专利名称：具有相互连通的毛细热管网络的热控器件的制作方法
具有相互连通的毛细热管网络的热控器件本发明涉及一种基于毛细热管的热控器件，该毛细热管通过流体循环提供热量传递，以分别用于冷却热源或加热冷源，且毛细热管相互连通形成至少一个网络。毛细管是一种具有光滑内壁的简单中空管道，用于热量传递的毛细热管1的形式为中空管道2，其具有凸出内表面的径向内槽3并且环绕着中间通道4，如图Ia和Ib示意性地示出了本领域中最常见且最经济变形的径向和横向截面图。在其它变形中，如图Ic中以横向截面示意性示出的，多孔材料制成的基本环状结构环绕着该中间通道4，该环状结构覆盖在管道2的内壁上，比如多孔铜或其它多孔结构5。 下文将这些特殊的结构(槽3，多孔结构或材料5)称为“毛细结构”，其通常设置在毛细热管1的管道2的内表面上，以保持热量传递流体的液相并将其与在中间通道4中循环的气相相分离。因此，热管1具有两个不同的毛细尺寸，例如，中间通道4的直径和毛细结构3、 5的厚度或径向尺寸，这样可用于分离传递热量流体的液相与气相的流动(顺流或逆流)。在现有技术中，毛细热管1 一般包括直的管道2，或包括至少一个两端封闭的且充满着在适宜压力下呈两相的热量传递流体的部件，从而使得可通过气化、蒸汽流动，然后流体凝结来传递热量。毛细热管1通常为杆状，可能在适当位置弯曲一定角度并具有适于需求的尺寸。 管道2的横截面可以是例如圆形或四边形。管道2可以与至少一个热源(如图Ia中的6) 和至少一个冷源(如图Ia中的7)直接热接触；或者与至少一个板接触，该板与至少一个热源或至少一个冷源热接触。毛细热管1将在蒸发区8中的热源6 (比如散热电子设备或加热器)与在冷凝区9 中的冷源7 (比如冷却器或待加热的设备或结构)连接起来。流体的液相通过覆盖在管道2 内壁上的毛细结构3、5，从冷凝区9向蒸发区8循环，在冷凝区9液相流体与冷源7进行热交换，在蒸发区8液相流体与热源6进行热交换。在蒸发区8与热源6接触后，液体蒸发， 所形成的蒸汽通过管道2的中间通道4输送到冷凝区9，在那里蒸汽冷凝至液相，并向冷源 7释放热量。与上述参考图Ia至Ic所描述的毛细热管1形成对比的是，还有一种称作“脉冲式”热管，其由在端部相互连通以形成一个或多个回路的简单毛细管(具有较小内径的中空管道，比如2-5mm)构成。这个封闭的毛细管路中充满呈两相(气相和液相)的热量传递流体，其中，回路两端端部与一侧的蒸发器和另一侧的冷凝器进行热交换。两相的流动完全是顺流的在与一个或多个热源热偶联的蒸发区中，由于热吸收而形成的蒸汽泡(“气团”) 推动液体“片段”或“团块”。因此，封闭的毛细管路局部充满与一个或多个热源热接触的蒸发区所带来的液体，促使蒸汽泡的连续膨胀，其长度可以达到几毫米(通常5-10mm)。这些蒸汽团的膨胀推动在其端部的液体团块以及在连续液体团块之间的蒸汽团，由此这些团块和气团的移动使得液体和蒸汽在冷凝区与一个或多个冷源热接触，在该区域蒸汽冷凝为液体。于是，液体在该封闭回路内的流动促使液体回到蒸发区并在所述区域形成新的气团。因此，一般来说液体团块和蒸汽团交替地向着蒸发区和冷凝区移动。这类脉冲式热管在例如美国专利US4921041和US5219020中进行了描述。可参考这些专利获得更详细的信息。因此， 与用于脉冲式热管或顺流热管的简单毛细管相比，比如美国专利US6269865 以及下述参考图2所描述的(对应于美国专利US6269865的图3)毛细热管的工作方式与之不同且更为有效。具有光滑内壁的毛细管限制了抽吸功率，使该功率值与管道直径成反比，该值小于lOOPa。由于内壁上的多孔结构或槽具有较小的毛细尺寸，毛细热管的抽吸功率可以达到大于500Pa。与毛细管不同，毛细热管可以沿着热管管道的长度达到均衡的温度，这是因为液相流体和气相流体可作为沿着热管的不同热点和冷点的函数相互独立地沿着管道的两个方向流动。如图2中所示，美国专利US6269865描述了一种热管网络11，其由相互连通的简单毛细管12形成基本方形或矩形的封闭回路13，且它们互相连通并连通着用于封闭热交换器两端端部的两个毛细管(入口 12a和出口 12b)。如果交换器设置为与至少一个热源16 热接触，并且网络11用作为散热器单元并与至少一个冷源或散热设备热接触，则该交换器可用作为蒸发器18使用。而当交换器设置为与至少一个冷源热接触，并且网络11用作为热量传递单元并与至少一个热源热接触时，则该交换器也可用作为冷凝器19。在网络11中，可以清楚地看到连续的液体团块14和蒸汽泡(气团)15。这种类型的网络11用于驱散如16的热源所产生的热量。这样的系统与毛细热管相比而显现出的性能限制已在上文中进行了说明。此外，仅在该网络11与热吸收单元18连接且与至少一个热源16进行热交换时，该网络11才能起作用。这个热吸收单元18与用来散热的网络11 相互分开，并必须使流体在进入毛细管网络11的入口 12a处进行气化。这样，所产生的蒸汽15在网络11中通过与至少一个冷源接触而冷凝，进而形成液体团块14被蒸汽泡15推动。液态流体14从网络11的出口 12b处带出并然后送入热吸收单元18。在这种类型的网络11中，液体14和蒸汽15必须以相同方向循环(顺流流动)。液体14和蒸汽15在网络11中不能相互独立，从而阻止了在整个网络11中建立两相状态。由于流体冷凝而逐渐形成的液体14的热吸收能力，比蒸汽15冷凝而产生的热吸收能力要小得多。液体14在网络11中某些地方的积累，特别是在网络11的节点20处的累积，会减缓蒸汽15的循环，节点20是网络11中至少两个回路13的连通点。总体来说，网络11的热通量吸收能力受到了限制，且热载荷不能在网络11中有效地驱散。美国专利US 5506032,US 5806803和US 6776220描述了几种毛细热管的网络，其热管相互交叉但不相互连通(特别是在其交叉处)。它们可用于调节安装设备的壁(面板) 中的热量。如图3示意性的所示，这种类型的二维网络由交叉的毛细热管21构成(此处所述的各个热管21示出为具有毛细结构的管道22，该毛细结构由环绕着中间通道的内槽23 所构成)，且沿着至少两个不同的但共面的且通常基本相互垂直的方向延伸，但热管21之间不相互连通，即容纳在热管21内的流体不能从任一热管循环到至少一个其它热管中。因而，在两个热管21的交叉点，两个热管21之间的热交换只能通过传导交换来进行，通过两个热管21的管道22之间的直接接触来进行，或者有可能通过使至少一个由良好热导体材料制成的中间部件覆盖两个热管21来进行，有时将该中间部件称为面板，其构成在这两个热管21之间的热接触界面或热桥。因此，这类具有交叉毛细管网络的被动热控器件的主要局限源自于管道交叉处发生的不可避免的热量传递的损耗。这是在传递功率方面的局限，以及涉及热管21在交叉处所能提供的热通量的最大密度的局限。该网络中的一个热管21所聚集的热量能够有效地沿着这个热管21流动，但是不能有效地在网络中的其它方向上沿着其穿过的且以所述另一方向延伸的热管21中流动，比如向着位于所述另一方向的冷源流动。 