一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管，包括管體，管體的一段是冷凝段，另一段是蒸發(fā)段；管體外對應冷凝段為外翅片結構，對應蒸發(fā)段為外溝槽結構。本發(fā)明還涉及一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管的制造方法，包括：管體的加工，外翅片單元、上端蓋和下端蓋的加工，外翅片結構的加工，吸液芯的加工和封裝步驟。本發(fā)明具有加工工藝簡單可靠，用于豎式熱管冷凝器時，冷凝效果好，維護簡單的優(yōu)點，屬于冷凝器的零部件【技術領域】。
【專利說明】一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及冷凝器的零部件，特別是涉及一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管及其制造方法。
【背景技術】
[0002]工業(yè)生產中實現兩種物料之間熱量傳遞的設備統(tǒng)稱為冷凝器，冷凝器是在石油化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應用的一種通用工藝設備。在煉油、化工裝置中冷凝器占總設備數量的40%左右。近年來，隨著節(jié)能技術的發(fā)展，應用領域不斷擴大，利用冷凝器進行高溫和低溫熱能回收帶來了顯著的經濟效益。冷凝器是典型的工藝設備，應用十分普遍，幾乎任何化工生產工藝都離不開它。
[0003]熱管式冷凝器也是冷凝器中的一種，熱管是一種具有高導熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管體內液體工質的蒸發(fā)與凝結來傳遞熱量，具有極高的導熱性。熱管在冷凝器中的應用可有傳熱效率高、結構緊湊、流體阻損小、有利于控制露點腐蝕等優(yōu)點?？梢詰糜谝苯稹⒒?、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機械等行業(yè)中。
[0004]而目前熱管式冷凝器使用的主要傳熱元件為重力熱管，但這種熱管對于管體內液體工質的蒸發(fā)、冷凝和回流沒有很好的強化作用，不利于增加熱管的換熱性能和冷凝器的總體性能。而且很多應用在冷凝器中的熱管都是管體沒有外部結構的光管或者只在管體的冷凝段加工有翅片的單結構熱管，而在熱管的蒸發(fā)段沒有加工強化結構，不利于冷凝器中蒸汽在管體的蒸發(fā)段表面的冷凝換熱，在管體上冷凝器的液體容易形成比較厚的液膜層，冷凝量越大，液膜層越厚，這極大的減低了冷凝器中蒸汽的換熱系數，不利于冷凝器的總體性能。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現有技術中存在的技術問題，本發(fā)明的目的是:提供一種具有更好冷凝效果的用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管及其制造方法。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0007]—種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管，包括管體，管體的一段是冷凝段，另一段是蒸發(fā)段；管體外對應冷凝段為外翅片結構，對應蒸發(fā)段為外溝槽結構。采用這種結構后，即管體外復合了外翅片結構和外溝槽結構，一方面，外翅片結構具有增加散熱面積、強化散熱效率的作用；另一方面，外溝槽結構具有強化蒸汽冷凝傳熱作用；總的來說，復合結構有效提聞冷凝效果。
[0008]一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管，還包括上端蓋、下端蓋和吸液芯；上端蓋安裝于管體靠近冷凝段的一端，下端蓋安裝于管體靠近蒸發(fā)段的一端，吸液芯緊貼管體的內壁；下端蓋為圓錐形。采用這種結構后，在復合外結構熱管豎直放置時，圓錐形的下端蓋利于冷凝器中冷凝液的集聚和下落。
[0009]一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管，還包括一真空管，真空管的一端與上端蓋的外側相接，另一端封閉；真空管、管體、上端蓋和下端蓋構成一容納液體工質的密閉空間。采用這種結構后，真空管可對管體內部充入液體工質和抽真空，結構簡單，操作方便。
