CN202254991U

CN202254991U - 制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备

Info

Publication number: CN202254991U
Application number: CN2011203341692U
Authority: CN
Inventors: 赵蔚琳; 刘宗明; 沈远胜; 段广彬
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-09-07

Abstract

本实用新型公开了一种制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，包括：第一计量装置；混合搅拌装置；二次处理装置，连接所述混合搅拌装置以接纳所述一次混合液，进而进一步处理，使纳米粉进一步均散在基础液态工质中，获得二次混合液；第二计量装置，连接所述二次处理装置以接纳设定量的所述二次混合液，该第二计量装置通过控制阀及管路连接待填充的热管；真空系统，包括连接所述第二计量装置的第一支路和连接所述管路位于所述控制阀的热管侧部分的第二支路，两支路均设有支路控制阀；以及封口设备，位于热管封口端，以在热管填充完毕后进行封口。本实用新型提高以纳米流体为工质的热管的加工制造效率。

Description

制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备

技术领域

本实用新型涉及一种用于制备水基纳米流体进而填充热管的一体化设备。

背景技术

纳米流体是指以一定的方式和比例在液体中添加的纳米级金属、非金属或聚合物固体粒子，构成的一种新型传热工质。20世纪90 年代以来,研究人员开始探索将纳米材料技术应用于强化传热领域，研究新一代高效传热冷却技术。1995年,美国Argonne 国家实验室的Choi等人首次提出了一个崭新的概念——纳米流体。与传统的纯液体相比，主要优势体现在可以显著提高液体的导热系数，增强其导热性能。将纳米流体应用于传热强化领域，可以更好地满足航天航空、化工、冶金、生物等领域的热交换系统的传热及冷却要求，对于提高其热交换系统的经济性、可靠性都具有重要意义。

热管是热交换系统中具有广阔应用前景的换热元件。它是利用内部工作液体相变来实现热量传递，可将大量的热量通过其很小的截面积远距离地输送而无需外加动力。目前热管已被广泛的应用冶金、航天、石油、化工、电子等各个领域。

最近几年，研究人员将纳米流体作为热管的工作介质填充于热管中，以提高热管的传热性能，取得了初步的结果，这些研究结果均表明纳米流体强化了热管的传热性能。在能源日益紧缺的今天，其应用前景不可估量，将会产生重大的经济效益和社会效益，同时也将延伸纳米技术的应用领域，推动纳米技术产业化进程。但目前的研究处于初始阶段，若想真正地推动纳米流体热管的发展与应用，还有大量研究工作需要进一步展开。

纳米流体应用于热管中的关键问题之一是纳米流体的制备及将其填充于热管中。现有的技术都采用人工操作，自动化程度不高，影响到纳米流体在热管中的工业应用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，以提高以纳米流体为工质的热管的加工制造效率。

本实用新型采用以下技术方案：

该实用新型制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，包括：

第一计量装置，计量预定量给定的纳米粉；

混合搅拌装置，连接所述计量装置，以接纳所述纳米粉并与配比好的基础液态工质混合搅拌均匀，获得一次混合液；

二次处理装置，连接所述混合搅拌装置以接纳所述一次混合液，进而进一步处理，使纳米粉进一步均散在基础液态工质中，获得二次混合液；

第二计量装置，连接所述二次处理装置以接纳设定量的所述二次混合液，该第二计量装置通过控制阀及管路连接待填充的热管；

真空系统，包括连接所述第二计量装置的第一支路和连接所述管路位于所述控制阀的热管侧部分的第二支路，两支路均设有支路控制阀；以及

封口设备，位于热管封口端，以在热管填充完毕后进行封口。

依据本实用新型的设备，采用连续运转的作业方式，首先依据热管制造数量一次或者数次进行纳米粉的计量，并在混合均匀后进行实际填充的计量，保证计量的准确性；并通过两次处理，也就是初次的混合搅拌，二次的深度均散处理，保证混合液或者说最终工质的质量。另配有真空系统，以保证填充的质量。整个过程依次流转，连续运转的作业方式，相比于现有手动流转或者手动填充，大大提高了加工制造效率。

