专利名称：传热系统的制造技术
技术领域：
该说明书涉及传热系统和制造该传热系统的方法。
背景技术：
传热系统用于从一个位置(热源)到另一个位置(散热器)传送热量。传热系统能够用在陆地或地球外应用。例如，传热系统会结合在零度以内或低重力环境中操作的卫星设备上。作为另一实例，传热系统能够用在在操作中经常需要冷却的电子设备中。
回路热管(LHP)和毛细泵吸回路(CPL)是被动的两相传热系统。每个均包括热结合到热源上的蒸发器、热结合到散热器上的冷凝器、在蒸发器和冷凝器之间流动的流体和用于流体扩张的流体储存器。在传热系统内的流体能够称为工作流体。蒸发器包括主芯和包括流体流动通道的芯部。由蒸发器获得的热量传送到冷凝器并且由冷凝器排放。这些系统利用在蒸发器内的细孔芯中生成的毛细压力，以便促进从蒸发器到冷凝器并且返回蒸发器的工作流体的循环。在LHP和CPL之间的主要区别特征是回路储存器的位置，该储存器用于存储在操作过程中从回路转移的过多的流体。一般，CPL的储存器远离蒸发器放置，而LHP的储存器与蒸发器共同放置。
发明内容
在一个总体方面，制造蒸发器的方法包括定向蒸汽阻挡壁、定向液体阻挡壁和在蒸汽阻挡壁和液体阻挡壁之间定位芯。定向该蒸汽阻挡壁使得蒸汽阻挡壁的热吸收表面限定蒸发器的至少一部分外表面。该外表面构造成接收热量。定向液体阻挡壁靠近蒸汽阻挡壁。该液体阻挡壁具有构造成限制液体的表面。定向蒸汽阻挡壁、定向液体阻挡壁和定位芯中至少一个包括在芯和蒸汽阻挡壁之间的界面处限定蒸汽去除通道。定向蒸汽阻挡壁、定向液体阻挡壁和定位芯中至少一个包括在液体阻挡壁和主芯之间限定液体流动通道。
实施例可以包括一个或多个下面的方面。例如，该方法也可以包括形成蒸汽阻挡壁和形成液体阻挡壁。形成蒸汽阻挡壁可以包括将蒸汽阻挡壁形成为平面形状并且形成液体阻挡壁可以包括将液体阻挡壁形成为平面形状。形成蒸汽阻挡壁可以包括将蒸汽阻挡壁形成为环形形状并且形成液体阻挡壁可以包括将液体阻挡壁形成为环形形状。
定位芯包括在蒸汽阻挡壁上热收缩芯。定位芯包括在芯上热收缩液体阻挡壁。
定位可以包括在蒸汽阻挡壁和液体阻挡壁的液体限制表面之间定位芯。
该方法可以包括定向分冷却器靠近液体阻挡壁。定向分冷却器可以包括将分冷却器热收缩到液体阻挡壁上。
该方法可以包括电蚀刻、机加工或光蚀刻蒸汽去除通道进入蒸汽阻挡壁内。该方法可以包括将蒸汽去除通道嵌入芯内。
该方法也可以包括通过轧制蒸汽阻挡材料为圆柱形并且密封蒸汽阻挡材料的配合边缘而形成蒸汽阻挡壁。该方法可以包括通过轧制液体阻挡材料为圆柱形并且密封液体阻挡材料的配合边缘而形成液体阻挡壁。
定向液体阻挡壁可以包括热收缩液体阻挡壁。
该方法可以包括形成液体阻挡壁，并且光蚀刻液体流动通道进入液体阻挡壁内。
在另一总体方面，制造蒸发器的方法包括定向具有环形形状的液体阻挡壁、定向与液体阻挡壁同轴具有环形形状的蒸汽阻挡壁、以及在液体阻挡壁和蒸汽阻挡壁之间定位芯，该芯与液体阻挡壁同轴。
实施例可以包括一个或多个下面的方面。例如，该方法也可以包括形成蒸汽阻挡壁和形成液体阻挡壁。
定位芯可以包括在蒸汽阻挡壁上热收缩芯。定位芯可以包括在芯上热收缩液体阻挡壁。定位可以包括在蒸汽阻挡壁和液体阻挡壁的液体限制表面之间定位芯。
该方法可以包括定向分冷却器靠近液体阻挡壁。定向分冷却器可以包括将分冷却器热收缩到液体阻挡壁上。
该方法可以包括电蚀刻、机加工或光蚀刻蒸汽去除通道进入蒸汽阻挡壁内。该方法可以包括将蒸汽去除通道嵌入芯内。
该方法也可以包括通过轧制蒸汽阻挡材料为圆柱形并且密封蒸汽阻挡材料的配合边缘而形成蒸汽阻挡壁。该方法可以进一步包括通过轧制液体阻挡材料为圆柱形并且密封液体阻挡材料的配合边缘而形成液体阻挡壁。
定向液体阻挡壁可以包括热收缩液体阻挡壁。
从说明书、附图和权利要求中，其它特征和优点将变得显然。
图1是热传送系统的的示意图。
图2是由图1示意性示出的热传送系统的实施例的图。
图3是使用热传送系统的传送热量的工序的流程图。
图4是示出在图3的工艺流程中热传送系统的各种组件的温度曲线图的图表。
图5A是在图1的热传送系统中示出的三端口主蒸发器的图。
图5B是沿图5A的5B-5B截取的主蒸发器的横截面图。
图6是能够结合入图1所示热传送系统的四端口主蒸发器的图。
图7是热传送系统的实施例的示意图。
图8A、8B、9A和9B是使用热传送系统的应用的透视图。
图8C是沿图8A的8C-8C截取的流体管路的横截面图。
图8D和9C分别是图8A和9A的热传送系统的实施例的示意图。
图10是平面蒸发器的横截面图。
图11是环形蒸发器的轴向横截面图。
图12是图11的环形蒸发器的径向横截面图。
图13是图12的环形蒸发器的径向横截面图的一部分的放大图。
图14A是图11的环形蒸发器的透视图。
图14B是图14A的环形蒸发器的顶部和局部剖视图。
图14C是图14B的环形蒸发器的一部分的放大横截面图。
图14D是沿线14D-14D截取的图14B的环形蒸发器的横截面图。
图14E和14F是图14D的环形蒸发器的部分的放大图。
图14G是图14A的环形蒸发器的透视剖视图。
图14H是图14G的环形蒸发器的详细透视剖视图。
图15A是形成为图14A的环形蒸发器的筒节组件的蒸汽阻挡壁的平面详细视图。
图15B是沿线15B-15B截取的图15A的蒸汽阻挡壁的横截面图。
图16A是图14A的环形蒸发器的主芯的透视图。
图16B是图16A的主芯的俯视图。
图16C是沿线16C-16C截取的图16B的主芯的横截面图。
图16D是图16C的主芯的一部分的放大图。
图17A是形成为图14A的环形蒸发器的环形圈的液体阻挡壁的透视图。
图17B是图17A的蒸汽阻挡壁的俯视图。
图17C是沿线17C-17C截取的图17B的蒸汽阻挡壁的横截面图。
图17D是图17C的蒸汽阻挡壁的一部分的放大图。
图18A是将图17A的液体阻挡壁从图15A的蒸汽阻挡壁分离的圈的透视图。
图18B是图18A的俯视图。
图18C是沿线18C-18C截取的图18B的圈的横截面图。
图18D是图18C的圈的一部分的放大图。
图19A是图14A的环形蒸发器的圈的透视图。
图19B是图19A的俯视图。
图19C是沿线19C-19C截取的图19B的圈的横截面图。
图19D是图19C的圈的一部分的放大图。
图20是能够使用传热系统冷却的循环热交换系统的透视图。
图21是诸如图20的循环热交换系统的循环热交换系统的横截面图。
图22是诸如图20的循环热交换系统的循环热交换系统的侧视图。
图23是包括循环热交换系统和传热系统的热力学系统的第一实施例的示意图。
图24是包括循环热交换系统和传热系统的热力学系统的第二实施例的示意图。
图25是使用根据图10-13的原理设计的蒸发器的传热系统的示意图。
图26是图25的传热系统的功能分解图。
图27是在图25的传热系统中使用的蒸发器的局部横截面的详细视图。
图28是在图25的传热系统中使用的热交换器的透视图。
图29是循环热交换系统的热源的温度相对在传热系统和循环热交换系统的热源之间的界面的表面区域的图表。
图30是围绕一部分循环热交换系统封装的传热系统的顶部平面图。
图31是围绕图30的循环热交换系统封装的传热系统的局部横截面正视图(沿线31-31截取)。
图32是在传热系统和图30的循环热交换系统之间的界面的局部横截面正视图(在细节3200处截取)。
图33是安装到循环热交换系统上的传热系统的上部透视图。
图34是安装到图33的循环热交换系统上的传热系统的下部透视图。
图35是在传热系统的蒸发器和循环热交换系统之间的界面的局部横截面图，其中蒸发器夹持在循环热交换系统上。
图36是用于将蒸发器夹持到图35的循环热交换系统上的夹具的侧视图。
图37是在传热系统的蒸发器和循环热交换系统之间的界面的局部横截面图，其中该界面通过在蒸发器和循环热交换系统之间的干涉配合而形成。
图38是在传热系统的蒸发器和循环热交换系统之间的界面的局部横截面图，其中该界面通过将蒸发器整体地与循环热交换系统形成而形成。
图39是传热系统的冷凝器的顶部平面图。
图40是沿图39的冷凝器的线40-40截取的局部横截面图。
图41-43是具有层叠构造的冷凝器的详细横截面图。
图44是具有挤压构造的冷凝器的详细横截面图。
图45是具有挤压构造的冷凝器的透视详细及横截面图。
图46是围绕循环热交换系统封装的传热系统的一侧的横截面图。
图47包括循环热交换系统和传热系统的热力学系统的透视图。
图48是图47的传热系统的一部分的示意图。
图49是图47的传热系统的一部分的透视图。
图50是图47的热力学系统的侧透视图。
图51是图47的热力学系统的一部分的示意图。
图52是图47的热力学系统的透视图。
图53A是芯分组件的透视图，该芯分组件是图47的传热系统的蒸发器的一部分。
图53B是图53A的芯分组件的一部分的透视图。
图53C是液体阻挡壁的透视图，该液体阻挡壁是图47的传热系统的蒸发器的一部分。
图53D是分冷却器的透视图，该分冷却器是图47的传热系统的蒸发器的一部分。
图53E是图47的传热系统的蒸发器的透视图。
图54是用于制造图47的热力学系统的工序的流程图，包括用于制造图47的传热系统的工序。
图55是用于准备图53A和53B的芯分组件的工序的流程图。
图56A-56E是示出在图55的工序中的步骤的透视图。
图57是用于准备图53C的液体阻挡壁的工序的流程图。
图58A-58E是示出在图57的工序中的步骤的透视图。
图59是用于准备图47的传热系统的蒸发器的外部分组件的工序的流程图。
图60A-60G是示出在图59的工序中的步骤的透视图。
图61是用于将外部分组件与图47的传热系统的蒸发器的芯分组件相结合的工序的流程图。
图62A-62E是示出在图61的工序中的步骤的透视图。
图63是用于完成在图61的工序过程中形成的蒸发器主体的工序的流程图。
图64A是示出在图63的工序中的步骤的蒸发器主体的侧横截面图。
图65是用于将在图63的工序中完成的蒸发器结合到图47的循环热交换系统上的工序的流程图。
图66A和66B是示出图65的工序中的步骤的立体图。