如果热源设置在两个热管21的交叉处，只有这两个热管21能够在其各自方向上有效地传递热量，并且冷源必须放置在这些方向的至少一个方向上。因此，为了利用这类网络进行有效的收集热量并将其带走，则必须在网络的所有方向上设置足够数量的冷源，但是这给布局带来限制，或者是增加在热管21交叉处的热传导性，但是这一般增加器件的重量。此外，管道21的这种混乱也加大了器件的整体尺寸，且难以制造出薄壁的网络。最后， 这类网络的低模块性使得不能在具有复杂表面或体积的结构中简单且有效地消除热量。尤其是，这类网络的三维尺寸一般是未知的。这样会导致该网络的热交换更加复杂和无效，以及还需要大量的冷源与网络的热管热接触。本发明的目的在于提出一种具有毛细热管构成的网络的热控器件，其能够克服所有上述现有技术中的局限，并提供其它优点，将在下面的说明中进行展示。本发明的一个对象是热控器件，其包括至少一个毛细热管构成的网络，其中各个热管包括管道，该管道围绕着基本环状的径向毛细结构并且环绕着中间通道，该毛细结构用以液相的两相传热流体的循环，该中间通道用于气相的两相传热流体的循环，其特征在于，该网络的至少两个热管的管道相互交叉且在构成网络节点的各个热管的交叉处相互连通，籍助于所述至少两个热管的毛细结构之间的毛细作用，产生液相流体的交换，与此同时，籍助于所述至少两个热管的中间通道之间的自由循环作用，产生气相流体的交换。在第一变形实施例中，有些热管的端部可以不与网络节点连通。这些端部都是封闭的，比如采用焊接方式封闭，以将流体保持在网络中。在另一变形中，各个热管的各个端部都与网络节点连通，除了在一个或多个网络入口 /出口处以外，该入口 /出口具体的是将网络连通到至少一个热管构成的网络的延伸部分和/或连通到所述器件的至少一个其它热管构成的网络。在这些变形中，网络中的一个或多个热管可以延伸到离网络几米的距离，以便与离所述网络一定距离的热源或冷源建立热接触。有利地，一流体罐比如在网络入口或出口处与网络连通，从而调节网络中流体的量以适应网络中温度的变化，尤其是调节流体的膨胀和冷凝流体的水位。在下面的说明中，到达网络节点的那部分热管称为分支，为了使整个网络能有效的进行热量传递，本发明的器件有利的是，在网络的各个节点处，终止于所述节点的所有热管分支的毛细结构保证了用于液相流体循环的毛细连续性，这样终止于所述节点的任何热管分支中的液相流体到达所述节点后，可以在毛细作用下流入任何其它终止于所述节点的热管分支中。因而，在终止于且通过该节点的不同分支之间的所有方向上，都具有适于液体循环的毛细连续性。同样，旨在使整个网络能够进行最有效的热量传递，该器件被有利地布置为，在网络的各个节点处，所有终止于所述节点的热管分支的中间通道既确保了在该节点的液相流体的流动连续性又确保了气相流体的流动连续性，使得通过任何终止于所述节点的热管分支到达所述节点的气相流体能够流入到所有终止于所述节点的其它热管分支中。因此，在各个终止于且通过该节点的分支之间的所有方向上，线路中的气体都具有流动连续性。
在不同节点处的毛细连续性必然使得液相流体通过毛细作用，在表面张力作用比重力或惯性作用占优势的区域进行流动。在所述毛细结构中不必具有完善的连续性，但是至少在毛细作用下不能存在不连续。有利地，在网络中的各个节点处，终止于所述节点的热管分支的毛细结构在当它们之间的尺寸大于热管的毛细结构的孔或槽的常规尺寸时，就不具有不连续性，该常规尺寸取决于所述结构是否分别由相应管道中的多孔材料还是内部槽构成。 同样，在网络各个节点处，气相流体的流动路线的连续性必然使得蒸汽在惯性流动的作用下进行流动。因此，所述导管的几何形状不必具有完善的连续性，但是必须至少不存在显著的负载损耗。有利地，在网络中的各个节点处，通过流动导管确保气相流体在终止于所述节点的热管分支的中间通道之间的流动连续性，该流动导管所具有的流通区域或至少一个典型尺寸大致等于终止于所述节点的热管分支的中间通道的流通区域或至少一个典型尺寸。然而，为了提供更高的热通量密度，或者为了比如由于网络尺寸的原因、一些热管存在弯曲的原因而需要整合成为特定的体积或几何形状，或者为了对抗重力作用，网络中的至少一个热管的至少一个分支，其毛细结构和/或至少一个典型尺寸不同于网络中至少一个其它热管分支。有利地，在本发明的器件中，器件的所述至少一个热管构成的网络是二维网络，包括两组多个热管，各组多个热管的取向基本沿着它们长度的至少一部分且向着相互倾斜的优选为相互垂直的两个方向中的一个方向，这样两组多个热管根据上述的特征在交叉处相互交叉且相互连通。本发明的器件可以进行更一般化的变形，这样器件的至少一个热管构成的网络是三维网络，其包括在网络的至少一个节点处，至少三个热管分支取向沿着至少它们长度的一部分的三个不同方向之一，各对分支之间都相互倾斜，优选为相互垂直，所述至少三个热管分支根据上述特征相互交叉且相互连通。在该器件的第一实施例中，在网络的至少一个节点处，在所述节点处相互交叉并相互连通的至少两个热管具有形状互补的切除部分，该部分切入它们各自的管道和毛细结构，使得热管在切除部分相互匹配并重新建立管道壁的连续性(热管沿着切除部分整合连接起来)、毛细结构的毛细连续性和沿着所述热管通道的流动连续性。这个实施例特别适于具有四边形(矩形或正方形)或圆形截面所形成的二维网络的热管。可以看到，为了避免流体从以这种方式形成的节点中泄露出来，在两个热管交叉处的管道壁必须具有连续性， 比如通过沿着切除部分的长度方向上对这些管道在外部上进行焊接。同样地，如果其毛细结构由(多孔材料的)多孔结构构成而不是槽，那么更能确保两个管道内部的毛细结构之间的连续性。可以看到，这个实施例更适于二维网络和/或多孔材料的热管，而将这个实施例应用于槽式热管和/或三维网络上则较难实施。由于这些限制，在本发明器件的特别有利的第二个实施例中，在至少一个节点处的热管的相互连通，优选为在至少两个相互连通热管分支的所有节点处的热管的相互连通，可籍助于中空连通件采用模块方式获得，该连通件在二维网络的节点处呈交叉状，在该节点处的四个热管分支相互连通，在下文将该连通件称为交叉件。
更具体的说，在该第二实施例中，该器件的网络的至少一个节点包括称作交叉件的中空连通件，其使所有终止于所述节点的热管分支相互连通。该连通件由管状连通臂构成，连通臂的数量等于与该节点连通的热管分支的数量，各个连通臂具有内部的且基本环状的环绕着中间通道的毛细结构。各个连通臂通过称作内侧端的径向端部与其它连通臂连通，并且通过称作外侧端的径向另一端部与各自的热管分支连通，使得各个连通臂的毛细结构在其外侧端与所述相应的热管分支的毛细结构具有毛细连续性，且在其内侧端与各个其它连通臂的毛细结构都具有毛细连续性，从而其中间通道在其外侧端和相应热管分支的中间通道连通，且在其内侧端和其它连通臂的中间通道连通。
