專利名稱：一種多級毛細泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種集工質冷凝、傳遞和蒸發為一體的多孔結構裝置。該裝置尤 其適用于堿金屬熱電直接轉換裝置(縮寫為AMTEC)中。
(二)
背景技術：
堿金屬熱電轉換裝只是利用堿金屬工質潛熱進行能量傳遞的一種裝置。其堿 金屬工質為鈉、鉀及其合金等。在以往的研究中發現存在多種因素影響熱電轉換 器的效率。如固體電解質(Beta〃Alumina Solid Electrolyte-BASE)性能、電 極性能、整體的熱損失、高低溫端溫度等等。由于工質的冷凝、動力來源和蒸發 均發生在多孔結構內。所以多孔結構對堿金屬熱電轉換器影響是巨大的。
在工質進入大毛細孔徑區域時，由于其毛細孔徑較大，滲透性較強，產生的 吸附力較?。辉谛】讖絽^域，其毛細孔徑較小，滲透性較弱，但它具有較大的毛 細力。Graded porosity artery for alkali metal thermal to electric conversion (扁TEC) cells/5, 952， 605/Robert K.中公開了一種用于AMTEC中的 多孔通路，該多孔結構連接了 AMTEC高壓和低壓端。并將堿金屬工質從低壓端運 輸到高壓端；該多孔通路在冷端一側有用于冷凝的冷凝器，在高溫段一側有用于 蒸發的蒸發器。這該毛細通路、蒸發器和冷凝器根據各部分特點具有不同毛細孔 徑以適應需要。
(三)

發明內容
本發明的目的在于提供一種可以保證在堿金屬熱電直接轉換器中堿金屬工 質充分循環，避免由于堿金屬熱電轉換器在高負載時形成的堿金屬工質斷流的一 種多級毛細泵。
本發明的目的是這樣實現的-
本發明它包括作為冷凝器的第一級多孔結構、作為毛細通路的第二級多孔結 構和作為蒸發器的第三級多孔結構，三級多孔結構連接成一體，且各級多孔毛細
結構的毛細孔徑各不相同，第一級的毛細孔徑最大，第二級的毛細孔徑比第一級的小，第三級的毛細孔徑最小，作為蒸發器的第三級多孔毛細結構的出口端為凹 形出口。
本發明還可以包括
1、 所述的凹形出口的斷面為三角形，頂角角度a范圍為20-120°之間。
2、 所述的凹形出口的斷面為曲線形，頂角平滑過渡。
3、 作為毛細通路的第二級多孔結構的多孔毛細結構由毛細芯、毛細管和套 在毛細芯與毛細管之間的同心圓柱組成，毛細芯和毛細管內的毛細孔徑不相同， 毛細芯的毛細孔徑小于毛細管的毛細孔徑。
4、 在第二和第三級多孔結構的多孔毛細結構外套有套管。
本發明將冷凝器、毛細通路和蒸發器組成一個一體的結構。由于各主要部件 均為多孔毛細結構，且其毛細孔徑各不相同，故將該發明裝置總體分為三級。第 一級是具有大毛細孔徑的冷凝器，在此使用大毛細孔徑是為了減少壓力損失。第 二級的毛細通路的毛細孔徑比第一級別有所減小。這是為了保證液態工質足夠的 吸附力。第三級的蒸發器孔徑最小，產生的毛細力最大，此毛細力可以為工質流 動提供足夠的動力。
同時本裝置為了提高蒸發器的蒸發效率，可以根據具體使用情況選擇蒸發器
出口角度a 。另外本裝置還可以使用另外一種特殊的出口形狀的蒸發器。
為了降低毛細通路的壓力損失。本裝置的還可以選擇另外一種毛細通路。該
毛細通路由毛細芯、毛細管和同心圓柱組成。
本發明可以保證在堿金屬熱電直接轉換器中堿金屬工質充分循環，避免由于
堿金屬熱電轉換器在高負載時形成的堿金屬工質斷流，避免在毛細泵中產生"干燒"。
(四)


圖l是本發明的結構示意圖； 圖2是本發明的一種蒸發器出口形狀示意圖； 圖3是本發明的另一種蒸發器出口形狀示意圖； 圖4是本發明的另一種結構示意圖； 圖5是同心圓柱的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述結合圖1，本發明第一種具體實施方式
的主要部件均為多孔結構。故按照孔 徑大小，可將本發明裝置分為三級。第一級多孔結構是冷凝器l。第二級多孔結 構是毛細通路2。第三級多孔結構是蒸發器3。冷凝器與毛細通路直接相連。為 保證冷凝器的穩定性可用支撐架起到支撐作用。用難熔金屬套管4將毛細通路與 蒸發器連接在一起。在毛細通路和蒸發器外套有不銹鋼套管5，且蒸發器與不銹 鋼管套之間用真空焊接，可保證毛細泵的密封性及強度要求。其中冷凝器和毛細
