一種熱管一體化製備方法及裝置的製作方法
2023-05-05 20:17:16 2
專利名稱：一種熱管一體化製備方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱管一體化製備工藝及接口裝置，尤其是常溫下，可對各種規格熱管，進行抽真空、充工質、封口等一體化製備。屬於熱管制備技術領域。
背景技術：
在眾多的傳熱與案件中，熱管是人們所知的最有效的傳熱元件之一，它可將大量熱量通過其很小的截面積遠距離地傳輸而無需外加動力。70年代以來，熱管技術飛速發展，各國的科研機構、高等院校、公司及廠礦開展了多方面的開發、應用研究，國際間、地區及各國自身的熱管技術交流活動日益頻繁。隨著電子信息產業的快速發展，中央處理器等電子元件處理能力日益加強，產生的熱量與之俱增，散熱片結合風扇的散熱模組已逐漸無法滿足散熱需求，尤其是筆記本電腦而言，目前熱管是一個被廣泛適用於傳熱用的重要元件。熱管可視為是一個具有高熱傳導的被動傳熱元件，由於內部的兩相流熱傳機制，使得熱管的傳熱能力是同樣尺寸銅金屬的數百倍以上。利用熱管作為熱傳遞物時，具有反映迅速及熱阻小的優點。因此可配合熱管或其衍生產品的使用發展出各型高性能散熱模組，適合解決目前各式電子產品因性能提升所衍生的散熱問題。熱管管殼主要包括碳鋼、鋁及鋁合金、銅及銅合金。對於碳鋼熱管的密封收口主要通過高溫加熱下，旋壓收口並進行電焊封焊，設備以及加工工藝已經趨於成熟，但碳鋼熱管具有高耗能、傳熱效率低等不足之處，發展接近停滯。而對於銅、鋁合金等非碳鋼類材質的熱管，因其具有極低的熱阻和良好的傳熱特性，可製成高效換熱裝置，高效回收中低溫餘熱，逐漸為市場所青睞。一般中低溫熱管材質主要以銅質和鋁質為主，市場上銅-水熱管應用較為廣泛。雖然銅-水熱管具有良好的傳熱性能，能夠滿足中低溫熱傳輸領域的需求，但是針對國內外銅價格的居高不下，其製備成本也制約了銅-水熱管的發展空間。熱管的抽真空、填充傳熱介質，也是熱管制備過程中比較關鍵的工藝，其中應用廣泛的是沸騰排氣法，但這種方法僅僅適用於銅-水、鋼-水熱管等以水為介質的熱管規格製備，銅質熱管工質為水，採用沸騰法即可解決充液和抽真空兩個關鍵技術難題，通過旋壓摩擦焊接工藝進行封口。而對於丙酮、甲醇等有機物高效傳熱介質類熱管，運用此方法不僅浪費介質，提高生產成本，也容易汙染大氣，既不環保也不安全。單就丙酮工質類熱管的製備，採用一種液氮冷卻法，即一端封口的熱管充裝丙酮介質以後，放在液氮冷卻至固體狀態，再對其抽真空，最後壓焊完成熱管制備。此種方法，工序繁多，且要伴隨消耗液氮，成本極高，並不能積極推廣應用。鋁及鋁合金材料，雖然熱導率稍遜於銅質材料，但其原材料豐富、儲量大、價格低廉等，隨著熱傳輸散熱領域研究的不算深入，日益成為替代銅質熱管的最佳選擇。但是卻面臨著充液情況下，難以對其鋁質熱管進行有效封口等技術難題。鋁熱管對製備工藝要求是非常高的。尤其是封口工藝的要求更加嚴密。尤其是封口工藝的要求更加嚴密。目前已有多種封口方法，其中一種方法是通過冷焊鉗將充液熱管夾斷密封，這種封口方法比較脆弱，經不住碰撞衝擊，當管內工作壓力稍大時，管口可能被衝破。作為冷焊鉗，在封口時並不絕對可靠，特別是在手工夾斷情況下，在夾斷瞬間，稍微有抖動，就會造成封口缺陷而是熱管報廢。本發明則針對這一技術瓶頸，提出一種實現抽真空、充工質、封口一體化接口裝置，切實可行。本發明接口裝置體積小，易生產，安裝靈活，操作簡單，利用本裝置生產熱管，無需壓合、焊接等工序，提高熱管生產效率和成品率，自動化程度高，因此具有巨大的經濟與社會效益。
發明內容
