CN106605118A - 用于工业应用的热捕获、传递以及释放 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式提供了用于以最少的热损失长距离传递温度在‑40℃至1300℃的范围内的热量的系统和方法。该系统由改进的热管构成，该改进的热管被配置以使得其配合钻孔内部或配合工业工厂之间的水平距离，并有效传递需要最少的水、二氧化碳或蒸汽注入的热量，并且这样的运作许多年不需要使用者介入。

Description

用于工业应用的热捕获、传递以及释放

技术领域

本发明涉及热能捕获、传递以及释放的应用领域，例如用于提高采收率(EOR)的热处理，加热地下地质矿藏，从地热资源回收热量，在许多工业应用中有效地传递热量。特别是，本申请实施例涉及从间歇性能源(例如冶金作业)、处于高温的连续源(例如化学和石化作业)以及处于低温的连续源(例如废热源)捕获、传递并释放热能的系统与方法。本发明的关键特征在于能以最低的热量和温度损失短距离或者长距离传递热量。本发明还包括制造用于热能捕获、传递以及释放的设备的方法，以及在许多工业应用中安装这样的设备的方法。

背景技术

在大多数工业场合中，热量捕获涉及到从热气、液或固体传递如此能量至其它介质，要么通过热导率传导带走热量，就像热交换器，包括蒸发或融化的相变，就像淬火反应，或者通过对流或辐射。然而，在许多工业系统中，热量基本上损耗了而不是通过传导、对流或辐射捕获。举个例子，融化和淬火作业，比如含水的热冶金焦的淬火，很少捕获产生的辐射或蒸汽，因此热量损耗了而并未被捕获。工业中大多数热量捕获工序依赖于金属或封装热量产生介质的其它材料的热导率。该金属或其它材料随后将热量从该源传出。所以，热量捕获的关键参数是由包封材料提供的热障。该热障也是热量最终释放时的关键参数。

当热量被捕获时，热传递一定距离的方法通常依赖于隔热蒸汽管线或通过热流体的热传递，热流体可包括以油为基础的液体，例如道氏热载体，诸如熔融盐之类的低共熔混合物，诸如钠、铅或锡(这些可适用于冶金应用)之类的熔融金属，或熔融合金。在大多数工业应用中，蒸汽通常是优选的，因为其通过冷凝提供了大量热量，这常常是低成本的选择，并且很容易泵出一定距离。然而，即使隔热，运动的蒸汽中的热损失仍然十分严重，这样蒸汽能经济地传递的距离非常有限。热流体的情况也是一样，还有额外的重量和涉及的成本的加剧作用。在熔融盐的情况下，如果要让盐能在恰当的位置凝固，需要更换整个管线，这是常常出现的问题。

除了以上限制和参数，一些工业应用对热量的捕获、传递以及释放呈现出独特的问题，值得进一步探讨。

提高采收率中的热传递

在传统的石油生产中，油通过钻孔从含油的盐丘中回收。由于通常石油构造处于压力下，石油在压力下流向表面有助于初期生产。经过一段时间以后，这样的自然流动随着压力降低而减少，生产则依赖于提高采收率方法。这些方法可包括通过注入二氧化碳增压、注水法、或用蒸汽加热。蒸汽注入法已经很受欢迎，这是因为一方面由于蒸汽造成的温度升高使得油的流体粘度降低，另一方面在地下凝结的水在增加地下压力的同时也转移了油，再一方面，双相流总的说来可减小流动粘度。

随着传统石油储备枯竭，石油生产越来越依赖于油页岩和通常更少孔且更难以获取的类似构造。通常对这样的石油资源采用水力压裂法，也称为液压破碎法，其中采用处于极大压力下的迸发水使得地下岩石破裂，以便提高孔隙度，从而使得碳氢化合物(天然气或石油)能够流到表面来。久而久之，由于地下压力随着生产而降低，碳氢化合物流也出现类似减少，并且也采用类似EOR方法：水、二氧化碳或蒸汽注入法。所有这些方法都是能源密集型，费用很高。亟需节能并且不需要大量水以用于注入法或产生蒸汽的EOR方法。

从地热田传递热量

与问题在于要使热量下降到表面以下的油中的提高采收率的情况不同，地热田的热能已经位于表面以下，因此热量可从底部流到热管或热虹吸管的顶部，而工作流体通过重力，通过油绳，或通过二者，从顶部到底部。从而，地热应用中使用热管的关键障碍是热传递的距离，也就是，热管或热虹吸管所需的实际长度。

工业应用中的热传递

大多数工业应用涉及到作业设备，其中装置分布于相当平坦的场地，常常占用若干英亩和许多生产单位。在这样的装置中，热能通常在发生放热反应的地方例如锅炉房、熔炉及类似处是可得的，而在距离这些装置一定距离处正需要热能。因此，工业设备的热传递主要涉及到数百或数千英尺的水平转移，而通常不需要传递多少明显的垂直距离。

热管因为蒸汽的内部质量传递而具有出色的热流率，由于一定距离的毛细作用没有明显限制，凭借该出色的热流率，热管十分适合水平热传递。因此，这类型应用的主要实际限制源于市场上能买到的热管的长度。

发明内容

本发明的实施方式对可适用于工业应用的热量捕获、传递以及随后的释放提供了新手段，例如用于提高采收率(EOR)的热处理，加热地下地质矿藏，从地热资源回收热量，在化学作业中控制温度，在工厂和制造厂中捕获并重复利用废热，以及在其它广泛多样的工业应用中有效地传递热量。具体地，本发明的实施方式涉及从间歇性能源(例如冶金作业)、高温下的连续源(例如化学和石化作业)、以及从低温连续源(例如废热源)捕获、传递以及释放热能的系统和方法。本发明的一关键特征在于能够以最小的热量和温度损失短或长距离传递热量。本发明包括制造用于捕获、传递以及释放热能的装置的方法，以及在许多工业应用中安装这样的装置的方法。本发明允许从各种热源快速传递在-40℃至1300℃或更高的温度范围内的热量，并且随后在可变或恒定温度下长时间释放这样的热量。该系统包括一新热管，该新热管在其大部分长度上热绝缘。在一些实施方式中，温度范围的低端可为0、50、100、150、200以及250度。温度范围的上端可为1500或更高、1400、1300、1200、1100、1000、900、800、700、600、500、400、以及300度。在该系统的实施方式中，热管的尺寸、热绝缘的类型、制造方法以及其在现场的放置由每个工业应用的条件和特性确定，由热传递依据热释放的要求确定，并且由可用的热能类型确定。

本发明的一些实施方式提供了一种热管理系统，其可包括多个热传递装置，该热传递装置可包括，例如常规热管、改进热管、热虹吸管、散热器、脉动或环路热管、蒸汽管、以及类似物，组装成提供连续热连通的实体，适于捕获、传递并释放距离从0.1m至14km的温度在从-40℃至1300℃的范围内的热量，其从捕获到释放的温度损失为待传递热源的温度的0％至40％之间，其中该热量从而可从一个或多个热源传递，并且其中该热传递装置可为至少一个应用捕获或提供热量。在本发明的一些实施方式中，该距离可从0.3m、1m、3m、10m、30m、100m、300m、500m以及1km到2km、3km、4km、5km、6km、7km、8km、9km、10km、11km、12km、13km、14km、或更多。同样，在本发明的一些实施方式中，温度损失或热量损失在低端可为0％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、以及9％，可为12％、15％、20％、25％、30％、35％、或40％、或更多。可接受的温度损失可取决于系统的具体使用的情况。在一些情况下，非常低的热损失是特别有利的，并且可能是需要的，以便特定应用具有成本竞争力。在其它情况下，当竞争技术无效或不能操作时，更大量的热损失或温度损失也可接受，并且可与任何可用替代高度竞争。相应地，期望的或市场需要的热损失最小化的程度可与竞争替代品有关。

在其它实施方式中，该热管理系统可包括一个或多个热传递装置，该热传递装置可包括，例如常规热管、改进热管、热虹吸管、散热器、脉动或环路热管、蒸汽管等，也可包括这样的热传递装置的组合，组装成可提供连续热连通的实体，适于捕获、传递并释放相距500m至14km的、温度在-40℃至1300℃的范围内的热量，其从捕获到释放的温度损失为待传递热源的温度的0％至40％之间，其中该热量从而可从一个或多个热源传输，并且其中该热传递装置可为至少一个应用捕获或提供热量。

在其它实施方式中，该系统的该热传递装置可具有一个或多个芯子。在一些实施方式中，该热传递装置可不包括芯子。在一些实施方式中，该热传递装置可包括封装材料，该封装材料由例如钢、铜及其合金、钛及其合金、铝及其合金、镍和铬合金、缠绕的金属箔、丝网、支架等、或其任意组合制成。在其它实施方式中，该热传递装置可包括具有各种热导率的不同金属和合金。

在其它实施方式中，该系统的该热传递装置可包括多个部分，例如，举例来说，蒸发器，热传递部分，以及冷凝器等。在一些实施方式中，这些部分可包括一种芯子特性，例如没有芯子，完整芯子，局部芯子等，或其任何组合。

在其它实施方式中，该系统的应用可包括，例如，发电厂、地热能源生产、提高采收率、气体再压缩、水脱盐、冶金加工、化学和石化作业和生产、纸浆和造纸工业、塑料和橡胶作业、耐火材料工业、玻璃制造作业、采矿作业、胶合板及定向刨花板制造、发酵、化肥生产、工业气体生产、军事应用、太阳能生产、橡胶制造、炼油厂等。

