CN109405609B - 一种高效相变换热管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热交换技术领域，提供一种高效相变换热管及其制备方法，换热管本体由多层具有毛细结构的塑料基层构成，塑料基层为双层结构，双层结构内设有毛细结构，毛细结构内填充有易汽化液体工质。在制备的过程中，毛细结构内填充的液体工质加热后汽化膨胀扩容，冷却后形成内部为真空的密闭腔体，即密闭腔体内为易汽化的液体工质及冷却后形成的真空，该密闭腔体相当于一个微型热管。当该换热管作为换热器部件工作时，由于微型热管的高效热传导效应，可以显著提高的换热管壁的导热系数。换热管本体由多层塑料基层组成，故整个换热管壁内部的空腔形成类蜂窝状结构，制备相同规格的换热管时用料少，成本低，重量轻，强度变大，抗压能力增强。
Description
技术领域
本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及一种高效相变换热管及其制备方法。
背景技术
换热器是应用最广泛的设备之一，绝大多数换热器都需要换热管作为换热元件。热侧物质将热量传递给换热管壁，通过换热管管壁将热量传递给冷侧物质。塑料由于化学性能稳定，抗蚀性能好，被众多厂家选作换热管材料，但塑料自身导热系数较小，导致换热管热阻较大，影响换热效果。部分改性塑料原料昂贵，造价很高。且塑料本身力学性能较差。目前采用小直径﹑薄管壁的方法来弥补导热系数和力学性能的不足，但限制了塑料换热管的应用场合。如何在保留塑料管优势的前提下降低传热热阻、降低造价和提高力学性能具有研究意义和发展前景。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种高效相变塑料换热管，提高换热管的换热效率，提升热管单管力学性能。
本发明是通过如下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种高效相变换热管，包括换热管本体，所述换热管本体包括至少一层塑料基层，每层所述塑料基层内设置有毛细结构腔，所述毛细结构腔内填充有易汽化液体。
换热管本体由多层具有毛细结构的塑料基层缠绕而成，每层塑料基层内都设置有填充易汽化液体的毛细结构。
制备时，由具有毛细结构的塑料基层在缠绕轴上缠绕形成原始的换热管形态，将原始换热管置于限位的套管之内。给换热管生产装置持续加热。随着温度的升高，毛细结构内的液体工质部分汽化，体积膨胀。宏观上换热管的体积也随之膨胀，压力升高，并充满限位管与缠绕轴之间的空间。维持升温和加压维持一段过程以给基层材料定型。毛细结构内工质的膨胀使毛细结构容积扩大。材料定型后，随后缓慢冷却换热管。由于定型后的毛细结构容积大于原充装液体的体积，随着汽化工质的冷却，在毛细结构内部形成液体+真空的微型热管结构。去除缠绕轴和限位管后即得到内部存在无数许多毛细结构的换热管。
制备完成的换热管内部毛细结构相当于无数个微型热管，热量传输更充分，提高换热效率。
优选的，所述塑料基层包括上基层和下基层，所述上基层上设置有上腔体，所述下基层上设置有下腔体，所述上腔体和所述下腔体密封围成所述毛细结构腔
优选的，所述毛细结构腔内填充有易汽化液体和真空。
优选的，所述易汽化液体为酒精和/或丙酮。毛细结构腔内，可以是所有腔体都填充酒精，或者都填充丙酮液体，也可以有的腔体内填充酒精，有的腔体内填充丙酮。除了酒精和丙酮这两种液体外，还可以是其他可行的容易汽化的液体。
第二方面，本发明还提供一种高效相变换热管的制备方法，用于制备上述所述的高效相变换热管，所述方法包括如下步骤：
S01：将备好的塑料基层缠绕在缠绕轴上，在缠绕好的塑料基层1的最外层固定限位管，并用压紧件压紧，然后对整体进行加热定型；其中，所述塑料基层内设置有毛细结构腔，所述毛细结构腔内填充有易汽化液体。
加热定型过程中，毛细结构腔内的易汽化液体的膨胀使毛细结构腔的容积扩大，塑料基层材料定型后，随后缓慢冷却换热管。由于定型后的毛细结构腔的容积大于原充装液体的体积，随着易汽化液体工质的冷却，在毛细结构腔内部形成液体+真空的微型热管结构，提高换热效率。
S02：冷却后将缠绕轴管、限位管和压紧件拆除，得到高效相变换热管。
优选的，所述步骤S01中，所述塑料基层包括固定连接的上基层和下基层，所述上基层上设置有上腔体，所述下基层上设置有下腔体，所述上腔体和所述下腔体密封围成所述毛细结构腔。
本发明提供一种高效相变换热管及其制备方法，所述的高效相变换热管包括换热管本体，所述换热管本体包括至少一层塑料基层，所述塑料基层内设置有毛细结构腔，所述毛细结构腔内填充有易汽化液体。在制备的过程中，毛细结构内填充的液体工质加热后汽化膨胀扩容，冷却后形成内部为真空的密闭腔体，即密闭腔体内为易汽化的液体工质及冷却后形成的真空，该密闭腔体相当于一个微型热管。当该换热管作为换热器部件工作时，由于微型热管的高效热传导效应，可以显著提高的换热管壁的导热系数。换热管本体由多层塑料基层组成，故整个换热管壁内部的空腔形成类蜂窝状结构，制备相同规格的换热管时用料少，成本低，重量轻，强度变大，抗压能力增强。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见的，对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种高效相变换热管的换热管本体的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的一种高效相变换热管的塑料基层的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的一种高效相变换热管制备时塑料基层缠绕后的状态的结构示意图。