本發明涉及一種熱管一體化製備方法及裝置，方法簡單易行，裝置體積小，易生產，安裝靈活，操作簡單，可對各種規格熱管，進行抽真空、充工質、封口等一體化製備。利用本裝置生產熱管，無需壓合、焊接等工序，提高熱管生產效率和成品率。本發明的熱管一體化製備方法是在對熱管6未密封的端頭進行旋壓封口的過程中先進行抽真空，然後在熱管6內部負壓的條件下充入工質後，再繼續進行旋壓封口，直到熱管6的端頭被完全密封。所述工質為液體、氣體或固體粉末。所述熱管6為一端已經密封的熱管管材。本發明的熱管一體化製備裝置包括抽真空和充工質裝置及旋壓封頭4，旋壓封頭4的下端為倒錐型，錐內壁附著有摩擦層5，抽真空和充工質裝置嵌入旋壓封頭4內部並穿過倒錐型摩擦層5頂部，旋壓封頭的下端連接熱管6未密封的端頭；抽真空和充工質裝置包括抽真空通道I和充工質通道2，充工質通道2外部環繞抽真空通道1，抽真空通道I的上端密封連通抽真空泵機組，充工質通道2的上端密封連通充工質機構，抽真空和充工質裝置的下端插入熱管6未密封的端頭。所述抽真空和充工質裝置的上部為直徑統一的管狀，下部為錐形，抽真空和充工質裝置的上部與旋壓封頭4之間有能夠密封滑動連接的滑動結構。所述滑動結構可以是活塞式或滾珠式等，活塞式或滾珠式塗抹的密封材料可以是金屬、高分子、陶瓷、凡士林等密封材料。所述摩擦層是一種摩擦材料，內嵌於旋壓封頭4內壁，摩擦材料可以是砂、高合金、高分子材料等。本發明採用一體化裝置的操作方法如附圖所示，將熱管6未密封的端頭插入抽真空和充工質裝置的下端，進行旋壓封口(旋壓封口的過程可以為旋壓封頭自轉，熱管靜止；或旋壓封頭靜止，熱管自轉)傳動裝置帶動使其高速旋轉，並軸向進給，與摩擦層實現相對旋轉摩擦，溫度升高至熔融態，使其與抽真空和充工質裝置密封連通，暫停旋壓，通過抽真空通道對熱管抽真空，然後通過充工質通道在熱管內部負壓的條件下充入工質後，通過滑動結構提起抽真空和充工質裝置，使其與熱管端頭分離，再繼續對熱管進行旋壓封口，直到熱管6的端頭被完全密封，最終實現焊合封口。和現有熱管制備技術工藝裝置相比，本發明有以下優點或積極效果
I、實現了熱管充液、抽真空、封口一體化，有效解決了鋁質-丙酮熱管的製備工藝技術難題，
2、設備簡單，成本低廉，自動化程度強，可以進一步極高熱管制備效率，降低生產成本。3、不再需要對工質進行加熱沸騰，無需二次耗能。且鋁材替代銅材，節能降耗，將成為未來熱傳輸領域發展趨勢，引領行業的發展提供借鑑。4、此接口裝置不僅適用於丙酮、甲醇等有機熔工質的充裝與熱管封口，也同樣適用於其他工質以及不同材質熱管制備。5、使用本接口裝置，在完封口的同時，可以在無限長的熱管管殼上連續作業，實現熱管的連續和自動化生產，提高生產效率。6、可適用於不同類型工質、不同類型管材的一體化製備，工質可以使液態，也可是粉末狀固態，均可以通過針狀充液管，充裝計量精確，且可以精確送入有效熱管內部，而不會造成熱管壓合部位殘留以及汙染。7、運用此裝置對管材端進行摩擦旋壓封口，是屬於半固態熔融焊接，封口處也不會發生金屬局部回彈裂紋，性能高於冷壓焊，且成本較完全熔融焊低，也不會造成熱管端部傳熱盲區，增加單根熱管有效傳熱長度。
圖I為本發明裝置結構示意 圖2為本發明熱管一端未封口之前的結構示意 圖3為本發明熱管被封口後的結構示意圖。圖中各標號含義I-抽真空通道，2-充工質通道，3-滑動結構，4-旋壓封頭，5-摩擦層，6-熱管。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述，但本發明不限於以下所述範圍。實施例I :熱管管殼材料為鋁系D97，充裝工質為丙酮。製備方法為在對熱管6未密封的端頭進行旋壓封口的過程中先進行抽真空，然後在熱管6內部負壓的條件下充入工質後，再繼續進行旋壓封口，直到熱管6的端頭被完全密封。熱管6為一端已經密封的熱管管材。