在另外的实施方式中，该热传递装置的封装材料可包括，例如，金属、塑料、或陶瓷组合物、或结合这些成分的组合物，其相对于各种不同的热源可为非反应性的，相对于热传递介质可为非反应性的，并且相对于热源可为非反应性的。

在其它实施方式中，具有芯子的不同的单独热传递装置可连接在一起，因此可出现连接的芯子结构，其沿着长度具有与毛细作用相配的连续性，该连续性可允许内部工作材料在整个长度上的热连通，并且该内部工作材料包括，例如，流体、升华的固体、具有多种化学水合水平的材料等，以及其任何组合。

在其它实施方式中，该芯子结构可包括具有不同孔隙率的多层。在另外的实施方式中，该芯子结构可包括内部芯子结构，该内部芯子结构可包括轴芯。在其它实施方式中，该芯子结构可包括例如烧结金属、金属筛网、凹槽、氧化物、硼酸盐、升华的固体、具有不同化学水合水平的材料、纳米颗粒、纳米孔、纳米管等材料。

在另外的实施方式中，可在沿着长度的不同位置使用不同的材料，并且可以选择该材料以优化热量捕获和释放，同时使热损失最小化。

在其它实施方式中，芯子可通过例如喷雾、涂漆、烘烤、PVD、CVD、有机化合物的热解等形成。在一些实施方式中，芯子可通过在液态金属前体中热分解金属颗粒的浆料和/或通过类似工序形成。

在一些实施方式中，封装管可包括箔等缠绕的条带；在一些实施方式中，箔可为薄薄的。

在另外的实施方式中，在缠绕的条带结构围绕着例如可包括筛网的金属支架等形成为管状组件之前，该缠绕的条带结构可被芯子材料预涂覆。

在一些实施方式中，在缠绕的管中的任何间隙可通过单独的缠绕条带等密封。

在一些实施方式中，工作材料的量可超过使该内部芯子结构饱和所需的量。

在一些实施方式中，该热传递装置中的该工作材料可具有在-40℃至1300℃或更高的范围内的相变温度。

在一些实施方式中，该热传递装置可包括靠近至少一端的至少一个阀门，以便控制并维持局部真空。

在一些实施方式中，长度高达14km的垂直热传递装置可以一种防止热传递装置的物理降解或破损的方式安装。在这样的实施方式中，该热传递装置的重量通过例如至少一个能浮起的气球、至少一个直升机、及其组合等而中和。

在各种实施方式中，该热传递装置可使用至少一个安装辅助装置安装，例如起重机、直升机、气球、轮子、油井设备、塔等。在一些实施方式中，可安装例如长度为3-7Km的热传递装置，而这样的热传递装置不会出现物理降解或破损，并且热传递装置可缠绕在例如直径为100-500英尺的轮子上，使热传递装置的曲率最小化。在一些实施方式中，该热传递装置可为绝缘的。

在一些实施方式中，脉动热管可通过将薄的金属或合金层封装于例如坚固的金属筛网等之中以抵抗压力脉冲而制成。

本发明的一些实施方式可包括使用热管理系统的热捕获、传递以及释放的方法。

一些实施方式包括用于制造热管理系统的方法，可包括以下步骤：从例如常规热管、改进热管、热虹吸管、散热器热管、回路热管、脉动热管、蒸汽管、任何这样的组合等中，选择热传递装置的类型；从例如焊合、钎焊、焊接、穿接、缠绕箔、机械配合、封装热流体、任何组合等中，选择接合热传递装置元件的方法；从例如烧结金属、轴芯、金属筛、槽、任何组合等中，选择一种类型的芯子结构，或者不使用芯子材料；

从例如水溶液、共晶盐混合物、有机热流体、或可在-40℃至1300℃温度范围内液化的高温金属和合金、升华的固体、或具有不同化学水合水平的材料中，选择内部工作材料；并且额外地，该方法可包括应用如此选择的接合方法、芯子结构以及工作流体；并在真空下密封该热传递装置。

附图说明

图1示出了一种可用的发电厂构造。

图2示出了一种管道系统构造。

图3示出了热管用以最小化阻力的空气力学外形。

图4阐述了一种用于最小化压降的管道系统构造。

图5示出了一种用于从袋滤室回收热量的可选构造。

图6示出了一种用于从静电除尘器(ESP)回收热量的可选构造。

图7示出了一种从间歇性热源捕获热量的可选构造。

图8示出了一种用于蓄热的管道系统构造。

图9示出了两种用于通过拜耳法回收热量的可选构造。

图10示出了用于提高采收率的热传递方法的一个实施方式的截面图。

图11为描述安装用于提高采收率的热传递装置的一个实施方式的截面图。

图12示出了用于提高采收率的热传递装置的安装方法的一个替代的实施方式。

图13阐述了用于地热安装的热传递装置的实施方式。

图14示出了用于工业设备的热传递装置的一个替代的实施方式。

图15为绝热的热传递装置的简图。

图16阐述了热管的截面图。

图17为高性能热管的示意图。

图18阐述了热管的两个原理图。

图19阐述了用于远距离热传递的一个替代的实施方式。

图20为用于制造长热管的方法的简图。

图21为具有多孔毛细表面的绕带(winding strip)的一个替代的实施方式的截面图。

图22阐述了用于制造长热管的一个替代的实施方式。

图23阐述了用于热管的轴芯的实施方式。

图24阐述了用于维持热管中的内部真空的实施方式。

图25示出了用于制造改良热管的一个替代的实施方式。

图26示出了用于超长改良热管的一个替代的实施方式。

图27示出了一种热管接合方法。

图28示出了一种用于在复杂热管中中断热传递的方法。

图29为热传递装置的示意图。

具体实施方式

定义

热能或热量(常见使用的)指的是分子、原子或离子的热能，包括动力、振动和转动形式的能量。热量也表示动能从一个介质或对象传递到另一个，或者从一个能源传递到一个介质或对象。这样的能量转移可通过三种方式发生：辐射、传导和对流，但这里根据普通常识包括可用的热能含量。有的认为热指的是系统(或主体)之间能量的传递，而不是系统中包含的能力，但这种理解有些不必要的限制。其它定义热为在两种物质样本之间由于其温度不同而流动的能量的形式，这也有些限制。以下对热的定义是有用的：

a.与原子或分子的运动相关的，并且能通过传导经固体和流体介质传输、通过对流经流体介质传输、以及通过辐射经由真空传输的能量的形式。

b.由于温度的区别或相位的变化从一个主体到另一个的能量传递。

c.潜热或显热。

“热传递装置”(HTDs)，在本发明的内容中，包括传统和新型HP、散热器(spreader)HP、热虹吸管、蒸汽管、以及脉动热管。当热管作为捕获、传递与释放热量的方法提到时，也可使用脉动热管和均热器热管。在垂直应用中，热虹吸管可以代替热管使用。热管是可比热交换器、金属表面或热流体更有效地捕获、传递并传送热量的设备，因为其包括两种物理原理起作用，并不仅靠热导率。在热捕获和释放期间，热管依赖于热导率和相变二者，而后者在很多时候比前者更有效，因此总的来说热力性能比讨论的应用中具有类似表面积的可相配的热交换器好许多倍。而且，在热传递期间，热管传质的传热性能也比光靠热导率的速度高许多倍，即使采用诸如铜或银之类的高导电性材料。热管在讨论的应用中比热流体更优越的性能源自热管中的普通工作流体――水的比热的区别，与热流体的情况下有机液体的热容相对。

本发明描述的热传递装置的一个重要特征是热管的优越的传热机制。参见下文，热管提供了接近热力学可逆的传送热量的手段，也就是，转移焓几乎没有效率损失的系统。此外，普通热管共享其独特的机构，这里描述的改良热管具有热捕获、传递以及释放性能显著提高的特征，从而，具有更接近热力学可逆过程的特征。

亟需费用不高的通过表面操作很容易在升高温度传送热量的热传递机构，其能在恒定温度下将这样的热量传送一段很长的时间至地下构造，其需要很少维护甚至不需要维护，既可靠，又只需要最少的水或蒸汽以操作。

市场上能买到的热管其长度可从一英寸的部分到数英尺，但不是数百或数千英尺，这是有原因的。正如在以下详细说明书中解释的，热管的一个必要方面在于其能循环冷凝工作流体返回热管的热区的能力。这能力很难用现有的制造工艺达到，因为一方面当前HP中的毛细作用力不能将流体提高数百英尺，另一方面内部毛细管作用中的任何中断都将中断内部转移机构。因此，需要有效作用的长热管。

使用热管、均热管、热虹吸管以及脉动热管捕获热量

图29为热传递装置的示意图，例如一种类型的热管。在图29中，热管4由三个主要部分组成：热捕获部分4’、热传递部分4”以及热释放部分4”’。热传递部分通常称为绝热部分，因为热损失非常小，通常可以忽略不计，因此即使绝热过程中从来不会真正零热损，但仍采用术语绝热。

本发明的实施方式在此公开，在一些情况下以示范性的形式公开或通过参照一个或多个附图公开。然而，具体实施例的所有这样的公开都只是示范性的，并不限定本发明的范围。

工业用热需要：a.捕获废热和/或低级热能(热量)，例如热烟气，b.各种工业和化学过程的冷却，例如包括放热反应的那些，c.控制一些化学或石化工厂中的温度，例如控制氧化丙烯的氧化在产生丙二醇时处于200℃，d.利用热捕获在远程位置传送，例如在提高采收率(EOR)中，以及d.从难以接近的位置捕获热量，例如利用地热资源。申请人通过阐述本发明在各种应用中的宽范围的示例来陈述。

