螺旋泵動力熱管的製作方法

2023-11-06 03:04:27 1

本發明是一種螺旋泵動力熱管，其涉及一種熱管，特別是涉及一種採用螺旋泵驅動熱管工作介質循環的集中式動力熱管。

背景技術：

熱管由管殼﹑吸液芯和熱管工作介質組成，熱管的工作段分為蒸發段、絕熱段和冷凝段三部分。當蒸發段吸收熱源熱量時，熱量通過管殼使浸透在吸液芯中的熱管工作介質蒸發， 熱管工作介質蒸汽在蒸發段和冷凝段之間形成的壓差作用下流向冷凝段，冷卻流體通過管殼吸收冷凝段內腔熱管工作介質蒸汽的熱量，使熱管工作介質蒸汽在冷凝段凝結為液體，冷凝後的熱管工作介質被吸附在吸液芯的毛細孔中，並被輸送至蒸發段，形成熱管工作介質的工作循環。雖然熱管的傳熱能力極大，但是也存在制約其工作能力的極限：毛細極限、聲速極限、攜帶極限、沸騰極限等。普通熱管工作介質循環的驅動力是熱管工作介質蒸發形成的壓差和吸液芯的毛細力，其熱管工作介質循環的驅動力小。當毛細力不足以使熱管工作介質從冷凝段流回蒸發段時，熱管達到了毛細極限，蒸發段的吸液芯會發生乾涸。對於微小熱管而言，毛細極限是其主要工作極限，毛細極限使普通熱管無法提升傳熱效率，其應用受到限制。

動力式熱管是由機械驅動裝置（泵或風機）推動熱管工作介質循環的分離式熱管。動力式熱管的驅動力大，其傳熱效率更高，並且可以實現熱泵系統。熱泵是一種將低品位熱源的熱能轉移到高品位熱源的裝置。熱泵通常是先從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經過電力做功，提供可被利用的高品位熱能。

普通熱管與動力式熱管相比，普通熱管是小型單件設備，動力熱管是大型裝置系統，兩者的應用範圍不同，不能相互替代。在普通熱管中增加機械驅動裝置是提高其傳熱效率的關鍵技術，在普通熱管中增加機械驅動裝置可以實現動力式熱管的小型化。

技術實現要素：

本發明的目的是克服普通熱管沒有機械驅動裝置，無法提升傳熱效率的缺點，提供一種採用螺旋泵驅動熱管工作介質循環的集中式動力熱管。本發明的實施方案如下：

本發明總的特徵是螺旋泵動力熱管包括吸液芯、下管殼、鋼球、轉軸、節流吸液芯、導管、葉輪、中管殼、定子部件、轉子鐵芯、鼠籠、上軸套、文丘裡管、上管殼、注液管、保護帽。

吸液芯呈圓筒形，吸液芯的材質含有毛細孔。節流吸液芯呈圓筒形，節流吸液芯的材質含有毛細孔。下管殼呈下端封閉的圓筒形。吸液芯安裝在下管殼的內表面。中管殼呈圓筒形，中管殼材質是非導磁材料。上管殼呈上端封閉的圓筒形，上管殼上端有焊接孔，注液管焊接在焊接孔中。上管殼下半部分的徑向內表面安裝有一個文丘裡管，文丘裡管徑向外表面均布有若干個固定翅片。保護帽呈上端封閉的圓筒形。

定子部件包括定子鐵芯和定子繞組。轉軸呈圓柱形。轉子鐵芯由若干個轉子鐵芯衝片疊壓而成，轉子鐵芯衝片材質是導磁材料，轉子鐵芯呈圓環形，轉子鐵芯中間是轉子鐵芯軸孔，轉子鐵芯軸孔徑向外側均布有若干個導流孔，轉子鐵芯徑向外側邊緣依次均布若干個鼠籠線槽。鼠籠有二個鼠籠端環和若干個鼠籠導條，鼠籠導條安裝在轉子鐵芯的鼠籠線槽內。轉軸上半部分安裝在轉子鐵芯軸孔中。葉輪包括葉輪軸轂、葉片、葉輪涵道。葉片在葉輪軸轂徑向外側，葉輪涵道在葉片徑向外側。葉輪軸轂呈圓筒形，葉輪軸轂中間是葉輪軸孔。葉輪涵道呈喇叭形，葉輪涵道下端的截面直徑最大，葉輪涵道上端的截面直徑最小。葉片呈螺旋形，葉片徑向外側的輪廓與葉輪涵道徑向內表面的輪廓相吻合。轉軸下半部分安裝在葉輪軸孔中。轉軸、葉輪、轉子鐵芯、鼠籠組成轉子部件。