在这种情况下，当热管的毛细结构由槽构成时，有利的是，热管的这种毛细结构能够与由具有高渗透性的多孔结构或多孔材料构成的交叉件的连通臂的毛细结构具有毛细连续性，该多孔结构或材料的孔径不大于所述槽的开口的两倍，以便于液体的流动。这个值可以作为所用的各种材料的流体可湿性的函数而变化。同样，在由多孔结构或多孔材料构成的毛细结构的热管中，有利的是，热管的这种毛细结构能够与由高渗透性的多孔结构或多孔材料构成的交叉件连通臂的毛细结构具有毛细连续性，该多孔结构或多孔材料的孔径不大于热管的多孔结构或多孔材料的孔径。该值也是可以作为所用的各种材料的流体可湿性的函数而变化。这个具有交叉件的器件的实施方式的显著优点在于网络的热管可以是已经商品化的标准热管，其具有槽或具有多孔的毛细结构。在标准实施例中，网络中热管的管道可简单的焊接到交叉件的管道上。另一优点在于，任意交叉件可设置成与任意数量的热管分支连通，一般在二维或三维网络中为2-8个热管分支。本发明器件在任意实施方式中都具有的一个优点是，当一个或多个热源与网络热接触时，就会在各个热源和一个或多个网络元件(网络的分支或节点)之间产生热交换。那么，网络就能够有效的收集热源所产生的所有热量并可在所有管道上具有均衡的温度。在本发明器件的实施例中，热管构成的网络收集由至少一个热源所产生的热量， 并通过至少一个冷源带走所述热量，该热源与至少部分网络热接触，该冷源至少与网络的另一部分热接触。热源可以是“局部性的”，比如散热元件或加热器，或普遍性的，比如由至少一个外部热源加热的结构。同样，冷源也可以是局部性的，比如指形冷冻器冷却元件，或普遍性的， 比如通过至少一个外部冷源冷却的散热结构。因此，通过两相流体的状态变化而实现的热交换，使得该器件因流体蒸发而有效地收集由一个或多个热源释放的热量，并通过网络将热量传递到一个或多个冷源，流体在冷源处冷凝，并通过毛细作用返回到热源。这样的器件可以用来冷却一个或多个热源和/或加热一个或多个冷源。所使用的流体适于该系统的工作温度。比如，氨水可以适用于-40°C和+100°C之间的工作温度。有利地，所述器件的至少一个热管构成的网络可至少部分地整合到具有温度控制的结构中。在本器件的另一有利的实施例中，所述至少一个热管构成的网络的一部分与至少一个热源或冷源热接触，所述网络的另一部分至少与一个相对应的冷源或热源热接触。
在优选实施例中，采用上述实施例中的任意形式，器件还包括至少一个流体回路， 该流体优选为是两相的且通过毛细作用进行抽吸的，以用于将热量从热管的所述至少一个网络传递到远处的至少一个远处的冷源上，流体回路的蒸发区与热管构成的网络的至少一部分热接触。这种情况下，所述流体回路的至少一个冷凝区与所述至少一个冷源热接触。 在该实施例的相反情况下，该器件包括至少一个流体回路，优选为该流体是两相的且通过毛细作用进行抽吸的，以用于将热量从至少一个远处的热源传递到至少一个热管构成的网络上，流体回路的冷凝区与所述热管构成的网络的至少一部分热接触。这种情况下，所述回路的至少一个蒸发区与所述至少一个热源热接触。这两个实施例从流体回路的性能中获益，在相同质量情况下，从一点向另一点传输热通量，流体回路被认为比热管更有效。同样，在本发明的器件中，所述至少一个热管构成的网络是支撑结构的整合部分， 该支撑结构上安装有至少一个热源和/或至少一个冷源。这种情况下，所述支撑结构可有利地包括所述至少一个热管构成的网络，其适用于支撑散热设备，这样限制了整体的质量。于是，热管构成的网络具有两个功能热学方面， 用于传输热量和建立均衡的温度；机械方面，用于支撑/保持散热设备。本发明的器件可以用于热控制系统，该热控制系统控制所述至少一个网络的温度，或控制与所述网络热接触的至少一个元件的温度。这是通过对器件进行布置而达到该器件还包括至少一个温度传感器，其放置在所述至少一个热管构成的网络上或放置在与所述至少一个网络热接触的至少一个元件的附近，还包括与所述至少一个网络热接触的至少一个加热或冷却装置，这样对所述至少一个网络或所述至少一个元件的温度进行控制，控制的方式为通过应用一个所述至少一个冷却或加热装置进行冷却或加热的热量设定值，基于比较由所述至少一个温度传感器获得的温度测量值和温度设定值，从而进行控制。与网络热接触的元件可以是一个或多个局部源，比如是装置，与网络整合成一体的装置支撑结构，或者是与网络整合成一体的机械组件。在所有这些应用中，本发明热管构成的网络的优点在于，尽管加热或冷却装置在网络的局部发挥作用，但其仍能有效地建立均衡的温度；所有元件、支撑结构或机械组件中的热量可以通过网络非常有效地分散。相互连通的所述至少一个热管构成的网络的故障比如网络发生泄漏所造成的预判后果，可以通过叠加至少两个可能相同的网络以使得网络具有冗余，或者将网络再分为多个非相互连通的子网络而同时能够有利地保持所述子网络之间的热接触。本发明的器件可应用于多个有利的应用中。第一个这样的应用涉及含有射频(RF) 芯片的有源天线的冷却，多个射频芯片具有相似的尺寸特征和可能不同的散热特征，并被设置在网格状的支撑结构上，优选为规则间隔，其特征在于，所述器件的至少一个热管构成的网络与有源天线的所述支撑结构整合成一体，并且由所述网络收集的热量通过所述热管构成网络的至少一个延伸部分和/或热管构成的至少另一个网络和/或所述器件的至少一个流体回路，转移到至少一个散热器。第二个有利的应用涉及用于安装电子设备的支撑壁的冷却，其特征在于，所述器件的至少一个热管构成的网络连接到支撑壁的至少一个热传导面板上，优选为连接到所述壁的两个热传导面板之间，并且由所述至少一个热管构成的网络收集的热量通过所述热管网络的至少一个延伸部分和/或热管构成的至少另一个网络和/或所述器件的至少一个流体回路，转移到至少一个冷源上，如散热器。第三个特别有利的应用涉及机械组件的热控制，其特征在于，所述器件的至少一个热管构成的网络与所述机械组件发生热交换或者与需控制温度的组件整合成一体，至少一个加热元件和至少一个散热器连通着设置为与热管构成的网络热接触的至少一个冷却元件，以用于提供或消除所述网络中的热量，以及至少一个温度传感器用于测量表示所述组件温度的可变物理值，测量值与至少一个参考值相比较从而控制需要从所述组件中的移除或者提供的热量，从而减少所述比较值的差。
热管构成的二维或三维网络的使用的优势取决于机械组件的形状和尺寸。二维网络可以是完全平面的，或可以在某些位置弯曲或呈弧形，从而能够更好地贴合组件的形状。该最后一项应用可以有利地用于确保光学仪器的大型聚焦平面的热控制。通过阅读下面对实施方法非限定性的描述，并参考附图