捕获废热、低级热能以及高级热能

这些工业应用通常包含温度范围从约60℃到可能高达250℃的大量热量，这影响了如此能量用于诸如额外发电之类的其它耗热应用的利用。产生大量低级热量的行业包括但不限于：

a.利用大量燃料并产生大量烟气的行业，例如发电厂，特别是燃煤厂，冶金和水泥厂，以及通过排气管或烟囱排出这些烟气的行业；

b.利用工业窑炉、煅烧炉或处理反应器的行业，例如石灰生产者、氧化铝生产者、氧化镁生产者、以及许多无机化合物生产者；

c.产生大量热量但不产生烟气的行业，例如核电厂、压缩机、电力变压器、耐材厂、玻璃厂，或者本身具有很大的产热冷凝器的热电站。

由于燃料燃烧构成行业中产生能量的很大一个比例，从烟气捕获热量成为与许多行业有关的应用。可选择从燃煤发电厂的烟气回收热量来阐述热捕获方法和机构。

图1描述了一种用于从这样的烟气中回收热量的典型构造。在图1中，典型烟气管道52的截面为测量出约20x30英尺的矩形截面。一些热管4穿入烟气52的部分。热管与温度为300°F至450°F的烟气相接触，捕获气体中可用热量的一部分。在该具体应用中，仅捕获一部分可用热量是一个重要特征，因为不能让烟气的温度降低过多。这样的降低会削弱通过处理烟囱的最终烟气流。捕获热量的多个热管4连接至更大更复杂的一个热管58。该热管直径很大，因此传递大量热量的性能更好。可选的，也能采用在远距离更有效率的不同芯体结构。直径更大的热管58将捕获的热量传递至另一位置，这样热量供给到一组直径更小的热管4，热管4接下来将这样的热量传送至需要热量的处理器具53，举个例子，例如水净化系统的热量输入部分。因此，捕获热量的重要功能涉及到使用能将热量从烟气转移并输送至与初始烟气热源有一定距离的其它工序的热管。

图2阐述了用于将热捕获装置插入管道系统的可选结构。如图2所示，热捕获装置4(例如传统热管、热虹吸管、伸展热管或脉动热管)被部分地插入烟气管道52的截面中，如图2a所示的垂直地插入，或者图2b所示的水平地插入。在优选的构造中，热管与烟气流的方向共线放置，以便最小化阻力，并从而最小化烟气中的压降和HP的潜在侵蚀。可选地，热管可改为在垂直方向和水平方向之间，或处于中间插入角度。另外，热管可安置为相邻的或互相交错的，以便最小化湍流和压降和边界层的厚度，以便最大化从大部分气体到热管表面的热传递。

图3描述了热管的对于最小化流体流中的阻力有用的另一特征：热管的热力性能独立于热管的截面形状，也就是说，热量的传递主要依赖于热管的截面积和表面积，只要气体边界层的厚度和停留时间是类似的，与截面是圆形、矩形、或其它形状很少关系。图3示出了带有一系列热管4的烟气管道52的截面，截面形状根据空气动力学设计，以便最小化阻力和边界层厚度并且最大化接触时间。从而，居首的热管4的截面与这一排中最后一个热管4’的截面不同。图4描述了用于最小化流体流中的阻力的另一种方法。在图4中，热管4相对于烟气流的方向成一个角度插入。通常，当这个角度为与流向成约30度时，阻力和侵蚀最小，但是其它角度也可更好，这取决于管道的构造。

典型地在燃煤电厂中，燃烧气体是通过氨或胺催化脱氮的首要主体，其次烟气中的灰烬通过袋滤室过滤或静电除尘而减少。随后，烟气在烟气脱硫(FGD)之前通过烟道传输至增加压力的风扇。在FGD之后，烟气通过烟道或烟囱被排放到大气，这是低级热量潜在捕获的另一点。图5示出了从燃煤电厂中的管道系统直接捕获热量的可选构造，也就是在袋滤室66捕获热量。在图5中，热管4置于袋滤室66的过滤器的内部(干净侧)，以便最小化热管上的灰沉积。烟气流和热管内的流体流平行并且并发。热气将接触热管，并且在热管的底部捕获的热量将迅速被传递到袋滤室区域外部，这将开始烟气的冷却。过滤袋中的气流总压降与袋内自由截面积的倒数成比例。对于在直径10cm的陶瓷过滤器内的直径1cm的热管，由于热管的额外压降应为：10²/(10²-1²)–1或约1％额外压降。如果放置6个热管，仍然有10²/(10²-6x1²)–1或约6％增加的压降，这属于烟气系统的波动幅度内。热管的数量、分布和直径将由过滤袋的尺寸和要回收的热量的需求部分确定。

图6示出了从燃煤电厂中的管道系统直接捕获热量的另一个可选构造，也就是在静电除尘器67捕获热量。静电除尘器系统设计为具有与烟气接触的最大面积，以便能对以最小的压降流过的大多数粒子充电。因此，接触的气固接触已经良好。优选的构造用于使多孔板(参见图6)成为热管。该板已经连接至外部电力系统，因此跨屋顶连接也可用作传热导管，HP本身。图6描述了静电除尘器中的建议构造。由于烟气流中没有需要考虑的变化，在这个具体构造中的压降就是静电除尘器的，没有其它增加。

在袋滤室或静电除尘器处捕获热量这最后两种构造的优点是双重的：首先热量以比烟气管道中略高的温度捕获，从而提高了热效率，其次这些处理单元中的每一个可用于执行双重功能，其初始功能以及额外的热捕获功能。还应注意，由于使用HP，静电除尘器将保持于比常规模式低的温度，因此其会吸引由热泳力(thermo-foretic forces)驱动的更多甚至更细微的粒子，从而进一步强化过滤反应。

间歇性产生大量热量的工业运作构成特殊情况。这些运作出现在这样的行业中，例如利用氧气转化器的综合钢铁厂，使用电炉的二次钢铁厂，生产铜、铅、硅或钛这样的金属的有色金属厂。在这些工厂中的工序全部在非常高的温度下产生的大量热量，但不需要持续非常高的温度。捕获这类型周期性产生的热量类似于以上描述的先例，但传递和释放这样的热量显示出在连续热源中没有发现的限制。一种选择是捕获热量用于同样是周期性运作的应用。另一种选择是在充满热流体的单独容器中储存周期性热量。道氏热载体或用于中低温的等同物，用于较高温度的熔融盐或共晶体，或改良的储热系统，例如2011年1月12日申请、优先权日为2010年1月12日、国际申请号为PCT/US2011/021007、发明人为西尔万资源公司的专利申请“导热接口”，在此通过引用全部并入。

因此，显然有双重工业需求：a.需要远距离(包括垂直距离)捕获、传递并释放热能的新热管，b.需要从间歇性的高温源储存热能。这样的双重特征的结合开启了原本不可能的很多工业应用。

图7描述了从氧气转化器捕获热量，这通常在综合钢铁厂以及铜厂和铅厂中采用。在图7中，吹氧钢转化器71包含碳饱和并且覆盖薄薄的一层熔渣73的熔铁72。氧气通过氧气喷枪74被吹入熔铁大约20至30分钟的时间，并且在此期间，包括CO和CO₂的大量燃烧气体75在高达1500℃的非常高的温度下释放。这样的燃烧气体75在转化器上方被罩子76收集并且通过金属管77带走。管道扩大了以便配合捕获一部分热量并将其传递到充满热流体的储存槽54的一些热管4，其中热流体可包括在这些温度中稳定的熔融盐或共晶体。2013年5月29日公开的南非专利No.2012/05975描述了这些熔融盐或共晶体的合适成分。

图8描述了热存储的另一个例子，但是应用于连续热量产生的例子。图8示出了用于从发电厂的管道系统52捕获并传递热量至储存容器54的一种可选构造，该储存容器54能通过简单地打开阀门56中断热传递，从而从热能储存槽排出至较低的容器55。当热流体位于较低的容器中时，不再从管道系统捕获热量。热流体一直储存着，直到再次需要捕获更多热量，这时泵57启动，热流体被泵至容器54，并且再次能够与热管4相接触。此外，热流体槽54允许大直径的热管58捕获热流体的热量，因此可被转移用于可能的用途，例如用于水净化。

工业和化学过程的冷却

许多产业应用需要捕获热量作为冷却和制冷的手段。这样的产业包括但不限于：制冰，酿造，地下开采，纸浆和造纸，食品加工，饮料生产，在生物燃料生产期间的脱水，以及放热的化学和石化反应的冷却，例如生产醋酸纤维素、硝基苯、聚氯乙烯树脂、二硫化碳、枯烯(来自苯与丙烯的烷基化反应)、乙醇(来自乙烯的水合)、甲醛(来自使用放热反应器的甲醇)、苯酚(来自枯烯过氧化)、丙二醇(通过在200℃下氧化丙烯的水合)、丙烯酸树脂(来自甲基丙烯酸甲酯的催化氧化)、芳酮聚合物(来自缩合聚合反应)、共聚酯-醚弹性体、以及聚缩醛树脂，仅举几例。

