CN108369930B - 三维吸热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于吸收从外部热源传递的热量从而抑制热源的温度升高的三维吸热装置。该装置包括：构成该装置的外形的密封构件；在密封构件内部以三维栅格结构连接的第一空间；以及在密封构件的内部空间中构成未被第一空间占据的空间的第二空间，其中第一空间和第二空间中的至少一个形成用于操作流体蒸气的通道，并且沿着其内表面设置有芯体，使得液态操作的流体被吸收，并且如果需要可以使上述空间中的一个填充有相变材料并且赋有蓄热性能。该装置可以通过在装置内部使传热系统三维延长和多样化而具有提高的传热速率。另外，传热系统的一部分可以具有蓄热性能，使得整体上能够在没有任何独立的强制冷却装置的情况下仅通过自然冷却实现恒速操作，同时抑制温度升高，并且传热速率和/或蓄热性能的这样的改进能够以紧凑的方式设计具有受抑制的能量消耗和噪声产生的装置。此外，根据本发明的三维吸热装置由于传热通道之间的三维连接结构而具有改进的抵抗外力的耐久性，并且对操作方向没有限制，使包括吸热装置的系统的设计不受限制。

Description

三维吸热装置
技术领域
本发明涉及一种吸收从外部热源传递的热量以抑制热源的温度升高的吸热装置。
背景技术
通常，在包括电子部件(例如，半导体)的各种产品中，操作期间产生的热量需要被有效地排到外部，以避免性能恶化。在相关技术中，热管作为用于将热源产生的热量传递至其他地方的非常有效的手段而被广泛知晓。Amir Faghri的论文中披露了这样的热管的操作原理及发展状况(Amir Faghri,热管科学与技术的综述与进展(Review and Advancesin Heat Pipe Science and Technology)，ASME热传导杂志(ASME Journal of HeatTransfer)第134卷，第123001-1至18页，2012年)。
图1示出了传统热管的结构，图1A是热管的纵剖视图，图1B是热管的横剖视图。图1的线性热管1包括长的柱状气密容器11和形成在气密容器11的内壁上的多孔芯体14。芯体14浸渍在液化的工作流体中，并且因热量而发生相变的气态工作流体穿过的通道12形成在芯体14内部。气密容器11的内部空间沿纵向从图中的左侧被划分成蒸发部分A、隔热部分B和冷凝部分C。通过从外部热源(没有示出)传递的热量，工作流体在蒸发部分A的芯体14中蒸发以吸收热量。因此，通道12的压力增大，使得气态工作流体移动到冷凝部分C。到达相对的冷凝部分C的气态工作流体冷凝成液态工作流体以放出热量，在冷凝部分C中被吸入芯体14中，然后通过毛细作用沿着芯体14流回到蒸发部分A中。外部热源产生的热量可以通过包括工作流体的蒸发、冷凝和移动的循环过程被有效地吸收和传递。
同时，使用这样的线性热管的传热原理的扁平热管也是已知的。例如，图2A示出了用作芯体的扁平热管的示例，因为相比下部构件21，中间构件24的上表面和下表面之间的间隙更小(Novel Concepts,Inc.http://www.novelcon ceptsinc.com/)。图2B示出了其中工作流体的通道是打开的扁平热管的示例(Celsia Inc.http://celsiainc.com/vapor-chamber-one-piece-design/)。图2A和图2B的扁平热管是设计用于冷却传递少量热量的产品(例如，电子部件)的示例，并且扁平热管的厚度薄至1mm。如图2B那样，图2C示出了当如喷气式飞机的喷射偏转器中那样需要大量热传递时所使用的扁平热管的示例，像图2B一样，工作流体的通道被打开(D.T.Queheillalt,G.Carbajal,G.P.Peterson,H.N.G.Wadley,国际传热与传质杂志(International Journal of Heat and Mass Transfer)第51卷，第312-326页，2008年)。这样的扁平热管在板下方施加的热量被传递到整个区域的意义上也被称为散热器。
