專利名稱：制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于制備水基納米流體進(jìn)而填充熱管的一體化設(shè)備。
背景技術(shù)：
納米流體是指以一定的方式和比例在液體中添加的納米級金屬、非金屬或聚合物固體粒子，構(gòu)成的一種新型傳熱工質(zhì)。20世紀(jì)90年代以來，研究人員開始探索將納米材料技術(shù)應(yīng)用于強(qiáng)化傳熱領(lǐng)域，研究新一代高效傳熱冷卻技術(shù)。1995年，美國Argorme國家實驗室的Choi等人首次提出了一個嶄新的概念——納米流體。與傳統(tǒng)的純液體相比，主要優(yōu)勢體現(xiàn)在可以顯著提高液體的導(dǎo)熱系數(shù)，增強(qiáng)其導(dǎo)熱性能。將納米流體應(yīng)用于傳熱強(qiáng)化領(lǐng)域，可以更好地滿足航天航空、化工、冶金、生物等領(lǐng)域的熱交換系統(tǒng)的傳熱及冷卻要求， 對于提高其熱交換系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性都具有重要意義。熱管是熱交換系統(tǒng)中具有廣闊應(yīng)用前景的換熱元件。它是利用內(nèi)部工作液體相變來實現(xiàn)熱量傳遞，可將大量的熱量通過其很小的截面積遠(yuǎn)距離地輸送而無需外加動力。目前熱管已被廣泛的應(yīng)用冶金、航天、石油、化工、電子等各個領(lǐng)域。最近幾年，研究人員將納米流體作為熱管的工作介質(zhì)填充于熱管中，以提高熱管的傳熱性能，取得了初步的結(jié)果，這些研究結(jié)果均表明納米流體強(qiáng)化了熱管的傳熱性能。在能源日益緊缺的今天，其應(yīng)用前景不可估量，將會產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，同時也將延伸納米技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，推動納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。但目前的研究處于初始階段，若想真正地推動納米流體熱管的發(fā)展與應(yīng)用，還有大量研究工作需要進(jìn)一步展開。納米流體應(yīng)用于熱管中的關(guān)鍵問題之一是納米流體的制備及將其填充于熱管中。 現(xiàn)有的技術(shù)都采用人工操作，自動化程度不高，影響到納米流體在熱管中的工業(yè)應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，以提高以納米流體為工質(zhì)的熱管的加工制造效率。本實用新型采用以下技術(shù)方案該實用新型制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，包括第一計量裝置，計量預(yù)定量給定的納米粉；混合攪拌裝置，連接所述計量裝置，以接納所述納米粉并與配比好的基礎(chǔ)液態(tài)工質(zhì)混合攪拌均勻，獲得一次混合液；二次處理裝置，連接所述混合攪拌裝置以接納所述一次混合液，進(jìn)而進(jìn)一步處理， 使納米粉進(jìn)一步均散在基礎(chǔ)液態(tài)工質(zhì)中，獲得二次混合液；第二計量裝置，連接所述二次處理裝置以接納設(shè)定量的所述二次混合液，該第二計量裝置通過控制閥及管路連接待填充的熱管；真空系統(tǒng)，包括連接所述第二計量裝置的第一支路和連接所述管路位于所述控制閥的熱管側(cè)部分的第二支路，兩支路均設(shè)有支路控制閥；以及[0014]封口設(shè)備，位于熱管封口端，以在熱管填充完畢后進(jìn)行封口。依據(jù)本實用新型的設(shè)備，采用連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的作業(yè)方式，首先依據(jù)熱管制造數(shù)量一次或者數(shù)次進(jìn)行納米粉的計量，并在混合均勻后進(jìn)行實際填充的計量，保證計量的準(zhǔn)確性；并通過兩次處理，也就是初次的混合攪拌，二次的深度均散處理，保證混合液或者說最終工質(zhì)的質(zhì)量。