许多工业冷却作业采用双壁反应，此时外容器包括环流的冷却剂，例如水或热流体，从内反应器带走多余的热量，从而避免放热操作引起失控反应。图9描述了一种典型的用于冷却的双壁反应器，虽然该实施例涵盖将铝土矿溶出成铝酸钠作为制备氧化铝的第一步骤，但其也可覆盖用于冷却工业过程的许多双壁反应器。在图9中，给出了两种可选的构造。图9a描述了常规双壁反应器，这里外容器64充满了热冷却液(通常是水)，并包围用腐蚀剂(NaOH)溶解铝土矿的内反应器63。反应器顶部65关闭反应器并维持压力和温度。热流体通过泵57保持循环，热管4将热量从热流体传导至其它可能使用的地方。

图9b描述了一种替代实施方式，其中柱形形状的热管4取代了外容器，该热管4包含贯穿其整个内表面区域的毛细管芯12，从而促进捕获热量并从反应器送走热量。这类型的复杂热管58在下文中讨论。在冷却应用中，热管的工作流体不必是水或水流体，可以是低温流体，例如氨或类似物。2013年5月29日公开的南非专利No.2012/05975涵盖了在冷却和制冷应用中用于捕获热量的其它替代构造，该专利在此通过引用全部并入。

冷却塔通常用于在热电厂中冷却多余热量，通常通过化学和石化行业采用。冷却塔通过蒸发散热，因此在工业操作中基本上导致水损失。由于热管在捕获、传递和释放热量中具有优越性能，可用于加强和替代冷却塔。从而，热管在进入冷却塔之前可从流体(气体或液体)捕获热量，从而增强冷却塔的能力，并且如果捕获了足够热量，可完全省去冷却塔。

在化工厂或石化工厂中控制温度

许多化学和石化行业需要精确控制操作温度。在本发明中，控制温度的手段类似于以上图9中考虑的那些，在双壁反应器中完成冷却。需要严密温度控制的产业包括但不限于：乙醛(来自乙烯的氧化)，乙酸(来自甲醇的碳化)，丙酮(来自异丙醇的催化脱氢)，丙烯酸(来自丙烯氧化)，丙烯腈(来自丙烯的氨氧化)，己二酸(来自环己烷氧化)，增塑剂醇(来自烯烃的加氢甲酰化)，烷基胺(来自醇/氨反应)，苯(来自甲苯的加氢脱烷基化)，1,4-丁二醇(来自乙炔/甲醛反应)，二硫化碳(来自天然气和硫反应)，碳纤维，羧甲基纤维素(CMC)，乙酸纤维素和三乙酸纤维，氯化异氰尿酸酯(来自尿素热解)，C2氯化溶剂(来自二氯化乙烯的氯化)，甲烷氯代物，枯烯(来自苯与丙烯的烷基化反应)，环己烷(来自苯与氢的氢化)，二异氰酸酯和多异氰酸酯(来自伯胺的光气化)，乙醇(来自乙烯的水合)，乙基苯(来自苯被乙烯烷基化)，二氯乙烷(来自乙烯与氧和氯化氢的反应)，环氧乙烷(来自乙烯氧化)，甲醛(来自使用放热反应器的甲醇)，氰化氢，异丙醇(来自丙烯与过热蒸汽的水合)，乙烯酮/双烯酮(来自乙酸的气相裂化)，线性烷基化磺酸盐(来自线性烷基苯与发烟硫酸或与硫酸中的三氧化硫的磺化)，线性α烯烃(来自乙烯低聚)，马来酸酐(来自烃的气相氧化)，甲醇(来自合成气和二氧化碳)，甲基乙基酮(来自仲丁醇的催化脱氢)，苯酚(来自枯烯过氧化)，光气(通过使无水氯气和一氧化碳反应)，邻苯二甲酸酐(通过二甲苯与氧反应)，聚酯纤维，聚酯多元醇(通过二醇和羧酸或酸衍生物的缩合)，聚乙烯，聚氨酯用聚乙二醇，聚酰亚胺，丙二醇(通过在200℃下环氧丙烷的水合)，环氧丙烷(来自氯醇或过氧化)，吡啶和啶同系物(使乙醛反应，通常使其与甲醇或甲醛-与氨反应)，山梨醇(通过在高压釜中高压催化氢化葡萄糖)，对苯二甲酸和对苯二甲酸二甲酯，尿素，丙烯酸弹性体，丙烯酸树脂(来自甲基丙烯酸甲酯的催化氧化)，氨基树脂(来自醛和氨基的反应)，芳酮聚合物(来自缩聚反应)，含氟聚合物(来自四氟乙烯与酸反应、并与表面活性剂反应)，共聚酯醚弹性体，尼龙树脂，聚酰胺树脂，聚缩醛树脂，聚碳酸酯树脂，PBT树脂(来自双-(4-羟基丁基)-对苯二甲酸酯-BHBT)，PET聚合物(通过乙二醇与对苯二甲酸二甲酯或对苯二甲酸的缩聚反应)，不饱和聚酯树脂，以及聚苯乙烯树脂(用苯乙烯在引发剂和热量下的自由基聚合)。

使用热量捕获用于远距离传送

本发明的实施方式包括用于加热诸如石油储备(例如提高采收率-EOR)之类的地下地质构造的系统、方法以及设备，不需要水、CO₂或蒸汽注入。优选实施方式提供了宽范围的热管，能在温度从120℃到1300℃或更高的范围内运作，并且在温度类似于该范围时提供全自动热回收，若干小时、若干天或若干个月不需要使用者介入。例如，这里公开的系统不需要使用者控制或介入就可以运行1、2、4、6、8个月或更久。在优选的实施方式中，系统可自动地运作1、2、3、4、5、6、7、8年或更久。

图10描述了为了EOR目的而使用热管。在图10中，假定表面场地1具有钻孔3，该钻孔3已经到位或特别为了热管而打通，并且热管4从表面到达油层2。在运作期间，提供热量至热管的顶部。热管高效传递这样的热量，从其顶部直接到其与油层相接触的底部。由于沉积的油层可位于很深，热管4必须足够长以便其能到达该层内。因此，要解决的一个重要问题是怎样设计并制造这样的HP以及怎样插入非常长的管子进入垂直的或倾斜的钻孔，而不过度弯曲管子造成损坏。

图11描述了一种用于安置长热管进入钻孔中的可用方法。在图11中，沿着管子4的长度以适当间距使用一些飘动的气球5以便中和其重量，从而避免其在提起末端中的一个时弯曲。可以用直升飞机6或类似机载系统(例如无人机)来完成实际提升。只要热管与钻孔3对齐，由于重量很容易将其放低到位，逐渐从管子4移除各个提升装置5，直到管子到达油层2。

图12示出了用于将热管安置到钻孔下的替代实施方式。在图11中，热管4围绕半径足够的圆形轮子25，从而最小化管子的弯曲程度，进而避免损坏内部机构。随着轮子转动，热管接着垂放至钻孔3中。

一旦到位，热管即可从表面直接传递热量至油层，不需要泵、外部再循环回路，或其它机构。通过直接燃烧燃料(例如天然气、石油)，通过用太阳能集中器或抛物槽太阳能加热，电力，地热资源，蒸汽，温度升高的废热，或其它任意类型的能源，热量可提供至管子位于表面的上部。由于热管擅于以接近音速的速度进行轴向传热，从表面源吸收到的热量迅速到达油层并在此释放。

一种可选的构造需要一并使用如上所述的热管和蒸汽注入。这让蒸汽维持热管全长的高温，从而最小化壁面热损，同时加强热传递，并在热管的底部传送高温热量。另外，蒸汽凝结在油层提供了液体水，增强流动。当需要额外热传递或当用于EOR的钻孔数量有限时，这类型的构造很有用。

在地热场中使用热量捕获用于传送

在其它应用中，例如从地热场回收热量，优选实施方式包括热管、热虹吸管、环路热管、或脉动热管，在温度范围从250℃到1300℃的范围中运作，并在类似于该范围的温度时提供全自动热回收若干小时、若干天或若干个月而不需要使用者介入。

图13描述了用于从地热场提取热量的两种可选实施方式。地热资源通常从深深的岩浆房27(在图13中没有按比例示出)获得热能，岩浆房27加热可高度保湿或基本上干燥的地热层26。图13a假定了潮湿地热层，因此钻孔3中的液态水可直接传递热量至热管、脉动热管或虹吸器4。正如在下文中介绍的，热管、虹吸器或脉动热管4提供了用于从地热层26传递热量到表面的高效机构，在类似于深处普遍存在的这些温度下可重新获得这样的热量，并且直接利用这样的热量，无需热交换器或水处理。

图13b阐述了当地质构造非常密集，或低孔隙度或渗透性，或缺乏足够的水分以在深处帮助热传导时，用于地热热量回收的替代实施方式。在这些情况下，钻孔3的底部在底部28扩大，以便提供更大的表面积用于热传导。为了进一步增加热传导，孔的该底部可部分地填充水29或其它高热导率的流体。而且，为了在地热场中保持高温，有利地用阀门30在顶部盖住钻孔，以便维持在地热深处普遍存在的压力和温度，从而让热管、脉动热管或虹吸器4在最高的可能温度传递热量至表面。

从工业源传递热量的说明

其它实施方式从工业厂房捕获热量并传递至距离数十到数百甚至数千英尺的可使用这样的热量的场地。这些系统可在温度80℃和1300℃范围内运作，并在类似于该范围的温度时提供全自动热回收若干小时、若干天或若干个月而不需要使用者介入。

图14示出了用于在工业环境中传递热量的实施方式。在典型的工厂31中，废热源32，可包括发电厂、锅炉房、放热处理容器、或可用于通过热管4提供热量的化学反应器，热管4以最小温度损失传递这样的热量到远距离位置33，该远距离位置33可包括蒸汽产生的地方或其它需要热量的处理容器。