[0010]外翅片結構包括沿著管體軸向依次套疊在管體外的多個外翅片單元；外溝槽結構包括均勻分布在管體外壁的多條外溝槽，外溝槽的長度方向與管體的長度方向一致。采用這種結構后，復合外結構熱管結構簡單、制作方便；外溝槽的橫截面形狀可為三角形、波浪形、U形或矩形等。外翅片單元的中間是套接管體的圓環(huán)部分薄片，圓環(huán)部分外圍是沿著圓周均勻布置的外翅片薄片。
[0011]冷凝段占管體總長度的2/5至3/5。采用這種結構后，即蒸發(fā)段相應占管體總長度的3/5至2/5，能取得較好的冷凝效果。
[0012]一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管，在豎式熱管冷凝器中沿著豎直方向設置，冷凝段朝上，蒸發(fā)段朝下。采用這種結構后，利于冷凝器中冷凝液的集聚和下落。
[0013]一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管的制造方法，包括如下步驟:a.管體的加工:制作管體；根據外溝槽的參數制作拉拔模具，利用拉拔設備在管體外壁對應蒸發(fā)段處加工出外溝槽結構；b.外翅片單元、上端蓋和下端蓋的加工:沖壓制作外翅片單元、上端蓋和下端蓋；上端蓋的外側焊接真空管；c.外翅片結構的加工:對應冷凝段，將外翅片單元依次套疊在管體外；對管體進行脹管，使外翅片單元和管體過盈緊密接觸；將管體和外翅片單元保溫燒結成一體；d.吸液芯的加工:將下端蓋與管體密封；一芯棒從管體上端插入且位于管體的中心，在芯棒和管體的內壁之間填充制作吸液芯的材料，與管體一同燒結處理，吸液芯緊密貼合在管體內壁；e.封裝:取出芯棒；上端蓋與管體密封，通過真空管將液體工質注入管體內，通過真空管對管體內抽真空，密封真空管。采用這種方法后，加工工藝簡單可靠。
[0014]復合外結構熱管的管體、外翅片單元、上端蓋、下端蓋和真空管在加工結合和密封結合前均經過清洗步驟；清洗步驟為將零部件放入體積濃度5%?10%的稀酸溶液中洗去表面油污及加工后殘留碎屑，然后將其放入乙醇溶液中超聲波清洗，最后用清水沖洗洗去表面殘留溶液；燒結過程，燒結溫度為材料熔點的0.7至0.8倍，燒結時間為30min至120min，燒結過程采用分段升溫；燒結爐為氫氣、氮氣或氧氣保護氣氛燒結爐，或為真空燒結爐。采用這種方法后，即采用清洗步驟和選擇合適的燒結參數，可保證加工過程可靠進行。
[0015]外翅片單元與吸液芯的材料相同，只用一道燒結工序。采用這種方法后，采用相同材料可省略工序，簡化步驟，節(jié)約時間。
[0016]步驟a中，管體的材料為銅、鋁或鋼；步驟d中，吸液芯的材料選用金屬粉末和金屬纖維中的一種或兩種，吸液芯的孔隙率為50%_90% ;步驟e中，液體工質為純凈水、丙酮、甲醇或乙醇。采用這種方法后，管體內部的吸液芯的孔隙率高，具有接觸熱阻小，導熱速度快及毛細力強的特點。
[0017]總的說來，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:加工工藝簡單可靠，用于豎式熱管冷凝器時，冷凝效果好，維護簡單。
[0018]1.本發(fā)明的用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管，其管體外是外翅片結構和外溝槽結構相結合的復合結構，管體的冷凝段為外翅片結構，翅片為燒結成型，使翅片與管體燒結為一體，不存在接觸熱阻；外翅片結構可以有效增加散熱面積、強化散熱效率。[0019]2.管體的蒸發(fā)段為外溝槽結構，用于豎式熱管冷凝器中，蒸汽在外溝槽的表面凝結，冷凝液在外溝槽的毛細力作用下迅速擴散，由槽峰迅速流到槽谷，使槽峰的冷凝液膜層變的極薄，這種使冷凝換熱表面的冷凝液非均勻分布的方法獲得的平均冷凝傳熱系數要比光管上的均勻厚度液膜的傳熱系數高得多，可有效強化冷凝換熱。
[0020]3.復合外結構熱管在冷凝器中為豎直放置，使得外溝槽的方向為沿著管體的外表面豎直向下，使冷凝液在槽道的毛細力和重力的作用下及時向下排走；下端蓋為圓錐形，利于冷凝器中冷凝液的集聚和下落。
[0021]4.管體內部的吸液芯的孔隙率高，比表面積大，傳熱面積大，有效地提高了毛細力，降低了液體回流阻力，同時帶三維毛細力強化結構能增加內部蒸汽傳播時繞流效果，提高蒸汽在內壁面的傳熱效果，降低了內壁面熱阻；而且燒結式吸液芯結構穩(wěn)定，不易脫落，使用性能可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管的主視圖。