另配有真空系統(tǒng)，以保證填充的質(zhì)量。整個過程依次流轉(zhuǎn)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的作業(yè)方式， 相比于現(xiàn)有手動流轉(zhuǎn)或者手動填充，大大提高了加工制造效率。上述制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，還包括用于在待填充熱管抽真空時對待填充熱管進(jìn)行加熱的加熱裝置。上述制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，所述加熱裝置為電加熱裝置。上述制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，還包括對待填充熱管進(jìn)行溫度檢測的裝置。上述制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，所述真空系統(tǒng)配有真空計。上述制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，所述二次處理裝置為設(shè)有懸浮液容器的超聲振動裝置，其中懸浮液容器用于容納所接納的一次混合液。上述制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，所述混合攪拌裝置為磁力攪拌裝置，并對應(yīng)設(shè)有基礎(chǔ)液態(tài)工質(zhì)的容器。上述制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，混合攪拌裝置與二次處理裝置間通過帶有控制閥和用于流體泵送的動力裝置的管道連接；二次處理裝置與第二計量裝置間也通過帶有控制閥和用于流體泵送的動力裝置的管道連接。

圖1為依據(jù)本實用新型的一種水基納米流體制備與填充的一體化設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，水基表示為基礎(chǔ)液態(tài)工質(zhì)的一種為水。圖2為水基納米流體制備與填充的一體化設(shè)備的自動控制流程圖。圖3為水基納米流體制備與填充的一體化設(shè)備中的控制器方框圖圖中2、7、11、13、14、17為控制閥；3為計量裝置，12為計量管；5為磁力攪拌裝置，9為超聲振動裝置；6和10為動力裝置；15為加熱爐；18為真空計，19為真空泵；20為封口設(shè)備；21為控制器。
具體實施方式
參照說明書附圖1，其示出了一種制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，其基本結(jié)構(gòu)是其包括第一計量裝置，計量預(yù)定量給定的納米粉；混合攪拌裝置，連接所述計量裝置，以接納所述納米粉并與配比好的基礎(chǔ)液態(tài)工質(zhì)混合攪拌均勻，獲得一次混合液；二次處理裝置，連接所述混合攪拌裝置以接納所述一次混合液，進(jìn)而進(jìn)一步處理， 使納米粉進(jìn)一步均散在基礎(chǔ)液態(tài)工質(zhì)中，獲得二次混合液；第二計量裝置，連接所述二次處理裝置以接納設(shè)定量的所述二次混合液，該第二計量裝置通過控制閥及管路連接待填充的熱管；[0032]真空系統(tǒng)，包括連接所述第二計量裝置的第一支路和連接所述管路位于所述控制閥的熱管側(cè)部分的第二支路，兩支路均設(shè)有支路控制閥；以及封口設(shè)備，位于熱管封口端，以在熱管填充完畢后進(jìn)行封口。本方案傾向于采用通過智能元件控制的自動流轉(zhuǎn)，因此，因被流轉(zhuǎn)的主要是液體和性狀與液體比較類似的納米粉，因此，可以通過管道和配置在管道上的流體輸送裝置進(jìn)行相應(yīng)物料在流轉(zhuǎn)流程設(shè)備中的流轉(zhuǎn)，并通過閥的控制進(jìn)行流轉(zhuǎn)的量的控制。閥普遍采用電磁閥，方便智能元件控制器的引入和集成控制，如附圖1中所示的控制閥2、控制閥7、控制閥11、控制閥13、控制閥14、控制閥17均采用電磁閥，通過預(yù)置在控制器內(nèi)的程序進(jìn)行流轉(zhuǎn)控制。