在不同附图中相同的附图标记指示相同的元件。
具体实施例方式
如上所述，在回路热管(LHP)中，储存器与蒸发器放在一起，从而，该储存器通过类似热管的管道与储存器进行热和液压连接。以此方式，来自储存器的液体能够泵吸到蒸发器，从而确保蒸发器的主芯在启动过程中充分润湿或者“灌注”。另外，LHP的设计也减小在传热系统内在蒸发器的稳定状态或瞬时操作过程中来自蒸发器主芯的液体的损耗。而且，非冷凝气体(NCG气泡)的蒸汽和/或气泡通过热管状的管道从蒸发器的芯部排出进入储存器内。
传统LHP需要液体在启动(也即，施加功率到LHP的蒸发器)之前存在于储存器中。然而，如果在LHP中的工作流体在LHP启动之前处于超临界状态，液体在启动之前将不存在于储存器中。超临界状态是其中LHP的温度高于工作流体的临界温度的状态。流体的临界温度是流体能够显示液体-蒸汽平衡的最高温度。例如，LHP可以处于超临界状态，如果工作流体是低温流体也即具有低于-150℃的沸点的流体，或者如果工作流体是低于室温的流体也即具有低于LHP操作的环境温度的沸点的流体。
传统LHP也需要返回蒸发器的液体过冷，也即冷却到比工作流体的沸点更低的温度。这种约束使得其在低于室温的温度操作LHP不实际。例如，如果工作流体是低温流体，LHP可能在具有大于流体沸点的温度的环境中操作。
参照图1，热传送系统100设计成克服传统LHP的局限。热传送系统100包括传热系统105和灌注系统110。该灌注系统110构造成将传热系统105内的流体转换为液体，从而灌注传热系统105。如在该说明书中所使用的术语“流体”是通用术语，其指代在饱和平衡状态为液体和蒸汽两者的物质。
传热系统105包括主蒸发器115以及通过液体管路125和蒸汽管路130结合到主蒸发器115上的冷凝器120。冷凝器120与散热器165热连通，并且主蒸发器115与热源Qin 116热连通。如果需要，系统105也可以包括储热器147，该储热器147结合到蒸汽管路130上，作为额外的压力容器。特别地，储热器147增加系统100的容积。如果工作流体处于在其临界温度(也即工作流体能够显示出液体-蒸汽平衡的最高温度)以上的温度时，其压力成比例于系统100中的质量(装载)并且反比例于系统的容积。增加储热器147的容积降低填充压力。
主蒸发器115包括容纳主芯140的容器117，在该主芯140内限定芯部135。主蒸发器115包括插入管142和在芯部135内的第二芯145。插入管142、主芯140和第二芯145限定液体通道143、第一蒸汽通道144和第二蒸汽通道146。第二芯145提供相控制，也即在芯部135中的液体/蒸汽分离，如在2001年6月29日申请的美国申请No.09/896561中讲述的，该申请其全文在此结合作为参考。如所示，主蒸发器115具有三个端口，液体进口137进入液体通道143，蒸汽出口132从第二蒸汽通道146出来进入蒸汽管路130，并且流体出口139从液体通道143(如下所述，并且可能第一蒸汽通道144)出来。三端口蒸发器的结构的进一步细节相对于图5A和5B在下面讲述。
灌注系统110包括结合到蒸汽管路130上的第二或灌注蒸发器150和与第二蒸发器150放在一起的储存器155。该储存器155通过第二流体管路160和第二冷凝器122结合到主蒸发器115的芯部135上。第二流体管路160结合到主蒸发器115的流体出口139上。灌注系统110也包括与第二蒸发器150热连通的受控热源Qsp 151。
第二蒸发器150包括容纳主芯190的容器152，在该主芯190内限定芯部185。第二蒸发器150包括插入管153和从芯部185延伸通过管道175并且进入储存器155内的第二芯180。第二芯180提供在储存器155和第二蒸发器150之间的毛细连接。插入管153、主芯190和第二芯180限定结合流体管路160的液体通道182、结合储存器155的第一蒸汽通道181和结合蒸汽管路130的第二蒸汽通道183。储存器155通过液体通道182、第二芯180和第一蒸汽通道181热结合以及液压结合第二蒸发器150的芯部185。来自第二蒸发器150的芯部185的蒸汽和/或NCG气泡被清扫通过第一蒸汽通道181到储存器155，并且可冷凝液体通过第二芯180从储存器155返回第二蒸发器150。主芯190将在芯部185内的液体液压连接到热源Qsp 151，当热量施加给第二蒸发器150时允许在主芯190外表面处的液体在第二蒸汽通道183内蒸发并且形成蒸汽。
储存器155是冷偏置的，并且从而，其通过冷却源冷却，该冷却源将允许储存器155如果未加热则在低于传热系统105操作温度的温度操作。在一种实施例中，储存器155和第二冷凝器122与热结合到冷凝器120上的散热器165热连通。例如，储存器155能够使用分流器170安装到散热器165上，该分流器170可以由铝或任意导热材料制成。以此方式，储存器155的温度跟踪冷凝器120的温度。
图2示出热传送系统100的实施例的实例。在该实施例中，冷凝器120和122安装到用作致冷器的低温冷却机200上，从冷凝器120、122传送热量到散热器165。另外，在图2的实施例中，管路125、130、160进行缠绕以便减小热传送系统100所需的空间。
尽管在图1和2中未示出，诸如例如储存器155和主蒸发器115的元件可以装配有能够用于诊断或测试目的的温度传感器。
同时参照图3，系统100执行用于从热源Qin 116传送热量并且用于确保主蒸发器115在启动之前由液体润湿的工序300。当传热系统105处于超临界状态时该工序300特别地有用。在工序300开始之前，系统100填充有工作流体，处于称为“填充压力”的特定压力。
起初，储存器155例如通过将储存器155安装到散热器165上而冷偏置(步骤305)。储存器155可以冷偏置到在工作流体的临界温度以下的温度，该临界温度如所讲述的是工作流体能够显示液体-蒸汽平衡的最高温度。例如，如果流体是具有33℃临界温度的乙烷，储存器155冷却到33℃以下。由于储存器155的温度下降到工作流体的临界温度以下，储存器155局部填充由工作流体形成的液体冷凝物。在储存器155内液体的形成润湿第二芯180和第二蒸发器150的主芯190(步骤310)。
同时，通过从热源Qsp151到第二蒸发器150施加热量(步骤315)把功率施加给灌注系统110，以便提高或开始在传热系统105内的流体循环。由于在主芯190和第二蒸汽通道183之间的界面处的毛细压力，由第二蒸发器150输出的蒸汽被泵吸通过蒸汽管路130以及通过冷凝器120(步骤320)。当蒸汽到达冷凝器120时，其转化为液体(步骤325)。在冷凝器120中形成的液体泵吸到传热系统105的主蒸发器115(步骤330)。当主蒸发器115处于比流体的临界温度更高的温度时，进入主蒸发器115的液体蒸发并且冷却主蒸发器115。该过程(步骤315-330)继续，引起主蒸发器115到达设定点温度(步骤335)，在该点处主蒸发器能够保留液体并且被润湿并且如毛细泵一样操作。在一种实施例中，该设定点温度是储存器155已经被冷却的温度。在另一种实施例中，该设定点温度是工作流体的临界温度以下的温度。在进一步的实施例中，该设定点温度是储存器155已经被冷却的温度以上的温度。
如果已经到达设定点温度(步骤335)，系统100在主模式中操作(步骤340)，其中来自应用于主蒸发器115的热源Qin 116的热量由传热系统105传送。具体地说，在主模式中，主蒸发器115产生毛细泵吸以便促进工作流体通过传热系统105的循环。同时，在主模式中，储存器155的设定点温度减小。在主模式过程中传热系统105冷却下来的速率取决于储存器155的冷偏置，因为主蒸发器115的温度紧密跟随储存器155的温度。另外，尽管不需要，能够使用加热器来进一步控制或调整在主模式过程中储存器155的温度。而且，在主模式中，由热源Qsp 151施加给第二蒸发器150的功率减小，从而使得传热系统105下降到流体的正常操作温度。例如，在主模式中，从热源Qsp 151到第二蒸发器150的热载荷保持在等于或超过如下限定的热状况的数值。在一种实施例中，来自热源Qsp的热载荷保持为从热源Qin 116施加给主蒸发器115的热载荷的大约5到10％。
在该特定实施例中，通过确定已经到达设定点温度(步骤335)而触发主模式。在另一种实施例中，主模式可以在其它时间或由于其它触发而开始。例如，主模式可以在灌注系统润湿(步骤310)之后或者在储存器已经冷偏置(步骤305)之后开始。
在操作过程中的任意时间，传热系统105能够经历如下热状况诸如由跨过主芯140的热传导和施加给液体管路125的寄生热量引起的状况。两种状况均引起在蒸发器的液体侧上蒸汽的形成。具体地说，跨过主芯140的热传导能够引起在芯部135中的液体形成蒸汽泡，这些蒸汽泡如果留在芯部135内将会成长并且堵塞到主芯140的液体供应，从而引起主蒸发器115损坏。输入液体管路125内的寄生热量(称为“寄生热量增益”)能够引起在液体管路125内的液体形成蒸汽。
为了减小如上讲述的热状况的不利冲击，灌注系统110在大于或等于该热状况和寄生热量增益的总和的功率水平Qsp 151操作，如上所述，例如，灌注系统能够以传热系统105的功率的5-10％操作。特别地，包括蒸汽泡和液体的组合的流体清扫出芯部135，用于排放进入引向第二冷凝器122的第二流体管路160内。特别地，在芯部135内形成的蒸汽围绕插入管143行进直接进入流体出口端口139。在第一蒸汽通道144内形成的蒸汽通过行进通过第二芯145(如果第二芯145的孔尺寸足够大到容纳蒸汽泡)或者通过在出口端口139附近第二芯145的端部处的开口而进入流体出口端口139内，上述开口提供从第一蒸汽通道144到出口端口139的畅通通道。第二冷凝器122冷凝在流体中的气泡并且推动流体到储存器155，用于再引入传热系统105内。