图1和图2所示的传统的线性或扁平热管具有各种优点：该热管结构简单，即使在温度梯度不大的情况下也能运行并且响应速度快，并且加热单元和冷却单元可以彼此分离，或者加热单元和冷却单元的作用可以相互切换。因此，线性或扁平热管已经广泛用于各个领域。
然而，就传统的线性或扁平热管而言，由于传递的卡路里较低并且除了简单的传热功能之外也不考虑蓄热性能，因此当过量的热量被吸收时，必须要有独立的强制冷却装置(例如，风扇)来保持原有功能。独立的强制冷却装置需要额外的能量消耗并且引起噪声，并且热管的外部体积被过度增大，以在没有强制冷却装置的情况下实现充分的自然冷却。此外，由于线性或扁平热管的传热方向受限，因此包括热管的产品的设计受到限制。因此，尽管传统的线性或扁平热管存在上述优点，但是热管的应用范围受到限制。
同时，近年来，其中固相和液相之间的相变过程中吸收或发出大量潜热的所谓相变材料(PCM)(例如，冰袋)作为蓄热装置受到关注。然而，由于这样的PCM通常具有低导热率，以此已经了解到，与填充在具有高导热率的多孔金属结构中的同时使用产品的情况相比，可以实现更有效的蓄热性能(K.J.Kang,材料科学进展(Progress in MaterialsScience)，第69卷，第213-307页，2015年)。基于这样的PCM的蓄热装置也是优异的吸热装置。即使从外部施加热量时，只要从固相到液相的相变继续，温度就不会升高。然而，当相变完成时，由于潜热引起的蓄热性能丧失，因此作为吸热装置缺乏性能保持特性。
发明内容
技术问题
本发明提供一种具有紧凑且坚固的结构的吸热装置，其具有高传热速率和高热容量，因此可以以恒定的速率操作。
技术方案
本发明的发明人已经发现，在开发可以在没有通常的强制冷却装置的情况下以恒定速率操作并且具有紧凑结构的吸热装置的过程中，需要在提高传热速率的同时提供蓄热性能。因此，本发明的发明人使装置的传热系统三维扩大或多样化，根据需要对多样化的传热系统的一部分赋予蓄热性能，并且体现这些内容，由此得到本发明。下面将描述对上述问题的认识和基于该认识的本发明的主题。
(1)三维吸热装置可以包括限定三维吸热装置的外观的气密构件、在气密构件内部以三维栅格结构连接的第一空间以及在气密部件的内部空间中构成未被第一空间占据的空间的第二空间，其中，第一空间和第二空间中的至少一个形成工作流体蒸气用的通道，并且沿着该通道的内表面设置有吸收液化的工作流体的芯体。
(2)第一空间和第二空间中的至少一个可以填充有芯体，并且相变工作流体可以在第一空间与第二空间之间的边界中移动。
(3)第一空间与第二空间之间的边界可以由壁构成。
(4)芯体可以设置在第一空间和第二空间的壁的内表面上，并且第一空间和第二空间可以形成工作流体蒸气用的通道。
(5)工作流体可以是均质材料或非均质材料。
(6)芯体可以设置在第一空间和第二空间中任何一个的壁的内表面上，以形成工作流体蒸气用的通道。
(7)第一空间和第二空间中未形成工作流体蒸气用的通道的空间的内部可以填充有相变材料。
(8)三维吸热装置还可以包括浸渍在相变材料中的多孔传热构件。
(9)多孔传热构件可以是泡沫金属、栅格金属和编织金属中的任何一种。
(10)在第一空间和第二空间中未形成工作流体蒸气用的通道的空间中可以设置固体散热构件。
(11)散热构件可以是多孔金属、固体金属和冷却片中的任何一种。
(12)芯体可以是金属网、毛毡、纤维和渗透性多孔固体中的任何一种。
(13)工作流体可以是水、氨、乙醇、氦、氩、氮、铅、银和锂中任何一种。
(14)相变材料可以是石蜡、月硅酸和水合盐中的任何一种。
(15)第一空间与第二空间之间的边界可以是平面或曲面。
效果
在根据本发明的三维吸热装置中，该装置内部的传热系统是三维延伸和多样化的，使得传热速率可以得到提高。另外，在传热系统的一部分中提供蓄热性能，使得吸热装置可以通常在没有独立的强制冷却装置的情况下并且在抑制温度升高的状态下仅通过自然冷却以恒定速率操作。此外，这样的传热速率和/或蓄热性能得到改善，使得可以紧凑地设计能量消耗和噪声产生得到抑制的装置。另外，在根据本发明的三维吸热装置中，传热通道三维连接，使得抵抗外力的耐久性得到提高。此外，操作方向不受限制，使得包括该吸热装置的系统可以自由地设计。
