專利名稱：一種帶翅片的復合熱管及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱管集熱散熱技術領域，尤其是涉及一種帶翅片的復合熱管及其制作方法。
背景技術：
熱管是實現(xiàn)熱量快速傳遞及交換的理想選擇。熱管通過相變來實現(xiàn)高效熱傳導、交換，利用密閉腔體內(nèi)部工質的蒸發(fā)、冷凝相變進行熱量傳遞，其傳熱能力是傳統(tǒng)金屬材料的幾十到上百倍。將熱管技術應用在太陽能集熱技術上，得到熱管式太陽能集熱管。這種集熱管一般是以焊接有選擇性吸收涂層翅片的熱管作為吸熱板芯，這種選擇性吸收涂層可以最大限 度的吸收太陽光，然后轉化為熱能，并能盡可能小的減少熱輻射損失，因此集熱效率非常高。這種熱管式太陽能集熱管的板芯一般經(jīng)過如下步驟制備1)先制作出銅熱管，2)將銅熱管和帶選擇性吸收涂層的翅片焊接在一起得到吸熱板芯。這種板芯存在兩個問題，一是熱管和翅片的焊接主要以人工操作超聲焊機的方法焊接，上料下料的過程浪費很多時間，制約了生產(chǎn)效率的提高；二是所用的熱管一般為銅熱管，成本比較高。另外，對于散熱型熱管而言，目前常用的是通過在熱管四周焊接翅片，增加散熱面積，但是這種方法對于散熱面積的增加非常有限。對已公布的專利和文獻進行檢索，并沒有采用“壓合一沉積特種涂層一吹漲復圓—抽真空灌液”的方法制作熱管的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種帶翅片的復合熱管及其制作方法。本發(fā)明針對太陽能熱管式真空集熱管板芯現(xiàn)有技術存在的問題，創(chuàng)造性的提出了新的制作復合熱管板芯的方法，即，“壓合一沉積特種涂層一吹漲復圓一抽真空灌液”的方法，這種方法和現(xiàn)有的技術相比，I)采用機械壓合的方法將金屬管和金屬片壓合在一起，得到復合管材，這種壓合的辦法可以連續(xù)生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率；2)壓合得到的復合管材可以卷繞，為后續(xù)連續(xù)沉積選擇性吸收涂層創(chuàng)造了條件，這種方法沉積涂層，不但沉積速率快，涂層的均勻性也有所提高；3)不用焊接，減小了加工過程對產(chǎn)品的破壞，翅片和金屬管的接觸面積大于焊接方法，有利于提高傳熱效果；4)所采用的金屬管為銅管或鈦管時，由于銅管或鈦管被金屬片包夾在一起，因此可以將銅管或鈦管做的很薄，降低了成本，而當金屬管為鋁管、鐵管和不銹鋼管時，成本優(yōu)勢更為明顯；5)和傳統(tǒng)散熱型熱管通過在熱管四周焊接翅片增加散熱面積的做法相比，本發(fā)明通過在翅片上制作高散熱性的納米涂層，利用納米材料高比表面積的特點，極大地增加了散熱面積，提高散熱效果。本發(fā)明復合熱管,包括金屬管(2 ),金屬片(I)壓合在金屬管(2 )上形成翅片,翅片上帶有涂層。所述金屬片(I)可以是一層，也可以是兩層，金屬片(I)是兩層時將金屬管(2)包夾在兩層金屬片(I)的中間。所述的金屬管(2)可以選自鋁管、銅管、鐵管、不銹鋼管、鈦管中的任何一種；所述的金屬片(I)可以選自鋁片、銅片、不銹鋼片中的任何一種。所述的涂層可以是選擇性吸收涂層TiON、A1-N-A1、黑鎳、黑鉻、氧化鋁的任何一種，也可以是高散熱性納米涂層Cu、Al、Ag、Ti及碳的納米材料中的任何一種。本發(fā)明還提供了上述復合熱管的制作方法。步驟如下I.金屬管(2)和金屬片(I)壓合將金屬管(2)和金屬片(I)通過機械力進行壓合，金屬管(2)被壓扁并和金屬片(I)壓合在一起，得到復合片材；金屬管(2)和金屬片(I)通過壓合機進行壓合，金屬管(2)的位置位于金屬片(I)的中心，壓合后，金屬管(2)被壓扁，并和金屬片(I)結合得非常牢固，接觸面積也比激光焊 接大得多，這有利于熱量的傳遞。金屬片(I)可以是一層，也可以是兩層，金屬片(I)是兩層時將金屬管(2)包夾在兩層金屬片(I)的中間。當壓合的壓力在500KN 10000KN的范圍時，可以保證將上述的任何一種管和金屬片進行良好的壓合。