一种多级毛细泵.pdf

本发明提供的是一种多级毛细泵。它包括作为冷凝器的第一级多孔结构、作为毛细通路的第二级多孔结构和作为蒸发器的第三级多孔结构，三级多孔结构连接成一体，且各级多孔毛细结构的毛细孔径各不相同，第一级的毛细孔径最大，第二级的毛细孔径比第一级的小，第三级的毛细孔径最小，作为蒸发器的第三级多孔毛细结构的出口端为凹形出口。本发明可以保证在碱金属热电直接转换器中碱金属工质充分循环，避免由于碱金属热电转换器在高负载时形成的碱金属工质断流，避免在毛细泵中产生“干烧”。

1、  一种多级毛细泵，它包括作为冷凝器的第一级多孔结构、作为毛细通路的第二级多孔结构和作为蒸发器的第三级多孔结构，其特征是：三级多孔结构连接成一体，且各级多孔毛细结构的毛细孔径各不相同，第一级的毛细孔径最大，第二级的毛细孔径比第一级的小，第三级的毛细孔径最小，作为蒸发器的第三级多孔毛细结构的出口端为凹形出口。

2、  根据权利要求1所述的一种多级毛细泵，其特征是：所述的凹形出口的断面为三角形，顶角角度α范围为20-120°之间。

3、  根据权利要求1所述的一种多级毛细泵，其特征是：所述的凹形出口的断面为曲线形，顶角平滑过渡。

4、  根据权利要求1、2或3所述的一种多级毛细泵，其特征是：作为毛细通路的第二级多孔结构的多孔毛细结构由毛细芯、毛细管和套在毛细芯与毛细管之间的同心圆柱组成，毛细芯和毛细管内的毛细孔径不相同，毛细芯的毛细孔径小于毛细管的毛细孔径。

