CN102445097A - 一种高效重力热管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效重力热管及其制备方法，其包含蒸发段，绝热段以及冷凝段三部分；其特征在于，在热管蒸发段内表面烧结一层金属粉末多孔层和在其冷凝段进行化学镀层。采用本发明的工艺方法所制造的热管可同时强化沸腾传热与冷凝传热，这等于人为增加了许多理想的汽化核心，使液体的沸腾现象得以连续地进行，从而达到强化沸腾传热的目的，而另一方面由于热管冷凝段的化学镀层表面改性可以得到较低的表面自由能值，同时，该镀层为热导率良好的金属基镀层，因此可以强化冷凝传热，综上所述，该高效重力热管强化沸腾与冷凝效果十分显著，具有强化传热效果好，生产效率高和成本低等特点。
Description
【技术领域】
本发明涉及重力管技术领域，具体地说，是一种高效重力热管及其制备方法。
【背景技术】
热管是一种新型、高效的传热元件，它采用两侧相变的传热原理，它可将大量热量通过其很小的截面积远距离地传输而无需外加动力。因其具有许多优良特性，如很高的导热性、优良的等温性、恒温特性等，热管被广泛应用于化工及石油化工行业、冶金行业、电子电器工程中。在热传递温差不大的场合，热管的内热阻将成为制约热管传热能力的关键因素，因此热管的内部换热强化仍是国内外研究者感兴趣的课题之一。
多孔表面对水、氟利昂、苯、乙醇等多种工质的沸腾换热均有显著的强化作用。因此，具有多孔表面的高通量换热管以其优异的沸腾换热性能用于各种具有相变的换热过程，在石油、化工、冶金等领域具有广泛的应用前景。根据多孔表面强化传热机理，大量具有适当尺寸的连通孔隙是保证高效传热强化的决定性因素。因此，喷涂法、机械加工法、烧结法等应用于多孔表面的制备研究。
非晶态的化学镀层具有表面能低、与基体的结合力好、耐腐蚀性能好、成本低廉、工艺简单等优点，且在促进珠状凝结方面具有较大的应用潜力。
在强化相变传热方面，能够实现应用的大多只是单侧强化，单侧的强化效果十分明显，但是由于整体的传热效果受两侧的双重影响，一侧系数的提高，往往使另一侧的传热热阻成为影响整体传热效果的主要因素，因此开发出同时具有强化沸腾与强化冷凝的热管已迫在眉睫。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高效重力热管及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种高效重力热管，其包含蒸发段，绝热段以及冷凝段三部分，绝热段位于蒸发段以及冷凝段之间；
一种高效重力热管，在热管蒸发段内表面烧结一层金属粉末多孔层和在其冷凝段进行化学镀层。
所述的热管基体为光滑管，其材料为紫铜。
所述的热管蒸发段内表面烧结一层金属粉末多孔表面是将金属粉末与粘结剂的混合料浆涂敷于热管蒸发段内壁，然后在700～1100℃下烧结而成。
所述的粘结剂和金属粉末的重量比为1∶4～1∶9，所述的粘结剂包括聚乙烯、聚苯乙烯、异丁烯、煤油、二甲苯等，所述的金属粉末为铜粉。
所述的热管冷凝段镀层是以热管冷凝段为基体，采用化学镀的方法在基体表面形成非晶态的纳米涂层，化学镀是在无直流电源的条件下，用化学还原的方法使镍离子还原成金属镍并沉积在催化金属表面上。
化学镀中的镀液采用去离子水配制，药品为分析纯。其基本的配方及工艺参数为：硫酸镍20～30g/L；次亚磷酸钠30～35％/l；醋酸钠15～20g/L；柠檬酸20～30g/L；乳酸5ml/L；碘化钾10～30mg/L；十二烷基苯磺酸钠2～8mg/L；镀液调整pH值至4.0～5.0；镀液温度(90±1)℃。化学镀前对试样进行除油、水洗、活化、水洗，前处理后的试样在镀浴内施镀2～3h。
所述的高效重力热管的制备过程如下：1)在热管蒸发段内表面烧结一层金属粉末多孔层和在其冷凝段进行化学镀层；2)热管的组装焊接和充液，热管的充液就是先启动机械真空泵和扩散泵对热管抽真空，待热管真空度达到额定要求后(一般要1.33×10-3Pa)，然后将预先除气的工作液体灌入热管中，充液率一般为20％到40％；3)热管真空封口，该过程要求在高真空状态下切断充液管并永久的封死管口。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