壓合好的復合片材可以進行卷繞，便于搬運和后續(xù)沉積特種涂層，也可以不經(jīng)過卷繞直接沉積涂層。2.在壓合好的復合片材表面制作涂層；選擇性吸收涂層的制作在步驟I中得到的復合片材上沉積選擇性吸收涂層。這種選擇性吸收涂層可以通過簡單的噴涂得到，如果金屬片為鋁材，還可以直接通過陽極氧化的方法得到，另外還可以通過金屬表面鍍黑鉻、黑鎳的方法得到選擇性吸收涂層。如果想進一步提高選擇性吸收涂層的性能，優(yōu)選用物理氣相沉積的方法制作，一般采用磁控濺射的方法濺射TiON或Al-N-Al。高散熱納米涂層的制作在步驟I中得到的復合片材上通過噴涂的方法就可以沉積高散熱納米涂層。3.向壓扁的金屬管中通高壓氣體,使金屬管(2)復圓；在步驟2的基礎上，通過向壓扁的金屬管中通入高壓氣體將金屬管吹圓，為后續(xù)加工成熱管做準備。所述的壓縮氣體壓力范圍優(yōu)選為2 30個大氣壓。4.熱管的制作根據(jù)需要，將步驟3得到的產(chǎn)品裁剪成合適的長度，然后一端進行縮口焊接密封。在另一端縮口抽真空、灌液、封裝，得到完整的熱管。抽真空的壓力范圍優(yōu)選為10_2Pa 10_6Pa之間。灌裝的工質可以是水、乙醇、甲醇、液氨、丙酮、己烷和甲苯中的任何一種或兩種的混合。需要進一步說明的是，本發(fā)明方法制作帶翅片的復合熱管，不但生產(chǎn)效率高，而且價格便宜，以帶材(金屬片)為鋁，金屬管為銅時的情況為例，這種方法制作的熱管，銅管的厚度可以做到普通銅熱管壁厚的1/1(Γ /2左右就可以滿足抽真空的要求，因此可以極大地節(jié)約成本。而且涂層的存在使得熱管的集熱或散熱性能大為提高。這種復合熱管根據(jù)涂層的不同，既可以用于集熱，又可以用來散熱。當涂層為選擇性吸收涂層的時候，可以用在太陽能光熱領域，涂層最大限度的吸收太陽光，并將其轉化為熱量，通過熱管進行收集。而當涂層為高散熱性納米涂層時，利用納米材料高比表面積的特點，可以用于工業(yè)或電子器件散熱。


圖I是熱管的示意圖。圖2是熱管的剖面示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明內(nèi)容做進一步說明，但本發(fā)明保護范圍不僅限于以下實施例，凡是屬于本發(fā)明內(nèi)容等同的技術方案，均屬于本發(fā)明的保護范圍。實施例I集熱型熱管制作 以金屬片(I)為鋁片，金屬管(2)為銅管時為例，將寬度為IOcm的鋁片和銅管送入壓合機，調整銅管的位置位于鋁片的中心，所采用的壓力為2000KN。壓合好的復合片材卷繞后，放入磁控濺射卷繞鍍膜機中進行選擇性吸收涂層TiON的制備；隨后向鍍有選擇性吸收涂層復合片材的銅管中通入12個大氣壓的空氣，將金屬銅管吹圓；然后將其剪裁成2米長，選擇任意一端作為蒸發(fā)端，用縮口機進行縮口，另一端則為冷凝段，在本實施例中，冷凝段定為15cm。將冷凝段對應的翅片剪掉，然后縮口，抽真空至10_4Pa，灌注工作液體，本實施例中的工質為水，體積為10mL。灌注完工質以后,進行密封,便得到完整的板芯。同時，本實施例也可以用兩片IOcm寬的鋁片和銅管進行壓合，此時銅管被包夾在兩片鋁帶材的中間。需要說明的是1)當壓合采用的壓力為500KN，將金屬銅管吹圓所采用的壓力為2個大氣壓，灌液前抽真空到10_2Pa時，也可以得到完整的板芯。2)當壓合采用的壓力為10000KN，將金屬銅管吹圓所采用的壓力為30個大氣壓，灌液前抽真空到10_6Pa時，也可以得到完整的板芯。3)選擇性吸收涂層除了可以磁控濺射TiON外，濺射Al-N-Al也可以；另外，還可以采用化學法鍍黑鎳或黑鉻制作選擇性吸收涂層；當翅片為鋁時，可以直接用陽極氧化的方法得到氧化鋁的選擇性吸收涂層；4)金屬帶材可以為鋁片、銅片、不銹鋼片的任意一種，金屬管也可以為鋁管、銅管、鐵管、不銹鋼管、鈦管中的任何一種，所列舉的帶材和管可以任意兩兩組合，其制作方法和上述所列舉的“鋁片-銅管”結構的板芯制作方法相似。5)上述的熱管，其工質可以是水、乙醇、甲醇、液氨、丙酮、己烷和甲苯中的任何一種或兩種的混合。實施例2散熱性熱管的制作以金屬片(I)為鋁片，金屬管(2)為銅管時為例，將寬度為IOcm的鋁片和銅管送入壓合機，調整銅管的位置位于鋁片的中心，所采用的壓力為2000KN。