導管包括下固定筋、下軸套、導流葉片、導管殼體、導管固定筋。導管殼體呈圓筒形，導管殼體徑向外側均布有若干個導管固定筋，導管殼體下半部分徑向內側均布有若干個導流葉片，導流葉片徑向內側是下軸套，下軸套呈下端封閉的圓筒形，下軸套中間是下軸承孔，下固定筋位於導管殼體和下軸套的下端面，通過下固定筋把導管焊接在中管殼下半部分徑向內側。上軸套呈上端封閉的圓筒形，上軸套中間是上軸承孔，上固定筋位於上軸套的上端面，通過上固定筋把上軸套焊接在中管殼上端徑向內側。

中管殼、節流吸液芯、導管、上軸套、鋼球、轉子部件組成中管殼部件。節流吸液芯安裝在中管殼下半部分的徑向內表面與導管下半部分的徑向外表面之間。兩個鋼球分別安裝在下軸承孔和上軸承孔中，轉子部件的轉軸兩端分別安裝在下軸承孔和上軸承孔中，轉軸上下兩端分別與鋼球相接觸，轉子部件能夠沿著軸線旋轉。定子部件與中管殼部件組成螺旋泵。

下管殼上端與中管殼下端焊接在一起，中管殼上端與上管殼下端焊接在一起。螺旋泵動力熱管加注熱管工作介質後，在注液管的壓封處用壓鉗壓扁，並在注液口焊接密封。上管殼上端與保護帽下端焊接在一起。定子部件安裝在中管殼徑向外表面。

螺旋泵動力熱管的工作過程是：

螺旋泵動力熱管的上管殼是冷凝段，下管殼是蒸發段，中管殼是絕熱段。熱管工作介質匯集在下管殼下端形成工作液池。吸液芯、節流吸液芯吸附有熱管工作介質。螺旋泵動力熱管工作時，蒸發段吸收熱源熱量，熱量通過下管殼使浸透在吸液芯中的熱管工作介質蒸發，定子部件的定子繞組接通交流電源，定子部件產生旋轉磁場，轉子部件的鼠籠的鼠籠導條切割定子旋轉磁場的磁力線產生異步轉矩，轉子部件進入異步運行狀態。葉輪旋轉時，葉片下端邊緣與導流葉片上端邊緣相互作用，以及葉輪的葉輪軸轂、葉片、葉輪涵道之間構成的葉輪內腔軸向截面從下至上逐漸縮小，葉輪旋轉時把蒸發段內腔的熱管工作介質蒸汽輸送至冷凝段內腔。葉輪輸送的熱管工作介質蒸汽依次經過導流孔、文丘裡管流到冷凝段內腔上端，熱管工作介質蒸汽從冷凝段內腔上端沿著上管殼徑向內表面向下流動，冷卻流體通過上管殼吸收冷凝段內腔熱管工作介質蒸汽的熱量，使一部分熱管工作介質蒸汽在冷凝段內腔的上管殼內表面凝結為液體，同時，文丘裡管誘導一部分冷凝段內腔下端的熱管工作介質蒸汽經過文丘裡管向上流動，文丘裡管使冷凝段內腔中的熱管工作介質蒸汽循環流動，促進了冷凝段內腔熱管工作介質蒸汽的冷凝，文丘裡管同時增加了冷凝段的換熱面積。冷凝後的熱管工作介質向下流到節流吸液芯中，節流吸液芯使冷凝段內腔相對封閉，葉輪的葉輪涵道下端徑向外側邊緣與導管的導管殼體徑向內表面之間的縫隙小，也使冷凝段內腔相對封閉，維持冷凝段內腔的蒸汽壓力。葉輪壓縮冷凝段內腔的熱管工作介質蒸汽，冷凝段內腔的熱管工作介質蒸汽壓力和溫度同時提高，蒸發段內腔的熱管工作介質蒸汽壓力降低，進一步促進蒸發段內腔熱管工作介質的蒸發。在冷凝段內腔蒸汽壓力的推動下，被吸附在節流吸液芯毛細孔中的熱管工作介質向下流到蒸發段內腔，形成熱管工作介質的工作循環。