类似地，为了减小输入到液体管路125的寄生热量，第二流体管路160和液体管路125能够形成同轴构造，并且第二流体管路160围绕液体管路125并且将液体管路125与周围热量绝缘。参照图8A和8B在下面进一步讲述该实施例。作为该构造的结果，周围热量能够引起蒸汽泡在第二流体管路160中形成，而不是在液体管路125中形成。如所讲述的，通过在第二芯145处起作用的毛细作用，流体从主蒸发器115流动到第二冷凝器122。该流体流动并且第二冷凝器122的相对低的温度引起通过冷凝器122在第二流体管路160内的蒸汽泡的清扫，在冷凝器122处蒸汽泡冷凝为液体并且泵吸进入储存器155。
如图4所示，示出来自测试运行的数据。在该实施例中，在温度410启动主蒸发器115之前，主蒸发器115的温度400显著高于储存器155的温度405，该储存器155已经冷偏置到设定点温度(步骤305)。由于灌注系统110被润湿(步骤310)，在时间452功率Qsp450施加到第二蒸发器150(步骤315)，引起液体被泵吸到主蒸发器115(步骤330)，主蒸发器115的温度400下降直到其在时间410到达储存器155的温度405为止。当系统100在LHP模式操作时(步骤340)，功率Qin 460在时间462施加给主蒸发器115。如所示，到主蒸发器115的功率输入Qin 460保持相对低，同时主蒸发器115冷却下来。同时分别示出的是第二流体管路160和液体管路125的温度470和475。在时间410之后，温度470和475跟踪主蒸发器115的温度400。而且，因为在第二蒸发器150和储存器155之间的热连通，第二蒸发器150的温度415与储存器155的温度405紧密跟随。
如所述，在一种实施例中，乙烷可以用作传热系统105中的流体。尽管乙烷的临界温度是33℃，出于大致如上描述的原因，该系统100能够从系统100处于70℃的温度的超临界状态启动。由于功率Qsp施加到第二蒸发器150，冷凝器120和储存器155的温度快速下降(在时间452和410之间)。修整加热器(trim heater)能够用于控制储存器155并且从而冷凝器120的温度到-10℃。为了从70℃的超临界温度启动主蒸发器115，10W的热载荷或者功率输入Qsp施加到第二蒸发器150。一旦灌注主蒸发器115，从热源Qsp151到第二蒸发器150的功率输入以及施加到并且通过修整加热器的功率两者均减小到使得系统100的温度下降到大约-50℃的标称操作温度。例如，在主模式过程中，如果40W的功率输入Qin施加给主蒸发器115，到第二蒸发器150的功率输入Qsp能够减小到大约3W，同时在-45℃操作以便通过热状况(如上所述)缓和3W损失。作为另一实例，主蒸发器115能够在从大约10W到大约40W的功率输入Qin、以5W施加给第二蒸发器150以及储存器155的温度405处于大约-45℃的情况下操作。
参照图5A和5B，在一种实施例中，主蒸发器115设计为三端口蒸发器500(其是图1所示的设计)。一般，在三端口蒸发器500中，液体流入液体进口505进入由主芯540限定的芯部510，并且来自芯部510的流体从流体出口512流动到冷偏置储存器(例如储存器155)。流体和芯部510容纳在例如由铝制成的容器515内。特别地，从液体进口505流动进入芯部510的流体流动通过插入管520，进入流动通过并且围绕插入管520的液体通道521。流体能够流动通过由芯材料530和环形干线535制成的第二芯525(例如蒸发器115的第二芯145)。芯材料530从第一蒸汽通道560可分离环形干线535，由于来自热源Qin116的功率施加给蒸发器500，来自芯部510的液体进入主芯540并且蒸发，形成沿着包括一个或多个蒸汽槽545的第二蒸汽通道565自由流动并且从蒸汽出口550出来进入蒸汽管路130的蒸汽，。在芯部510的第一蒸汽通道560内形成的蒸汽泡通过第一蒸汽通道560从芯部510清扫出来并且进入流体出口512。如上所述，如果第二芯525的孔尺寸大到足够容纳蒸汽泡，在第一蒸汽通道560内的蒸汽泡可以通过第二芯525。可替换地，或者额外地，在第一蒸汽通道560内的蒸汽泡可以通过沿着第二芯525在任何适当位置形成的第二芯525的开口，以便进入液体通道521或者流体出口512。
参照图6，在另一种实施例中，主蒸发器115设计为四端口蒸发器600，其是在2001年6月29日申请的美国申请No.09/896561中描述的设计。简要地说，并且重点放在不同于三端口蒸发器构造的方面，液体通过流体进口605流入蒸发器600内，通过插入管610并且进入芯部615。在芯部615内的液体进入主芯620并且蒸发形成沿着蒸汽槽625自由流动并且从蒸汽出口630出来进入蒸汽管路130内的蒸汽。在芯部615内的第二芯633将在芯部内的液体与在芯部内的蒸汽或气泡(当在芯部615中的液体加热时产生)相分隔。载有在第二芯633内部的第一流体通道635内形成的气泡的液体流出流体出口640，并且在位于第二芯633和主芯620之间的蒸汽通道642内形成的蒸汽或气泡流出蒸汽出口645。
也参照图7，示出热传送系统700，其中主蒸发器是四端口蒸发器600。该系统700包括一个或多个传热系统705和灌注系统710，该灌注系统710构造为将在传热系统705内的流体转化为液体，以便灌注传热系统705。四端口蒸发器600通过蒸汽管路720和流体管路725结合到一个或多个冷凝器715上。该灌注系统710包括液压和热连接到灌注蒸发器735上的冷偏置存储器730。
热传送系统100的设计考虑包括主蒸发器115从超临界状态的启动、寄生热量泄漏的管理、跨过主芯140的热传递、冷储存器155的冷偏置，以及在大于传热系统105内的工作流体的临界温度的外界温度的压力容积。为了适应这些设计考虑，蒸发器115或150的主体或容器(例如容器515)能够由挤压的6063铝制成并且主芯140和/或190能够由细孔芯制成。在一种实施例中，蒸发器115或150的外直径是大约0.625英寸，并且该容器的长度是大约6英寸。储存器155使用铝分流器170可以冷偏置到辐射器165的端板上。而且，加热器(例如开普敦加热器)可以在储存器155的侧部处安装。
在一种实施例中，蒸汽管路130由具有3/16”的外径(OD)的平滑壁不锈钢管材制成，并且液体管路125和第二流体管路160由具有1/8”的OD的平滑壁不锈钢管材制成。管路125、130、160可以以蛇行路线弯曲并且镀金以便减小寄生热量增益。额外地，管路125、130、160可以封闭在具有加热器的不锈钢箱中，以便模拟在测试过程中的特定环境。不锈钢箱能够由多层绝缘体(MLI)绝缘，以便减小通过散热器165的面板的热量泄漏。
在一种实施例中，冷凝器122和第二流体管路160由具有0.25英寸OD的管材制成。该管材使用例如环氧树脂粘接到散热器165的面板上。散热器165的每个面板是8×19英寸直接冷凝铝辐射器，其使用1/16英寸厚的面薄板。开普敦加热器能够连接到散热器165的面板上，在冷凝器120附近以便防止工作流体的无意的冷冻。在操作过程中，诸如热电偶之类的温度传感器能够用于监控整个系统100的温度。
热传送系统100可以在任何环境中实现，其中传热系统105的工作流体的临界温度低于系统100操作的周围温度。热传送系统100能够用于冷却需要低温冷却的组件。
参照图8A-8D，热传送系统100可以在小型化低温学系统800中实现。在小型化系统800中，管路125、130、160由挠性材料制成以便允许节省空间的线圈构造805。该小型化系统800能够使用氖流体在-238℃操作。功率输Qin 116是大约0.3到2.5W。该小型化系统800将低温组件(或者需要低温冷却的热源)816热结合到诸如低温冷却器810之类的低温冷却源上，该低温冷却器810结合用来冷却冷凝器120、122。
当与传统的可热切换、振动隔离系统相比较，该小型化系统800减小质量、增加挠性并且提供热切换能力。传统的可热切换、振动隔离系统需要两个挠性导电连接(FCL)、低温热开关(CTSW)和导电杆(CB)，它们形成环路以便从低温组件到低温冷却源传热。在小型化系统800中，因为机械界面的数量减小因此热性能提高。在机械界面处的热状况占在传统的可热切换、振动隔离系统中热增益的大的比例。CB和两个FCL与用于小型化系统800的线圈构造805的低质量、挠性、薄壁管路更换。
而且，该小型化系统800能够具有宽范围的热传送距离的功能，这允许冷却源(例如低温冷却器810)远离低温组件816放置的构造。该线圈构造805具有低质量和低表面积，从而减小通过管路125和160的寄生热量增益。在该小型化系统800内的冷却源810的构造方便系统800的集成和封装，并且减小在冷却源810上的振动，在红外传感器应用中这变得特别重要。在一种实施例中，使用氖测试该小型化系统800，在25-40K操作。
参照图9A-9C，热传送系统100可以在可调节安装的或装有万向接头的系统1005中实现，在该系统1005中安装主蒸发器115和一部分管路125、160和130以便在±45°范围内围绕仰角轴1020旋转，并且安装一部分管路125、160和130以便在±220°范围内围绕方位轴1025旋转。管路125、160和130由薄壁管材形成，并且围绕每个旋转轴卷绕。该系统1005将诸如低温望远镜的传感器之类的低温组件(或者需要低温冷却的热源)1016结合到诸如低温冷却器1010之类的低温冷却源上，该低温冷却器1010结合用来冷却冷凝器120、122。该冷却源1010位于静止的航天器1060，从而在低温望远镜处减小质量。用于控制管路125、160、130的旋转的马达扭矩、系统1005的功率需求控制航天器1060的需求，并且提高传感器1016的指向精度。低温冷却器1010和辐射器或散热器165能够移动离开传感器1016，减小在传感器1016内的振动。在一种实施例中，当工作流体是氮时，系统1005被测试在70-115K的范围内操作。
传热系统105可以用在医学应用，或者设备必须冷却到周围温度以下的应用。作为另一实例，传热系统105可以用于红外(IR)传感器，其在低温温度操作以便减小周围噪声。传热系统105可以用于冷却自动贩卖机，其经常容纳优选冷冻到低于周围温度的物品。该传热系统105可以用于冷却诸如计算机的显示器或硬盘驱动器之类的组件，例如膝上计算机、手持计算机或者桌面计算机。该传热系统105能够用于冷却诸如汽车或飞机之类的运输设备中的一个或多个组件。