附图说明
图1示出根据相关技术的线性热管的结构；
图2示出根据相关技术的扁平热管的示例；以及
图3至图6示出了根据本发明的不同实施方式的三维吸热装置的结构。
具体实施方式
在下文中，将通过实施方式来详细地描述本发明。在此之前，本说明书和所附的权利要求书中使用的术语和词语不应解释为限于一般或字面含义，而应基于发明人可以适当地定义术语的概念以最佳地描述其发明的原理来解释为与本发明的技术精神相匹配的含义和概念。因此，本说明书中所描述的实施方式的构造仅对应于本发明的最优选的实施方式，而不代表本发明的所有技术精神。因此，应理解的是，在提交本发明时，可能存在可以替换的各种等同物和修改。同时，在附图中，相同的部件或等同物可以由相同的附图标记表示。此外，在整个说明书中，当写成特定部分“包括”特定部件时，这意味着该特定部分不排除其它部件，而是还可以包括其他部件，除非另有描述。
图3示出了根据本发明的第一实施方式的吸热装置10。
图3A示出了吸热装置10的二维结构。如图3A所示，吸热装置10包括限定装置的外观的气密构件110，并且气密构件110的内部空间被划分成第一空间120和第二空间130。即，第二空间130由气密构件110的内部空间中未被第一空间120占据的空间构成。在本实施方式中，第一空间120形成工作流体蒸气的通道，并且第二空间130的内部填充有用于吸收液化的工作流体的多孔材料，以构成芯体140。气密构件110的外形没有特别限制，并且可以根据应用吸热装置10的系统来适当地确定。在该图中，气密构件110的外形被任意地表示为芯体140的空白空间，以便限定装置的外部和内部之间的边界。
在这种情况下，只要气密构件110不可渗透并且具有预定的导热性，气密构件110没有特别限制。只要工作流体是可以根据吸热装置10的操作温度和操作压力进行蒸发和冷凝的材料，该工作流体没有特别限制。所有液体(例如，水、氨和乙醇)和气体(例如，氦、氩和氮)以及固体(例如，铅、银和锂)可以在室温下和大气压下使用。例如，即使材料在室温和大气压下为固态，如果材料在吸热装置10的操作温度和操作压力下为液态或气态，该材料也可以用作工作流体。芯体140由多孔材料(例如，金属网、毛毡、纤维和渗透性多孔固体)形成，使得液化的工作流体可以通过毛细作用移动。气密构件110的内部压力可以保持为低于大气压，使得在预定的温度下发生蒸发和液化。
图3B是示出第一空间120的立体图。在这种情况下，第一空间120以三维栅格结构彼此连接，并且反射式地，第二空间130通过图3B的空白空间彼此连接。然而，图3B所示的物体以三维表示第一空间120的通道的形状，该通道起到用于蒸气相工作流体的通路的作用。通道的这样的形状由填充在第二空间130中的芯体140限定，这并不表示第一空间120与第二空间130之间的边界由单独的壁构成。因此，在本实施方式中，相变工作流体可以穿过第一空间120与第二空间130之间的边界。
虽然第一空间120的三维栅格形状如该实施方式中那样具有六边形栅格形状，并因此通道具有直线形状，但是本发明不限于此。例如，第一空间120与第二空间130之间的边界可以被构造为具有平坦形状或弯曲形状，作为工作流体的通路的通道的形状可以被构造为具有直线形状或曲线形状，并且通道的横截面可以根据位置而变化。
图3C是吸热装置100的操作概念图。预定第一空间120填充有气态工作流体，并且液化的工作流体被吸收在第二空间130的芯体140中。当热量从外部热源(没有示出)传递至吸热装置10的外部局部区域D时，浸在第二空间130的芯体140中的液化工作流体吸收热量而转化成气态工作流体，并且气态工作流体通过增大的蒸气压而沿第一空间120的通道移动以变为更加远离热源。远离热源的气态工作流体向外部放出热量，被转化成液化工作流体，并且再次吸被收在芯体140中。被吸收的液化工作流体通过毛细作用沿第二空间130的通道流回到靠近热源的芯体140中。外部热源产生的热量可以通过包括工作流体的蒸发、冷凝和移动的循环过程被有效地吸收和传递。