化学加工工业涵盖了数百种化学和石化产业，他们利用高度放热过程，需要数百摄氏度的温度，或生产必须被冷却或迅速制冷的产品。例子包括但不限于生产：乙醛，乙酸，乙酸酐，丙酮，乙腈，乙炔，丙烯酰胺，丙烯酸，丙烯腈，己二酸，烷基胺，烷基苯，氨，苯胺，酮聚合物，苯，苄基氯，双酚A，丁二醇，乙酸丁酯，己内酰胺，二硫化碳，乙酸纤维素，纤维素醚，氯化异氰脲酸酯，氯化溶剂，氯苯，氯化甲烷，甲酚，二甲苯酚，枯烯，环己烷，二甲基甲酰胺，表氯醇，环氧树脂，乙醇胺，乙酸乙酯，乙醇，乙苯，乙基氯，乙烯，二氯乙烷，亚乙基胺，乙二醇，环氧乙烷，氟烃，甲醛，富马酸，糠醛，乙二醇醚，六亚甲基二胺，氰化氢，氢醌，间苯二甲酸，异丙醇，乙烯酮，烷基磺酸盐，α-烯烃，木质素磺酸盐，马来酸酐，三聚氰胺，甲醇，甲基乙基酮，异丁烯酸甲酯，硝基苯，尼龙树脂，苯酚，酚醛树脂，光气，邻苯二甲酸酐，聚酰胺树脂，聚缩醛树脂，聚亚烷基二醇，聚碳酸酯树脂，聚酯，聚乙烯，聚乙二醇，聚酰亚胺，聚丙烯，聚苯乙烯，聚乙烯醇，丙酸，丙二醇，环氧丙烷，吡啶，硅氧烷，山梨醇，苯乙烯，对苯二甲酸，尿素，乙酸乙烯酯，氯乙烯和沸石。

另一种工业应用涉及发电站，特别是以煤为燃料的那些。这些工厂生产出大量体积的燃烧气体，该燃烧气体需要先进处理步骤以减少污染。在燃烧过程中产生典型的氮氧化合物(NOx)，其需要通过添加能使NOx分解成氮气的氨或胺而减少。接着，需要捕获并移除飞灰颗粒，这通常通过静电除尘器或袋滤室或二者来完成。烟气还含有很多来自原煤的硫化物，这通常在涉及洗涤的烟气脱硫(FGD)系统中处理。

虽然有这些各种各样的处理步骤，但燃煤电厂中的烟气还含有非常大量的温度在330°F至400°F范围的低级热量，热量可从阀门流出，不会不适当地影响工厂正常运作。

捕获、传递和释放热量的其它示例包括：

在热电站中，

冷却塔的增强和替代

大型冷凝器的增强和替代

从蒸汽和“热炉气”提取热量以优化循环效率

从小型发电站中的锅炉房回收热量

在热池(hot-pond)发电中，使用热管传递热量

预热预燃烧气体

从锅炉水排污捕获热量

在核电站中

废燃料存储的冷却

反应堆芯的冷却

蒸汽冷凝器的增强与替代

在天然气压缩站中

从大型压缩器回收热量

在地下开采中

冷却深处工作场地

在溶解开采中

加热地下构造以增加溶解度

在胶合板生产和OBS生产中

干燥原材料

在工业过程的热量管理中，例如

生物发酵

肥料生产(例如尿素)

在工业气体生产中

氩气、氮气、氧气、CO₂生产中的压缩热

气体液化

煤的气化和合成气－费托法

在军事应用中，例如

固定发电机

可移动发动机，例如车辆

船舶发动机

可移动/可展开热管路径，用于加热和冷却

在太阳能应用中

捕获、传递和释放太阳能集中器中的热量

冷却光伏阵列

在冶金应用中

使用辐射热拉晶(例如硅)

使用辐射热和传导连续浇铸钢铁和其它金属

通过将热量传出隔热罩而实现热屏蔽

在砂型铸造中冷却模具

在激光切割中冷却激光头

各种其它应用，包括标准产业分类代码中的热敏工业，例如

半导体加工的热回收

橡胶制造，例如硫化

炼油厂，包括炼焦器，蒸馏塔和化学反应器

增强和替代HVAC系统用于住宅和工业建筑的冷却和加热

农业应用防冻，例如葡萄和柑橘。

分解海底甲烷水合物用于气体生产。

由于所有类型的热量对于热传递均非常有效，以下部分集中在热管，以及怎样提高其平均性能，以使其不止能适用于常规应用，例如稳定阿拉斯加永久冻土，还能适用于多种工业应用，包括但不限于脱盐，工业热传递，冷却，制冷等。

关于热管

显然，热管允许有效的热传递得以实现。热管通过其冷凝端和沸腾端之间的温差(ΔT)驱动，该温差足以维持非常高的热通量穿过热管。市售热管传递大量热量(例如>200W)并且通常ΔT为8℃(15°F)的数量级，或者在较高功率输出时更高，但一些也具有低至3℃的ΔT。ΔT对于EOR或地热应用并不是关键的，因为表面热源和地质构造之间的温差是数百摄氏度，而通常需要低ΔT来优化总热效率。因此，检查热管中的热现象是很有用的。这里插入工作流体92。

维持低ΔT的重要因素是限制壁热损失，而壁热损失是管子的表面积(以及长度)和围绕HP的壁体材料和媒质的热导率的函数。这样的需求对于普通HP管子并不是关键的，但是对于如该应用中所述的非常长的HP很重要。图15描述了用于长热管的表面绝缘的不同的可能的实施方式，以便大多数热量被传递至冷端，沿着中段部分中的HP的壁体损失非常少的热量。在图15a描述的实施方式中，大多数表面区域上覆盖使用了良好的绝缘涂层7，除了热管4吸收或者释放热量的区域。用于相对低温(<150℃)的适当绝缘体包括热绝缘体材料，例如在蒸汽管中使用的那些。用于相对高温运作的适当绝缘体可包括带有氧化锆、氧化铝、氧化镁以及类似成分等陶瓷成分的各种绝缘本体。在图15a中显示了具有优越的绝缘性能的可选构造，其需要含有闭合孔的陶瓷原料。图15b示出了另一实施方式，在局部真空中由管状外壳7组成。该外壳提供了优越的热绝缘，加上外部真空抵消热管的内部真空的结构应变的益处。这类型的外壳管类似于碗状的太阳能集中器的集热器管中采用的那些。图15b示出了一种实施方式，包括结构支撑套筒24，该结构支撑套筒24按照常规间隔围绕热管4以避免热管的重量抑制热管组件的结构抗力，特别是对于高温运作。这样的结构支撑可起到双重作用，在其插入到其最终位置期间以及运作期间均可平衡热管的重量。

图15c描述了用于延伸热管长度并使得热传递性能损失最小的另一实施方式。在图15c中，热管4的末端为小直径管40，其嵌入作为另一热管的末端的中空部分圆柱体。两个热管的表面区域允许热量从一个热管传递至另一个，并且通过柔性绝缘层(未示出)使热量损耗最小化。图15d描述了用于连接两个或多个热管4至更长的热管中的替代构造，使用小直径的或末端为毛细尺寸的各个热管40。这类型的构造利用了热管的共性，也就是热管的内部形状对于热传递性能和热管的功能的影响很小。由两种类型的构造得到铰接式热管，其设计为在两个或多个热管的接合处枢转并弯曲，从而允许非常长的热管沿着非直线路径。

图16描述了典型商用热管4，其通常由部分地排空并密封的管10构成，管内含有少量工作流体11，通常是水，但也可以是乙醇或其它挥发性液体。当焓形式的热量应用于热管的下端时，热量首先穿过金属屏障10以及内芯12，接着用于提供蒸发的热量至散布于芯子整个表面的工作流体11。随着工作流体蒸发，产生的气体(在水的情况下是蒸汽)填充真空管并到达热管的上端，这里热管的内部和外部之间的ΔT引起冷凝，从而冷凝热量释放到热管的外部。为了促进连续运作，管10的内部通常包括芯子12，该芯子可以是任意多孔亲水层，传递凝聚相工作流体回到管的热端。

对于捕获热量的能力的一个改进在于，使用金属氧化物和/或深色或黑色的更容易吸收热量的色素，特别是在辐射热的情况下更容易吸收热量的色素。具有黑色外部涂层的热管的一个好处在于，这样的黑色表面也擅长在热管的冷却端散热。

在实验上，热管中热传递的最大障碍包括：首先，紧邻热管的外部的这层(边界层)，第二是由热管的材料显示的传导障碍，以及第三，芯子材料限制了将工作流体返回到热管的热端。然而，在EOR应用中，与热管的外部毗邻的边界层是最小的，这有两个原因：首先，因为在使用直接加热或不使用蒸汽或加压热水时，热障变得不那么重要，第二，因为在油层侧，任何水倾向于多盐，这可容易地使得作为大部分屏障的分子双层坍塌。图17描述了使这些屏障最小化的高性能热管。应注意，轴芯减少了通常存在于与热管的壁毗邻的常规芯子中的热障。

在图17中，热管4显示为处于竖直位置，在顶部热输入，在底部热输出。毗邻热管外部的热传递屏障可如上文中描述的最小化。通过使用非常薄的金属箔10代替大多数热管的固体金属管，通过管子的金属壳的热传导屏障也可最小化。对金属箔的机械支撑必须足以维持适度真空，并且由金属屏13提供，该金属屏13通过增加可用于提供冷凝/蒸发所需热量的内表面面积而提供额外功能。还提供了内部芯子12以通过其大表面面积和开孔孔隙度来促进内部流体的蒸发。而且，考虑到冷凝的工作流体在管子内部必须行进的长距离，还提供额外的轴芯结构14，该轴芯结构14至少部分地不与通过毛细作用传递流体的壁相连，而是独立于表面芯子作用。