更具體的，參見說明書附圖3，首先可以在控制器上設(shè)置計量裝置3的計量值和計量管12的給定值，設(shè)置磁力攪拌裝置5和超聲振動裝置9的時間，設(shè)置真空計18的上下限，設(shè)置加熱爐15的加熱功率。其中計量裝置3的計量值是對納米顆粒的使用量值進(jìn)行控制，該計量值與生產(chǎn)的熱管產(chǎn)量有關(guān)，當(dāng)然可以按批次進(jìn)行稱量，也可以按照每一個熱管組進(jìn)行稱量；而計量管12的使用是為了計量加入熱管的充液量的多少，也就是最終的二次混
合液的量，該值與熱管的設(shè)定容積有關(guān)。去離子水是一種常用工質(zhì)，熱管行業(yè)其他的液態(tài)工質(zhì)也都可以使用本方案，都是液態(tài)物質(zhì)，并且都沒有腐蝕性。對應(yīng)地，若采用去離子水作為基礎(chǔ)液態(tài)工質(zhì)，那么對應(yīng)去離子水容器4設(shè)置在磁力攪拌裝置5內(nèi)。磁力攪拌裝置的作用是使去離子水容器4中納米顆粒分散，形成納米粒子懸浮液。所謂的納米流體實質(zhì)上都是納米粒子懸浮液，因此，對充分均散有比較高的要求。對于不同的納米顆粒，磁力攪拌時間不同。一般控制在30分鐘與1 小時之間，獲得一次混合液，也就是在磁力攪拌裝置能力條件下獲得的初始的納米粒子懸浮液。進(jìn)一步地，懸浮液容器8設(shè)置在超聲振動裝置9內(nèi)。超聲振動裝置是對納米顆粒進(jìn)一步分散，以獲得分散性好、穩(wěn)定性高的納米懸浮液。對于不同的納米顆粒，超聲振動時間是不一樣的。實驗表明，不同的納米流體制備均存在超聲振動的最佳時間。例如30nm的 CuO-水的最佳分散超聲時間約為2小時，40nm的A1203-水的最佳分散超聲時間約為3h ； 30nm的Si02-水的最佳分散超聲時間約為5h。動力裝置6和10可由輸送液體的泵來完成。加熱裝置，對待填充熱管進(jìn)行加熱的加熱裝置可以采用電爐絲加熱爐或者熱交換器來完成，通過控制流過電爐絲的電流與電壓或者熱交換器的流量來控制其加熱功率。兩者都有比較好的可控性，主要通過加熱排氣，用來獲得更高的真空度。加以匹配的，必要情況下需要配置溫度檢測裝置，以檢測待填充熱管在加熱后的溫度狀態(tài)，以保證在加熱狀態(tài)的安全性和灌注液體的安全性，防止熱管因驟冷爆裂。溫度檢測裝置形成一種外圍檢測設(shè)備，以用于流轉(zhuǎn)各個環(huán)節(jié)的狀態(tài)反饋，以進(jìn)行更加精確的控制，進(jìn)一步地，外圍檢測設(shè)備最好包括檢測計量裝置是否達(dá)到設(shè)定值的檢測裝置，比如稱量機(jī)構(gòu)；檢測納米懸浮液是否輸送到懸浮液容器8中，檢測納米流體是否輸送到計量管12，可以采用流量計或者檢測重量的裝置；檢測計量管真空度是否達(dá)到上限要求，檢測熱管16真空度是否達(dá)到下限值要求，也就是通過真空計進(jìn)行檢測；檢測熱管16是否冷卻，也就是采用上面提到的溫度檢測裝置；檢測納米流體量值是否達(dá)到設(shè)定值，可以采用重量檢測；檢測熱管16上部充液管是否封住，通過檢漏設(shè)備進(jìn)行檢漏。關(guān)于真空計18，理想上限可以設(shè)置為1. 3 0. 13Pa,下限設(shè)置為1. 33 X IO^3Pa0封口設(shè)備20可以采用液壓封口技術(shù)，也可以采用電子封口技術(shù)。真空泵19的作用是對熱管抽真空，要保證熱管內(nèi)處于真空狀態(tài)?？刂破鏖_始工作，進(jìn)行前饋控制，打開控制閥2，將一定量的納米顆粒通過計量裝置3從存儲容器1添加到去離子水容器4中。關(guān)閉控制閥2，控制器啟動磁力攪拌裝置5進(jìn)行磁力攪拌一定時間后， 控制器打開動力裝置6和控制閥7，將攪拌后的納米懸浮液輸送到懸浮液容器8中，控制器啟動超聲振動裝置9，超聲振動懸浮液容器8—定時間，使得納米流體的懸浮液均勻穩(wěn)定。 控制器再打開動力裝置10和控制閥11，將制備好的納米流體輸送到計量管12后，控制器關(guān)閉控制閥11，打開控制閥13，啟動真空泵19，對計量管進(jìn)行真空除氣。當(dāng)真空度達(dá)到上限的要求時，控制器關(guān)閉控制閥13，打開控制閥17對熱管16抽真空，并啟動加熱爐15進(jìn)行熱管16加熱除氣，待熱管16真空度達(dá)到下限值的要求，停止加熱；熱管16冷卻后，控制器關(guān)閉控制閥17，打開控制閥14，一定量的納米流體將自動的流入熱管內(nèi)，當(dāng)量值達(dá)到預(yù)定的設(shè)置要求時，關(guān)閉控制閥14，控制器啟動封口設(shè)備20，將熱管16的上部充液管封住，完成整個納米流體制作與熱管充液的一體化過程。