根据图3的实施方式的吸热装置10与根据相关技术的热管具有相同的基本传热原理，但是具有下述优点。第一，由于三维延伸的传热系统中由渗透性多孔材料形成的芯体140的体积比根据相关技术的热管的体积大得多，因此工作流体的量也增加。随着具有高比热的工作流体的量增加，整个吸热装置10的热容量增加，使得与由外部热源吸收的热能相比，吸热装置10本身的温度升高可能被显著延迟，并且即使没有独立的强制冷却装置，热量也可以被外部热源以恒定速率吸收。第二，填充第二空间130以隔离第一空间120的芯体140由渗透性多孔材料形成，因此可以用于对抗外力来支撑装置10并且吸收和储存液化的工作流体。也就是说，芯体140占据除了构成工作流体蒸气用的通道的第一空间120之外的气密构件110的内部空间，并因此也可以用作用于支撑载荷的轻质结构材料。第三，根据相关技术的线性或扁平热管是一维或二维热管，但是根据本实施方式的吸热装置10是一种三维热管。当热量从外部热源施加到气密构件110的一部分时，靠近热源的相变工作流体蒸气移动穿过多个相邻通道，并且相反侧的冷凝工作流体通过毛细作用从由渗透性多孔材料形成的整个空间朝向热源移动。因此，热传递快速进行，并且不管施加到气密构件110的热源的位置和方向如何，吸热装置10都可以使用相同的传热机构来操作。
图4示出了根据本发明的第二实施方式的吸热装置20的结构。
图4A示出了吸热装置20的二维结构。如图4A所示，与第一实施方式类似，吸热装置20包括气密构件210，并且气密构件210的内部空间被划分成第一空间220和第二空间230。此外，在本实施方式中，气密构件210的外形和材料、工作流体的种类以及芯体240a和240b的材料可以与根据第一实施方式的那些相同。
在本实施方式中，与第一实施方式不同，第一空间220与第二空间230之间的边界由壁280构成，并且芯体240a和240b设置在壁280的内表面上，使得第一空间220和第二空间230独立地形成工作流体蒸气用的通道。在这种情况下，与第一实施方式不同，由于第一空间220与第二空间230之间的边界由壁280形成，因此不可能移动相变工作流体。在第一空间220和第二空间230中操作的工作流体可以是均质材料或非均质材料。
图4B是示出第一空间220的立体图。在这种情况下，第一空间220以三维栅格结构连接，并且反射式地，第二空间230通过图4B的结构空白空间彼此连接。形成第一空间220的三维栅格结构是中空的薄膜结构，并且这样的薄膜构成第一空间220和第二空间230的壁280。在该实施方式中，例如，中空的薄膜结构的表面可以由三重周期性极小表面(TriplyPeriodic Minimal Surface，TPMS)(S.Hyde等人，The Language of Shape,Elsevier,Danvers,MA,USA1996)，并且图4B中示出了三种TPMS，例如，P表面、D表面和G表面。TPMS由彼此不相交且具有平均曲率为0(无论位置如何)连续的光滑曲面构成，并且由TPMS划分的第一空间220和第二空间230具有相似形状。
然而，在本实施方式中，尽管第一空间220的三维栅格形状具有栅格形状，该栅格形状具有TPMS，并因此通道具有弯曲形状，但是本发明不限于此。例如，即使在本实施方式中，由第一空间220的工作流体蒸气用的通道也可以由根据第一实施方式的图3B所示的直线构成。在这种情况下，形成第一空间220的三维薄膜结构的形状与图3B的通道的形状相同。此外，第一空间220与第二空间230之间的边界可以被构造为具有扁平形状或弯曲形状，作为用于工作流体的通路的通道的形状可以被构造为具有直线形状或曲线形状，并且通道的横截面可以根据位置而变化。
同时，这样的中空薄膜结构可以通过制造模板、形成薄膜和移除薄膜内部的模板的方法来制造，这是近来被公布并涉及中空薄膜结构的制造。模板可以通过使用光刻技术来固化热固性树脂的方法或通过线编织多孔桁架结构的方法来制作。只要薄膜材料可渗透并且具有与气密构件210类似的预定的导热率，该材料没有特别限制。例如，金属可以有利地用于此。