，将使得本发明的其它特点和优点变得清晰，附图包括图Ia为现有技术中具有槽的毛细热管的纵向或径向的截面图，图Ib为图Ia所示毛细热管的横向截面图，图Ic与图Ib相似，为现有技术中具有多孔结构或多孔材料的毛细热管的横向截面图，图2为根据美国专利US6269865，现有技术中的简单的由互相连通的毛细管道和封闭回路构成的网络中顺流热管中间平面的示意性截面图，图3为现有技术中具有槽的相互交叉毛细热管的二维网络的局部透视图，图Ia到3已在前面进行说明。图4a为根据本发明的相互交叉且相互连通的毛细热管构成的二维网络的示意图，其显示的是该热管轴线平面的截面图，图4b为热管轴线平面的截面的放大视图，其示出了图4a所示网络的一个节点，四个热管分支在该点处相互连通，图5为具有互补切除部分的毛细热管的两个部分的局部分解透视图，这两个部分相互配合以形成相似于图4a所示二维网络的节点的第一变形，图6a为热管轴线平面的示意性截面图，示出了如图4a所示二维网络的节点的第二变形，其具有设置为具有四个臂的交叉件的连通件，用于将四个热管分支连通在一起，图6b为图6a所示节点的四臂交叉件的透视图，图6c为在三维网络的节点处形成连通件的六臂交叉件的透视图，其用于连通网络中的6个热管分支，图7为本发明器件的一种应用的示意性透视图，其中互相连通的毛细热管网络与毛细抽吸的两相流体回路相互配合从而将热量从热源传递到散热器，图8为本发明器件另一种应用的示意性透视图，其中热管网络用于支撑有源天线的结构中，该天线包括需要冷却的射频(RF)芯片。图4a所示的网络30，是二维的且一般为扁平的，其包括两组直线型的、平行的、规则间隔的毛细热管，各组朝向相互垂直的两个方向中的一个方向。在本实施例中，具体的是，第一组包括四个热管31a、31b、31c和31d，它们在下文中称为图4a所示的“水平”热管， 它们与在下文中称为第二组的“竖直”热管的五个热管31e，31f，31g，31h和31i相交叉，每一组热管都与另一组热管在所有交叉或连通的地方相互连通，这里的相互连通是指在由第一组的上方水平热管31a和下方水平热管31d以及第二组竖直且侧边的热管31e和31i所限定出的矩形的内部及边缘处相互连通。
在网络中，连接点的数量与节点的数量相同。但是，连接到网络中节点的热管分支的数量是可以变化的。比如，此处正在讨论的网络30包括具有四个热管分支的节点，如图 4b放大视图中所示的节点36，在此节点处，诸如31b的水平热管的两个连续分支31bl和 31b2与诸如31f的竖直热管的两个连续分支31fl和31f2是相互连通的。网络30还包括具有三个分支的节点，如节点37，端部分支(第一或最后)与该节点37连通，这三个分支比如是网络30的矩形内的水平热管如31b的31bl或者是竖直的热管，以及构成网络边缘的竖直或者水平的热管比如31e的两个连续分支如31el和31e2。网络还包括具有两个分支的节点，比如位于矩形网络30的“转角”处的节点38， 在此处，网络中水平边缘上的热管比如31a的端部分支比如31al与竖直边缘上的热管比如 31e的端部分支比如31el相连通。热管和/或毛细热管分支是现有技术中已知的类型，如上文中参考图Ia至Ic中所描述的，即包括围绕毛细结构且环绕中间通道34的管道32，该毛细结构用于液相的两相传热流体的循环，该中间通道用于气相流体的循环，如图4a所示以及图4b中的具有四个分支36的节点的放大比例所示，毛细结构由管道32管壁的内表面上的径向槽或多孔材料制成的环状多孔结构35构成。在网络30的各个节点36、37和38处，与该节点相互连通的所有分支以确保任意分支的中间通道34与这个节点的各个其它分支的通道34之间的流动连续性的方式相互连通，使得通过终止于该节点的任意热管分支的通道34流向该节点的气相流体都可以流入任何其它与该节点连通的热管分支的中间通道34，如图4b中的六个双向箭头F所示。为了通过气相的两相传热流体在与同一节点连通的所有热管分支的中间通道34 之间的自由循环来顺利实现热量传递，这些中间通道34都具有流动区域或者具有至少一个典型尺寸，比如其直径，该尺寸基本上是常数且如果应用的话，与同一节点的所有热管分支的中间通道34连通的任意流动导管中各个通道34的尺寸都是相等的。于是，终止于同一节点且通过该节点的不同热管分支之间的所有方向上的流动连续性使得蒸汽能够在惯性流的作用下流动，无需在中间通道34之间具有完美的连续性，但要保证在各个节点处不发生明显的压力损失。同时，对于所有连通到相同节点36、37或38的热管分支，确保在诸如35的毛细结构之间的用于液相流体的毛细连续性，从而通过在这些毛细结构35之间发生的毛细作用能够实现液相流体的交换，交换的方式是与该节点连通的任意热管分支的毛细结构35 中的液相流体流向该节点后，这些液相流体可以在毛细作用下流入连通到该节点的所有其它热管分支的毛细结构中。为此目的，终止于该节点的各个热管分支的毛细结构35，在可能的程度上，其内侧端(指向节点中心)正对着连通到相同节点的相邻热管分支的毛细结构35的内侧端。如果毛细结构是多孔结构或多孔材料，如图4b所示的35，则可以获得令人满意的毛细连续性，只要在多孔结构35之间不具有非连续性，非连续性是指不同分支的多孔结构35之间的距离超过结构35或多孔材料的毛孔的典型尺寸。如果热管分支的毛细结构由槽构成，如上所述，终止于相同节点的热管分支的毛细结构之间的非连续性不应该超过在节点中心处这些结构的槽的典型尺寸，在该节点处这些结构的内侧端尽应可能相接触，这样一个热管分支的毛细结构的槽可以至少部分地与该节点处相邻热管分支的毛细结构的槽相连通。
因此，对于热管毛细结构的任意类型(槽或多孔结构或多孔材料)，液相流体都可在节点中心处在该区域的毛细作用下流动，该节点的中心具有一定的几何形状，使得表面张力的作用远大于重力或惯性的作用。这样，在终止于该节点并通过该节点36，37，38的不同热管分支之间的所有方向都确保了用于液相流体的毛细连续性。为了通过调整网络30中存在的液相流体的量，以调节流体膨胀和凝缩以适应网络30中的温度变化，一流体罐39与网络30相连通。在图4a中，罐39通过热管31g的分支31g4与网络30连通，该分支31g4将热管31g延伸到网络30的外面。该罐39的内表面上沿线具有毛细涂层40，使之与将罐39连通到网络30上的分支31g4的毛细结构具有毛细连续性。采用与上述网络节点相同的方式，确保罐39的内部毛细内层40与分支31g4的毛细结构之间的毛细连续性，并因此确保连通分支31g4的毛细结构与热管31d及31g分支的毛细结构之间的毛细连续性，该连通分支34g4在网络的该节点处与热管31d及31g的分支连通，如图4a所示。因此，液相流体可以在罐39的毛细内层40、分支31g4的毛细结构35 及网络中其它热管分支的毛细结构之间的毛细作用下流动，从而在罐39和网络30之间双向循环，并且与此同时，气相流体也可以在罐39的中央容积及分支31g4的中间通道34和网络其它热管分支的中间通道之间双向循环。在本实施例中，连通分支31g4的中间通道34 的流动区域或直径小于网络30中其它热管分支的中间通道34的直径或流动区域，和/或连通分支31g4的毛细结构35的径向厚度小于网络30中其它热管分支的毛细结构35的厚度。优选地，罐39的毛细内层40的槽(平行于分支31g4的径向轴线)或多孔特性与连通分支31g4的毛细结构35相同，该分支自身的特性与网络30中其它热管分支的毛细结构相同，但这不是绝对必要的。有利的是，该毛细内层40是多孔结构或多孔材料的形式。在必要时，为了支持或高或低的流量密度，或者为了将网络30、网络的一部分、或者网络的延伸部分整合到特定体积中和/或具有特定几何形状的体积中，尤其是其整体尺寸，或当网络的至少一部分必须在特定条件下运行时，比如对抗重力，网络30的一个或多个热管31可以各自包括一个或多个不同于网络30的其他热管31分支的分支，不同之处在于中间通道34和/或毛细结构35的尺寸，和/或毛细结构35的种类，比如在网络的不同热管分支中由不同多孔材料构成的多孔结构。