其它实施例在下面的权利要求的范围之内。例如，冷凝器120和散热器165能够设计为整体系统，例如辐射器。类似地，第二冷凝器122和散热器165能够由辐射器组成。散热器165能够是被动散热器(例如辐射器)或者积极冷却冷凝器120、122的低温冷却器。
在另一实施例中，使用加热器控制储存器155的温度。在进一步实施例中，使用寄生热量加热储存器155。
在另一实施例中，绝缘体的同轴圈形成并且放在液体管路125和第二流体管路160之间，其围绕绝缘体圈。
蒸发器设计蒸发器是在两相传热系统中的整体组件。例如，如以上图5A和5B所示，蒸发器500包括与主芯540相接触的蒸发器主体或容器515，该主芯540围绕芯部510。该芯部510限定工作流体的流动通道。主芯540在其周边由多个周边流动通道或者蒸汽槽545围绕。通道545在芯540和蒸发器主体515之间的界面处收集蒸汽。通道545与供给入蒸汽管路的蒸汽出口550相接触，上述蒸汽管路供给入冷凝器内以便使得在蒸发器115内形成的蒸汽排放。
蒸发器500和上述的其它蒸发器经常具有圆柱几何形状，也即，蒸发器的芯部形成工作流体通过的圆柱通道。蒸发器的圆柱几何形状有用于其中热获得表面是圆柱空心的冷却应用。许多冷却应用需要热量传送离开具有平表面的热源。在这些类应用中，蒸发器能够修改为包括平面导电托台以便匹配具有平表面的热源的足迹。这种设计例如在美国专利No.6382309中示出。
蒸发器的圆柱几何形状方便与LHP操作(也即，进入储存器内的热泄漏的最小化)的热力学约束相一致。该LHP操作的约束源于过冷LHP需求的数量，以便产生正常的平衡操作。另外，蒸发器的圆柱形状相对容易制造、处理、机加工和加工。
然而，如此后所描述的，蒸发器能够设计具有平面形式以便更自然地安装到平面热源上。
平面设计参照图10，用于传热系统的蒸发器1000包括蒸汽阻挡壁1005、液体阻挡壁1010、在蒸汽阻挡壁和液体阻挡壁1010的内侧之间的主芯1015、蒸汽去除通道1020和液体流动通道1025。
蒸汽阻挡壁1005与主芯1015亲密接触。液体阻挡壁1010在液体阻挡壁1010的内侧上包含工作流体，使得工作流体仅仅沿着液体阻挡壁1010的内侧流动。液体阻挡壁1010闭合蒸发器外壳并且帮助组织和分布工作流体通过液体流动通道1025。蒸汽去除通道1020位于在主芯1015的蒸发表面1017和蒸汽阻挡壁1005之间的界面。液体流动通道1025位于液体阻挡壁1010和主芯1015之间。
蒸汽阻挡壁1005用作热源的热量获得表面。蒸汽阻挡壁1005由例如金属薄片的热传导材料制成。选择用于蒸汽阻挡壁1005的材料通常能够承受工作流体的内部压力。
蒸汽去除通道1020设计为经由热传导通过蒸汽阻挡壁1005进入主芯1015而平衡通道1020的液压阻力。通道1020能够电蚀刻、机加工或者通过任何便利的方法形成为表面。
蒸汽去除通道1020示出为在蒸汽阻挡壁1005内侧的槽。然而取决于选择的设计途径，蒸汽去除通道能够以几种不同的方式进行设计和设置。例如根据其它实施例，蒸汽去除通道1020在主芯1015的外表面内制成槽或者嵌入主芯1015内，使得它们在主芯的表面以下。选择蒸汽去除通道1020的设计来增加制造的容易性和方便性，并且紧密接近一个或多个下面的准则。
首先，蒸汽去除通道1020的液压直径应当足够于处理在主芯1015的蒸发表面1017上产生的蒸汽流，而没有显著的压力下降。第二，在蒸汽阻挡壁1005和主芯1015之间的接触表面应当最大化，以便提供从热源到主芯1015的蒸发表面的有效传热。第三，与主芯1015接触的蒸汽阻挡壁1005的厚度1030应当最小化。由于厚度1030增加，在主芯1015的表面处的蒸发减小，并且通过蒸汽去除通道1020的蒸汽传送减小。
蒸发器1000能够由单独的部件装配。可替换地，蒸发器1000能够通过如下方式制成为单个部件在具有特定心轴的两个壁之间现场烧结主芯1015以便在芯的两侧上形成通道。
主芯1015提供蒸发表面1017并且从液体流动通道1025到主芯1015的蒸发表面泵吸或供给工作流体。
主芯1015的尺寸和设计包括几种考虑。主芯1015的热传导率应当低到足够减小从蒸发表面1017通过主芯1015并且到液体流动通道1025的热泄漏。热泄漏也能够由主芯1015的线性尺寸影响。出于此原因，主芯1015的线性尺寸应当适当优化以便减小热泄漏。例如，主芯1015的厚度1019的增加能够减小热泄漏。然而增加的厚度1019能够增加主芯1015对工作流体的流动的液压阻力。在工作LHP设计中，由于主芯1015引起的工作流体的液压阻力会显著，并且这些因素的适当平衡是重要的。
驱动或泵吸传热系统的工作流体的力是在主芯的蒸汽和液体侧之间的温度或压力差。该压力差由主芯支撑并且其通过进入工作流体热平衡的适当管理而维持。
从冷凝器返回蒸发器的液体通过液体返回管路并且稍微过冷。过冷的程度偏置通过主芯的热泄漏和从周围进入液体返回管路内的储存器内的热泄漏。液体的过冷维持储存器的热平衡。然而存在其它有用的方法来维持储存器的热平衡。
一种方法是组织在储存器和环境之间的热交换。对于具有平面设计的蒸发器来说，例如经常用于陆地应用的那些蒸发器，该传热系统包括在储存器上和/或在蒸发器1000的液体阻挡壁1010上的热交换翅片。在这些翅片上自然对流的力提供过冷并且减小在冷凝器和传热系统的储存器上的应力。
储存器的温度或者在储存器和主芯1015的蒸发表面1017之间的温度差支持工作流体通过传热系统的循环。一些传热系统会需要额外量的过冷。即使该冷凝器完全堵塞，所需要的量也会大于冷凝器能够产生的量。
在设计蒸发器1000中，三个变量需要管理。首先，液体流动通道1025的组织和设计需要被确定。第二，从液体流动通道1025的蒸汽排出需要考虑。第三，蒸发器1000应当设计为确保液体填充液体流动通道1025。这三个变量相互关联，并从而应当被考虑并且一起优化，以便形成有效的传热系统。
如所述，重要的是获得在进入蒸发器的液体侧的热泄漏和主芯的泵吸能力之间的适当平衡。该平衡过程不能独立于提供过冷的冷凝器的优化而进行，因为在蒸发器的设计中允许越大的热泄漏，需要在冷凝器中产生越多的过冷。冷凝器时间越长，在流体管路中液压损失越大，这会需要具有更好泵吸能力的不同芯材料。
在操作中，由于来自热源的功率施加到蒸发器1000，来自液体流动通道1025的液体进入主芯1015并且蒸发，形成沿着蒸汽去除通道1020自由流动的蒸汽。通过液体流动通道1025提供进入蒸发器1000的液体流。液体流动通道1025为主芯1015供应足够液体，以便更换在主芯1015的蒸汽侧上蒸发的液体并且更换在主芯1015的液体侧上蒸发的液体。
蒸发器1000可以包括第二芯1040，其提供在蒸发器1000的液体侧上的相管理，并且支持在操作的临界模式中(如上所述)主芯1015的供给。第二芯1040在液体流动通道1025和主芯1015之间形成。第二芯能够是网筛(如图10所示)，或者高级的和复杂的干线，或者板芯结构。另外，蒸发器1000可以在主芯1015和第二芯1040之间的界面处包括蒸汽排出通道1045。
通过主芯1015的热传导会开始在错误位置—在液体流动通道1025附近或内部在蒸发器1000的液体侧上—的工作流体的蒸发。蒸汽排出通道1045传送不想要的蒸汽从芯离开进入两相储存器。
主芯1015的细孔结构能够产生液体的显著流动阻力。因此，重要的是优化液体流动通道1025的数量、几何形状和设计。该优化的目标在于支撑均匀或接近均匀的供给流。供给流到蒸发表面1017去。而且，由于主芯1015的厚度1019减小，液体流动通道1025能够更远分开间隔。
蒸发器1000可以需要显著地蒸汽压力以便在蒸发器1000内通过特定的工作流体操作。具有高蒸汽压力的工作流体的使用能够引起在蒸汽外壳的压力容积方面的几个问题。对于压力容积问题的传统方案例如加厚蒸发器的壁并不总是有效。例如在具有显著平面区域的平面蒸发器中，壁变得很厚使得温度差增加，并且蒸发器热传导性降低。另外，由于压力容积引起的壁的微观偏置导致在壁和主芯之间的接触损失。这种接触损失影响通过蒸发器的传热。并且壁的微观偏置产生在蒸发器和热源和任何外部冷却设备之间的界面的困难。
环形设计参照图10-13，环形蒸发器1100通过有效轧制平面蒸发器1000而形成，使得主芯1015向后进入自身成环并且形成环形形状。蒸发器1100能够用在热源具有圆柱外部轮廓的应用中，或者在热源能够成形为圆柱的应用中。环形形状将用于压力容积的圆柱的强度和用于与圆柱形热源最好可能接触的弯曲界面组合。
蒸发器1100包括蒸汽阻挡壁1105、液体阻挡壁1110、放置于蒸汽阻挡壁1105和液体阻挡壁1110的内侧之间的主芯1115、蒸汽去除通道1120和液体流动通道1125。液体阻挡壁1110与主芯1115和蒸汽阻挡壁1105同轴。
蒸汽阻挡壁1105紧密接触主芯1115。液体阻挡壁1110包含在液体阻挡壁1110的内侧上的工作流体，使得该工作流体仅仅沿着液体阻挡壁1110的内侧流动。该液体阻挡壁1110闭合蒸发器的外壳并且帮助组织和分布工作流体通过液体流动通道1125。
蒸汽去除通道1120位于在主芯1115的蒸发表面1117和蒸汽阻挡壁1105之间的界面处。液体流动通道1125位于液体阻挡壁1110和主芯1115之间。蒸汽阻挡壁1105用作热量获得表面并且在该表面上产生的蒸汽通过蒸汽去除通道1120去除。
主芯1115填充在蒸汽阻挡壁1105和蒸发器1100的液体阻挡壁1110之间的容积，以便提供可靠的相反弯月面蒸发。
蒸发器1100也能够装配有热交换翅片1150，这些翅片1150接触液体阻挡壁1110以便冷偏置液体阻挡壁1110。液体流动通道1125接收来自液体进口1155的液体，并且蒸汽去除通道1120延伸到蒸汽出口1160并且提供蒸汽到蒸汽出口1160。