上述制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，还包括用于在待填充热管抽真空时对待填充热管进行加热的加热装置。

上述制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，所述加热装置为电加热装置。

上述制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，还包括对待填充热管进行温度检测的装置。

上述制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，所述真空系统配有真空计。

上述制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，所述二次处理装置为设有悬浮液容器的超声振动装置，其中悬浮液容器用于容纳所接纳的一次混合液。

上述制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，所述混合搅拌装置为磁力搅拌装置，并对应设有基础液态工质的容器。

上述制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，混合搅拌装置与二次处理装置间通过带有控制阀和用于流体泵送的动力装置的管道连接；二次处理装置与第二计量装置间也通过带有控制阀和用于流体泵送的动力装置的管道连接。

附图说明

图1为依据本实用新型的一种水基纳米流体制备与填充的一体化设备的系统结构图，水基表示为基础液态工质的一种为水。

图2为水基纳米流体制备与填充的一体化设备的自动控制流程图。

图3为水基纳米流体制备与填充的一体化设备中的控制器方框图

图中：2、7、11、13、14、17为控制阀；3为计量装置，12为计量管；5为磁力搅拌装置，9为超声振动装置；6和10为动力装置；15为加热炉；18为真空计，19为真空泵；20为封口设备；21为控制器。

具体实施方式

参照说明书附图1，其示出了一种制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，其基本结构是其包括：

第一计量装置，计量预定量给定的纳米粉；

本方案倾向于采用通过智能元件控制的自动流转，因此，因被流转的主要是液体和性状与液体比较类似的纳米粉，因此，可以通过管道和配置在管道上的流体输送装置进行相应物料在流转流程设备中的流转，并通过阀的控制进行流转的量的控制。阀普遍采用电磁阀，方便智能元件控制器的引入和集成控制，如附图1中所示的控制阀2、控制阀7、控制阀11、控制阀13、控制阀14、控制阀17均采用电磁阀，通过预置在控制器内的程序进行流转控制。

更具体的，参见说明书附图3，首先可以在控制器上设置计量装置3的计量值和计量管12 的给定值，设置磁力搅拌装置5和超声振动装置9的时间，设置真空计18的上下限，设置加热炉15的加热功率。其中计量装置3的计量值是对纳米颗粒的使用量值进行控制，该计量值与生产的热管产量有关，当然可以按批次进行称量，也可以按照每一个热管组进行称量；

而计量管12的使用是为了计量加入热管的充液量的多少，也就是最终的二次混合液的量，该值与热管的设定容积有关。

去离子水是一种常用工质，热管行业其他的液态工质也都可以使用本方案，都是液态物质，并且都没有腐蚀性。对应地，若采用去离子水作为基础液态工质，那么对应去离子水容器4设置在磁力搅拌装置5内。磁力搅拌装置的作用是使去离子水容器4中纳米颗粒分散，形成纳米粒子悬浮液。所谓的纳米流体实质上都是纳米粒子悬浮液，因此，对充分均散有比较高的要求。对于不同的纳米颗粒，磁力搅拌时间不同。一般控制在30分钟与1小时之间，获得一次混合液，也就是在磁力搅拌装置能力条件下获得的初始的纳米粒子悬浮液。

进一步地，悬浮液容器8设置在超声振动装置9内。超声振动装置是对纳米颗粒进一步分散，以获得分散性好、稳定性高的纳米悬浮液。对于不同的纳米颗粒，超声振动时间是不一样的。实验表明，不同的纳米流体制备均存在超声振动的最佳时间。例如：30nm的CuO-水的最佳分散超声时间约为2小时，40nm的 Al2O3-水的最佳分散超声时间约为3h； 30nm的SiO2-水的最佳分散超声时间约为5h。