在运作中，热量在顶部附近进入，并穿过薄薄的金属箔10。金属箔的薄有助于热传递，因为热导率是热量必须行进穿过的材料的厚度的反函数。一旦到达内芯12，热量迅速使芯子中存在的工作流体蒸发。饱和蒸汽迅速行进，穿过热管的内部体积，并到达管子的相对端，这里略低的温度使得蒸汽冷凝返回工作流体中。在该过程中，汽化热从热管的顶部传递至底部。冷凝的工作流体接着通过表面芯子12和中央轴芯14二者通过毛细作用朝向管子的热端流动，从而提供维持大量热传递的必要流量。

图18以图形方式对比了两种热管：一种常规的和一种新设计的。在常规热管中，主要问题是维持芯子结构12不间断遍及管子的全长。一般说来，对于几英尺长或者更短的管子来说，这并不是问题。当长度超过这样的尺寸时，这就有了很大的困难。新设计的热管通过提供轴向毛细芯子14排除了这个问题，该轴向毛细芯子14不需要烧结或高热导率，可由能够由内部工作流体浸润的任意多孔材料构成。无论哪种情况下，目标是能够将热能从位于热管顶部的热源有效地传递到位于热管底部的应用区域。要通过常规热管实现这个目标，即使并非不可能，也是很困难的，除非内部芯子能不间断地运作。HP的另一问题/限制是制造非常长的管。制造长管通常通过焊接短管长或将其穿接来实现，但无论哪种情况下都会出现泄漏的问题，特别是当常规管子在最终组装前部分地排空时。

内部芯子材料包括烧结铜球、金属凹槽、金属筛网以及具有明确限定的孔隙度的其它材料。

图19描述了不再需要极长热管的替代实施方式。在图19的截面视图中，较短热管4通过含有热传导流体9的中间储库8组装，热传导流体9将热量从一个热管传递至另一个，从而延长发生热传递的距离。然而，该实施方式需要中间储库是密封的，以便避免热传递流体9的损失。另外，用这类型实施方式的热损耗必然增加，因为每个连接处的ΔT增加，并且热壁损失也由于中间储库的表面区域及其温度而更高。然而，建议实施方式提供了一种极长距离热传递的实用方案，特别是在EOR应用中，由于管子连接非常普遍并且高温热量通常可用。传输流体的类型可以是在热传递连接涉及的温度中化学稳定的任意热传导液体，例如一些共晶盐混合物以及类似的。本领域技术人员也清楚，涉及在维持密封时将短热管连接至较长热管的类似实施方式也是可能的，该建议实施方式仅为示范性的，不应作为对本发明范围的限制。

热管内部的工作流体的成分通常确定了热管或热虹吸管的温度范围。低温涉及到有机化合物，例如氨，醇类，酮类，醛类，或芳香烃，其沸点比普通水或水溶液低。对于高温范围，一些金属，例如钠，钾，镁，铝，铅，锌，及他们的合金，提供了可在超过1300℃的温度中工作的工作流体。另一种选择是使用盐类和纯化的盐混合物作为工作流体，用于高温热管和低温热管二者。还包括金属氧化物、水化水平不同的硼酸盐。

图20描述了一种用于制造任意长度的热管的方法，特别适于制造非常长的热管。该方法从由金属筛网制成的管状支架13开始，该金属筛网的线足够牢固，开孔足够小，以便维持完成的热管在部分真空地密封后的结构完整性。通常，金属筛网的筛孔尺寸在24至150目的范围中适于维持数量级0.1巴的部分真空。如果需要更高真空，金属筛网的尺寸可以降到325-400目，并且可提供双筛面，其中管状支架的内表面具有较大筛孔，为外部筛面增加刚性。本领域技术人员也清楚，制造这样的管状支架有很多不同的方法：其可以是预制的，这限制总长为数百英尺，或者可在原地织造更长距离。

一旦形成管状支架，将其插入到炉子19，该炉子19可烧结或熔接可转动的热管的完成表面，如图20所示。接着，由薄金属箔制成的金属条带17连续地缠绕在管状支架上，从而形成管，该金属条带17在一侧包括一条略细的烧结的芯子材料18。金属条带17的缠绕角度由条带17的宽度以及为了将缠绕表面密封到一起所需的条带重叠程度来确定。炉子19基本上是形成具有内芯层的管的最后一个步骤的下一项。一旦完成了管，可放置轴芯，插入工作流体，排空并密封管子。可选地，轴芯和管也可同时制造。

图21提供了用于缠绕具有内芯表面的长距离管的两种实施方式的截面视图。在图20a中，芯子18由烧结球17的条带构成，并且示出了突出芯子边缘的多孔柔性织物20的两个上条带。当缠绕在管状支架上时，织物与毗邻的织物相接触，从而提供构成连续毛细表面的连续多孔层。这避免了内芯材料在其轴向长度的任何部分中被隔离。图20b中描述了一种替代实施方式，其中芯子材料的内条带被放置为相对于垂直线成一个轻微的角度，以便比被缠绕的薄金属箔更宽，从而确保内芯材料的适当接触。当然，这可导致缠绕时薄金属箔之间略微分离，这可用更薄的箔带21密封，该更薄的箔带21在管子正要进入烧结炉前将管子缠绕，如图22所示。

图23描述了轴芯12的一种实施方式，其可包括单圆柱形多孔体，具有内金属丝以提供刚性的同轴圆柱体，其中毛细作用来源于由玻璃、陶瓷、或金属、或其组合制成的小珠子的同轴圆柱体。为了避免轴芯的弯曲并保持其与热管4的内壁分开，在芯子插入热管之前沿着其长度放置一系列径向上间隔开的支撑件22。这样的支撑件通常是薄片，其不会不当地减小热管的内部自由体积，因此也不会减少蒸汽沿着热管长度的质量流量。

用于制造合适芯子的替代方法是通过使用铜或其它金属前体。金属前体是加热时分解成金属的化学物质。在烧结铜芯的情况下，前体可为β-二酮铜(CBDK)或乙酰丙酮铜(CAA)，二者在还原气氛中加热时分解成微米级的铜颗粒。通常，可分解的任意有机前体或可电沉积的任意离子前体均可考虑。通过在CBDK或CAA中使微米尺寸的铜颗粒浆化，并将浆料铺开至铜管或铜条带的内表面中，可制造合适的芯子。多余的液体被排出，因此固体金属颗粒随后通过在金属颗粒的接触点中形成的索状环的表面张力得以保持。在还原气氛中加热时，CBDK或CAA分解成铜，铜熔接到金属颗粒的接触点，从而将它们结合于适当位置。可选的，提供适当的电势，Cu离子可沉积以提供所需的胶合物。许多金属前体可用于分解成不同金属，并且常规热扩散允许这样的前体粘结相似和不相似的金属，只要金属颗粒和前体金属互相具有一定的溶解性即可。例如，Cu在Cu上沉积或Sn在Cu上沉积二者均可通过Cu或CuSn合金纽带提供良好的热接触。

安装轴芯是可选的，但在长热管中是可取的，安装轴芯之后，插入工作流体，从而其可浸润芯子的内表面和轴芯的体积。工作流体的体积可比芯子浸透所需的高出0％至25％，并且在蒸发的工作流体可变成其蒸汽形式的过热蒸汽的情况下，多余的工作流体可超过25％。

由于需要保持抵抗重力的毛细作用，在非常长的垂直热管中的芯子结构可能出现潜在的问题。毛细升高的高度h定义为：

其中γ为液体－空气表面张力(力/单位长度)，θ为接触角，ρ为液体密度(质量/体积)，g为由重力引起的局部加速度(长度/时间平方26，r是管的半径。

对于在标准实验室条件下在空气中的充水玻璃管，在20℃下γ＝0.0728N/m，θ＝0°(cos(0)＝1)，ρ为1000kg/m³，g＝9.81m/s²。对于这些值，水柱的高度为

因此，如果r＝0.0002m(0.2mm)，h＝0.074m,r＝0.000002m(2微米)，h＝7.4m，r＝0.000000002m(2nm)，此时h＝7400m。然而，在实际工业实践中，实验室条件不一定适用：表面张力的值通常随着温度而降低，并且接触角很少为0°，即使通过保持芯子表面洁净并且使用水状的可以接近这些数值的工作流体。然而，保持毛细作用的最大因素仍然是毛细管的半径。因此，在非常长的热管中，芯子的孔径需要在若干纳米的范围内，而不是在对于常规HP标准的微米范围中。

然而，这不是没有芯子结构的脉动热管或热虹吸管遇到的问题。在可制造性方面的实际影响启示了由纳米颗粒或使用纳米管或纳米级尺寸结构的粉末或类似尺寸的膜制成的烧结芯子。

制造热管的最后阶段涉及通过应用真空将其抽真空，并通过卷边或焊接将其密封。图24描述了密封操作的替代实施方式，并且包括安装一阀23，其允许在运作期间周期性地检查真空条件。