采用本发明的制备工艺方法所制造的热管可同时强化沸腾传热与冷凝传热，这是因为在热管的蒸发段表面形成薄薄的一层多孔性金属，这等于人为增加了许多理想的汽化核心，使液体的沸腾现象得以连续地进行，从而达到强化沸腾传热的目的，而另一方面由于热管冷凝段的化学镀层表面改性可以得到较低的表面自由能值，同时，该镀层为热导率良好的金属基镀层，因此可以强化冷凝传热。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的制备工艺流程图；
附图中的标号分别为：1、蒸发段，2、工作介质，3、绝热段，4、密封腔室，5、冷凝段，6、端盖。
【具体实施方式】
以下提供本发明一种高效重力热管及其制备方法的具体实施方式。
实施例1
请参见附图1和2，一种高效重力热管，其包含蒸发段1，绝热段3以及冷凝段5三部分，绝热段3位于蒸发段1以及冷凝段5之间。
一种高效重力热管，为由管壳、端盖6组成的密闭结构，管内为负压并充有工作介质2，在热管蒸发段内表面烧结一层金属粉末多孔层和在其冷凝段进行化学镀层，具体步骤为：
(1)将金属粉末与粘结剂的混合料浆涂敷于热管蒸发段内壁，晾干后进入高温烧结炉进行烧结，冷却后出炉，即得热管蒸发段内表面为烧结粉末多孔层，外表面为光滑的壁面；该金属粉末为铜粉，涂层厚度为0.3mm，当量孔径60μm，孔隙率为50％；
(2)配置化学镀液，每升镀液中各组分含量为：硫酸镍30g/L；次亚磷酸钠32g/L；醋酸钠16g/L；柠檬酸20g/L；乳酸5ml/L；碘化钾20mg/L；十二烷基苯磺酸钠2mg/L，加入去离子水配置镀液，用氢氧化钠调整镀液pH值为4.5；将镀液加热到90℃。化学镀前对热管冷凝段进行除油、水洗、酸洗活化、水洗，随后将热管冷凝段放在镀液内，施镀2小时后取出试样，用水冲洗；
(3)热管的组装焊接和充液，热管的充液就是先启动机械真空泵和扩散泵对热管抽真空，待热管真空度达到额定要求后(一般要1.33×10、3Pa)，然后将预先除气的工作液体灌入热管中，其中工作液体为去离子水，充液率为40％；
(4)热管真空封口，该过程要求在高真空状态下切断充液管并永久的封死管口。
将上述制造的高效重力热管进行传热性能测试：
在热管传热性能实验中，测得高效重力热管蒸发段平均换热系数为光滑重力热管的1.5倍，也测得高效重力热管冷凝段平均换热系数为光滑重力热管的1.2倍。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种高效重力热管，其包含蒸发段，绝热段以及冷凝段三部分；其特征在于，在热管蒸发段内表面烧结一层金属粉末多孔层和在其冷凝段进行化学镀层。
2.如权利要求1所述的一种高效重力热管，其特征在于，所述的热管基体为光滑管，其材料为紫铜。
3.如权利要求1所述的一种高效重力热管，其特征在于，所述的热管蒸发段内表面烧结一层金属粉末多孔表面是将金属粉末与粘结剂的混合料浆涂敷于热管蒸发段内壁，然后在700～1100℃下烧结而成。
4.如权利要求3所述的一种高效重力热管，其特征在于，所述的粘结剂和金属粉末的重量比为1∶4～1∶9，所述的金属粉末为铜粉。
5.如权利要求1所述的一种高效重力热管，其特征在于，所述的热管冷凝段镀层是以热管冷凝段为基体，采用化学镀的方法在基体表面形成非晶态的纳米涂层，化学镀是在无直流电源的条件下，用化学还原的方法使镍离子还原成金属镍并沉积在催化金属表面上。
6.如权利要求5所述的一种高效重力热管，其特征在于，化学镀中的镀液采用去离子水配制，药品为分析纯，其基本的配方及工艺参数为：硫酸镍20～30g/L；次亚磷酸钠30～35g/L；醋酸钠15～20g/L；柠檬酸20～30g/L；乳酸5ml/L；碘化钾10～30mg/L；十二烷基苯磺酸钠2～8mg/L；镀液调整pH值至4.0～5.0；镀液温度为90±1℃；化学镀前对试样进行除油、水洗、活化、水洗，前处理后的试样在镀浴内施镀2～3h。
7.一种高效重力热管的制备方法，其特征在于，具体步骤为，(1)在热管蒸发段内表面烧结一层金属粉末多孔层和在其冷凝段进行化学镀层；(2)热管的组装焊接和充液；(3)热管真空封口，该过程要求在高真空状态下切断充液管并永久的封死管口，得到高效重力热管。
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