图5示出了一种具有四个分支的节点的实施例，其由网络(图中未示出)中两个在相交处相互连通的毛细热管构成，该毛细热管具有矩形横截面。这两个热管41是相同的且均由金属或塑性材料的管道42制成，在管道42的内壁上具有管状毛细结构43，在这个实施例中，毛细结构为环绕着中间通道44的，且具有基本恒定厚度的多孔结构或多孔材料。 管道42、毛细结构43和通道44都具有矩形的横截面。为了形成连通着两个热管41的节点，各个热管上形成有切除部分45，其构成了用于热管相交且连通的中空区域46。该切除部分45在管道42和毛细结构43内延伸的轴向长度(沿着热管41的轴线)等于热管41长边的宽度。切除部分45在热管41的两个截面之间(垂直于热管41的轴线)，延伸进入热管41的周长一半，穿过热管41的长边(比如水平上部较长侧)，以及延伸进入热管41竖直两侧的高度的一半长度。 这样，热管41a属于相互间隔的平行热管的第一组(图中未示出)，其被反转过来， 使得其中空区域46向下面对着并匹配着另一个热管41b的中空区域46，所述另一个热管 41b属于相互间隔的平行热管的第二组(也未示出)，所述另一个热管41b的径向轴线取向为垂直于热管41a的径向轴线。因此，两个热管41a和41b的中间通道44通过相互连通得以重新建立，毛细结构 43也是如此，通过在切除部分45的接触而重新建立毛细结构的连续性。在互补形状的切除部分45处内部相互嵌套的两个管道42在切除部分处焊接起来，从而重新建立管道42的流体密封，并沿着切除部分45使它们牢固的连接。这同时保证了气相流体沿着中间通道44 的流动连续性和液相流体沿着热管41的毛细结构43的毛细流动连续性。在二维网络中可以获得相同类型的相交和连通的热管，其中管道、毛细结构和中间通道都是圆柱形的，且具有圆形截面或方形截面。两个热管的管道在交叉和连通处连接起来，使得流体不能从该点溢出，这就是两个管道必须以流体密封的方式沿着切除部分相互牢固连接的原因，该牢固的连接不仅可以采用上述的焊接方式，也可以采用其它方式如粘结。还可以注意到，必须保证两个相互连通的热管的毛细结构的毛细连续性，如果该毛细结构为多孔材料，比如由多孔材料构成，而不是由槽构成，那么这种毛细连续性更易于获得。很显然，图5所示的网络节点实施例在使用具有槽的毛细结构和/或与三维结构配合的情况下会存在着一定困难。现将参考图6a对具有四个热管分支的节点的第二实施例进行说明，在该应用中构成了与图4a所示相似的二维网络。这第二个实施例比上述参考图5进行说明的实施例更加有利，因为它克服了后者所存在的局限性，并因此使得不仅可以容易地建立二维网络，还可以建立三维网络，和/或使用现有技术中的具有槽或多孔的毛细结构的热管。此外，所使用的热管的截面不再限于圆形、矩形或方形。在这第二个实施例中，终止于网络中同一节点的热管51的所有不同分支的相互连通可以采用模块的方式通过连通件55或接头获得，在所示的具有四个热管分支51连通的节点的图6a的实施例中，该连通件或接头也被称为交叉件。在图6a中，其中两个显示为水平的热管，属于第一组，在图6a中另外两个显示为竖直的且垂直于前面两个的热管，属于第二组，它们与网络中第一组热管的相交和连通方式与图4a所示相似，故下文不再对其进行说明或展示。连通件55是中空的且具有管状连通臂56，该连通臂的数量与在网络的相应节点处，通过连接件55互相连通起来的热管分支51的数量相同。各个连通臂56都具有与热管分支51相同的一般结构，已知的是，每个热管分支都包括外部刚性管道52，其包覆环状毛细结构53 (用于在毛细作用下使得液相流体循环)并且围绕着中间通道54(用于使得基本上气相的流体惯性循环)，优选为毛细结构53由设置在管道52内表面上的径向槽构成，如图6的示例所示，但是它也可以由覆盖在管道52内壁上的多孔结构或多孔材料构成。更具体的，各个连通臂56都包括刚性外部管道57，通过该刚性外部管道57，该臂56可以固定地连接到其它臂56上并与这些臂一起构成一个单一部分连通件55。这个管道57的内壁覆盖有环状毛细结构58(用于在毛细作用下使液相流体循环)且围绕着中间通道59 (用于基本上为气相的流体的循环)，有利的是该毛细结构是多孔结构或多孔材料的形式。如图6a所示，在相应节点处相互连通的各个热管分支51，籍助于其面对着连通件或交叉件55的端部，抵靠住相应连通臂56的外侧端，之所以称之为外侧端是因为其远离交叉件55 的中心，这样两个分支51和56就端部对着端部固定住并相互对齐，同时各个连通臂56的中间通道59在其近侧端，即面对着交叉件55中心的端部，与交叉件55的所有其它连通臂56的中间通道59相互连通。此外，与交叉件55的各个连通臂56的外侧连通相似的是，该连通臂56的中间通道59与相应热管分支51的中间通道54相互连通，通过将连通臂56的中间通道59设置为能够相互之间连续流通且与热管分支51的中间通道54连续流通，从而保证基本为气相的流体在热管51的所有方向上和通过节点的流动连续性。同时， 交叉件55提供了各个连通臂56的毛细结构的外侧端与相应热管分支51的毛细结构53之间的毛细连续性，同时在所述连通臂56的近侧端，其毛细结构58与交叉件55的各个其它连通臂56的相似毛细结构58具有毛细连续性。交叉件55的臂56在尺寸和几何形状上与和其连通的热管分支51相匹配，尤其是分支51和56具有基本上相同的横截面区域和形状，以及基本上相同的毛细结构53和58 的外径、厚度以及基本上相同的中间通道54和59的直径。实际上，交叉件55的管道57可以是与热管分支51的管道52相同的材料。在将热管分支51的端部安装到由交叉件55的臂56的管道57向外延伸出来的延伸部分上后， 将分支的管道52焊接到交叉件55的臂56上。如图6a中所示，热管分支51的毛细结构53由槽构成，而交叉件55的连通臂56的毛细结构58为具有高渗透性的多孔结构或多孔材料，这样的多孔结构或多孔材料优选为具有小于或等于大约毛细结构53中槽的开口两倍的孔径，以便于液相流体的流通。但是， 这个值可以根据所使用的不同材料的热交换流体的可湿性来进行调整。另一方面，对于由多孔结构或多孔材料所构成毛细结构的热管分支51，其有利之处在于交叉件55的臂56的毛细结构58具有高渗透性，其孔径小于或基本等于形成热管分支51的毛细结构的多孔结构或多孔材料的孔径。这个值也可以根据所使用的不同材料的流体可湿性来进行调整。由于交叉件55复杂的形式，使用多孔结构或多孔材料构成交叉件55的臂56的毛细结构58是非常有利的，虽然为了简化的目的，热管分支51的毛细结构53通常是采用与管道52同一加工步骤挤压出内槽来形成的。为了生产这种交叉件55，可采用多种方法，包括基于基础烧结、激光烧结或立体光刻成型的生产方法。