图25示出了用于制造改进的热管的替代实施方式，由于薄壁和特殊的芯子结构表现出优越的热传递性能，这种容易制造且便宜。在图25a中，制造过程从首先用芯子材料18涂覆两薄箔35开始。由于芯子在制造热管之前形成于平坦的表面上，芯子结构可包括不同尺寸的材料。例如，在箔表面旁边，芯子材料可由几纳米至高达100纳米的范围内的纳米颗粒组成，这取决于热管的最终垂直长度。接着，在普通金属的情况下，例如铜及其合金，在比常规HP更低的、数量级500-700℃的温度下，烧结该纳米颗粒的初始层。

在我们的例子中，其可能会降低数百度。可选地，通过在数量级为800-850℃的温度下随后被热解和/或石墨化的粘合剂，纳米颗粒的初始层可保持于适当位置。它们也可通过在使用的温度和蒸汽压下保持其结构的材料来支撑。例如，如果水为工作流体，其可为用纳米膜或Cu或Ni的纳米岛装饰的20nm多孔氧化锆纳米海绵。接着，在箔表面上沉积第二层芯子材料，例如1至100微米范围内的颗粒，并重复烧结或热解过程，从而增加相互粘附量。可选地，第二层芯子材料可由铜纱网构成，其为芯子提供了优越的孔结构。该纱网材料接着可接合至芯子材料的下层。从而，可以按照顺序构建芯子，以包含不同孔隙率和渗透性的不同层。因此，这类型的热管的长度可高达10-14km。

一旦芯子材料已经形成于箔上，可在两薄箔35之间放置一些金属支架13，以便形成由平坦的箔表面分隔开的单独的圆柱形表面，如图25b所示。然后，应通过焊接或卷边、或两者来密封将各个支架分离开的箔表面。在图25b中，通过卷边或焊接、或两者，闭合并密封了这些圆柱形形状的一端。接着，施加部分真空以确保支架材料和含有芯子层的箔之间的良好接触。通常，这样的真空足以在箔和支架之间提供良好的接触，但随后的烧结可有效地将这些表面焊接在一起。从而，产生的圆柱形形状变成通过薄金属箔35连接的热管4。这些可用于需要大表面面积和有效传热系数的应用中。

图25阐述了将连接的热管组件分成单独的热管的选择，每个热管具有用于增加的表面区域的一对薄金属瓣。然而，如图25d所示，这种箔表面可被修剪或切除，如图25e所示，以便最终制造单独的热管。

图26示出了用于长距离、特别是在深处或在垂直设置中传递大量热量的可选构造。在图26中，热管4由脉动热管构成(参见《脉动热管介绍》，电子冷却杂志，www.electronics-cooling.com/2003/05/，其在此通过引用整体并入)。在图26中，通过任何热能来源在热管4的一端传递热量。热管4部分地填充了在热量被热管吸收时作为蒸汽46蒸发的液体流体45。蒸汽46使热管的内部压力增加，并且导致蒸汽(例如蒸汽气泡)和液体塞(例如块)二者在一个方向上移动，因为单向阀47阻止了另一方向的流动。通过质量传递至热管组件的温度较低的另一极端，蒸汽和液体的内部流动传输热量。该热传递通过蒸汽冷凝成液体(液相中包含的潜热/显热的释放)而释放热量。当热量被传递时，额外的蒸汽冷凝成液相，并且该液体响应于压力脉冲而继续流动。

本发明与常规脉动热管的不同之处在于，热管可以根据前文中提出的关于图20至图22中长距离热管的原理来制造，除了将加强屏13置于金属箔17的外部，以便提供强度来抵抗内部压力脉冲，以及不需要内部芯子材料18。可选地，可使用连接管子的常规方法来组装脉动热管。另外的区别特征包括在热管的内表面上使用特殊涂层以促进蒸发和沸腾，和/或在热管的外部使用，以加强热传递至地质构造或其它需要热量的应用。此外，脉冲热管的外表面可为热绝缘的，除了在端部。因此，这种类型的热管的长度可高达10-14km。

对于具有大量体积的废热可用的热电站来说，没有显著温度损失的有效热传递也很有吸引力，但是对于各种工业应用来说，通常热传递时温度太低。然而，西尔万资源公司开发了一项新技术(国际申请日2012年9月7日、优先权日2011年9月9日、申请号为PCT/US2012/054221的美国专利8771477，在此通过引用全部并入)，可使用非常少的热能来净化范围广泛的污染水，并且该技术可与热捕获相结合以便提供有用的热捕获水净化。

然而，为了使这种创新有效，捕获热量、将其输送至可使用的地方，以及其随后的传送，必须以最小的温度损失来运作。热管、热虹吸管和脉动热管提供了实用的解决方案，只要热管系统能同时满足所有三个功能并且没有中间步骤。因此，需要长距离热管，其能捕获低级以及更高温度的热量，没有温度损失即可将这样的热能传递到更大直径的热管，并且将这样的热能传送到一些更小直径的热管用于实际利用，同样没有经受显著的温度损失。这可以实现的一种方法是，使一些较小直径的热管4无缝地连接至较大直径的热管58，并且接着连接至由较小直径的热管4组成的热传递系统，如图1所示。

显然，为了使复杂的热管作为单个单元，用于将工作流体返回至热管的热端的机构必须没有中断。这意味着通过毛细作用起作用的内部芯子必须在热管元件之间穿过各种接头处互相连接。由于连接金属热管通常是通过焊接外部封装材料来实现，并且这样的焊接不能用于连接烧结芯子，当连接不同热管时，问题变成了“如何提供毛细管连续性”。图27描述了实现该目的的方法。

图27a示出了怎样连接不同直径的两热管4和58。在较大的热管58中切出一个孔，使得较小的热管4能够精确地配合。将含有与芯子材料尺寸相同的颗粒的环形凝胶48置于较小热管4的端部，如图27b所示，并且两个热管如图27c所示连接。图27d示出了两个热管的放大剖视图和芯子材料中存在的间隙。图27e描述了当焊料49或焊点施加到两个连接的热管的外表面时的情况：凝胶材料液化并蒸发，但并不完全，从而允许毛细管作用吸入微观粒子的悬浮液，从而填充毛细管材料12中的间隙。焊接或熔接的热量足以使用于悬浮微观粒子的所有液体蒸发，留下可热解的小的索状环，从而将新的芯子颗粒50保持在一起，如图27f所示。接着，如果需要，可以施加额外的热，以将额外的芯子颗粒烧结在一起。当然，上述所有需要在热管被接合的时候没有真空。可如所指出的那样执行的凝胶的一个例子是硅胶，其会在由能促进毛细管连续性的亲水物质－二氧化硅构成的新芯子材料之间留下焊点。但是，二氧化硅有可能溶解并从热管的热侧移动到冷侧，因此优选的材料是在悬浮液中具有氧化铝颗粒、氧化锆或稀土颗粒的硅胶，这样它们将芯子永久地焊接到一起。

改进的热管，特别是合并了一些小直径热管和大直径热管的热管，其另一个重要特征是能够随意停止热传递，例如在主厂必须与热传递机构脱离连接的工业场合中。图28描述了在改进的、复杂的热管中控制热传递的一种机构。如图28a所示，可电子地或远程地受控制的简单阀门60附接至大直径热管58的内部，并且当阀门60打开时，热管如设计的一样继续传递热量。图28b描述了当阀门响应外部驱动器而关闭时的情况：气态工作流体流停止进入小直径热管4，由此热传递中断。

改进的热管的另一个可选构造包括脉动热管和/或环路热管的混合物，其将每种热管的最佳特征结合成具有优越性能的单独实体。例如，脉动热管的结合能提供最佳的热量捕获和释放，而作为整体元件的标准或环路热管提供了最佳的热量传递。这样的混合可在热量捕获和释放端包括薄壁，为了避免长距离损失包括隔热或不隔热的厚壁，以及由于毛细作用确保混合管子内部连续流体连通的普通芯子材料。此外，毛细芯子可由周期性接触内壁的轴向缠绕或成螺旋形缠绕的芯子构成，从而保持贯穿热管长度的毛细管连续性。这样的柔性芯子可用于在焊接之前接合不同热管，从而也保持毛细管连续性。或者，芯子材料可对热管的长距离部分开槽，从而提供不同的芯子结构，优化热管的热量捕获、传递以及释放这每个功能。另一选择涉及到使用金属筛，其可焊接到提供毛细作用的略大或小直径的网上。

使用热管、均热器、热虹吸管以及脉动热管的热传递

热量的释放涉及到与热量捕获相同的原理，除了在热管的情况下、特别是在常规热管中，这些原则以相反的顺序执行。由此，从常规热管释放热量包括：首先内部蒸汽在热管的冷端冷凝，接着该热量经由芯子材料并随后经由封装管通过热导率传递，该封装管通常为金属或合金，最后该热量散逸至热管外部的介质。在改进热管含有不同孔隙度的许多芯子层的情况下，热导率取决于每一芯子层的厚度和芯子材料的导热性。在脉动热管和热虹吸管的情况下，当没有芯子时，通过封装管的热导率将取决于内部流体呈现液态形式还是气态形式，还有管的导热性及其厚度。

在前文中描述的诸多可能的构造对于有效释放热量具有特别的效果，例如：

在热管的封装材料中使用较薄的壁，在增加每单位表面积传递的热量的量的同时，使温度损失最小化，如图17、20、22以及25所示。

如图25所示，使用薄箔允许同步制造薄的鳍状结构，其增加了表面积并使热量释放最大化。

能接合复杂热管的多个部分，同时保持芯子的连贯性与连续性，允许从不同地方捕获热量，使用更大、更有效的热管将这样的热量传递出短或长距离，以及通过较小的热管将这样的热量传送至多处。