蒸发器1100能够用在包括靠近主芯1115的环形储存器1165的传热系统中。该储存器1165可以通过延伸跨过储存器1165的热交换翅片1150冷偏置。储存器1165的冷偏置允许利用整个冷凝器面积，而不需要在冷凝器处产生过冷。通过冷偏置储存器1165和蒸发器1100而提供的过度冷却补偿通过主芯1115进入蒸发器1100的液体侧内的寄生热量泄漏。
另一个实施例中，蒸发器设计能够转换并且蒸发特征能够放在外周长上，并且液体返回特征能够放在内周长上。
蒸发器1100的环形形状可以提供一个和多个下面的和额外的优点。首先，在环形蒸发器1100中，压力容积的问题可以减少或消除。其次，主芯1115可以不必在内部烧结，从而为主芯1115的蒸汽和液体侧的更复杂设计提供更多空间。
也参照图14A-H，示出环形蒸发器1400具有液体进口1455和蒸汽出口1460，该环形蒸发器1400包括蒸汽阻挡壁1700(图14G、14H和17A-D、液体阻挡壁1500(图14G、14H和17A-17D)、放在蒸汽阻挡壁1700和液体阻挡壁1500的内侧之间的主芯1600(图14G、14H和16A-D)蒸汽去除通道1465(图14H、15A、15B)和液体流动通道1505(图14H)。该环形蒸发器1400也包括确保在蒸汽阻挡壁1700和液体阻挡壁1500之间的间隔的圈1800(图14G和18A-D)以及提供用于液体阻挡壁1500和主芯1600的支撑体的在蒸发器1400的底座处的圈1900(图14G、14H和19A-D)。蒸汽阻挡壁1700、液体阻挡壁1500、圈1800、圈1900和芯1600优选由不锈钢形成。
蒸发器1400的上部(也即在芯1600以上)包括扩张体积1470(图14H)。在液体阻挡壁1500中形成的液体流动通道1505由液体进口1455供给。芯1600将液体流动通道1505与蒸汽去除通道1465分离，上述蒸汽去除通道1465通过在圈1900中形成的蒸汽环面1475(图14H)引向蒸汽出1460。蒸汽通道1465可以光蚀刻进入蒸汽阻挡壁1700的表面内，如在下面更详细描述的一样。
这里公开的蒸发器能够以材料、尺寸和布置的任意组合操作，只要它们包含如上述的特征。除了这里提到的准则没有限制；该蒸发器能够制成为任意形状尺寸和材料。仅有的设计限制在于适用材料彼此兼容并且考虑到结构限制、腐蚀、不可冷凝气体的产生和寿命问题选择工作流体。
许多陆地应用能够将LHP与环形蒸发器1100相结合。在重力场中的环形蒸发器的方向通过应用特性和热表面形状而预先确定。
循环热交换系统循环热交换系统可以构造有一个或多个传热系统，以便控制在热交换系统区域处的温度。该循环热交换系统可以是使用热力学循环操作的任意系统，例如循环热交换系统、斯特灵(Stirling)热交换系统(也已知为斯特灵引擎)或者空调系统。
参照图20，斯特灵热交换系统2000利用已知类型的环境友好和有效的致冷循环。该斯特灵热交换系统2000通过指引工作流体(例如氦)通过四个相应的操作而起作用；也即恒定温度的热添加操作、恒定体积的热排斥操作、恒定温度的热排斥操作和恒定体积的热添加操作。
该斯特灵热交换系统2000设计为自由活塞斯特灵冷却器(FPSC)，例如全球冷却模式M100B(从全球冷却制造公司可获得，94N.Columbus Rd.，Athens，Ohio)。该FPSC2000包括线性马达部分2005，该线性马达部分2005容纳接收AC功率输入2010的线性马达(未示出)。该FPSC2000包括热接收器2015、致冷器2020和排热器2025。该FPSC2000包括结合到在线性马达部分2005内的线性马达的主体上的平衡质量2030，以便吸收在FPSC操作过程中的振动。该FPSC2000也包括充电端口2035。该FPSC2000包括内部组件，例如在图21的FPSC2100中所示的那些。
该FPSC2100包括容纳在线性马达部分2110内部线性马达2105。该线性马达部分2110容纳在一端结合到板簧2120上并且在另一端结合到置换器2125上的活塞2115。该置换器2125结合到分别形成冷和热侧的扩张空间2130和压缩空间2135。热接收器2015安装到冷侧2130并且排热器安装到热侧2135。该FPSC2100也包括结合到线性马达部分2110上的平衡质量2140，以便吸收在FPSC2100操作过程中的振动。
也参照图22，在一种实施例中，FPSC 2200包括由铜套筒制成的排热器2205和由铜套筒制成的热接收器2210。排热器2205具有大约100mm的外径(OD)和大约53mm的宽度，以便当在20-70℃的温度范围内操作时提供能够提供6W/cm2通量的166cm2热排斥表面。热接收器2210具有大约100mm的OD和大约37mm的宽度，以便当在-30-5℃的温度范围内时提供能够提供5.2W/cm2通量的115cm2热接收表面。
简要地说，在操作中FPSC填充有致冷剂(例如氦气)，该致冷剂通过组合活塞和置换器的运动而前后往复。在理想的系统中，热能量通过排热器排出到环境中，而致冷剂通过活塞压缩，并且热能量通过热接收器从环境抽取而致冷剂扩张。
参照图23，热力学系统2300包括例如循环热交换系统2305(例如系统2000、2100、2200)的循环热交换系统和热结合到循环热交换系统2305的一部分2315上的传热系统2310。该循环热交换系统2305是圆柱的并且传热系统2310成形为围绕循环热交换系统2305的一部分2315，以便从该部分2315排热。在该实施例中，该部分2315是循环热交换系统2305的热侧(也即排热器)。热力学系统2300也包括位于循环热交换系统2305的热侧的风扇2320，以便强迫空气到传热系统2310的冷凝器上并从而提供额外的对流冷却。
循环热交换系统2305的冷侧2335(也即热接收器)热结合到热虹吸管2345的CO2回流器2340上。该热虹吸管2345包括构造成冷却热力学系统2300内的空气的冷侧热交换器2350，上述空气通过风扇2355被强迫跨过热交换器2350。热虹吸管是连接到冷却引擎(在该情况下，热交换器2350)的管的闭合系统，上述冷却引擎在回流器内允许液体的自然循环和冷却。
参照图24，在另一实施例中，热力学系统2400包括例如循环热交换系统2405(例如系统2000、2100、2200)的循环热交换系统和热结合到循环热交换系统2405的热侧2415上的传热系统2410。该热力学系统2400包括热结合到该循环热交换系统2405的冷侧2425上的传热系统2420。该热力学系统2400也包括风扇2430、2435。风扇2430位于热侧2415，以便强迫空气通过传热系统2410的冷凝器。风扇2435位于冷侧2425，以便强迫空气通过传热系统2420的冷凝器。
参照图25，在一种实施例中，热力学系统2500包括结合到例如循环热交换系统2510的循环热交换系统上的传热系统2505。该传热系统2505用于冷却循环热交换系统2510的热侧2515。该传热系统2505包括环形蒸发器2520，其包括扩张体积(或储存器)2525、提供在冷凝器2540的液体出口2535和蒸发器2520的液体进口之间的流体相通的液体返回管路2530。该传热系统2505也包括提供在蒸发器2520的蒸汽出口和冷凝器2540的蒸汽进口2550之间的流体相通的蒸汽管路2545。
冷凝器2540由平滑壁管材构造而成并且装配有热交换翅片2555或者翅片块，以便在管材的外侧上强化热交换。
蒸发器2520包括夹在蒸汽阻挡壁2565和液体阻挡壁2570之间并且分隔液体和蒸汽的主芯2560。液体阻挡壁2570通过沿着壁2565的外表面形成的热交换翅片2575冷偏置。热交换翅片2575为储存器2525和蒸发器2520的整个液体侧提供过冷。蒸发器2520的热交换翅片2575可以由冷凝器2540的热交换翅片2555单独设计。
液体返回管路2530延伸进入位于主芯2560以上的储存器2525，如果有的话，在主芯2560和蒸汽阻挡壁2565的界面处来自液体返回管路2530和蒸汽去除通道的蒸汽泡排出进入储存器2525。用于传热系统2505的典型工作流体包括(但不限于)甲醇、丁烷、CO2、丙烯和氨。
蒸发器2520安装到循环热交换系统2510的热侧2515上。在一种实施例中，该安装是整体的，其在于蒸发器2520是循环热交换系统2510的整体部分。在另一种实施例中，安装能够是非整体的，其在于蒸发器2520能够夹持到热侧2510的外表面上。传热系统2505通过能够由简单风扇2580提供的强迫对流散热器冷却。可替换地，传热系统2505通过自然或通风对流冷却。
最初，工作流体的液体相在蒸发器2520、液体返回管路2530和冷凝器2540的下部中收集。因为毛细力主芯2560是湿润的。只要施加热量(例如循环热交换系统2510打开)，主芯2560开始产生蒸汽，该蒸汽行进通过蒸发器2520的蒸汽去除通道(类似于蒸发器1100的蒸汽去除通道1120)，通过蒸发器2520的蒸汽出口并且进入蒸汽管路2545。
蒸汽然后在冷凝器2540的上部处进入冷凝器2540。冷凝器2540冷凝蒸汽为液体并且该液体在冷凝器2540下部处收集。因为在储存器2525和冷凝器2540的下部之间的压力差该液体被推入储存器2525。来自储存器2525的液体进入蒸发器2520的液体流动通道。蒸发器2520的液体流动通道构造成类似蒸发器1100的通道1125，并且适当定尺寸并且定位以便为蒸发的液体提供充分的液体替换。由主芯2560产生的毛细压力足够承受整个LHP压力下降并且防止蒸汽泡朝向液体流动通道行进通过主芯2560。
如果上述的冷偏置足够于补偿跨过主芯2560的增加的热泄漏，上述热泄漏通过环体的热交换表面的表面积相对液体流动通道的表面积的增加而引起，则蒸发器2520的液体流动通道能够由简单的环体更换。
参照图26-28，传热系统2600包括结合到循环热交换系统2610上的蒸发器2605和结合到蒸发器2605上的扩张体积2615。蒸发器2605的蒸汽通道供给到蒸汽管路2620，该蒸汽管路2620供给冷凝器2630的一系列通道2625。来自冷凝器2630的冷凝液体收集在液体返回通道2635中。传热系统2600也包括热结合到冷凝器2630上的翅片块2640。