根据图4的实施方式的吸热装置20的热传递通过第一空间220和第二空间230的独立的通道进行。也就是说，当热量从外部热源传递至吸热装置20的外部的一部分时，浸渍在第一空间220和第二空间230的芯体240a和240b中的液化的工作流体吸收热量，并因此转化成气态工作流体。气态工作流体通过增大的蒸气压而沿第一空间220和第二空间230移动以变为更加远离热源。远离热源的气态工作流体向外部放出热量，被转化成液化工作流体，并且再次被吸收在芯体240a和240b中。被吸收的液化工作流体通过毛细作用沿第一空间220和第二空间230的通道移动到靠近热源的芯体240a和240b中。外部热源产生的热量可以通过包括工作流体的蒸发、冷凝和移动的循环过程被有效地吸收和传递。在这种情况下，如上所述，第一空间220和第二空间230中的工作流体可以是均质材料或非均质材料。
根据图4的实施方式的吸热装置20与根据相关技术的热管利用相同的基本传热原理，但是具有下述优点。第一，三维第一空间220和三维第二空间230用作工作流体用的独立通道，使得传热速率和传热量可以增大。此外，当第一空间220和第二空间230中的工作流体不同时，具有不同传热温度范围的多个传热机构可以同时在一个吸热装置20中实现。第二，与第一实施方式类似，由于三维延伸传热系统中由渗透性多孔材料形成的芯体240a和240b的体积比根据相关技术的热管的体积大得多，因此工作流体的量也增加。随着具有高比热的工作流体的量增加，整个吸热装置20的热容量增加，使得与由外部热源吸收的热能相比，吸热装置20本身的温度升高可能被显著延迟，并且即使没有独立的强制冷却装置，热量也可以被外部热源以恒定速率吸收。第三，作为第一空间220和第二空间230被隔开的边界的薄膜壁280本身构成可以支撑外部载荷的理想的轻质结构。例如，与重量相比，具有笼目(kagome)、八角体(octet)或金字塔栅格结构的中空桁架结构具有优异的强度(H.N.G.Wadley,Phil.Trans.R.Soc.A第364卷，第31-68页，2006年)。此外，还报道了，具有图4B所示的TPMS形状的薄膜结构也具有与中空桁架结构相等的强度(S.C.Han,J.W.Lee,K.Kang，先进材料(Advanced Materials)，第27卷，第5506-5511页，2015年)。因此，由于第一空间220和第二空间230被薄膜壁280分隔开，因此吸热装置20可以抵抗外力被支撑。第四，与第一实施方式类似，吸热装置20作为三维热管操作，因此不论施加到气密构件110上的热量的位置和方向如何可以使用相同的传热机制来操作。
图5示出了根据本发明的第三实施方式的吸热装置30的结构。
图5A示出了吸热装置30的二维结构。如图5A所示，与第一实施方式类似，吸热装置30包括气密构件310，并且气密构件310的内部空间被划分成第一空间320和第二空间330。此外，与第一实施方式类似，气密构件310的外形和材料、工作流体的种类以及芯体340的材料可以相同地使用。此外，与第二实施方式类似，由于第一空间320与第二空间330之间的边界由薄膜壁380形成，因此不可能移动相变工作流体。此外，形成第一空间320的三维中空薄膜结构、其制造方法以及薄膜的材料可以与根据第二实施方式的那些相同。尽管图5A示出了第一空间320具有栅格形状，该栅格形状具有TPMS，并因此通道具有弯曲形状，但是本发明并不限于此。
在本实施方式中，与第二实施方式不同，由于芯体340仅设置在第一空间320的壁380的内表面上，因此仅第一空间320形成工作流体蒸气用的通道，并且例如第二空间330填充有具有大的熔化潜热的PCM 350，例如石蜡、月桂酸和水合盐。在这种情况下，通过由第一空间320构成的通道进行来自外部热源的立即热传递，并且这样的立即热传递与第一实施方式中通过工作流体进行的热传递相同。填充在第二空间330的PCM 350用作蓄热装置，该蓄热装置逐渐地从外部吸收热量，同时从固相相变为液相。
图5B示出了第三实施方式的修改。在图5B中，第二空间330还包括具有高导热率且由金属形成的多孔传热构件360。多孔传热构件360可以由渗透性多孔金属(例如，泡沫金属、栅格金属和编织金属)形成(K.J.Kang,“线编织的蜂窝金属：现在和未来”(“Wire-wovencellular metals:the present and future”)，材料科学进展(Progress in MaterialsScience)，第69卷，第213-307页，2015年)，并且浸渍在PCM 360中。这样的多孔传热构件360促进到具有低导热率的PCM 360的传热速率，从而提高吸热装置30的蓄热性能。