螺旋泵動力熱管採用螺旋泵驅動熱管工作介質循環，理想狀態下的壓縮機是一個等熵壓縮過程，熱管工作介質蒸汽經過壓縮後，熱管工作介質蒸汽壓力提高的同時溫度也會相應提高，冷凝段溫度的提高，一方面因冷凝段溫度與冷卻流體溫度差的增加而提高換熱效率，另一方面，冷凝段溫度高於蒸發段溫度，則實現了熱泵系統將低品位熱源的熱能轉移到高品位熱源的目的。

附圖說明

說明書附圖是螺旋泵動力熱管的結構圖。其中圖1是螺旋泵動力熱管的軸測圖。圖2是螺旋泵動力熱管的軸測剖視圖。圖3是上管殼、文丘裡管、注液管安裝在一起的軸測剖視圖。圖4是下管殼、吸液芯安裝在一起的軸測剖視圖。圖5是螺旋泵的軸測剖視圖。圖6是中管殼部件的軸測剖視圖。或者是螺旋泵的軸測剖視圖，隱藏了定子部件。圖7是轉子部件的軸測剖視圖。圖8是導管的軸測剖視圖。圖9是轉子鐵芯、鼠籠安裝在一起的軸測剖視圖。圖10是葉輪的軸測剖視圖。圖11是上軸套的軸測剖視圖。圖12是注液管的軸測圖。

圖中標註有吸液芯1、下管殼2、鋼球3、轉軸4、節流吸液芯5、導管6、葉輪7、中管殼8、定子部件9、轉子鐵芯10、鼠籠11、上軸套12、文丘裡管13、上管殼14、注液管15、保護帽16、固定翅片17、導流孔18、下固定筋19、下軸承孔20、下軸套21、導流葉片22、導管殼體23、導管固定筋24、轉子鐵芯軸孔25、上軸承孔26、上固定筋27、壓封處28、注液口29、葉輪軸孔30、葉輪軸轂31、葉片32、葉輪涵道33。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步敘述。

參照圖1至圖12，螺旋泵動力熱管包括吸液芯1、下管殼2、鋼球3、轉軸4、節流吸液芯5、導管6、葉輪7、中管殼8、定子部件9、轉子鐵芯10、鼠籠11、上軸套12、文丘裡管13、上管殼14、注液管15、保護帽16。

吸液芯1呈圓筒形，吸液芯1的材質含有毛細孔。節流吸液芯5呈圓筒形，節流吸液芯5的材質含有毛細孔。下管殼2呈下端封閉的圓筒形。吸液芯1安裝在下管殼2的內表面。中管殼8呈圓筒形，中管殼8材質是非導磁材料。上管殼14呈上端封閉的圓筒形，上管殼14上端有焊接孔，注液管15焊接在焊接孔中。上管殼14下半部分的徑向內表面安裝有一個文丘裡管13，文丘裡管13徑向外表面均布有若干個固定翅片17。保護帽16呈上端封閉的圓筒形。

定子部件9包括定子鐵芯和定子繞組。轉軸4呈圓柱形。轉子鐵芯10由若干個轉子鐵芯衝片疊壓而成，轉子鐵芯衝片材質是導磁材料，轉子鐵芯10呈圓環形，轉子鐵芯10中間是轉子鐵芯軸孔25，轉子鐵芯軸孔25徑向外側均布有若干個導流孔18，轉子鐵芯10徑向外側邊緣依次均布若干個鼠籠線槽。鼠籠11有二個鼠籠端環和若干個鼠籠導條，鼠籠導條安裝在轉子鐵芯10的鼠籠線槽內。轉軸4上半部分安裝在轉子鐵芯軸孔25中。葉輪7包括葉輪軸轂31、葉片32、葉輪涵道33。葉片32在葉輪軸轂31徑向外側，葉輪涵道33在葉片32徑向外側。葉輪軸轂31呈圓筒形，葉輪軸轂31中間是葉輪軸孔30。葉輪涵道33呈喇叭形，葉輪涵道33下端的截面直徑最大，葉輪涵道33上端的截面直徑最小。葉片32呈螺旋形，葉片32徑向外側的輪廓與葉輪涵道33徑向內表面的輪廓相吻合。轉軸4下半部分安裝在葉輪軸孔30中。轉軸4、葉輪7、轉子鐵芯10、鼠籠11組成轉子部件。

導管6包括下固定筋19、下軸套21、導流葉片22、導管殼體23、導管固定筋24。導管殼體23呈圓筒形，導管殼體23徑向外側均布有若干個導管固定筋24，導管殼體23下半部分徑向內側均布有若干個導流葉片22，導流葉片22徑向內側是下軸套21，下軸套21呈下端封閉的圓筒形，下軸套21中間是下軸承孔20，下固定筋19位於導管殼體23和下軸套21的下端面，通過下固定筋19把導管6焊接在中管殼8下半部分徑向內側。上軸套12呈上端封閉的圓筒形，上軸套12中間是上軸承孔26，上固定筋27位於上軸套12的上端面，通過上固定筋27把上軸套12焊接在中管殼8上端徑向內側。

