[發明專利]一種超臨界熱波傳熱元件及其工作介質灌裝密閉方法

無效

• 申請號: 200710048834.X
• 申請日: 2007-04-09
• 公開（公告）號: CN101285659A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 李建民
• 申請（專利權）人: 李建民
• 主分類號: F28D15/00
• 分類號: F28D15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉傳熱元件，特別是利用超臨界流體，在封閉腔體內部進行傳熱的元件，以及其灌裝、密閉方法。

背景技術

超臨界流體(SCF)指熱力學狀態處于“臨界點”以上的流體；即在臨界溫度和臨界壓力以上的流體，超臨界流體兼有液體和氣體的雙重特性，密度大、擴散系數大、粘度小、滲透性好；在臨界點附近流體的物理化學性質隨溫度和壓力的變化極其敏感，在不改變化學組成的條件下，即可通過壓力調節流體性質。超臨界流體技術自上世紀70年代開始嶄露頭角，以其環保、高效等顯著優勢輕松超越傳統技術，迅速滲透到傳統技術，滲透到萃取分離、石油萃取分離、石油化工、化學工程、材料科學、生物技術化工、化學工程、材料科學、生物技術與醫藥、環境工程、納米技術等諸多領域，并成為這些領域發展的主導之一。然而，超臨界流體的傳熱性能的研究，僅限于將其作為一種流體進行研究，如作為一種流體，采用外界的特殊泵提供動力，來實現的流體傳熱。

1985年10月，Nitsche和Straub在航天飛機內一次實驗中意外發現，流體的主流溫度隨壁溫改變很快，系統趨于熱平衡所用時間遠低于原先估計所需的時間，注意此時的傳熱過程，導熱非常微弱，對流受到抑制，輻射可以忽略，但熱能仍較快地從壁面傳給主流，所以這里面蘊涵著一種新的傳熱機理，此后，一些實驗先后證實了這一奇異的傳熱現象，該傳熱現象被稱為活塞效應，Zappoli指出“活塞效應實質上是一種熱聲效應”，是導熱、對流和輻射以外的第四種傳熱機理。

將一種工作介質密閉在一個封閉的腔體內部，利用工作介質的氣液相變進行傳熱的熱管技術，利用封閉腔體內部的工作介質氣液相變進行導熱的原理制造的熱管是目前傳熱技術中最好的技術方法，然而，熱管技術的普及和推廣應用方面還存在很多的技術問題，使得熱管技術雖然被發明已經有六十多年，但還是限于在某個特殊領域進行應用，其關鍵因素在于：

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量的控制，僅限于對工業的熱管進行制造。

2、封口技術對于抽真空法采用冷焊法，能夠使用冷焊法進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作為殼體材料，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，工藝上不能保證整體的工作介質的數量，不能保證的質量和性能，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，小的管件根本無法進行生產。

3、內部的防腐問題：所采用的工作介質可能和腔體的材料產生反應，而使得真空度減少，因而使得熱管的性能下降，致使最終無法工作，因而熱管的壽命短，不能適合于工業化要求。

由于現有的熱管技術存在此等技術缺陷，障礙了熱管技術的發展，使得熱管技術不能被普遍的應用。

利用超臨界流體的傳熱性能，與熱管技術的結合，可以利用超臨界物質為工作介質的特性，特別是利用“活塞效應”原理，也可以改善熱管技術的不足，可以形成一種新的傳熱元件。

發明內容

本發明的目的就是提供一種超臨界傳熱元件，將超臨界物質作為一種工作介質，將其密閉在一個腔體中，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)，傳熱元件從吸熱端吸收熱量，當腔體工作介質處于亞臨界和/或超臨界狀態時，由于超臨界工作介質在臨界點和/或擬臨界點附近具有較低的熱擴散率和較高的熱膨脹率，超臨界流體在腔體內部主要以熱波的形式將熱量從吸熱端傳遞到散熱端，實現熱能的傳遞。利用“活塞效應”原理，超臨界工作介質在傳熱過程中“導熱非常微弱，對流受到抑制，輻射可以忽略”，而是采用導熱、對流和輻射以外的第四種傳熱機理，以熱波的形式進行傳熱，這樣實現了利用超臨界流體的性質，結合熱管技術的制造、設計、結構等特性，制造出一種高效、低成本、易于制造和生產的傳熱元件。本發明同時提供了對超臨界流體進行強化傳熱的技術方法，采用增加顆粒類物質或增添多相化相變物質的方法實現對超臨界工作介質的強化傳熱。

本發明的另外的目的，發明了此種傳熱元件的灌裝方法以及封閉方式。

該傳熱元件不同與傳統的熱管，因為熱管是依靠液氣相變原理實現的傳熱，而在本發明的傳熱元件，內部的工作介質在正常的工作過程中處于超臨界的狀態，超臨界狀態傳熱過程中，傳熱物質始終處于單相的超臨界狀態，因而不屬于傳統的熱管傳熱。

該傳熱元件不同與利用超臨界流體進行的傳熱，普通的超臨界的流體需要泵為動力來實現傳熱。

具體發明內容如下：