5、  根据权利要求1、2或3所述的一种多级毛细泵，其特征是：在第二和第三级多孔结构的多孔毛细结构外套有套管。

6、  根据权利要求4所述的一种多级毛细泵，其特征是：在第二和第三级多孔结构的多孔毛细结构外套有套管。

一种多级毛细泵
(一)技术领域
本发明涉及一种集工质冷凝、传递和蒸发为一体的多孔结构装置。该装置尤其适用于碱金属热电直接转换装置(缩写为AMTEC)中。
(二)背景技术
碱金属热电转换装只是利用碱金属工质潜热进行能量传递的一种装置。其碱金属工质为钠、钾及其合金等。在以往的研究中发现存在多种因素影响热电转换器的效率。如固体电解质(Beta″Alumina Solid Electrolyte-BASE)性能、电极性能、整体的热损失、高低温端温度等等。由于工质的冷凝、动力来源和蒸发均发生在多孔结构内。所以多孔结构对碱金属热电转换器影响是巨大的。
在工质进入大毛细孔径区域时，由于其毛细孔径较大，渗透性较强，产生的吸附力较小；在小孔径区域，其毛细孔径较小，渗透性较弱，但它具有较大的毛细力。
Graded porosity artery for alkali metal thermal to electricconversion(AMTEC)cells/5,952,605/Robert K.中公开了一种用于AMTEC中的多孔通路，该多孔结构连接了AMTEC高压和低压端。并将碱金属工质从低压端运输到高压端；该多孔通路在冷端一侧有用于冷凝的冷凝器，在高温段一侧有用于蒸发的蒸发器。这该毛细通路、蒸发器和冷凝器根据各部分特点具有不同毛细孔径以适应需要。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种可以保证在碱金属热电直接转换器中碱金属工质充分循环，避免由于碱金属热电转换器在高负载时形成的碱金属工质断流的一种多级毛细泵。
本发明的目的是这样实现的：
本发明它包括作为冷凝器的第一级多孔结构、作为毛细通路的第二级多孔结构和作为蒸发器的第三级多孔结构，三级多孔结构连接成一体，且各级多孔毛细结构的毛细孔径各不相同，第一级的毛细孔径最大，第二级的毛细孔径比第一级的小，第三级的毛细孔径最小，作为蒸发器的第三级多孔毛细结构的出口端为凹形出口。
本发明还可以包括：
1、所述的凹形出口的断面为三角形，顶角角度α范围为20-120°之间。
2、所述的凹形出口的断面为曲线形，顶角平滑过渡。
3、作为毛细通路的第二级多孔结构的多孔毛细结构由毛细芯、毛细管和套在毛细芯与毛细管之间的同心圆柱组成，毛细芯和毛细管内的毛细孔径不相同，毛细芯的毛细孔径小于毛细管的毛细孔径。
4、在第二和第三级多孔结构的多孔毛细结构外套有套管。
本发明将冷凝器、毛细通路和蒸发器组成一个一体的结构。由于各主要部件均为多孔毛细结构，且其毛细孔径各不相同，故将该发明装置总体分为三级。第一级是具有大毛细孔径的冷凝器，在此使用大毛细孔径是为了减少压力损失。第二级的毛细通路的毛细孔径比第一级别有所减小。这是为了保证液态工质足够的吸附力。第三级的蒸发器孔径最小，产生的毛细力最大，此毛细力可以为工质流动提供足够的动力。
同时本装置为了提高蒸发器的蒸发效率，可以根据具体使用情况选择蒸发器出口角度α。另外本装置还可以使用另外一种特殊的出口形状的蒸发器。
为了降低毛细通路的压力损失。本装置的还可以选择另外一种毛细通路。该毛细通路由毛细芯、毛细管和同心圆柱组成。
本发明可以保证在碱金属热电直接转换器中碱金属工质充分循环，避免由于碱金属热电转换器在高负载时形成的碱金属工质断流，避免在毛细泵中产生“干烧”。
(四)附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的一种蒸发器出口形状示意图；
图3是本发明的另一种蒸发器出口形状示意图；
图4是本发明的另一种结构示意图；
图5是同心圆柱的结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，本发明第一种具体实施方式的主要部件均为多孔结构。故按照孔径大小，可将本发明装置分为三级。第一级多孔结构是冷凝器1。第二级多孔结构是毛细通路2。第三级多孔结构是蒸发器3。冷凝器与毛细通路直接相连。为保证冷凝器的稳定性可用支撑架起到支撑作用。用难熔金属套管4将毛细通路与蒸发器连接在一起。在毛细通路和蒸发器外套有不锈钢套管5，且蒸发器与不锈钢管套之间用真空焊接，可保证毛细泵的密封性及强度要求。其中冷凝器和毛细通路由直径为5μm-20μm的难熔合金细丝压制而成。而蒸发器则由金属粉末制成。其金属粉末材料可从镍、钼和镍钼材料中选取。为了降低AMTEC整体压降，提高渗透率，第一级的冷凝器选用毛细孔径较大的多孔结构；为了减少压降，但又不至于工质在流动中缺少吸附力，第二级别的毛细通孔径比第一级的毛细孔径要小一些。第三级的毛细孔径是这三种级别中最小的。大约在5μm-10μm，只有这样在蒸发器中所产生的毛细力才可以为整个AMTEC提供足够的动力源。冷凝器、毛细通路和蒸发器各自毛细孔径为a、b、c，其关系为c＜b＜a。作为蒸发器的第三级多孔毛细结构的出口端有凹形出口。同时结合图2和图3，凹形出口可以是三角形出口或凹曲线形出口，当为三角形出口，出口角度α范围为20-120°之间；当为凹曲线形出口，顶角平滑过渡。
结合图4和图5，本发明的第二种具体实施方式是在第一种实施方式的基础上，将毛细通路设计成由毛细芯8、毛细管7和同心圆环9三部分组成。毛细芯和毛细管具有相同的长度。毛细芯和毛细管之间有一定的距离。这样就形成了一个空腔6，空腔可以降低整个毛细泵的压力损失，空腔两侧的多孔结构可以为液态的工质提供足够的吸附力。毛细芯和毛细管内的毛细孔径(e，d)也不相同。毛细芯毛细孔径要相对小一些。毛细管毛细孔径之所以相对大一些，是因为由于不锈钢套管传热会引起空腔内液态工质的蒸发。蒸发后的工质容易形成阻塞。为防止这一现象，故采用毛细孔径较大的多孔结构与不锈钢套管接触，降低传热效果。在空腔的内部有一个同心圆环是用于固定毛细芯和毛细管相对位置。同心圆环可以用热胀冷缩的方法安装，不必用焊接方法使其与其相邻的两个零件固定。该圆环用于固定毛细芯和毛细管相对位置。其中R1是毛细芯的直径，R2是毛细管内径。材料可选择不锈钢。