图4为本发明实施例提供的一种高效相变换热管制备时加热定型前的状态的结构示意图。
图5为本发明实施例提供的一种高效相变换热管制备时加热定型后的结构示意图。
图6为本发明实施例提供的一种高效相变换热管的塑料基层的毛细结构腔的变化结构示意图。
图中所示：塑料基层1、上基层11、下基层12、毛细结构腔2、缠绕轴3、限位管4、压紧件5。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。
参见图1，所示为本发明实施例提供的一种高效相变换热管的结构示意图。
由图1可知，所述高效相变换热管包括换热管本体，所述换热管本体包括至少一层塑料基层1，所述塑料基层1内设置有毛细结构腔2，所述毛细结构腔2内填充有易汽化液体和真空，所述易汽化液体为酒精或丙酮。
具体的，本实施例中，塑料基层1摊开之后如图2所示，所述塑料基层1包括上基层11和下基层12，所述上基层11上设置有上腔体，所述下基层12上设置有下腔体，如图2所示，所述上腔体和所述下腔体密封围成所述毛细结构腔2。所述毛细结构腔2包括但不限于是方形、圆形、椭圆形等结构。
本实施例提供的高效相变换热管通过如下方法制备得到：
S02：将备好的塑料基层1缠绕在一个缠绕轴3上，在塑料基层1的最外层用适当大小的限位管4固定，并用压紧件5压紧，对整体进行加热定型。其中，塑料基层1内设置有毛细结构腔2，所述毛细结构腔2内填充满易汽化的液体。
本实施例中，所述塑料基层1为两层，分别为固定连接的上基层11和下基层12，在上基层11上开设上腔体，下基层12上开设下腔体，使上腔体和下腔体密封围成毛细结构腔2，毛细结构腔2内填充满易汽化的液体。
塑料基层1的长度和宽度可以根据需要制作的换热管本体的大小来设置，换热管本体的厚度可以通过增加塑料基层1的缠绕层数来实现。比如，塑料基层1的厚度为0.2mm，需要的换热管本体的厚度为6mm，则在缠绕轴3上缠绕一层塑料薄膜后，继续缠绕，共缠绕约25层，达到厚度为5mm，然后在最外层塑料基层1的外侧套上限位管4固定，加热定型膨胀，定型膨胀后约25层塑料基层1固定在一起，形成壁厚约6mm的换热管本体。每一层塑料基层的厚度也可根据需要设定。
S02：冷却后将缠绕轴3、限位管4和压紧件5拆除，得到高效相变换热管。
本实施例提供的高效相变换热管的制备方法中，首先由具有毛细结构腔2的塑料基层1在缠绕轴3上缠绕形成原始的换热管形态，如图3所示，然后将原始换热管置于限位的套管4之内，如图4所示。给换热管生产装置持续加热，随着温度的升高，毛细结构腔2内的液体工质部分汽化，体积膨胀。宏观上换热管的体积也随之膨胀，压力升高，并充满限位管4与缠绕轴3之间的空间。维持升温和加压维持一段过程以给基层材料定型。毛细结构腔2内工质的膨胀使毛细结构腔2的容积扩大，如图5所示。材料定型后，随后缓慢冷却换热管。由于定型后的毛细结构腔2的容积大于原充装液体的体积，随着汽化工质的冷却，在毛细结构腔2的内部形成液体+真空的微型热管结构。去除缠绕轴3和限位管4后即得到内部存在无数许多毛细结构的换热管。即最后成型的换热管的毛细结构腔2内填充的是易汽化的液体和真空。
毛细结构腔2的变化如图6所示，初始状态时，毛细结构腔2内填充满易汽化的液体，随着加热的进行，易汽化的液体部分汽化，毛细结构腔2膨胀，容积扩大，毛细结构腔2内存在易汽化的液体和工质蒸汽，定型冷却后，毛细结构腔2内存在易汽化的液体和真空。
本实施例提供的高效相变换热管使用时，热烟气在与管内工作介质接触换热前，先在毛细结构腔2中由易汽化液体作介质进行类似热管换热的过程，毛细结构腔2内的易汽化液体汽化膨胀后，毛细结构腔2成为膨胀气孔，膨胀气孔相当于多个小换热管，增加了换热段，保证热量传输更充分，提高了换热效率。管壁将热量传递蒸发段内，冷侧流体吸收热量后迅速汽化，并达到冷凝段释放热量，重新变为液态。毛细结构腔2的存在使得热量能够更好地向内传递，解决了塑料管壁导热系数低，传热效果差的问题。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。
Claims (2)
1.一种高效相变换热管的制备方法，其特征在于，所述高效相变换热管包括换热管本体，所述换热管本体由多层塑料基层(1)缠绕而成，所述塑料基层(1)内设置有毛细结构腔(2)，所述毛细结构腔(2)内填充有易汽化液体和真空；
所述塑料基层(1)包括固定连接的上基层(11)和下基层(12)，所述上基层(11)上设置有上腔体，所述下基层(12)上设置有下腔体，所述上腔体和所述下腔体密封围成所述毛细结构腔(2)；
所述的制备方法包括如下步骤：
S01：将备好的塑料基层(1)缠绕在缠绕轴(3)上，在缠绕好的塑料基层(1)的最外层固定限位管(4)，然后对整体进行加热定型；其中，所述塑料基层(1)内设置有毛细结构腔(2)，所述毛细结构腔(2)内填充有易汽化液体；
S02：冷却后将缠绕轴(3)和限位管(4)拆除，得到高效相变换热管。
2.根据权利要求1所述的高效相变换热管的制备方法，其特征在于，所述易汽化液体为酒精和/或丙酮。
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