所生产的热管51与连通件相兼容，连通件比如为交叉件55、或者是T型或L型的连通器，连通器的各自的三个或两个连接臂具有相同的结构且它们相互配合并与热管分支 51相互配合，该配合方式和其与连通件55的臂56配合的方式相同，当热管51的各自的三个或两个分支连通到相同的节点上时，不会出现特别的问题，因为网络的热管51可以由已商业品化的标准热管构成，其中毛细结构可以为槽式或者多孔式。图6b示出了图6a所示交叉件的透视图，在一个实施例中，连通臂56及其管道57、毛细结构58、中间通道59均为具有圆形截面的圆柱状。图6c呈现的是三维网络中具有六个分支的节点的分解透视图，其由具有交叉且连通的三组直线性的、相互平行的、相互间隔开的相同热管制成，其中各组管道的取向为相互垂直的三个方向的其中一个方向，通过具有管状连通臂的中空连通件在各个节点处相互连通，在图6c中，该中空连通件为具有六个连通臂66的交叉件65。与图6a所示的交叉件 55相比，图6c中的交叉件65具有两个额外的臂66，相对于交叉件55的中心相互对称，并且与相互垂直的两轴线的平面相垂直的轴线同轴，且与另外四个臂66中的两个臂同轴。与图6a和6b所示的示例相似，各个连通臂66都是具有圆形横截面的圆柱状管道且由外部管道67构成，该外管的内壁上覆盖有环绕着中间通道69的多孔毛细结构68，相邻于连通到交叉件65的六个热管分 支61的端部，也是由外部刚性管道62构成，其具有环绕着中间通道64形成毛细结构63的轴向槽式内壁，如图6a和6b的示例所示。这种器件的另一个优点在于交叉件可以适于与任何数量的热管分支相连通，通常为在二维或三维网络中的二至八个分支。如图7的左边部分所示，在本发明的热控器件中，如上所述的二维或三维网络，比如图7中相互连通的热管71构成的二维网络70，其与图4a中的网络30相似，可以放置为与一个或多个热源比如72a、72b和72c直接热交换，从而在各个热源72a、72b和72c与网络70中的一个或多个元件之间建立热交换，该元件比如热管71的分支、节点、甚至是网络 70中的网格单元，由热管71的四个分支所构成的各个网格单元成对与四个节点连通，从而形成网络70中的封闭回路(图7中，各个热源72a到72c分别示意性地显示为覆盖住网络 70中各自的网格单元，因而其与热管71的四个分支及这个网格单元的四个节点热接触)。 网络70因此可以有效地收集由一个、多个或所有加热源72a到72c所产生的热量，并在整个组件中建立均衡的温度。一个或多个热源72a到72c实际上可以是局部化的，尤其是直接与热管网络连接或可能安装在支撑壁上的散热元件(如电路、电子设备或电子元件)，各个热源在网络的不同地方与网络70的一部分热接触，直接或籍助于在网络和热源之间提供导热的媒介部件进行热接触。作为变形，一个或多个热源72a到72c可以具有所谓“连续的”特性，比如由自身通过外部源头进行加热的结构构成，且其与网络70的一部分热接触。在另一变形中，在上述两种情况下，并假设只有72a和72b是热源，网络70的另一部分与冷源(比如72c)直接发生热交换，该冷源自身可以是局部性冷源，如指形冷冻器冷却元件，或者可以是“连续的”由外部源头冷却的散热器，散热器将其从网络70接收到的热量传递到该外部源头。一般来说，这另一种变形包括将热管71构成的整个网络70设置为与一个或多个热源(或冷源)热接触，除了与至少一个各自的冷源(或热源)热接触的至少一个热管71 分支和/或至少一个网络节点。因此，经由在网络70中循环的两相传热流体的液相/气相和气相/液相的变化， 该器件通过流体蒸发有效地收集到一个或多个热源如72a和72b散发出的热量，并且通过网络70将热量传递到一个或多个冷源如72c上，在此处流体冷凝并在毛细作用下返回到热源。
因此，这样的热控器件可以被动地且同样容易地用于冷却一个或多个热源(如 72a和72b)和/或对一个或多个冷源(如72c)进行重新加热，所使用的传热流体适于器件的工作温度，比如氨水的工作温度为_40°C到+100°C。然而，在优选的实施例中，该器件还包括至少一个流体回路，如两相传热流体的毛细抽吸回路，有利的是其与热管71构成的网络70相同，用于将热量从网络70传递到至少一个冷源，或者相反地从至少一个热源将热量传递到网络70，因为已知这样的流体回路比用于从一点向另一点传递大量热流量的热管(相同质量)更为有效。 如图7所示的整个图中，当对放置与热管71构成的网络70进行接触的至少一个热源72a、72b和72c进行冷却时，流体回路73的蒸发区74设置为与网络70热接触，该实施例中，蒸发区74位于在网络70边缘处相互连通的热管71的三个分支的节点处，而流体回路73的冷凝区75设置为与至少一个冷源76热接触，在该实施例中，冷源是外部散热器， 热源可能是散热设备且可能安装在支撑壁上，而冷源76 (散热器)可能与网络和热源72a 到72c相隔一定距离。因此，由热源72a到72c传递到网络70的热量，在蒸发区74传递到流体回路73的流体中，流体在此处蒸发，并以气相状态流向冷凝区75，在该处该热量通过在回路73中的流体的冷凝向散热器76传递，散热器将热量释放到周围空间的吸热设备上。我们可以相反模式来使用这样的一个器件，从而加热与网络70热接触的至少一个冷源72a到72c。在这种情况下，流体回路73的蒸发区75设置为与热源76热接触，该热源位于网络70的外部，且流体回路73的冷凝区74设置为与网络70热接触。当应用图7所示的热控器件时，不管具有或不具有至少一个流体回路73，都可用它来冷却支撑电子设备的壁上的电子设备，如上所述，器件的热管71构成的网络70可以与热传导面板(图中未示出)连接，其比如是金属或合成材料制成的，且优选为网络70位于这种类型的两个面板之间。由网络70收集的热量通过网络70外面的延伸部分，或者通过至少一个流体回路(比如73)，散发到一个或多个冷源(比如一个或多个散热器76)。在本发明热控器件的其它应用中，热管所构成的二维或三维网络的至少一个部分，取决于具体应用，可有利地与需要对温度进行主动控制的结构整合集成一体。这个结构可以是支撑结构，连接着至少一个热源和/或至少一个冷源。现参考图8进行说明的一种应用，其用于冷却具有射频芯片的有源天线。在图8 中，热管81构成的网络80仅以两个平行的热管81来表示，这两个热管取向二维网络的两个方向中的一个方向。每个热管81都包括由良好导热材料制成的平板，其与中间半圆柱部分构成单一部件，热管81的管道82横穿过该中央半圆柱部分，管道82内壁的毛细结构83 上具有槽，并且环绕着相应的中间通道84。在这个板的侧面，各个热管81都悬挂在筋骨87 内的宽沟86中，宽沟与热管81的方向相同，网格式样的支撑结构88具有与筋骨87相似但与之垂直的筋骨，并同样地安装有类似于86的宽沟，用于容纳网络80中垂直于热管81的的热管。这个支撑结构88支撑着射频(RF)芯片85，该射频(RF)芯片85具有较薄的边缘， 用于架在筋骨(如87)的顶部，射频(RF)芯片相互相邻从而界定出有源天线的表面。这些 RF芯片85具有相似的尺寸规格并设置成矩阵，但它们的散热效果可能是不相同的。芯片 85以这种方式有规律地设置在支撑结构88上，以将热量传递到芯片85所依靠的热管81的面板上，然后这些热量从网络80的热管81向蒸发器89传递，蒸发器89整合在至少一个筋骨87的基座中，也因而整合到支撑结构88中，部分流体回路距离有源天线一定距离，在流体回路中，冷凝器与至少一个冷源如外部散热器热接触。
