气在压力梯度下流到冷凝器，与泵使流体移动通过封闭体类似。如果存在非冷凝气体，蒸发的工作物质在浓度梯度下通过分子扩散移动。对于移动蒸发的工作物质，已知压力驱动流的效率提高几个数量级，热管通常被抽空。相反，如果热管腔出现泄漏，热管将不起作用。这样，在高温环境下使用热管是有问题的，如果蒸发器经受不充分的冷却，那么可导致封闭容器被穿孔，接着热管受到破坏。热管通常被分为两大类，即，其中蒸气与液流之间反向流动的热管和蒸气与液流之间同向流动的热管。反向流动的热管在本领域是公知的。图1示出了简单的反向流动的热管，其中蒸气流通过中心从底部的蒸发器上升，在上部冷凝并且以流体的形式向下流到蒸发器的液体池的侧面。它们的操作如在Grover的美国专利US 3,229,759中以及Camarda等的US 4,485,670中描述的。在热管内壁上的管芯内产生的重力和毛细力的组合用于使液体工作物质从冷凝器返回到蒸发器。同向热管通常被称为环流热管，例如在美国专利US 4,515,209和US 5,911,272中披露的，分别在图2和图3中所示。同向和反向热管通常包含在内蒸发器上的管芯以利用由管芯产生的毛细力散布液体以保证均匀的覆盖。尽管环流或者非环流(即，反向)热管已经用于多种产品和应用中，但它们没有用于在高工作温度下遭遇高热通量的单元中并且它们通常不用于大型单元中。这主要是因为这样的系统受到形成热管的封闭材料的破坏的影响。为了保证封闭容器具有耐久性和长的使用寿命，需要使热管的整个蒸发器被单元中的工作物质适当地冷却。这些在现有技术中还不可能实现。因此，即使较小区域(例如10平方毫米)的不充分冷却可导致热管单元的穿孔接着毁坏热管单元。现有技术的热管基本上没有用于包括高工作温度等的应用中，由于暴露在高温下而使热管腔毁坏从来没有得到适当的解决。在美国专利US 5,159,972中描述的一种可控的热管包括用于液体的储存容器和通到蒸发器顶部的独立的回流管线，如图4中所示。但是，这种热管不能解决关于所有用于高热通量应用中的反向热管的主要困难。使现有技术的热管能够用于高温应用中而必须克服的三个主要限制为蒸发器壁上的薄膜沸腾、回流到蒸发器的液体的悬浮和对于某些应用的回路热管的结构复杂性。来自于蒸发器前端的液体悬浮将降低热交换效率，如果温度足够高，使得热管由于干燥而被破坏。液体悬浮在蒸发器的长度可能很大的大型单元中是最关心的。在这样的单元中，液体向下回流到蒸发器的底部可能是一个主要问题，这是由于在单元上的总热负载可能很大，即使热通量适中。由于热负载自身表现为蒸气流，但在大型单元的蒸发器顶部处的蒸气速度可能足以产生一定程度的流体流化。热管用于高热通量应用中所遇到的其他主要问题是在蒸发器壁上出现薄膜沸腾。本领域技术人员公知的是，这可使热量吸取速率降低一个数量级。这大大降低了热交换效率，并且在一些情况下可能导致蒸发器封闭壁的毁坏。热管的一种可能的应用是在反应物输送单元中，诸如喷管。美国专利US 5,310,966描述了一种热管喷管或者风口。但是，美国专利US5,310,966的热管喷管没有教导如何消除来自于蒸发器的前端的液体悬浮或者如何消除稳定的蒸气薄膜形成在蒸发器的内壁上。环流热管可克服夹带的问题，但环流热管通常对于许多实际应用是不可行的，这是由于它们的结构复杂性，其中回流环流管在主热管主体外部延伸，这大大提高了对热管的空间要求。但是，对于反向热管，蒸发器表面上的薄膜沸腾的问题仍然存在。用于蒸发器的机构在热管，特别是高热通量应用中存在一个重要的限制因素。如果工作物质具有低导热性，并且热通量较高，工作物质将在液体和热源之间的界面处经受沸腾。如果蒸气的产生足够强烈，稳定的蒸气薄膜最终形成在工作流体的液相和蒸发器壁之间。该蒸气薄膜将大大影响热交换。