權(quán)利要求1.一種制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，其特征在于，包括第一計量裝置，計量預(yù)定量給定的納米粉；混合攪拌裝置，連接所述計量裝置，以接納所述納米粉并與配比好的基礎(chǔ)液態(tài)工質(zhì)混合攪拌均勻，獲得一次混合液；二次處理裝置，連接所述混合攪拌裝置以接納所述一次混合液，進(jìn)而進(jìn)一步處理，使納米粉進(jìn)一步均散在基礎(chǔ)液態(tài)工質(zhì)中，獲得二次混合液；第二計量裝置，連接所述二次處理裝置以接納設(shè)定量的所述二次混合液，該第二計量裝置通過控制閥及管路連接待填充的熱管；真空系統(tǒng)，包括連接所述第二計量裝置的第一支路和連接所述管路位于所述控制閥的熱管側(cè)部分的第二支路，兩支路均設(shè)有支路控制閥；以及封口設(shè)備，位于熱管封口端，以在熱管填充完畢后進(jìn)行封口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，其特征在于， 還包括用于在待填充熱管抽真空時對待填充熱管進(jìn)行加熱的加熱裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，其特征在于， 所述加熱裝置為電加熱裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，其特征在于， 還包括對待填充熱管進(jìn)行溫度檢測的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，其特征在于，所述真空系統(tǒng)配有真空計。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，其特征在于， 所述二次處理裝置為設(shè)有懸浮液容器的超聲振動裝置，其中懸浮液容器用于容納所接納的一次混合液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，其特征在于，所述混合攪拌裝置為磁力攪拌裝置，并對應(yīng)設(shè)有基礎(chǔ)液態(tài)工質(zhì)的容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，其特征在于， 混合攪拌裝置與二次處理裝置間通過帶有控制閥和用于流體泵送的動力裝置的管道連接； 二次處理裝置與第二計量裝置間也通過帶有控制閥和用于流體泵送的動力裝置的管道連接。
專利摘要本實用新型公開了一種制備水基納米流體與填充熱管的一體化設(shè)備，包括第一計量裝置；混合攪拌裝置；二次處理裝置，連接所述混合攪拌裝置以接納所述一次混合液，進(jìn)而進(jìn)一步處理，使納米粉進(jìn)一步均散在基礎(chǔ)液態(tài)工質(zhì)中，獲得二次混合液；第二計量裝置，連接所述二次處理裝置以接納設(shè)定量的所述二次混合液，該第二計量裝置通過控制閥及管路連接待填充的熱管；真空系統(tǒng)，包括連接所述第二計量裝置的第一支路和連接所述管路位于所述控制閥的熱管側(cè)部分的第二支路，兩支路均設(shè)有支路控制閥；以及封口設(shè)備，位于熱管封口端，以在熱管填充完畢后進(jìn)行封口。本實用新型提高以納米流體為工質(zhì)的熱管的加工制造效率。
文檔編號C09K5/06GK202254991SQ201120334169
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者劉宗明, 段廣彬, 沈遠(yuǎn)勝, 趙蔚琳 申請人:濟(jì)南大學(xué)