蒸发器2605包括蒸汽阻挡壁2700、液体阻挡壁2705、位于蒸汽阻挡壁2700和液体阻挡壁2705的内侧之间的主芯2710、蒸汽去除通道2715和液体流动通道2720。液体阻挡壁2705与主芯2710和蒸汽阻挡壁2700同轴。液体流动通道2720由液体返回通道2725供给并且蒸汽去除通道2715供给入蒸汽出口2730。
蒸汽阻挡壁2700紧密接触主芯2710。液体阻挡壁2705在液体阻挡壁2705的内侧上包含工作流体，使得工作流体仅仅沿着液体阻挡壁2705的内侧流动。液体阻挡壁2705闭合蒸发器外壳并且帮助组织和分布工作流体通过液体流动通道2720。
在一种实施例中，蒸发器2605大约2”高并且扩张体积2615大约高度1”。蒸发器2605和扩张体积2615围绕具有4”外径的一部分循环热交换系统2610缠绕。蒸汽管路2620具有1/8”的半径。循环热交换系统2610包括大约58个冷凝器通道2625，每个冷凝器通道2625具有2”的长度和0.012”的半径，通道2625展开使得冷凝器2630的宽度是大约40”。液体返回通道2725具有1/16”的半径。热交换器2800(其包括冷凝器2630和翅片块2640)是大约40”长并且缠绕为内和外部环(参见图30、33和34)以便产生具有大约8”外径的循环热交换器。蒸发器2605具有大约1/8”的横截面宽度2750，其由蒸发器阻挡壁2700和液体阻挡壁2705限定。蒸汽去除通道2715具有大约0.020”的宽度和大约0.020”的深度，并且彼此分开大约0.020”以便每英寸产生25个通道。
如上述，传热系统(例如系统2310)热结合到循环热交换系统的一部分(例如部分2315)上。在传热系统和该部分之间的热结合能够通过任意合适的方法。在一种实施例中，如果传热系统的蒸发器热结合到循环热交换系统的热侧上，该蒸发器可以围绕和接触该热侧，并且通过在热侧和蒸发器之间施加的热润滑脂复合物而可以使得能够产生热结合。在另一种实施例中，如果传热系统的蒸发器热结合到循环热交换系统的热侧上，蒸发器可以通过形成蒸汽通道直接进入循环热交换系统的热侧而与循环热交换系统的热侧整体构造。
参照图30-32，传热系统3000围绕循环热交换系统3005封装。该传热系统3000包括围绕蒸发器3015的冷凝器3010。已经蒸发的工作流体通过连接到冷凝器3010上的蒸汽出口3020从蒸发器3015出来。该冷凝器3010在接头3025处成环并且对折进入自身。
该循环热交换系统3005围绕其热排斥表面3100由蒸发器3015包围。蒸发器3015与热排斥表面3100紧密接触。致冷组件(其是循环热交换系统3005和传热系统3000的组合)安装在管3205中，风扇3210安装在管3205的端部处，以便强迫空气通过冷凝器3010的翅片3030到排气通道3035。
蒸发器3015具有芯3215，其中工作流体从热排斥表面3100吸收热量并且从液体到蒸汽变相。传热系统3000包括在提供扩张体积的蒸发器3015的顶部处的储存器3220。为了说明简单，蒸发器3015已经以该方式例示为没有示出内部细节的简单阴影线块。这些内部细节在该说明书的其它地方讲述。
蒸发的工作流体通过蒸汽出口3020从蒸发器3015出来并且进入冷凝器3010的蒸汽管路3040。工作流体从蒸汽管路3040向下流动，通过冷凝器3010的通道3045到液体返回管路3050。由于工作流体流动通过冷凝器3010的通道3045，其损失热量通过翅片3030到在翅片之间经过的空气去，从而从蒸汽到液体变相。通过冷凝器3010的翅片3030的空气流动离开通过排气通道3035。液化的工作流体(并且可能一些未冷凝的蒸汽)通过液体返回端口3055从液体返回管路3050流回入蒸发器3015。
参照图33和34，热传送系统3300围绕一部分循环热交换系统3302，该循环热交换系统3302依次由排气通道3305围绕。热传送系统3300包括具有围绕循环热交换系统3302的上部的蒸发器3310。蒸汽端口3315将蒸发器3310连接到冷凝器3320的蒸汽管路3312上。该蒸汽管路3312包括围绕蒸发器3310环绕的外部区域，并且随后在接头3325处在自身上对折，以便形成在相反方向上围绕蒸发器3310绕回的内部区域。该热传送系统3300也包括在冷凝器3320上的冷却翅片3330。
该热传送系统3300也包括液体返回端口3400，其为来自冷凝器3320的液体管路3405的冷凝的工作流体提供路径，以便返回蒸发器3310。
如上述，可以根据几种替换实施例中之一实现在蒸发器3310和循环热交换系统3302的热排斥表面之间的界面。
参照图35，在一种实施例中，蒸发器3500在循环热交换系统3505的热排斥表面3502上滑动。蒸发器3500包括蒸汽阻挡壁3510、液体阻挡壁3515和夹在壁3510和3515之间的芯3520。该芯3520装配有蒸汽通道3525，并且液体流动通道3530出于简明以示范形式在液体阻挡壁3515处形成。
蒸发器3500在循环热交换系统3050上滑动并且通过使用夹具3600(在图36中示出)可以保持在位置上。为了帮助传热，导热润滑脂3535放置在循环热交换系统3050和蒸发器3500的蒸汽阻挡壁3510之间。在替换实施例中，蒸汽通道3525在蒸汽阻挡壁3510而不是在芯3520中形成。
参照图37，在另一种实施例中，蒸发器3700通过干涉配合装配在循环热交换系统3705的热排斥表面3702上。该蒸发器3700包括蒸汽阻挡壁3710、液体阻挡壁3715和夹在壁3710和3715之间的芯3720。蒸发器3700定尺寸为具有与循环热交换系统3705的热排斥表面3702的干涉配合。
加热蒸发器3700使得其内径扩张以便允许其在未加热的热排斥表面3702上滑动。由于蒸发器3700冷却，其收缩以便以干涉配合关系固定在循环热交换系统3705上。因为装配的紧密性，不需要热传导润滑脂来提高传热。芯3720装配有蒸汽通道3725。在替换实施例中，蒸汽通道在蒸汽阻挡壁3710而不是在芯3720中形成。液体流动通道3730出于简明以示范形式在液体阻挡壁3715处形成。
参照图38，在另一种实施例中，蒸发器3800装配在循环热交换系统3805的热排斥表面3802上，并且在蒸发器3800内在先设计的特征现在在热排斥表面3802内整体形成。特别地，该蒸发器3800和热排斥表面3802一起构造为整体组件。热排斥表面3802修改为具有蒸汽通道3825；以此方式，该热排斥表面3802用作蒸发器3800的蒸汽阻挡壁。
蒸发器3800包括芯3820和围绕修改的热排斥表面3802形成的液体阻挡壁3815，该芯3820和液体阻挡壁3815整体结合到热排斥表面3802上以便形成密封的蒸发器3800。液体流动通道3830出于简明以示范形式描绘。以该方式，形成具有整体蒸发器的混合循环热交换系统。该整体构造与夹持构造和干涉装配构造相比较提供增强的热性能，因为在循环热交换系统和蒸发器的芯之间的热阻减小。
参照图29，图表2900和2905示出在由传热系统冷却的循环热交换系统的所述部分的表面的最大温度以及在传热系统和被冷却的循环热交换系统的所述部分之间的界面的表面积之间的关系。最大温度指示热排斥的最大量。在图表2900中，在所述部分和传热系统之间的界面由热润滑脂复合物完成。在图表2905中，传热系统与所述部分制成整体。
如所示，在300CFM的空气流动的情况下，如果界面为热润滑脂界面，则热排斥的最大量将落在具有热交换表面积2910(例如100ft2)的最大热排斥表面温度2907(例如70℃)内。当通过直接在热排斥表面中形成蒸汽通道而蒸发器与所述部分整体构造时，该热排斥表面将在具有显著更小热交换表面积的热润滑脂界面的最大热排斥表面温度以下操作。
参照图39，冷凝器3900由翅片3905形成，翅片3905提供在空气或者环境和冷凝器3900的蒸汽管路3910之间的热连通。该蒸汽管路3910结合到蒸汽出口3915上，该蒸汽出口3915连接位于冷凝器3900内的蒸发器3920。
参照图40-43，在一种实施例中，冷凝器3900层叠并且由流动通道形成，上述流动通道在蒸汽头部3925和液体头部3930之间延伸通过冷凝器3900的平板4000。铜是用于制造层叠冷凝器的合适材料。该层叠构造的冷凝器3900包括在其内形成的流体流动通道4205(阴影示出)的底部4200，并且顶层4210结合到底部4200上以便覆盖和密封流体流动通道4205。流体流动通道4205设计为在底部4200中形成并且在顶层4210以下密封的沟。用于流体流动通道4205的沟可以通过化学蚀刻、电化学蚀刻、机械加工或者放电加工工艺而形成。
参照图44和45，在另一实施例中，冷凝器3900挤压而成并且小的流动通道4400延伸通过冷凝器3900的平板4405。铝是用于这种挤压冷凝器的合适材料。挤压微通道平板4405在蒸汽头部4410和液体头部4415之间延伸。而且，波纹状翅片块4420结合到(例如钎焊或者环氧树脂粘接)平板4405的两侧上。
参照图46，结合到循环热交换系统4605上的传热系统4600的一侧的横截面。该视图示出提供传热系统的特别紧凑封装的相对尺寸。在该视图中，为了易于说明翅片4610描绘为从相位出来90度。为了冷却具有4英寸直径的循环热交换系统4605的热排斥表面4615，蒸发器4620具有0.25英寸的厚度并且冷凝器的径向厚度为1.75英寸。这提供在用于封装的整体尺寸上(传热系统4600和8英寸的循环热交换系统4605的组合)。
如所述，在传热系统中使用的蒸发器装配有芯。因为芯采用在传热系统的蒸发器内部，冷凝器可以相对于蒸发器以及相对于重力放置在任意位置处。例如，冷凝器可以放在蒸发器以上(相对于重力拉动)、在蒸发器以下(相对于重力拉动)、或者靠近蒸发器，从而与蒸发器一样经历相同的重力拉动。
其它的实施例处在随后权利要求的范围之内。