于是，蒸发器达到其沸腾限度，持续暴露在热通量中的后果可使蒸发器壁过热以及热管可能被破坏。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种改进的热管。本专利技术的另一个目的是提供一种能够从高温系统吸取热量的热管。本专利技术的另一个目的是提供一种具有蒸发器流动调节装置的热管。本专利技术的另一个目的是提供一种具有从冷凝器到蒸发器的固体壁回流管的热管。因此，根据本专利技术，提供一种在真空下并且其中装有工作物质的热管组件，所述热管组件包括适于蒸发工作物质并且具有封闭前端的蒸发器；与蒸发器流体连通的热交换冷凝器，所述冷凝器适于使从蒸发器接收的蒸发的工作物质冷凝并且具有温度高于蒸发器的用于将液体工作物质收集在其中的储存容器；使液体工作物质在重力作用下从储存容器流到蒸发器的不连续的且不渗透的液体回流通道，所述液体回流通道贯穿蒸发器并且终止于其封闭的前端附近；以及位于蒸发器部分内的流动调节装置，使工作物质在蒸发器中旋流，从而流动调节装置确保夹带有蒸发的工作物质的未蒸发的液体在离心力的作用下相对于蒸发器内表面被推动以保证内表面被液体覆盖，从而延迟薄膜沸腾的产生。根据本专利技术，还提供一种从材料吸取热量的方法，所述方法包括下列步骤提供一种热管组件，所述热管组件具有蒸发器和与其流体连通的吸取热量冷凝器，所述蒸发器中包括适于在蒸发器中产生工作物质旋流的流动调节装置，并且所述冷凝器被冷却以使从蒸发器接收的蒸发的工作物质冷凝；在冷凝器和蒸发器前端之间提供不连续的且不渗透的液体回流通道；选择性地使液体工作物质在重力作用下从冷凝器通过所述液体回流通道流到蒸发器；以及使蒸发器与需要冷却的材料保持热交换连通。根据本专利技术，还提供一种将反应物注入到高温材料中的方法，所述方法包括下列步骤提供一种热管组件，所述热管组件具有蒸发器和与其流体连通的吸取热量冷凝器，所述蒸发器中包括适于在蒸发器中产生工作物质旋流的流动调节装置，并且所述冷凝器被冷却以使从蒸发器接收的蒸发的工作物质冷凝；在冷凝器和蒸发器前端之间提供不连续的且不渗透的液体回流通道；使液体工作物质在重力作用下从冷凝器通过所述液体回流通道流到蒸发器；提供贯穿蒸发器并且显露在其前端处的反应物输送导管；以及通过反应物输送导管输送反应物并且将反应物注入到高温材料中。附图说明从下面结合附图对本专利技术的详细描述中可以明显地看出本专利技术的其他特征和优点，在附图中图1示出了现有技术的简单反向热管的截面图。图2和图3示出了现有技术的环流热管的部分截面图。图4示出了现有技术的非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在真空下并且其中装有工作物质的热管组件，所述热管组件包括：适于蒸发工作物质并且具有封闭前端的蒸发器；与蒸发器流体连通的热交换冷凝器，所述冷凝器适于使从蒸发器接收的蒸发的工作物质冷凝并且具有位于高于蒸发器的高度处用于将液体 工作物质收集在其中的储存容器；使液体工作物质在重力作用下从储存容器流到蒸发器的不连续的且不渗透的液体回流通道；所述液体回流通道延伸穿过蒸发器并且终止于其封闭的前端附近；以及位于蒸发器内的流动调节装置，使工作物质流在蒸 发器中旋流；从而流动调节装置确保夹带有蒸发的工作物质的未蒸发的液体在离心力的作用下被推向蒸发器内表面以保证内表面被液体覆盖，从而延迟薄膜沸腾的产生。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克穆恰尔迪，约翰格鲁兹勒斯基，郑国辉，张春晖，远忠森，
申请(专利权)人：麦克吉尔大学，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]