在一个变形中，热管81构成的网络80整合到支撑结构88中，由该网络80收集到的热量通过网络80外部的一个延伸部分，有效地向着一个或多个散热器扩散。在一些应用中，至少一个热源和/或至少一个冷源的支撑结构可有利地由器件的热管网络构成。这减少了器件组件的质量，其中所述热管网络具有两个功能传递/均衡热量的热功能，和支撑/保持构成热源或冷源的散热设备的机械功能。通过本器件的至少一个热管构成的网络和/或至少一个热源和/或至少一个冷源和/或至少一个部分和/或至少一个组件，本发明的热控器件也可应用于制造温度控制装置，该装置与所述器件的至少一个热管构成的网络产生热交换，或者甚至与所述器件的至少一个热管构成的网络局部整合成一体。这种情况下，至少一个温度传感器和/或至少一个冷却元件和/或至少一个加热元件与所述网络在网络的不同位置处进行热交换，并且具有至少一个所述至少一个冷却元件和/或所述至少一个加热元件所传递的热量的设定值， 该设定值被应用与这个或这些加热或冷却元件中，作为至少一个温度设定值和由至少一个温度传感器测量的至少一个温度测量值之间所获得的至少一个温度差的函数。这种应用的一个实施例是检测机械组件的热控制，且本发明器件热管构成的二维或三维网络与该机械组件紧密地热接触，或是所述热管构成的网络的一部分与该机械组件紧密地热接触。由此， 热管网络的热学特性使得网络可以在机械组件中快速建立均衡的温度。此外，至少一个加热元件和/或与至少一个吸热设备与至少一个冷却元件连通，同时与所述网络热接触，可分别向所述网络提供或消除热量，从而分别增加或降低机械组件的温度。此外，至少一个温度传感器植入该器件中，从而测量代表组件温度的变量，从而通过将所述至少一个温度传感器的测量值和至少一个参考值进行比较，并使得传递到该部分或从该部分消除的热量值作为所述测量值和所述参考值之间差值的函数进行变化，通过减小所述差值，进而主动控制这个机械部件的温度。在本发明应用的一个实施例中，这一类用于机械组件的热调节和温度控制装置可有利地用于控制光学系统的大型焦平面的温度。在本发明器件的各种实施例和应用中，相互连通的热管构成的网络应失效而产生的负面影响，比如传热流体从所述网络中泄露，可以将器件设置为冗余而得到限制或甚至完全得到补偿，比如将其设置为具有至少两个非相互连通的网络，这至少两个网络优选的但不是必须是相同的，或将网络再分成多个非相互连通的子网络，同时有利地保持所述至少两个网络或所述子网络相互之间的热交换。
权利要求
1.一种热控器件，包括至少一个由毛细热管(31)构成的网络(30)，其中各个热管 (31)包括管道(32)，该管道(32)围绕着基本环状的径向毛细结构(35)且环绕着中间通道 (34)，该毛细结构用于液相的两相传热流体的循环，该中间通道用于气相的所述两相流体的循环，其特征在于，网络(30)的至少两个热管(31)的管道(32)相交且在形成网络(30) 节点(36、37、38)的各个相交处相互连通，籍助于所述至少两个热管(31)的毛细结构(35) 之间的毛细作用形成液相流体的交换，与此同时，籍助于所述至少两个热管(31)的中间通道(34)之间的自由循环形成气相流体的交换。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，在网络(30)的各个节点(36、37、38) 处，终止于所述节点(36、37、38)的所有热管(31)分支的毛细结构(35)为液相流体提供了毛细连续性，使得在终止于所述节点的任意热管(31)分支中的液相流体在到达所述节点(36、37、38)后，可以在毛细作用下流入到所有终止于所述节点(36、37、38)的其他热管 (31)分支中。
3.根据权利要求2所述的器件，其特征在于，在网络(30)的各个节点(36、37、38)处， 终止于所述节点(36、37、38)的热管(31)分支的毛细结构(35)在当它们相互之间的距离大于热管(31)的毛细结构(35)的孔或槽的典型尺寸时不具有不连续性，该典型尺寸取决于所述毛细结构(35)分别是由相应管道(32)内的多孔材料构成的还是内槽构成的。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的器件，其特征在于，在网络(30)的各个节点(36、 37,38)处，终止于所述节点(36、37、38)的所有热管(31)分支的中间通道(34)同时确保了液相流体的流动连续性和气相流体的流动连续性，使得通过任意终止于所述节点(36、37、 38)的热管(31)分支到达所述节点(36、37、38)的气相流体可以流入到终止于所述节点 (36、37、38)的所有其它热管(31)分支中。
5.根据权利要求4所述的器件，其特征在于，在网络(30)的各个节点(36、37、38)处， 通过具有流动区域或具有至少一典型尺寸的流动导管，确保了气相流体在终止于所述节点 (36、37、38)的热管(31)分支的中间通道(34)之间的流动连续性，该流动导管的流动区域或典型尺寸大致等于终止于所述节点(36、37、38)的所述热管(31)分支的中间通道的流动区域或其至少一典型尺寸。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的器件，其特征在于，所述网络(30)的至少一个热管(31g)包括至少一个分支(31g4)，所述热管(31g)分支(31g4)的毛细结构(35)和/或的至少一典型尺寸不同于所述网络(30)的至少一个其它热管(31)分支。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的器件，其特征在于，所述至少一个热管(31)构成的网络(30)是二维网络，包括两组多个热管(31a-31d;31e-31i)，各组多个热管的基本取向为沿着它们长度的至少一部分且向着相互倾斜的两个方向中的一个方向，优选为这两个方向相互垂直，这样两组多个热管(31a-31d;31e-31i)相交并在交叉处相互连通。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的器件，其特征在于，所述至少一个热管(61)构成的网络是三维网络，包括在网络的至少一个节点(65)处的至少三个热管(61)分支，它们的取向分别沿着它们至少部分长度的三个不同方向上的一个方向，且各个方向相对于其它两个方向的任一方向都是倾斜的，优选为是相互垂直的，并且所述至少三个热管(61)分支相互交叉且相互连通。