特别地，术语斯特灵引擎、斯特灵热交换系统和自由活塞斯特灵冷却器已经在以上几种实施例中进行参考。然而，相对于那些实施例描述的特征和原理也可以应用到能够在机械能和热能之间转换的其它引擎上。
而且，以上描述的特征和原理可以应用到任意热引擎上，其是能够承受循环的热力学系统，上述循环也即最终返回到其初始状态的转化序列。如果在循环中每个转化可逆，该循环可逆并且传热在相反方向发生并且完成工作量切换标记。最简单的可逆循环是Carnot循环，其通过两个储热器交换热量。
制造参照图47，热力学系统4700包括例如循环热交换系统4705的热源和热结合到循环热交换系统4705的一部分4715上的传热系统4710。传热系统4710设计具有环形蒸发器4713，例如图11的环形蒸发器1100。该蒸发器4713成形为围绕循环热交换系统4705的部分4715以便从该部分4715排热。热力学系统4700也包括风扇4720，该风扇4720定位于强迫空气沿着路径5100(图51)在传热系统4710的冷凝器4712以上，并且从而提供额外的对流冷却。
也参照图48-51，传热系统4710包括从冷凝器4712泵吸液体进入蒸发器4713内的液体管路4800和供给蒸汽进入冷凝器4712内的蒸汽管路4805。传热系统的操作的讲述在以上提供并且这里不再重复。如果需要，传热系统4710也可以包括通过端口4812结合到蒸汽管路4805上的储存器4810用于额外的压力容积。特别地，储存器4810增加传热系统4710的体积，也如上所述。
如所示，该循环热交换系统4705是圆柱的。该循环热交换系统4705包括冷侧4735(也即热接收器)和热侧(也即由蒸发器4713围绕的排热器或部分4715)。
也参照图52，循环热交换系统4705的冷侧4735可以热结合到热虹吸管4745的回流器4740。该热虹吸管4745包括冷侧热交换器4750，其构造成冷却在热力学系统4700内的空气，上述空气通过热虹吸管风扇(在图50和52中未示出，但是靠近热交换器4750安装)被强迫跨过热交换器4750。该热虹吸管风扇沿着路径5000将空气吹入热虹吸管内并且沿着路径5005(图50)将空气吹出热虹吸管。该热虹吸管包括从回流器4740到热交换器4750的蒸汽管路5200和从热交换器4750到回流器4740的液体管路5205。在冷侧4735处加热的蒸汽从管路5200流动通过热交换器，此处其冷凝并且由热虹吸管风扇冷却，并且冷凝的液体通过管路5205返回回流器4740。
参照图48也参照图53A-E，蒸发器4713包括由外分组件围绕的芯分组件5300。外分组件包括外圈或液体阻挡壁5305和分冷却器5310。该分冷却器5310是帮助从液体阻挡壁5305驱散热的翅片列。芯分组件5300包括内圈或蒸汽阻挡壁5315，例如图14A-H、15A、15B和17A-D的蒸汽阻挡壁1700。芯分组件5300也包括芯5320，例如图14G、14H和16A-D的芯1600。蒸汽阻挡壁5315包括蒸汽去除通道5325，例如图14A-H、15A、15B和17A-D的通道1465。蒸汽阻挡壁5315由芯5320围绕。
相对于蒸发器1400如上所述，在一种实施例中，芯5320和蒸汽阻挡壁5315由不锈钢制成。在制造之前，芯5320具有大约9.8微米的孔径、大约4.141英寸的外径、大约3.985英寸的内径和大约1.75英寸的长度。蒸汽阻挡壁5315具有例如186个蒸汽去除通道5325，每个通道5325形成为具有大约0.025英寸半径的半圆(图53B)。蒸汽阻挡壁5315具有大约0.035英寸的厚度。
液体阻挡壁5305包括一个或多个液体流动通道5330，例如图14A-H的壁1500的液体流动通道1505。液体流动通道5330沿着壁5305的内表面形成。液体阻挡壁5305也能够包括沿着壁5305的外表面形成的冷却槽5335，以便为液体提供额外的对流冷却。液体阻挡壁5305也包括用于接收来自液体管路4800的液体的液体端口5340。
液体阻挡壁5305能够由不锈钢制成并且能够具有七个液体流动通道5330，每个通道5330均具有大约0.030英寸的半径。液体阻挡壁5305在制造之前能够具有大约4.24英寸的外径、大约4.13英寸的内径和大约1.69英寸的长度。
分冷却器5310包括围绕内部主体5350的翅片5345的阵列。翅片5345和内部主体5350包括用于蒸汽管路4805的开5355和用于储存器端口4812的开口5360。分冷却器5310能够由铜或者其它任何合适的传热金属制成。分冷却器5310能够设计具有例如119个翅片。内部主体5350能够具有例如4.25英寸的外径并且具有1.57英寸的长度。
蒸发器4713也包括密封到液体阻挡壁5305的边缘的储存器板5365(图53E)，在下面更详细的示出。该储存器板5365与储存器4810和蒸汽管路4805流体相通。
参照图54，执行工序5400用于制造图47的热力学系统4700。最初，准备芯分组件5300(也即蒸汽阻挡壁5315和芯5320)(步骤5405)。下面，准备液体阻挡壁5305(步骤5410)。然后准备外分组件(也即液体阻挡壁5305和分冷却器5310)(步骤5415)，并且准备的外分组件与芯分组件相连接以便形成蒸发器主体(步骤5420)。下面，完成蒸发器主体以便形成蒸发器4713(步骤5425)，并且蒸发器4713结合到热源(例如，循环热交换系统)上(步骤5430)。
参照图55，执行工序5405用于准备芯分组件5300。最初，装配芯分组件5300(步骤5500)。芯分组件5300的装配包括形成蒸汽去除通道5325材料，该材料将形成蒸汽阻挡壁5315(图15A和15B示出用于形成蒸汽阻挡壁5315的材料)。例如，蒸汽去除通道5325能够光蚀刻进入材料内。该光蚀刻材料轧制成圆柱形式并且在其边缘焊接以便形成蒸汽阻挡壁5315。芯5320由芯材料形成，该芯材料切割成合适长度、轧制并且围绕蒸汽阻挡壁5315形成。芯5320机械挤压在蒸汽阻挡壁5315上，以便提高在芯5320和蒸汽阻挡壁5315之间的配合并且减小在芯5320和壁5315之间的空间，从而提高在芯5320和蒸汽阻挡壁5315之间的传热。下面，芯在其缝处焊接以便形成完整的圆柱形式。
在另一实施例中，芯5320也可以在低于用作芯5320和壁5315的材料的熔点以下的温度、通过加热芯5320和壁5315、在蒸汽阻挡壁5315上烧结。在该加热过程中，压力可以施加到芯5320和壁5315上，以便帮助形成烧结结合。烧结能够用于进一步提高在芯5320和蒸汽阻挡壁5315之间的传热。
在装配芯分组件5300(步骤5500)之后，芯分组件进行热收缩，以便确保其如所需一样圆，以便在步骤5420适当地与外分组件相结合。最初在热收缩加工过程中，加热芯分组件5300(步骤5505)。在一种实施例中，分组件5300放在将分组件加热到460℃±15℃的炉5600(在图56A和B中示出)中。下面，也如图56A所示，温度控制块5605冷却到其外径小于加热的分组件5300的内径的温度(步骤5510)。该温度控制块5605能够使用液氮冷却。也参照图56C和D，冷却的温度控制块5605插入加热的芯分组件5300内(步骤5515)。下面，如图56E所示，当插入控制块5605时(步骤5515)，热量从芯分组件5300去除并且冷却从温度控制块5605去除，从而允许芯分组件5300的温度稳定(步骤5520)。在芯分组件5300的温度稳定之后(步骤5520)，检查该芯分组件5300以便确保该芯分组件5300的外径与需要的一样圆(步骤5525)。
参照图57，执行工序5410用于准备液体阻挡壁5305。最初，通过轧制材料并且随后在缝处焊接材料以形成近似圆柱形状(图53C)而形成液体阻挡壁5305(步骤5700)。然后，焊接后的材料在其内表面上光蚀刻以便形成液体流动通道5330并且在其外表面上光蚀刻以便形成冷却槽5335(图53C)。
成形的液体阻挡壁5305热收缩以便确保其如所需一样圆，以便在步骤5415适当地准备外分组件。最初在热收缩加工过程中，加热液体阻挡壁5305(步骤5705)。在一种实施例中，液体阻挡壁5305放在将壁5305加热到460℃±15℃的炉5800(在图58A和B中示出)中。下面，也如图58A所示，温度控制块5805冷却到其外径小于蒸汽阻挡壁5305的内径的温度(步骤5710)。该温度控制块5805能够使用液氮冷却。也参照图58C和D，冷却的温度控制块5605插入加热的液体阻挡壁5305内(步骤5715)。下面，如图58E所示，当插入控制块5805时，热量从液体阻挡壁5305去除并且冷却从温度控制块5805去除，从而允许液体阻挡壁5305的温度稳定(步骤5720)。在液体阻挡壁5305的温度稳定之后，检查该液体阻挡壁5305以便确保壁5305的外径与需要的一样圆(步骤5725)。
参照图59，执行工序5415用于准备外分组件，也即液体阻挡壁5305和分冷却器5310。最初，加热分冷却器5310(步骤5900)。在一种实施例中，分冷却器5310放在将分冷却器5310加热到235℃±15℃的炉6000(在图60A和B中示出)中。下面，也如图60A和B所示，温度控制块5805和热结合到块5805上的液体阻挡壁5305被冷却到壁5305的外径小于分冷却器5310的内径的温度(步骤5905)。例如，该液体阻挡壁5305能够冷却到大约-120℃以下。该温度控制块5805能够使用液氮冷却。也参照图60C，冷却的温度控制块5805和液体阻挡壁5305插入加热的分冷却器5310内以便形成外分组件6001(步骤5910)。下面，如图60D所示，当插入控制块5805时(步骤5910)，热量从分冷却器5310去除并且冷却从温度控制块5805去除，从而允许外分组件6001的温度稳定(步骤5915)。在外分组件6001的温度稳定之后(步骤5915)，温度控制块5805从液体阻挡壁5305去除(步骤5920)，如图60E所示。
