[实用新型]一种超临界热波传热元件

说明书

技术领域

本实用新型涉及传热元件，特别是利用超临界流体，在封闭腔体内部进行传热的元件。

背景技术

超临界流体(SCF)指热力学状态处于“临界点”以上的流体；即在临界温度和临界压力以上的流体，超临界流体兼有液体和气体的双重特性，密度大、扩散系数大、粘度小、渗透性好；在临界点附近流体的物理化学性质随温度和压力的变化极其敏感，在不改变化学组成的条件下，即可通过压力调节流体性质。超临界流体技术自上世纪70年代开始崭露头角，以其环保、高效等显著优势轻松超越传统技术，迅速渗透到传统技术，渗透到萃取分离、石油萃取分离、石油化工、化学工程、材料科学、生物技术化工、化学工程、材料科学、生物技术与医药、环境工程、纳米技术等诸多领域，并成为这些领域发展的主导之一。然而，超临界流体的传热性能的研究，仅限于将其作为一种流体进行研究，如作为一种流体，采用外界的特殊泵提供动力，来实现的流体传热。

1985年10月，Nitsche和Straub在航天飞机内一次实验中意外发现，流体的主流温度随壁温改变很快，系统趋于热平衡所用时间远低于原先估计所需的时间，注意此时的传热过程，导热非常微弱，对流受到抑制，辐射可以忽略，但热能仍较快地从壁面传给主流，所以这里面蕴涵着一种新的传热机理，此后，一些实验先后证实了这一奇异的传热现象，该传热现象被称为活塞效应，Zappoli指出“活塞效应实质上是一种热声效应”，是导热、对流和辐射以外的第四种传热机理。

将一种工作介质密闭在一个封闭的腔体内部，利用工作介质的气液相变进行传热的热管技术，利用封闭腔体内部的工作介质气液相变进行导热的原理制造的热管是目前传热技术中最好的技术方法，然而，热管技术的普及和推广应用方面还存在很多的技术问题，使得热管技术虽然被发明已经有六十多年，但还是限于在某个特殊领域进行应用，其关键因素在于：

1、热管的制造方法可以分为两大类，一类为抽真空法，需要真空设备，这样需要耗费能源以及占用时间，其次为热排法，无法精确的进行工作介质量的控制，仅限于对工业的热管进行制造。

2、封口技术对于抽真空法采用冷焊法，能够使用冷焊法进行封口的材料只有铜，其他金属不适合于采用此方法，因而限制了热管必须采用高成本的铜作为壳体材料，因而增加了热管的成本；另外对于热排法，由于采用销钉打入封口后外加焊接的技术，工艺上不能保证整体的工作介质的数量，不能保证的质量和性能，而且，此种方法的主要问题在于只能对大的管件采用此种方法进行生产，小的管件根本无法进行生产。

3、内部的防腐问题：所采用的工作介质可能和腔体的材料产生反应，而使得真空度减少，因而使得热管的性能下降，致使最终无法工作，因而热管的寿命短，不能适合于工业化要求。

由于现有的热管技术存在此等技术缺陷，障碍了热管技术的发展，使得热管技术不能被普遍的应用。

利用超临界流体的传热性能，与热管技术的结合，可以利用超临界物质为工作介质的特性，特别是利用“活塞效应”原理，也可以改善热管技术的不足，可以形成一种新的传热元件。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种超临界传热元件，将超临界物质作为一种工作介质，将其密闭在一个腔体中，腔体的至少一部分为吸热端(部件)，腔体的至少另一部分为放热端(部件)，传热元件从吸热端吸收热量，当腔体工作介质处于亚临界和/或超临界状态时，由于超临界工作介质在临界点和/或拟临界点附近具有较低的热扩散率和较高的热膨胀率，超临界流体在腔体内部主要以热波的形式将热量从吸热端传递到散热端，实现热能的传递。利用“活塞效应”原理，超临界工作介质在传热过程中“导热非常微弱，对流受到抑制，辐射可以忽略”，而是采用导热、对流和辐射以外的第四种传热机理，以热波的形式进行传热，这样实现了利用超临界流体的性质，结合热管技术的制造、设计、结构等特性，制造出一种高效、低成本、易于制造和生产的传热元件。本发明同时提供了对超临界流体进行强化传热的技术方法，采用增加颗粒类物质或增添多相化相变物质的方法实现对超临界工作介质的强化传热。

本实用新型另外的目的，发明了此种传热元件的灌装方法以及封闭方式。

该传热元件不同与传统的热管，因为热管是依靠液气相变原理实现的传热，而在本发明的传热元件，内部的工作介质在正常的工作过程中处于超临界的状态，超临界状态传热过程中，传热物质始终处于单相的超临界状态，因而不属于传统的热管传热。

该传热元件不同与利用超临界流体进行的传热，普通的超临界的流体需要泵为动力来实现传热。