在热管中允许任意中断或保持热流的开启/关闭开关的控制特点。

使用特殊构造的热管，例如脉动热管，其允许极远距离的垂直或水平热传递。

热管的端部和中间使用不同封装材料，优化了热量捕获和释放，同时通过具有低热导率的连接材料或热管外侧上的绝缘涂层使热传递期间的热损失最小化。

热管可能与储热系统集成，为工业工厂提供操作灵活性。

所有这些效果带来了优越的热特性。

与热交换器、或者依赖于热流体的所谓“节约装置”、或者基于喷水的淬火操作相比，具有更有效地捕获、传递以及释放热量的能力，这赋予了前文中描述的热管在许多工业应用中特别的效果，例如：

在水净化中，特别是在海水脱盐、淡盐水净化、来自油气提取的超盐水性废物净化、化学或冶金工序、纸浆和造纸工业、以及塑料和橡胶作业中，仅仅举几个例子来说。实际上，由热管提供的低温差允许在蒸馏系统中使用更有效的多效蒸发，并且热管的优越热传递增强了热性能。而且，水净化构造可包括多种设计，例如垂直设置的管道、侧向设置的蒸馏系统、或者属于“蒸馏芯”的类别的混合构造。

在需要有效冷却放热反应、保持反应温度处于较小范围内、在低温下对合成或催化反应的容器制冷的化学和石化工序中。

在发电站、核电站以及需要有效冷却的类似行业中，例如通过用高效的热管驱动的冷凝器容器代替冷却塔和其它冷却系统。相反，在使用热管释放热量的特征用于预热工序容器、或者控制烟气温度时。并且特别是在使用空气动力学形状的热管从烟气中回收低级热量时，其中该热管也可从正交角度倾斜，以便减小阻力。

在间歇性产生热量的冶金作业中，例如钢铁厂和有色金属厂，或者像在诸如拜耳法等冶金消解工序中需要控制温度的作业中。

在有效传递和释放大量热能时，例如在提高采收率、油气压裂作业、从压缩机回收热量的燃气枢纽站、炼油厂(例如蒸馏塔、焦化作业以及冷却塔)、地热能源生产、以及冶金和化学作业中。

在其它应用中，例如食品和饮料加工中。

并且特别是在产生大量废热、同时需要从污染源得到饮用水的军事作业中。

本领域技术人员可以理解，这些方法和设备可适于实现这些目的并得到上述结果和效果，以及各种其它优点和好处。这里描述的方法、程序以及设备目前代表优选实施方式，并且是示例性的，并不限制本发明的范围。本领域技术人员在其中做出的变化和其他用途包括于本发明的精神内并且由本发明披露的范围限定。例如，内部芯子也可零星分布于管子内部并随后在适当温度下烧结，该温度取决于烧结材料。

在此通过引用并入所有专利和公开文件，这与具体地和单独地表明通过引用并入每个单独的公开文件一样。

在此阐述性地适当地描述了本发明，其可在缺少本文中具体公开的任何一个或多个要素、一个或多个限定时实施。使用的术语和表述是说明性的术语而不是限制性的术语，并不意味着使用这样的术语和表述来表明要排除显示的和描述的特征或其部分的等同物。应注意，在公开的本发明的范围内的各种修改是可能的。因此，应理解，虽然本发明已通过优选的实施方式和可选的特征具体公开，但本领域技术人员可对于在此公开的概念进行修改和变化，并且这样的修改和变化应落入公开内容所限定的本发明的范围内。

Claims (30)

1.一种热管理系统，包括多个热传递装置，所述热传递装置选自由常规热管、改进热管、热虹吸管、散热器、脉动或环路热管、蒸汽管、或其结合组成的群组，组装成提供连续热连通的实体，适于捕获、传递并释放距离0.1m至14km处温度处于-40℃至1300℃范围内的热量，其从捕获至释放的温度损失为待传递热量源的温度的0％至40％之间，其中如此传递的热量来自一个或多个热源，且其中所述热传递装置为至少一个应用捕获或提供热量。

2.一种热管理系统，包括一个或多个热传递装置，所述热传递装置选自由常规热管、改进热管、热虹吸管、散热器、脉动或环路热管、或蒸汽管组成的群组，组装成提供连续热连通的实体，适于捕获、传递并释放距离500m至14km处温度处于-40℃至1300℃范围内的热量，其从捕获至释放的温度损失为待传递热量源的温度的0％至40％之间，其中如此传输的热量来自一个或多个热源，且其中所述热传递装置为至少一个应用捕获或提供热量。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述热传递装置具有一个或多个芯子。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述热传递装置不具有芯子。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述热传递装置包括多个部分，所述部分选自蒸发器、热传递部分、以及冷凝器、或其结合。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述部分包括芯子特征，所述芯子特征选自不包括芯子、完整芯子、部分芯子、以及其任何结合。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个应用选自发电厂、地热能源生产、提高采收率、气体再压缩、水脱盐、冶金加工、化学和石化作业与生产、纸浆与造纸工业、塑料与橡胶作业、耐火材料工业、玻璃制造作业、采矿作业、胶合板与定向刨花板制造、发酵、化肥生产、工业气体生产、军事应用、太阳能生产、橡胶制造、以及炼油厂。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述热传递装置包括封装材料，所述封装材料由钢、铜及其合金、钛及其合金、铝及其合金、镍和铬合金、缠绕的金属箔、丝网与支架组成的材料群组制成。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述热传递装置的所述封装材料包括金属、塑料、或陶瓷组合物，其相对于各种不同的热源为非反应性的，相对于热传递介质为非反应性的，并且相对于热源为非反应性的。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述热传递装置包括具有各种热导率的不同金属和合金。

11.如权利要求3所述的系统，其中不同的单个有芯热传递装置接合在一起，从而出现接合的芯子结构，其沿着长度具有与毛细作用相配的连续性，所述连续性准许内部工作材料在整个长度上的热连通，并且其中所述内部工作材料选自由流体、升华的固体、具有多种化学水合水平的材料、以及其任何结合组成的群组。

12.如权利要求3所述的系统，其中所述芯子结构包括具有不同孔隙率的多层。

13.如权利要求3所述的系统，其中所述芯子结构包括内部芯子结构，所述内部芯子结构包括轴芯。

14.如权利要求3所述的系统，其中所述芯子结构包括至少一种材料，所述材料选自由烧结金属、金属筛网、凹槽、氧化物、硼酸盐、升华的固体、具有不同化学水合水平的材料、纳米颗粒、纳米孔、纳米管、及其任何结合组成的群组。

15.如权利要求14所述的系统，其中不同材料使用于沿着长度的不同位置，且其中所述材料经过选择，以便优化热量捕获和释放，同时使热损失最小化。

16.如权利要求3所述的系统，其中所述芯子通过喷雾、涂漆、烘烤、PVD、CVD、或有机化合物的热解形成。

17.如权利要求3所述的系统，其中所述芯子通过在液态金属前体中热分解金属颗粒的浆料形成。

18.如权利要求1所述的系统，其中所述封装管包括薄箔缠绕的条带。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述缠绕的条带结构在围绕着包括筛网的金属支架形成为管状组件之前，被芯子材料预涂覆。

20.如权利要求18所述的系统，其中缠绕管里的间隙通过单独的缠绕条带密封。

21.如权利要求20所述的系统，其中工作材料的量超过使所述内部芯子结构饱和所需的量。

22.如权利要求1所述的系统，其中所述热传递装置中的所述工作材料的相变温度在-40℃至1300℃的范围内。

23.如权利要求1所述的系统，其中所述热传递装置包括阀门，所述阀门靠近一端以便控制并维持局部真空。

24.如权利要求1或2所述的系统，其中长度高达14km的垂直热传递装置被安装以避免所述热传递装置的物理降解或破损，其中所述热传递装置的重量通过至少一个能浮起的气球、至少一个直升机、或其结合所中和。

25.如权利要求1或2所述的系统，其中所述热传递装置通过使用至少一个安装辅助装置安装，所述安装辅助装置选自起重机、直升机、气球、轮子、油井设备、以及塔、或其任意结合。

26.如权利要求2所述的系统，其中安装有长度为3-7Km的热传递装置，而不会出现这样的热传递装置的物理降解或破损，且其中所述热传递装置缠绕在直径为100-500英尺的轮子上，使所述热传递装置的曲率最小。

27.如权利要求1或2所述的系统，其中所述热传递装置为绝缘的。

28.如权利要求1所述的系统，其中脉动热管为通过将薄的金属或合金层封装于坚固金属筛网中以抵抗压力脉冲而制成。

29.一种热捕获、传递以及释放的方法，包括使用如权利要求1所述的热管理系统。

30.一种用于制造如权利要求1所述的系统的方法，包括以下步骤：

从由常规热管、改进热管、热虹吸管、散热器热管、环路热管、脉动热管、蒸汽管及其任意结合所组成的群组中，选择热传递装置的类型；

从由焊合、钎焊、焊接、穿接、缠绕箔、机械配合、封装热流体、及其任意结合组成的至少一种方法的群组中，选择接合热传递装置元件的方法；

从由烧结金属、轴芯、金属筛、槽、其任意结合以及不含芯子材料所组成的群组中，选择一种芯子结构类型；

从由水溶液、共晶盐混合物、有机热流体、以及高温金属和在-40℃至1300℃温度范围内液化的合金、升华的固体、以及具有不同化学水合水平的材料所组成的群组中，选择内部工作材料；

应用如此选择的接合方法、芯子结构以及工作流体；以及

在真空下密封所述热传递装置。