通路由直徑為5//m-20/zm的難熔合金細絲壓制而成。而蒸發器則由金屬粉末制
成。其金屬粉末材料可從鎳、鉬和鎳鉬材料中選取。為了降低AMTEC整體壓降， 提高滲透率，第一級的冷凝器選用毛細孔徑較大的多孔結構；為了減少壓降，但 又不至于工質在流動中缺少吸附力，第二級別的毛細通孔徑比第一級的毛細孔徑
要小一些。第三級的毛細孔徑是這三種級別中最小的。大約在5戶-10戶，只
有這樣在蒸發器中所產生的毛細力才可以為整個AMTEC提供足夠的動力源。冷 凝器、毛細通路和蒸發器各自毛細孔徑為a、 b、 c，其關系為c<b<a。作為蒸 發器的第三級多孔毛細結構的出口端有凹形出口。同時結合圖2和圖3，凹形出 口可以是三角形出口或凹曲線形出口，當為三角形出口，出口角度a范圍為 20-120°之間；當為凹曲線形出口，頂角平滑過渡。
結合圖4和圖5，本發明的第二種具體實施方式
是在第一種實施方式的基礎 上，將毛細通路設計成由毛細芯8、毛細管7和同心圓環9三部分組成。毛細芯 和毛細管具有相同的長度。毛細芯和毛細管之間有一定的距離。這樣就形成了一 個空腔6，空腔可以降低整個毛細泵的壓力損失，空腔兩側的多孔結構可以為液 態的工質提供足夠的吸附力。毛細芯和毛細管內的毛細孔徑(e，d)也不相同。 毛細芯毛細孔徑要相對小一些。毛細管毛細孔徑之所以相對大一些，是因為由于 不銹鋼套管傳熱會引起空腔內液態工質的蒸發。蒸發后的工質容易形成阻塞。為 防止這一現象，故釆用毛細孔徑較大的多孔結構與不銹鋼套管接觸，降低傳熱效 果。在空腔的內部有一個同心圓環是用于固定毛細芯和毛細管相對位置。同心圓 環可以用熱脹冷縮的方法安裝，不必用焊接方法使其與其相鄰的兩個零件固定。 該圓環用于固定毛細芯和毛細管相對位置。其中Rl是毛細芯的直徑，R2是毛 細管內徑。材料可選擇不銹鋼。
權利要求
1、一種多級毛細泵，它包括作為冷凝器的第一級多孔結構、作為毛細通路的第二級多孔結構和作為蒸發器的第三級多孔結構，其特征是三級多孔結構連接成一體，且各級多孔毛細結構的毛細孔徑各不相同，第一級的毛細孔徑最大，第二級的毛細孔徑比第一級的小，第三級的毛細孔徑最小，作為蒸發器的第三級多孔毛細結構的出口端為凹形出口。
2、 根據權利要求1所述的一種多級毛細泵，其特征是所述的凹形出口的斷面為三角形，頂角角度a范圍為20-120°之間。
3、 根據權利要求1所述的一種多級毛細泵，其特征是所述的凹形出口的斷面為曲線形，頂角平滑過渡。
4、 根據權利要求l、 2或3所述的一種多級毛細泵，其特征是作為毛細通路的第二級多孔結構的多孔毛細結構由毛細芯、毛細管和套在毛細芯與毛細管之間的同心圓柱組成，毛細芯和毛細管內的毛細孔徑不相同，毛細芯的毛細孔徑小于毛細管的毛細孔徑。
5、 根據權利要求l、 2或3所述的一種多級毛細泵，其特征是在第二和第三級多孔結構的多孔毛細結構外套有套管。
6、 根據權利要求4所述的一種多級毛細泵，其特征是在第二和第三級多孔結構的多孔毛細結構外套有套管。
全文摘要
本發明提供的是一種多級毛細泵。它包括作為冷凝器的第一級多孔結構、作為毛細通路的第二級多孔結構和作為蒸發器的第三級多孔結構，三級多孔結構連接成一體，且各級多孔毛細結構的毛細孔徑各不相同，第一級的毛細孔徑最大，第二級的毛細孔徑比第一級的小，第三級的毛細孔徑最小，作為蒸發器的第三級多孔毛細結構的出口端為凹形出口。本發明可以保證在堿金屬熱電直接轉換器中堿金屬工質充分循環，避免由于堿金屬熱電轉換器在高負載時形成的堿金屬工質斷流，避免在毛細泵中產生“干燒”。
文檔編號H02N3/00GK101594077SQ200910072430
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月1日 優先權日2009年7月1日
發明者周春良, 張寶嶺, 王嘉寧, 鄭洪濤 申請人:哈爾濱工程大學