壓合好的復合片材卷繞后，用噴涂機在鋁片上沉積散熱涂層，本實施例采用的散熱涂層為納米銅材料；隨后向沉積有散熱涂層的復合片材的銅管中通入12個大氣壓的空氣，將金屬銅管吹圓；然后將其剪裁成2米長，選擇任意一端作為蒸發(fā)端，在本實施例中，蒸發(fā)段的長度定為O. 5米，將蒸發(fā)段對應的翅片剪掉，用縮口機進行縮口。另一端則為冷凝段，在本實施例中，冷凝段定為I. 5m,然后對冷凝段縮口，抽真空至10_4Pa，灌注工作液體，本實施例中的工質為水，體積為10mL。灌注完工質以后，進行密封，便得到完整的板芯。同時，本實施例也可以用兩片IOcm寬的鋁片和銅管進行壓合，此時銅管被包夾在兩片鋁帶材的中間。需要說明的是1)當壓合采用的壓力為500KN，將金屬銅管吹圓所采用的壓力為2個大氣壓，灌液前抽真空到KT2Pa時，也可以得到完整的熱管。2)當壓合采用的壓力為10000KN，將金屬銅管吹圓所采用的壓力為30個大氣壓，灌液前抽真空到KT6Pa時，也可以得到完整的熱管。3)散熱涂層除了可以是Cu外，也可以是Al、Ag、Ti及碳的納米材料中的任何一種。4)金屬帶材可以為鋁片、銅片、不銹鋼片的任意一種，金屬管也可以為鋁管、銅管、 鐵管、不銹鋼管、鈦管中的任何一種，所列舉的帶材和管可以任意兩兩組合，其制作方法和上述所列舉的“鋁片-銅管”結構的板芯制作方法相似。5)上述的熱管，其工質可以是水、乙醇、甲醇、液氨、丙酮、己烷和甲苯中的任何一種或兩種的混合。
權利要求
1.一種帶翅片的復合熱管，包括金屬管(2)，其特征在于金屬片(I)壓合在金屬管(2)上形成翅片，翅片上帶有涂層；所述的涂層選自選擇性吸收涂層TiON、A1-N-A1、黑鎳、黑鉻、氧化鋁的任何一種，或選自高散熱性納米涂層Cu、Al、Ag、Ti及碳的納米材料中的任何一種。
2.權利要求I所述的帶翅片的復合熱管，其特征在于所述金屬片(I)為兩層，金屬管(2 )包夾在兩層金屬片(I)的中間。
3.權利要求I所述的帶翅片的復合熱管的制作方法，其特征在于由以下步驟組成 O將金屬管(2)和金屬片(I)通過機械力進行壓合，金屬管(2)被壓扁并和金屬片 (I)壓合在一起，得到復合片材； 2)在壓合好的復合片材表面制作涂層； 3)向壓扁的金屬管中通高壓氣體，使金屬管(2)復圓； 4)將金屬管的一端縮口密封，另一端抽真空并灌工質后密封，得到帶翅片的復合熱管。
4.如權利要求2所述的帶翅片的復合熱管的制作方法，其特征在于步驟(I)中金屬片(I)是兩層，將金屬管(2 )包夾在兩層金屬片(I)的中間。
5.如權利要求2所述的帶翅片的復合熱管的制作方法，其特征在于步驟(I)中金屬片(O是一層，金屬管(2)直接壓合在金屬片上。
6.如權利要求2所述的帶翅片的復合熱管的制作方法，其特征在于步驟(2)中所述的涂層選自選擇性吸收涂層TiON、A1-N-A1、黑鎳、黑鉻、氧化鋁的任何一種；或選自高散熱性納米涂層Cu、Al、Ag、Ti及碳的納米材料中的任何一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶翅片的復合熱管及其制作方法。本發(fā)明復合熱管包括金屬管(2)，金屬片(1)壓合在金屬管(2)上形成翅片，翅片上帶有涂層。其制作方法步驟如下1)將金屬管(2)和金屬片(1)通過機械力進行壓合，金屬管(2)被壓扁并和金屬片(1)壓合在一起，得到復合片材；2)在壓合好的復合片材表面制作涂層；3)向壓扁的金屬管中通高壓氣體，使金屬管(2)復圓；4)將金屬管的一端縮口密封，另一端抽真空并灌工質后密封，得到翅片帶有涂層的復合熱管，所述涂層選自選擇性吸收涂層TiON，Al-N-Al，黑鎳或黑鉻；或選自高散熱性納米涂層Cu、Al、Ag、Ti及碳的納米材料。這種復合熱管根據(jù)涂層的不同，既可以用于集熱，又可以用來散熱。
文檔編號F28F13/18GK102927840SQ20121040251
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權日2012年10月19日
發(fā)明者史繼富, 徐剛, 侯乃升, 王雷雷 申請人:中國科學院廣州能源研究所