与基于根据相关技术的热管或PCM的蓄热装置相比，根据图5的实施方式的吸热装置30具有下述优点：第一，通过第一空间320的三维通道，到第二空间330的PCM 350的热传递通过具有宽表面积的壁380立即进行，使得可以提高对PCM的热吸收的响应性。第二，当第二空间330中的PCM 350的熔化温度在第一空间210的立即传热的操作温度范围内时，由于围绕第一空间320的第二空间330中的PCM 350具有高的熔化潜热，即使从外部施加出乎意料的高热能时，第一空间320中的工作流体也完全干燥，使得传热功能丧失的可能性显著降低。同时，当第二空间330中的PCM 350的熔化温度在第一空间320的传热操作温度范围之外时，第一空间320和第二空间330可以独立地操作。第三，由于第二空间330的PCM 350本身具有高比热，因此即使根据热管原理在第一空间320中进行传热时，整个吸热装置30的温度缓慢升高，并且甚至可以在没有独立的强制冷却装置的情况下以恒定的速率进行热吸收。第四，与第二实施方式类似，作为第一空间320和第二空间330被隔开的边界的薄膜壁380本身构成可以支撑外部载荷的理想的轻质结构，因此可以用于根据外力支撑吸热装置30。第五，与第一实施方式类似，吸热装置30作为三维热管操作，因此不管施加到气密构件310的热量的位置和方向如何，都可以使用相同的传热机构来操作。第六，与第一实施方式类似，由于设置了三维延伸的传热系统，因此传热速率可能增大，并且装置的热容量可能增加。
图6示出了根据本发明的第四实施方式的吸热装置40的结构。
图6A和图6B示出了吸热装置40的二维结构和三维结构。如图6A所示，与第一实施方式类似，吸热装置40包括气密构件410，并且气密构件410的内部空间被划分成第一空间420和第二空间430。此外，与第一实施方式类似，气密构件410的外形和材料、工作流体的种类以及芯体440的材料可以相同地使用。此外，与第二实施方式类似，由于第一空间420和第二空间430之间的边界由薄膜壁480形成，因此不可能移动相变工作流体。此外，形成第一空间420的三维中空薄膜结构、其制造方法以及薄膜的材料可以与根据第二实施方式的那些相同。尽管图6A示出了第一空间420的通道的形状具有与图3B类似的六边形栅格形状和线性形状，但是本发明不限于此。
在本实施方式中，与第三实施方式类似，由于仅在第一空间420的壁480的内表面上提供芯体440，仅第一空间420形成工作流体蒸气用的通道。然而，与第三实施方式不同，第二空间430可以如图6A和图6B所示具有散热构件470(例如，冷却片)，或者可以如图6C所示完全是空的。除了冷却片之外，散热构件470也可以由多孔金属或实心金属形成，并因此可以填充第二空间430的全部或一部分。在这种情况下，使用与热管相同的原理在第一空间420中进行立即传热，并且使用散热构件470或空的空间在第二空间430中进行传导传热、辐射传热和对流传热。当第二空间430的体积比第一空间420的体积更大时，可以有利地使用第二空间430中的传热机构。
与根据相关技术的热管相比，根据图6的实施方式的传热装置40具有下述优点：第一，当第二空间430的体积比第一空间420的体积更大时，使用第二空间430本身或散热构件470引发传导传热、辐射传热和对流传热，使得甚至在没有独立的强制冷却装置的情况下也可以以恒定速率进行热吸收。第二，特别地，当填充在第二空间430中的散热构件470完全填充有非多孔(实心)材料(例如金属)时，第一空间420可以简单地通过对非多孔材料块钻孔而形成，使得吸热装置40可以容易地制造，结构强度可以得到提高，吸热装置40具有非多孔材料的高热容量，因此即使在没有独立的强制冷却装置的情况下也可以以恒定速率进行吸热。第三，即使在第二空间430是空的或散热构件470没有被完全填充时，与第二实施方式类似，作为第一空间420和第二空间430被隔开的壁的薄膜壁480本身构成可以支撑外部载荷的理想的轻质结构，因此可以用于根据外力支撑吸热装置40。第四，与第一实施方式类似，吸热装置20作为三维热管操作，因此不管施加到气密构件410的热量的位置和方向如何，都可以使用相同的传热机构操作。第五，与第一实施方式类似，由于设置了三维延伸的传热系统，因此传热速率可能增大，并且装置的热容量可能增加。