如附圖所示，製備裝置為包括抽真空和充工質裝置及旋壓封頭4，旋壓封頭4的下端為倒錐型，錐內壁附著有摩擦層5，抽真空和充工質裝置嵌入旋壓封頭4內部並穿過倒錐型摩擦層5頂部，旋壓封頭的下端連接熱管6未密封的端頭；抽真空和充工質裝置包括抽真空通道I和充工質通道2，充工質通道2外部環繞抽真空通道1，抽真空通道I的上端密封連通抽真空泵機組，充工質通道2的上端密封連通充工質機構，抽真空和充工質裝置的下端插入熱管6未密封的端頭。抽真空和充工質裝置的上部為直徑統一的管狀，下部為錐形，抽真空和充工質裝置的上部與旋壓封頭4之間有能夠密封滑動連接的滑動結構。滑動結構可以是活塞式。將熱管6未密封的端頭插入抽真空和充工質裝置的下端，進行旋壓封口傳動裝置帶動使其高速旋轉，並軸向進給，與摩擦層實現相對旋轉摩擦，溫度升高至熔融態，使其與抽真空和充工質裝置密封連通，暫停旋壓，通過抽真空通道對熱管抽真空，然後通過充工質通道在熱管內部負壓的條件下充入工質後，通過滑動結構提起抽真空和充工質裝置，使其與熱管端頭分離，再繼續對熱管進行旋壓封口，直到熱管6的端頭被完全密封，最終實現焊合封口。最終所得鋁-丙酮熱管，用於低溫餘熱以及建築節能等換熱領域。實施例2 :熱管管殼材料為鋁系D97，充裝工質為固體粉末萘。製備方法為在對熱管6未密封的端頭進行旋壓封口的過程中先進行抽真空，然後在熱管6內部負壓的條件下充入工質後，再繼續進行旋壓封口，直到熱管6的端頭被完全密封。熱管6為一端已經密封的熱管管材。如附圖所示，製備裝置為包括抽真空和充工質裝置及旋壓封頭4，旋壓封頭4的下端為倒錐型，錐內壁附著有摩擦層5，抽真空和充工質裝置嵌入旋壓封頭4內部並穿過倒錐型摩擦層5頂部，旋壓封頭的下端連接熱管6未密封的端頭；抽真空和充工質裝置包括抽真空通道I和充工質通道2，充工質通道2外部環繞抽真空通道1，抽真空通道I的上端密封連通抽真空泵機組，充工質通道2的上端密封連通充工質機構，抽真空和充工質裝置的下端插入熱管6未密封的端頭。抽真空和充工質裝置的上部為直徑統一的管狀，下部為錐形，抽真空和充工質裝置的上部與旋壓封頭4之間有能夠密封滑動連接的滑動結構。滑動結構可以是滾珠式。將熱管6未密封的端頭插入抽真空和充工質裝置的下端，進行旋壓封口傳動裝置帶動使其高速旋轉，並軸向進給，與摩擦層實現相對旋轉摩擦，溫度升高至熔融態，使其與抽真空和充工質裝置密封連通，暫停旋壓，通過抽真空通道對熱管抽真空，然後通過充工質通道在熱管內部負壓的條件下充入工質後，通過滑動結構提起抽真空和充工質裝置，使其與熱管端頭分離，再繼續對熱管進行旋壓封口，直到熱管6的端頭被完全密封，最終實現焊合封口。最終所得鋁-萘熱管，應用於高溫傳熱領域。實施例3 :熱管管殼材料為鋁系D97，充裝工質為甲醇。製備方法為在對熱管6未密封的端頭進行旋壓封口的過程中先進行抽真空，然後在熱管6內部負壓的條件下充入工質後，再繼續進行旋壓封口，直到熱管6的端頭被完全密封。熱管6為一端已經密封的熱管管材。如附圖所示，製備裝置為包括抽真空和充工質裝置及旋壓封頭4，旋壓封頭4的下端為倒錐型，錐內壁附著有摩擦層5，抽真空和充工質裝置嵌入旋壓封頭4內部並穿過倒錐型摩擦層5頂部，旋壓封頭的下端連接熱管6未密封的端頭；抽真空和充工質裝置包括抽真空通道I和充工質通道2，充工質通道2外部環繞抽真空通道I，抽真空通道I的上端密封連通抽真空泵機組，充工質通道2的上端密封連通充工質機構，抽真空和充工質裝置的下端插入熱管6未密封的端頭。抽真空和充工質裝置的上部為直徑統一的管狀，下部為錐形，抽真空和充工質裝置的上部與旋壓封頭4之間有能夠密封滑動連接的滑動結構。滑動結構可以是滾珠式。將熱管6未密封的端頭插入抽真空和充工質裝置的下端，進行旋壓封口傳動裝置帶動使其高速旋轉，並軸向進給，與摩擦層實現相對旋轉摩擦，溫度升高至熔融態，使其與抽真空和充工質裝置密封連通，暫停旋壓，通過抽真空通道對熱管抽真空，然後通過充工質通道在熱管內部負壓的條件下充入工質後，通過滑動結構提起抽真空和充工質裝置，使其與熱管端頭分離，再繼續對熱管進行旋壓封口，直到熱管6的端頭被完全密封，最終實現焊合封口。