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的器件，其特征在于，在所述网络的至少一个节点处，至少两个在所述节点处相互交叉并相互连通的热管(41)具有互补形状的切除部分 (45)，该切除部分切入它们各自的管道(42)和毛细结构(43)，使得热管(41)在切除部分 (45)处能装配在一起，并沿着切除部分(45)固定地连接起来，以重新建立管道(42)壁的连续性、毛细结构(43)的毛细连续性以及沿着所述热管(41)的通道(44)的流动连续性。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的器件，其特征在于，所述网络的至少一个节点包括中空的连通件(55、65)，称为交叉件，其与终止于所述节点的所有热管(51、61)分支相互连通，所述连通件(55、65)包括管状连通臂(56、66)，且连通臂的数量与在所述节点相互连通的热管(51、61)分支的数量相同，各个连通臂都具有内部的且基本呈环状的环绕着中间通道(59、69)的毛细结构(58，、68)，各个连通臂(56、66)通过被称作内侧端的径向端部与其它连通臂(56、66)连通，并通过被称作外侧端的径向相对端部与各自的热管(51、61) 分支相互连通，这样各个连通臂(56、66)的毛细结构(58，68)在其外侧端与所述相应热管 (51,61)分支的毛细结构(53、63)具有毛细连续性，且在其内侧端与各个其它连通臂(55、 56)的毛细结构具有毛细连续性(58、68)，这样其中间通道(59、69)在其外侧端与所述相应热管(51，61)分支的中间通道(54、64)连通，并在其内侧端与各个其它连通臂(56、66)的中间通道(59、69)连通。
11.根据权利要求10所述的器件，其特征在于，所述热管(51、61)的毛细结构(53、63) 由槽构成，且与交叉件(55、65)的连通臂(56、66)的毛细结构(58、68)具有毛细连续性，连通臂的毛细结构由具有高渗透性的多孔材料或多孔结构构成，且多孔结构或多孔材料的孔径不大于所述槽的开口的两倍。
12.根据权利要求10所述的器件，其特征在于，所述热管的毛细结构包括多孔结构或多孔材料，且与交叉件(55、65)的连通臂(56、66)的毛细结构(58.68)具有毛细连续性，该连通臂的毛细结构也包括多孔结构或多孔材料，其具有高渗透性，且孔径不大于热管的多孔结构或多孔材料的孔径。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的器件，其特征在于，所述交叉件(55、65)设置为与二维或三维网络中的二到八个热管(51、61)分支连通。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的器件，其特征在于，所述至少一个热管(81)构成的网络(80)至少局部地整合到具有可控温度的结构(88)集合中。
15.根据权利要求1-13中任一项所述的器件，其特征在于，所述至少一个热管(71)构成的网络(70)的一部分与至少一个热源(72a、72b)或冷源(72c)热接触，而所述网络(70) 的另一部分与各自的至少一个冷源(72c)或热源(72a，72b)热接触。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的器件，其特征在于，该器件还包括至少一个流体回路(73)，优选为两相的且毛细抽吸的，以用于从所述至少一个热管(71)构成的网络 (70)向至少一个远处的冷源(76)传递热量，流体回路(73)的蒸发区(74)与热管(71)构成的网络(70)的至少一部分热接触。
17.根据权利要求1-15中任一项所述的器件，其特征在于，该器件还包括至少一个流体回路(73)，优选为两相的且毛细抽吸的，以用于从至少一个远处的热源向所述至少一个热管(71)构成的网络(70)传递热量，流体回路(73)的冷凝区(75)与所述热管(71)构成的网络(70)的至少一部分热接触。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的器件，特征在于，所述至少一个热管(81)构成的网络(80)是支撑结构(88)的整合部分，至少一个热源(85)和/或至少一个冷源安装在该支撑结构(88)上。
19.根据权利要求18所述的器件，其特征在于，所述支撑结构包括所述至少一个热管构成的网络，其适于支撑散热装置。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的器件，其特征在于，该器件还包括至少一个温度传感器，其设置在所述至少一个热管构成的网络上或设置在与至少一个网络热接触的至少一元件的附近，且至少一个加热或冷却部件与所述至少一个网络热接触，使得对所述至少一个网络或所述至少一个元件的温度进行控制，控制的方式是应用一个所述至少一个冷却或加热装置进行冷却或加热的热量设定值，基于比较由所述至少一个温度传感器获得的温度测量值和温度设定值的差来进行控制。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的热控器件的应用，用于对含有多个射频(RF)芯片(85)的有源天线进行冷却，该多个射频(RF)芯片具有相似的尺寸特性和可能不同的热量驱散特性，它们布置在网格状的支撑结构(88)上，优选为规则的间隔开，其特征在于，所述器件的至少一个热管(81)构成的网络(80)与所述有源天线的支撑结构(88)整合成一体，且由所述网络(80)收集到的热量通过所述热管(81)构成的网络(80)的至少一个延伸部分和/或热管构成的至少一个其它网络和/或所述器件的至少一个流体回路(89)，散发到至少一个散热器上。
22.根据权利要求1-20中任一项所述的热控器件的应用，用于对安装电子设备(72a、 72b,72c)的支撑壁进行冷却，其特征在于，所述器件的至少一个热管(71)构成的网络(70) 与支撑壁的至少一个导热面板相连接，优选为网络(70)位于所述壁的两个导热面板之间， 由所述至少一个热管(71)构成的网络(70)所收集到的热量通过所述热管构成的网络的至少一个延伸部分和/或热管(71)构成的至少一个其它网络(70)和/或所述器件的至少一个流体回路(73)，散发到至少一个冷源(76)上，如散热器。
全文摘要
热控器件包括至少一个由毛细热管(31)构成的网络(30)，其中各个热管(31)包括环绕着基本环状的径向毛细结构的管道，该毛细结构用于液相的两相热交换流体的循环；该管道还环绕着中间通道，该中间通道用于气相的所述两相热交换流体的循环。网络(30)中至少两个热管(31)的管道相互交叉且在形成网络(30)节点(36、37、38)的各个相交处相互连通，从而籍助于所述两个或多个热管(31)的毛细结构之间的毛细作用产生液相流体的交换，与此同时，籍助于所述两个或多个热管(31)的中间通道之间的自由循环产生气相流体的交换。
文档编号F28D15/02GK102245995SQ200980150321
公开日2011年11月16日 申请日期2009年11月9日 优先权日2008年11月12日
发明者克里斯托菲·菲古斯, 劳伦特·奥瑙格哈 申请人:阿斯特里姆有限公司