如上所述，在根据本发明的三维吸热装置中，装置内部的传热系统为三维延伸和多样化的，使得传热速率可以得到提高。另外，在传热系统的一部分中提供蓄热性能，使得吸热装置可以通常在没有独立的强制冷却装置的情况下并且在抑制温度升高的状态下仅通过自然冷却以恒定速率操作。此外，这样的传热速率和/或蓄热性能得到改善，使得可以紧凑地设计能量消耗和噪声产生得到抑制的装置。此外，在根据本发明的三维吸热装置中，由于传热通道以三维连接，因此操作方向不受限制，使得包括该吸热装置的系统可以自由地设计。
上述描述涉及本发明的详细的实施方式。本发明的上述是实施方式不应理解为限制为了描述本发明所公开的事物或本发明的范围。此外，应理解的是，本领域技术人员可以在不脱离本发明的本质的情况下推出各种变化和修改。例如，在上述实施方式中，由第一空间和第二空间执行的作用可以相互变化。此外，尽管在实施方式中进行了描述，但是填充在吸热装置中的工作流体和相变材料可以根据操作温度和操作压力范围进行适当地选择和使用。因此，应理解的是，所有修改和变化都对应于所附权利要求或其等同物公开的本发明的范围。

Claims (11)

1.一种三维吸热装置，其包括：
限定三维吸热装置的外观的气密构件；
在气密构件内部以三维栅格结构彼此连接的第一空间；以及
在气密构件的内部空间中构成未被第一空间占据的空间的第二空间，
所述第一空间和第二空间是相互独立地连续的空的空间，
其中，第一空间与第二空间之间的边界由壁构成，
芯体设置在第一空间和第二空间的壁的内表面上，并且第一空间和第二空间形成工作流体蒸气用的通道。
2.一种三维吸热装置，其包括：
限定三维吸热装置的外观的气密构件；
在气密构件内部以三维栅格结构彼此连接的第一空间；以及
在气密构件的内部空间中构成未被第一空间占据的空间的第二空间，
所述第一空间和第二空间是相互独立地连续的空的空间，
其中，第一空间与第二空间之间的边界由壁构成，
芯体设置在第一空间和第二空间中任何一个空间的壁的内表面上，以形成工作流体蒸气用的通道，
第一空间和第二空间中未形成工作流体蒸气用的通道的空间的内部填充有相变材料。
3.根据权利要求2所述的三维吸热装置，其还包括：
浸渍在相变材料中的多孔传热构件。
4.根据权利要求3所述的三维吸热装置，其中，多孔传热构件是泡沫金属、栅格金属和编织金属中的任何一种。
5.根据权利要求2或3所述的三维吸热装置，其中，相变材料是石蜡、月硅酸和水合盐中的任何一种。
6.一种三维吸热装置，其包括：
限定三维吸热装置的外观的气密构件；
在气密构件内部以三维栅格结构彼此连接的第一空间；以及
在气密构件的内部空间中构成未被第一空间占据的空间的第二空间，
所述第一空间和第二空间是相互独立地连续的空的空间，
其中，第一空间与第二空间之间的边界由壁构成，
芯体设置在第一空间和第二空间中任何一个空间的壁的内表面上，以形成工作流体蒸气用的通道，
在第一空间和第二空间中未形成工作流体蒸气用的通道的空间中设置固体散热构件。
7.根据权利要求1、2、6中任一项所述的三维吸热装置，其中，工作流体是均质材料或非均质材料。
8.根据权利要求6所述的三维吸热装置，其中，散热构件是多孔金属、固体金属和冷却片中的任何一种。
9.根据权利要求1、2、6中任一项所述的三维吸热装置，其中，芯体是金属网、毛毡、纤维和渗透性多孔固体中的任何一种。
10.根据权利要求1、2、6中任一项所述的三维吸热装置，其中，工作流体是水、氨、乙醇、氦、氩、氮、铅、银和锂中任何一种。
11.根据权利要求1、2、6中任一项所述的三维吸热装置，其中，第一空间与第二空间之间的边界是平面或曲面。
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