动力装置6和10可由输送液体的泵来完成。

加热装置，对待填充热管进行加热的加热装置可以采用电炉丝加热炉或者热交换器来完成，通过控制流过电炉丝的电流与电压或者热交换器的流量来控制其加热功率。两者都有比较好的可控性，主要通过加热排气，用来获得更高的真空度。

加以匹配的，必要情况下需要配置温度检测装置，以检测待填充热管在加热后的温度状态，以保证在加热状态的安全性和灌注液体的安全性，防止热管因骤冷爆裂。

温度检测装置形成一种外围检测设备，以用于流转各个环节的状态反馈，以进行更加精确的控制，进一步地，外围检测设备最好包括：检测计量装置是否达到设定值的检测装置，比如称量机构；检测纳米悬浮液是否输送到悬浮液容器8中，检测纳米流体是否输送到计量管12，可以采用流量计或者检测重量的装置；检测计量管真空度是否达到上限要求，检测热管16真空度是否达到下限值要求，也就是通过真空计进行检测；检测热管16是否冷却，也就是采用上面提到的温度检测装置；检测纳米流体量值是否达到设定值，可以采用重量检测；检测热管16上部充液管是否封住，通过检漏设备进行检漏。

关于真空计18，理想上限可以设置为1.3～0.13Pa,下限设置为1.33×10^-3Pa。

封口设备20可以采用液压封口技术，也可以采用电子封口技术。

真空泵19的作用是对热管抽真空，要保证热管内处于真空状态。控制器开始工作，进行前馈控制，打开控制阀2，将一定量的纳米颗粒通过计量装置3从存储容器1添加到去离子水容器4中。关闭控制阀2，控制器启动磁力搅拌装置5进行磁力搅拌一定时间后，控制器打开动力装置6和控制阀7，将搅拌后的纳米悬浮液输送到悬浮液容器8中，控制器启动超声振动装置9，超声振动悬浮液容器8一定时间，使得纳米流体的悬浮液均匀稳定。控制器再打开动力装置10和控制阀11，将制备好的纳米流体输送到计量管12后，控制器关闭控制阀11，打开控制阀13，启动真空泵19，对计量管进行真空除气。当真空度达到上限的要求时，控制器关闭控制阀13，打开控制阀17对热管16抽真空，并启动加热炉15进行热管16加热除气，待热管16真空度达到下限值的要求，停止加热；热管16冷却后，控制器关闭控制阀17，打开控制阀14，一定量的纳米流体将自动的流入热管内，当量值达到预定的设置要求时，关闭控制阀14，控制器启动封口设备20，将热管16的上部充液管封住，完成整个纳米流体制作与热管充液的一体化过程。

Claims

1.一种制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，其特征在于，包括：

第一计量装置，计量预定量给定的纳米粉；

2.根据权利要求1所述的制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，其特征在于，还包括用于在待填充热管抽真空时对待填充热管进行加热的加热装置。

3.根据权利要求2所述的制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，其特征在于，所述加热装置为电加热装置。

4.根据权利要求3所述的制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，其特征在于，还包括对待填充热管进行温度检测的装置。

5.根据权利要求1至4任一所述的制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，其特征在于，所述真空系统配有真空计。

6.根据权利要求1所述的制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，其特征在于，所述二次处理装置为设有悬浮液容器的超声振动装置，其中悬浮液容器用于容纳所接纳的一次混合液。

7.根据权利要求1或6所述的制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，其特征在于，所述混合搅拌装置为磁力搅拌装置，并对应设有基础液态工质的容器。

8.根据权利要求1所述的制备水基纳米流体与填充热管的一体化设备，其特征在于，混合搅拌装置与二次处理装置间通过带有控制阀和用于流体泵送的动力装置的管道连接；二次处理装置与第二计量装置间也通过带有控制阀和用于流体泵送的动力装置的管道连接。