中管殼8、節流吸液芯5、導管6、上軸套12、鋼球3、轉子部件組成中管殼部件。節流吸液芯5安裝在中管殼8下半部分的徑向內表面與導管6下半部分的徑向外表面之間。兩個鋼球3分別安裝在下軸承孔20和上軸承孔26中，轉子部件的轉軸4兩端分別安裝在下軸承孔20和上軸承孔26中，轉軸4上下兩端分別與鋼球3相接觸，轉子部件能夠沿著軸線旋轉。定子部件9與中管殼部件組成螺旋泵。

下管殼2上端與中管殼8下端焊接在一起，中管殼8上端與上管殼14下端焊接在一起。螺旋泵動力熱管加注熱管工作介質後，在注液管15的壓封處28用壓鉗壓扁，並在注液口29焊接密封。上管殼14上端與保護帽16下端焊接在一起。定子部件9安裝在中管殼8徑向外表面。

參照圖2、圖5、圖7、圖8，螺旋泵動力熱管的工作過程是：

螺旋泵動力熱管的上管殼14是冷凝段，下管殼2是蒸發段，中管殼8是絕熱段。熱管工作介質匯集在下管殼2下端形成工作液池。吸液芯1、節流吸液芯5吸附有熱管工作介質。螺旋泵動力熱管工作時，蒸發段吸收熱源熱量，熱量通過下管殼2使浸透在吸液芯1中的熱管工作介質蒸發，定子部件9的定子繞組接通交流電源，定子部件9產生旋轉磁場，轉子部件的鼠籠11的鼠籠導條切割定子旋轉磁場的磁力線產生異步轉矩，轉子部件進入異步運行狀態。葉輪7旋轉時，葉片32下端邊緣與導流葉片22上端邊緣相互作用，以及葉輪7的葉輪軸轂31、葉片32、葉輪涵道33之間構成的葉輪內腔軸向截面從下至上逐漸縮小，葉輪7旋轉時把蒸發段內腔的熱管工作介質蒸汽輸送至冷凝段內腔。葉輪7輸送的熱管工作介質蒸汽依次經過導流孔18、文丘裡管13流到冷凝段內腔上端，熱管工作介質蒸汽從冷凝段內腔上端沿著上管殼14徑向內表面向下流動，冷卻流體通過上管殼14吸收冷凝段內腔熱管工作介質蒸汽的熱量，使一部分熱管工作介質蒸汽在冷凝段內腔的上管殼14內表面凝結為液體，同時，文丘裡管13誘導一部分冷凝段內腔下端的熱管工作介質蒸汽經過文丘裡管13向上流動，文丘裡管13使冷凝段內腔中的熱管工作介質蒸汽循環流動，促進了冷凝段內腔熱管工作介質蒸汽的冷凝，文丘裡管13同時增加了冷凝段的換熱面積。冷凝後的熱管工作介質向下流到節流吸液芯5中，節流吸液芯5使冷凝段內腔相對封閉，葉輪7的葉輪涵道33下端徑向外側邊緣與導管6的導管殼體23徑向內表面之間的縫隙小，也使冷凝段內腔相對封閉，維持冷凝段內腔的蒸汽壓力。葉輪7壓縮冷凝段內腔的熱管工作介質蒸汽，冷凝段內腔的熱管工作介質蒸汽壓力和溫度同時提高，蒸發段內腔的熱管工作介質蒸汽壓力降低，進一步促進蒸發段內腔熱管工作介質的蒸發。在冷凝段內腔蒸汽壓力的推動下，被吸附在節流吸液芯5毛細孔中的熱管工作介質向下流到蒸發段內腔，形成熱管工作介質的工作循環。

螺旋泵動力熱管採用螺旋泵驅動熱管工作介質循環，理想狀態下的壓縮機是一個等熵壓縮過程，熱管工作介質蒸汽經過壓縮後，熱管工作介質蒸汽壓力提高的同時溫度也會相應提高，冷凝段溫度的提高，一方面因冷凝段溫度與冷卻流體溫度差的增加而提高換熱效率，另一方面，冷凝段溫度高於蒸發段溫度，則實現了熱泵系統將低品位熱源的熱能轉移到高品位熱源的目的。