[0023]圖2是圖1的剖視圖。
[0024]圖3是一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管的立體圖。
[0025]圖4是復合外結構熱管安裝于豎式熱管冷凝器的示意圖。
[0026]圖5a、5b、5c、5d為外溝槽的橫截面形狀示意圖。
[0027]其中，1為真空管,2為上端蓋、3為外翅片單元、4為管體,5為外溝槽,6為下端蓋，7為吸液芯,8為蒸汽。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0029]本實施例中，外溝槽的橫截面形狀為矩形；吸液芯為銅粉燒結芯，粒徑約為200目枝形銅粉；復合外結構熱管各部分的尺寸可根據具體情況自行確定。
[0030]—種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管，包括:上端蓋、管體、下端蓋、外翅片單元、吸液芯、真空管和液體工質。上端蓋套入管體頂部的外階梯口內，與管體外壁密封配合。吸液芯與管體的內壁緊密貼合。管體內部充裝有液體工質，液體工質可以為純凈水、丙酣、甲醇和乙醇中的任意一種。管體內部為真空密封。
[0031]上端蓋的外側的中部設置有與管體內部相通的真空管，真空管的最外端密封。
[0032]下端蓋為圓錐形，利于冷凝器中冷凝液的集聚和下落。
[0033]管體為圓筒形，外壁為復合外結構，即管體外對應冷凝段為外翅片結構，管體外對應蒸發(fā)段為外溝槽結構，蒸發(fā)段占管體總長度的2/5至3/5。
[0034]圖4列舉了復合外結構熱管的其中一種應用(應用不限于圖示方式)，左邊箭頭表示冷源進，右邊箭頭表示冷源出。冷凝段的冷源可為風冷或水冷；復合外結構熱管在冷凝器中為豎直放置。
[0035]如圖5a、5b、5c、5d所示，外溝槽的橫截面可為三角形、波浪形、U形或矩形等。
[0036]吸液芯的材料為金屬粉末和金屬纖維中的一種或兩種混合，吸液芯孔隙率為50%-90%。
[0037]液體工質為純凈水、丙酮、甲醇和乙醇中的任意一種。
[0038]管體的材料為銅、鋁或鋼。
[0039]上述用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管的制造方法，可通過如下步驟實現:
[0040]a.管體的加工:
[0041](1)通過軋制、熱擠壓、冷擠壓或其他壓鑄方法制造圓筒形的管體；
[0042](2)在管體的上端的外壁加工出階梯口 ；
[0043](3)根據外溝槽的外形設計參數制作出拉拔模具，利用拉拔設備在管體的外表面加工出相應形狀的沿著周向均勻、緊密排列的豎直外溝槽，多條外溝槽形成外溝槽結構，分布在蒸發(fā)段；外溝槽結構占管體總長度的2/5至3/5 ；
[0044]b.外翅片單元、上端蓋和下端蓋的加工:
[0045](1)根據外翅片單元、上端蓋和下端蓋的設計參數制作出相應沖壓模具，利用沖壓設備制造出相應的零部件；
[0046](2)其中上端蓋的中部焊接有真空管；
[0047]c.外翅片結構的加工:
[0048]( 1)將制備好的外翅片單元按所占管體長度的比例逐次層疊在管體外；
[0049](2)將裝配好的熱管體采用機械脹管、液壓脹管等方式進行脹管，使外翅片單元與管體過盈緊密接觸；
[0050](3)將脹管完成的管體放入真空燒結爐或者氣氛保護爐中，進行保溫燒結；
[0051]d.吸液芯的加工:
[0052]將下端蓋與管體焊接密封好，由管體的上端插入相應的芯棒，芯棒位于管體的中心位置，在芯棒與管體的內壁所形成的空間中填入金屬粉末或金屬纖維，然后連同管體放入燒結爐中進行燒結，燒結完畢后，待冷卻至室溫取出芯棒；
[0053]e.封裝:
[0054]取出芯棒后，將上端蓋置于管體階梯口內焊接密封，然后將液體工質通過真空管加入到管體內，再通過真空管對管體抽真空，最后密封真空管。
[0055]所有復合外結構熱管的零部件在加工結合或者密封結合之前都有清洗步驟，具體是，首先將零部件放入體積濃度5%?10%的稀酸溶液中洗去表面油污及加工后殘留碎屑，然后將其放入乙醇溶液中超聲波清洗，最后用清水沖洗洗去表面殘留溶液。
[0056]外翅片單元與吸液芯的材料相同，只用一道燒結工序。燒結溫度為熔點的0.7至