最終所得鋁-甲醇熱管，應用於中低溫傳熱領域。實施例4 :熱管管殼材料為銅合金，充裝工質為水。如附圖所示，製備方法為在對熱管6未密封的端頭進行旋壓封口的過程中先進行抽真空，然後在熱管6內部負壓的條件下充入工質後，再繼續進行旋壓封口，直到熱管6的端頭被完全密封。熱管6為一端已經密封的熱管管材。如附圖所示，製備裝置為包括抽真空和充工質裝置及旋壓封頭4，旋壓封頭4的下端為倒錐型，錐內壁附著有摩擦層5，抽真空和充工質裝置嵌入旋壓封頭4內部並穿過倒錐型摩擦層5頂部，旋壓封頭的下端連接熱管6未密封的端頭；抽真空和充工質裝置包括抽真空通道I和充工質通道2，充工質通道2外部環繞抽真空通道1，抽真空通道I的上端密封連通抽真空泵機組，充工質通道2的上端密封連通充工質機構，抽真空和充工質裝置的下端插入熱管6未密封的端頭。抽真空和充工質裝置的上部為直徑統一的管狀，下部為錐形，抽真空和充工質裝置的上部與旋壓封頭4之間有能夠密封滑動連接的滑動結構。滑動結構可以是滾珠式。將熱管6未密封的端頭插入抽真空和充工質裝置的下端，進行旋壓封口傳動裝置帶動使其高速旋轉，並軸向進給，與摩擦層實現相對旋轉摩擦，溫度升高至熔融態，使其與抽真空和充工質裝置密封連通，暫停旋壓，通過抽真空通道對熱管抽真空，然後通過充工質通道在熱管內部負壓的條件下充入工質後，通過滑動結構提起抽真空和充工質裝置，使其與熱管端頭分離，再繼續對熱管進行旋壓封口，直到熱管6的端頭被完全密封，最終實現焊合封口。最終所得銅-水熱管，應用於中低溫傳熱領域。
權利要求
1.一種熱管一體化製備方法，其特徵在於具體步驟包括在對熱管(6)未密封的端頭進行旋壓封口的過程中先進行抽真空，然後在熱管(6)內部負壓的條件下充入工質後，再繼續進行旋壓封口，直到熱管(6)的端頭被完全密封。
2.根據權利要求I所述的熱管一體化製備方法，其特徵在於所述熱管(6)為一端已經密封的熱管管材。
3.一種熱管一體化製備裝置，其特徵在於結構包括抽真空和充工質裝置及旋壓封頭(4)，旋壓封頭(4)的下端為倒錐型，錐內壁附著有摩擦層(5)，抽真空和充工質裝置嵌入旋壓封頭(4)內部並穿過倒錐型摩擦層(5)頂部，旋壓封頭的下端連接熱管(6)未密封的端頭；抽真空和充工質裝置包括抽真空通道(I)和充工質通道(2)，充工質通道(2)外部環繞抽真空通道(1)，抽真空通道(I)的上端密封連通抽真空泵機組，充工質通道(2)的上端密封連通充工質機構，抽真空和充工質裝置的下端插入熱管(6)未密封的端頭。
4.根據權利要求3所述的熱管一體化製備裝置，其特徵在於所述抽真空和充工質裝置的上部為直徑統一的管狀，下部為錐形，抽真空和充工質裝置的上部與旋壓封頭(4)之間有能夠密封滑動連接的滑動結構。
5.根據權利要求3所述的熱管一體化製備裝置，其特徵在於所述滑動結構可以是活塞式或滾珠式。
全文摘要
本發明涉及一種熱管一體化製備方法及裝置，屬於熱管制備技術領域。製備方法是在對熱管未密封的端頭進行旋壓封口的過程中先進行抽真空，然後在熱管內部負壓的條件下充入工質後，再繼續進行旋壓封口，直到熱管的端頭被完全密封。裝置包括抽真空和充工質裝置及旋壓封頭，旋壓封頭的下端為倒錐型，錐內壁附著有摩擦層，抽真空和充工質裝置嵌入旋壓封頭內部並穿過倒錐型摩擦層頂部，旋壓封頭的下端連接熱管未密封的端頭。本發明方法及裝置能夠實現熱管充液、抽真空、封口一體化，設備簡單，成本低廉，自動化程度強，可以進一步極高熱管制備效率，降低生產成本。
文檔編號F28D15/02GK102980428SQ20121050957
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者鍾毅, 高黑兵, 高鵬 申請人:昆明理工大學