下面，也参照图60F和G，不同的部件装配到外分组件6001(步骤5925)。首先，如图60F所示，储存器板6005安装到液体阻挡壁5305上并且靠近分冷却器5310。能够通过将板6005焊接在壁5305上以便形成焊缝6010而安装板6005。第二，如图60G所示，液体管路4800例如通过焊接密封到液体阻挡壁5305。在装配完成之后，检查外分组件和所有焊接接头以确保密封焊缝并且壁5305的内径如需要的一样圆，以便在后面加工中与芯分组件相互配合(步骤5930)。
参照图61，执行工序5420用于将外分组件6001与芯分组件相结合以便形成蒸发器主体。一般，在该加工过程中，外分组件6001在芯分组件5300上热收缩，以便确保各件适当结合。最初，加热外分组件6001(步骤6100)。在一种实施例中，外分组件6001放在将外分组件6001加热到350℃±10℃的炉6200(在图62A中示出)中。下面，也如图62B所示，温度控制块5605冷却到芯分组件5300的外径小于加热的外分组件6001的内径的温度(步骤6105)。该温度控制块5605能够使用液氮冷却。也参照图62C和D，冷却的温度控制块5605和芯分组件5300插入加热的外分组件6001内，以便形成蒸发器主体6101(步骤6110)。下面，如图62D所示，当插入控制块5605和芯分组件5300时，热量从外分组件6001去除并且冷却从温度控制块5605去除，从而允许蒸发器主体6101的温度稳定(步骤6115)。参照图62E，在蒸发器主体6101的温度已经稳定之后，可以检查该蒸发器主体6101以便确保热收缩加工成功。
参照图63，执行工序5425用于完成蒸发器主体6101，从而形成蒸发器4713。参照图49和64，不同部件现在装配到蒸发器主体6101上(步骤6300)。例如，体积板6400钉到液体阻挡壁5305上，并且芯5320和管焊接到储存器板6005和体积板6400上。储存器4810焊接到储存器板6005上并且蒸汽阻挡板6405焊接到储存器板6005以及芯分组件5300上。帽6410和6415分别放在体积板6400和蒸汽阻挡板6405上。下面，检查并测试蒸发器主体6101(步骤6305)并且随后额外的部件安装到蒸发器主体6101上(步骤6310)。例如，蒸汽管路4805焊接到帽6410上，并且由于在焊接过程中可能的弯曲而如所需加工帽6410。帽6410焊接到体积板6400和蒸汽阻挡壁5315上，并且帽6415焊接到储存器板6005和蒸汽阻挡壁5315上。下面，为蒸发器主体6101检查泄漏(步骤635)。
参照图65，执行工序5430用于将蒸发器4713结合到热源或者循环热交换系统4705上。最初，如所需加工热源的外径(步骤6500)，以便确保蒸发器4713将在热源上配合。下面，也参照图66A和B，通过将蒸汽和液体管路焊接到蒸发器主体上并且随后使用合适的对齐系统将蒸发器4713与系统4705对齐而准备蒸发器4713(步骤6505)。
然后，蒸发器4713在系统4705上热收缩，以便确保各件适当结合。最初，加热蒸发器4713(步骤6510)。在一种实施例中，蒸发器4713放在将蒸发器4713加热到大约375℃的炉6600(在图66A和B中示出)中。下面，系统4705并且特别地热端4715冷却到热端4715的外径小于加热的蒸发器4713的内径的温度(步骤6515)。该系统4705能够使用液氮冷却。冷却的系统4705插入加热的蒸发器4713内(步骤6520)。当插入冷却的系统4705时，热量从蒸发器4713去除并且冷却从系统4705去除，从而允许蒸发器4713和系统4705的温度稳定(步骤6525)。
也参照图47，在温度已经稳定之后(步骤6525)，蒸发器4713和系统4705从对齐和炉设置中去除，并且装配传热系统4710(步骤6530)。例如，液体管路4800和蒸汽管路4805连接到冷凝器4712。传热系统4710和循环热交换系统4705然后安装在壳体5090中，如图50和52所示(步骤6535)。
其它的实施例处在随后的权利要求的范围之内。例如，芯分组件5300可以通过在蒸汽阻挡壁5315上热收缩芯5320而在步骤5500装配。在该实施例中，芯5320由芯材料形成，该芯材料切割为合适长度、轧制为圆柱形式并且随后在其配合边缘焊接以便形成圆柱。圆柱芯5320然后被加热并且放在蒸汽阻挡壁5315上。在圆柱芯5320冷却之后，在芯5320和蒸汽阻挡壁5315之间形成热界面。在该点处，然后能够使用烧结来进一步提高在芯5320和蒸汽阻挡壁5315之间的传热。
芯分组件和外分组件的部件能够由其它材料制成，只要通过这些其它材料能够获得热接触即可。例如，分冷却器5310能够由不锈钢制成或者液体阻挡壁5305和蒸汽阻挡壁5315能够由铜制成。
在插入控制块5605之前热量可以从芯分组件5300去除并且冷却可以从控制块5605去除。同样，在控制块5805插入液体阻挡壁5305之前热量可以从液体阻挡壁5305去除并且冷却可以从控制块5805去除。类似地，在插入控制块5605并且芯分组件5300插入外分组件6001之前，热量可以从外分组件6001去除并且冷却可以从温度控制块5605去除。最后，在系统4705插入加热的蒸发器4713之前，热量可以从蒸发器4713去除并且冷却可以从系统4705去除。
权利要求
1.一种制造蒸发器的方法，该方法包括定向蒸汽阻挡壁，使得蒸汽阻挡壁的热吸收表面限定蒸发器的至少一部分外表面，该外表面构造成接收热量；定向液体阻挡壁靠近蒸汽阻挡壁，其中液体阻挡壁具有构造成限制液体的表面；在蒸汽阻挡壁和液体阻挡壁之间定位芯；其中，定向蒸汽阻挡壁、定向液体阻挡壁和定位芯中至少一个包括在芯和蒸汽阻挡壁之间的界面处限定蒸汽去除通道；以及其中，定向蒸汽阻挡壁、定向液体阻挡壁和定位芯中至少一个包括在液体阻挡壁和主芯之间限定液体流动通道。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括形成蒸汽阻挡壁和形成液体阻挡壁。
3.如权利要求2所述的方法，其中形成蒸汽阻挡壁包括将蒸汽阻挡壁形成为平面形状，并且形成液体阻挡壁包括将液体阻挡壁形成为平面形状。
4.如权利要求2所述的方法，其中形成蒸汽阻挡壁包括将蒸汽阻挡壁形成为环形形状，并且形成液体阻挡壁包括将液体阻挡壁形成为环形形状。
5.如权利要求4所述的方法，其中定位芯包括在蒸汽阻挡壁上热收缩芯。
6.如权利要求4所述的方法，其中定位芯包括在芯上热收缩液体阻挡壁。
7.如权利要求1所述的方法，其中定位包括在蒸汽阻挡壁和液体阻挡壁的液体限制表面之间定位芯。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括定向分冷却器靠近液体阻挡壁。
9.如权利要求8所述的方法，其中定向分冷却器包括将分冷却器热收缩到液体阻挡壁上。
10.如权利要求1所述的方法，进一步包括形成蒸汽阻挡壁，以及电蚀刻蒸汽去除通道进入蒸汽阻挡壁内。
11.如权利要求1所述的方法，进一步包括形成蒸汽阻挡壁，以及机加工蒸汽去除通道进入蒸汽阻挡壁内。
12.如权利要求1所述的方法，进一步包括将蒸汽去除通道嵌入芯内。
13.如权利要求1所述的方法，进一步包括形成蒸汽阻挡壁，以及光蚀刻蒸汽去除通道进入蒸汽阻挡壁内。
14.如权利要求1所述的方法，进一步包括通过轧制蒸汽阻挡材料为圆柱形并且密封蒸汽阻挡材料的配合边缘而形成蒸汽阻挡壁。
15.如权利要求1所述的方法，进一步包括通过轧制液体阻挡材料为圆柱形并且密封液体阻挡材料的配合边缘而形成液体阻挡壁。
16.如权利要求1所述的方法，其中定向液体阻挡壁包括热收缩液体阻挡壁。
17.如权利要求1所述的方法，进一步包括形成液体阻挡壁，以及光蚀刻液体流动通道进入液体阻挡壁内。
18.一种制造蒸发器的方法，该方法包括定向具有环形形状的液体阻挡壁；定向与液体阻挡壁同轴、具有环形形状的蒸汽阻挡壁；以及在液体阻挡壁和蒸汽阻挡壁之间定位芯，该芯与液体阻挡壁同轴。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括形成蒸汽阻挡壁和形成液体阻挡壁。
20.如权利要求18所述的方法，其中定位芯包括在蒸汽阻挡壁上热收缩芯。
21.如权利要求18所述的方法，其中定位芯包括在芯上热收缩液体阻挡壁。
22.如权利要求18所述的方法，其中定位包括在蒸汽阻挡壁和液体阻挡壁的液体限制表面之间定位芯。
23.如权利要求18所述的方法，进一步包括定向分冷却器靠近液体阻挡壁。
24.如权利要求23所述的方法，其中定向分冷却器包括将分冷却器热收缩到液体阻挡壁上。
25.如权利要求18所述的方法，进一步包括形成蒸汽阻挡壁，以及电蚀刻蒸汽去除通道进入蒸汽阻挡壁内。
26.如权利要求18所述的方法，进一步包括形成蒸汽阻挡壁，以及机加工蒸汽去除通道进入蒸汽阻挡壁内。
27.如权利要求18所述的方法，进一步包括将蒸汽去除通道嵌入芯内。
28.如权利要求18所述的方法，进一步包括形成蒸汽阻挡壁，以及光蚀刻蒸汽去除通道进入蒸汽阻挡壁内。
29.如权利要求18所述的方法，进一步包括通过轧制蒸汽阻挡材料为圆柱形并且密封蒸汽阻挡材料的配合边缘而形成蒸汽阻挡壁。
30.如权利要求18所述的方法，进一步包括通过轧制液体阻挡材料为圆柱形并且密封液体阻挡材料的配合边缘而形成液体阻挡壁。
31.如权利要求18所述的方法，其中定向液体阻挡壁包括热收缩液体阻挡壁。
全文摘要
一种制造蒸发器的方法包括定向蒸汽阻挡壁、定向液体阻挡壁和在蒸汽阻挡壁和液体阻挡壁之间定位芯。定向该蒸汽阻挡壁使得蒸汽阻挡壁的热吸收表面限定蒸发器的至少一部分外表面。该外表面构造成接收热量。定向液体阻挡壁靠近蒸汽阻挡壁。该液体阻挡壁具有构造成限制液体的表面。在芯和蒸汽阻挡壁之间的界面处限定蒸汽去除通道。在液体阻挡壁和主芯之间限定液体流动通道。
文档编号B23P17/00GK1910008SQ200480039154
公开日2007年2月7日 申请日期2004年10月28日 优先权日2003年10月28日
发明者爱德华·J·克罗里泽科, 詹姆斯·S·云, 迈克尔·尼基特金, 老戴维·A·沃尔夫 申请人:斯沃勒斯联合公司