0.8倍，燒結時間為30min至120min，燒結過程采用分段升溫；燒結爐為氫氣、氮氣或氧氣保護氣氛燒結爐，或為真空燒結爐。
[0057]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管，包括管體，管體的一段是冷凝段，另一段是蒸發(fā)段，其特征在于:所述管體外對應冷凝段為外翅片結構，對應蒸發(fā)段為外溝槽結構。
2.按照權利要求1所述的一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管，其特征在于:它還包括上端蓋、下端蓋和吸液芯；上端蓋安裝于管體靠近冷凝段的一端，下端蓋安裝于管體靠近蒸發(fā)段的一端，吸液芯緊貼管體的內壁；下端蓋為圓錐形。
3.按照權利要求2所述的一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管，其特征在于:它還包括一真空管，真空管的一端與上端蓋的外側相接，另一端封閉；真空管、管體、上端蓋和下端蓋構成一容納液體工質的密閉空間。
4.按照權利要求1所述的一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管，其特征在于:所述外翅片結構包括沿著管體軸向依次套疊在管體外的多個外翅片單元；外溝槽結構包括均勻分布在管體外壁的多條外溝槽，外溝槽的長度方向與管體的長度方向一致。
5.按照權利要求1所述的一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管，其特征在于:所述冷凝段占管體總長度的2/5至3/5。
6.按照權利要求1所述的一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管，其特征在于:它在豎式熱管冷凝器中沿著豎直方向設置，冷凝段朝上，蒸發(fā)段朝下。
7.按照權利要求3所述的一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管的制造方法，其特征在于:包括如下步驟:a.管體的加工:制作管體；根據外溝槽的參數制作拉拔模具，利用拉拔設備在管體外壁對應蒸發(fā)段處加工出外溝槽結構；b.外翅片單元、上端蓋和下端蓋的加工:沖壓制作外翅片單元、上端蓋和下端蓋；上端蓋的外側焊接真空管；c.外翅片結構的加工:對應冷凝段，將外翅片單元依次套疊在管體外；對管體進行脹管，使外翅片單元和管體過盈緊密接觸；將管體和外翅片單元保溫燒結成一體；d.吸液芯的加工:將下端蓋與管體密封；一芯棒從管體上端插入且位于管體的中心，在芯棒和管體的內壁之間填充制作吸液芯的材料，與管體一同燒結處理，吸液芯緊密貼合在管體內壁；e.封裝:取出芯棒；上端蓋與管體密封，通過真空管將液體工質注入管體內，通過真空管對管體內抽真空，密封真空管。
8.按照權利要求7所述的一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管的制造方法，其特征在于:所述復合外結構熱管的管體、外翅片單元、上端蓋、下端蓋和真空管在加工結合和密封結合前均經過清洗步驟；清洗步驟為將零部件放入體積濃度5%~10%的稀酸溶液中洗去表面油污及加工后殘留碎屑，然后將其放入乙醇溶液中超聲波清洗，最后用清水沖洗洗去表面殘留溶液；所述燒結過程，燒結溫度為材料熔點的0.7至0.8倍，燒結時間為30min至120min，燒結過程采用分段升溫；燒結爐為氫氣、氮氣或氧氣保護氣氛燒結爐，或為真空燒結爐。
9.按照權利要求7所述的一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管的制造方法，其特征在于:所述外翅片單元與吸液芯的材料相同，只用一道燒結工序。
10.按照權利要求7所述的一種用于豎式熱管冷凝器的復合外結構熱管的制造方法，其特征在于:所述步驟a中，管體的材料為銅、鋁或鋼；步驟d中，吸液芯的材料選用金屬粉末和金屬纖維 中的一種或兩種，吸液芯的孔隙率為50%_90% ;步驟e中，液體工質為純凈水、丙酮、甲醇或乙醇。
【文檔編號】F28D15/02GK103727823SQ201310684841
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權日:2013年12月12日
【發(fā)明者】李斌, 湯勇, 張仕偉, 韓曉東, 陸龍生 申請人:華南理工大學