螺旋泵动力热管的制作方法

本发明是一种螺旋泵动力热管，其涉及一种热管，特别是涉及一种采用螺旋泵驱动热管工作介质循环的集中式动力热管。

背景技术：

热管由管壳﹑吸液芯和热管工作介质组成，热管的工作段分为蒸发段、绝热段和冷凝段三部分。当蒸发段吸收热源热量时，热量通过管壳使浸透在吸液芯中的热管工作介质蒸发， 热管工作介质蒸汽在蒸发段和冷凝段之间形成的压差作用下流向冷凝段，冷却流体通过管壳吸收冷凝段内腔热管工作介质蒸汽的热量，使热管工作介质蒸汽在冷凝段凝结为液体，冷凝后的热管工作介质被吸附在吸液芯的毛细孔中，并被输送至蒸发段，形成热管工作介质的工作循环。虽然热管的传热能力极大，但是也存在制约其工作能力的极限：毛细极限、声速极限、携带极限、沸腾极限等。普通热管工作介质循环的驱动力是热管工作介质蒸发形成的压差和吸液芯的毛细力，其热管工作介质循环的驱动力小。当毛细力不足以使热管工作介质从冷凝段流回蒸发段时，热管达到了毛细极限，蒸发段的吸液芯会发生干涸。对于微小热管而言，毛细极限是其主要工作极限，毛细极限使普通热管无法提升传热效率，其应用受到限制。

动力式热管是由机械驱动装置（泵或风机）推动热管工作介质循环的分离式热管。动力式热管的驱动力大，其传热效率更高，并且可以实现热泵系统。热泵是一种将低品位热源的热能转移到高品位热源的装置。热泵通常是先从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，提供可被利用的高品位热能。

普通热管与动力式热管相比，普通热管是小型单件设备，动力热管是大型装置系统，两者的应用范围不同，不能相互替代。在普通热管中增加机械驱动装置是提高其传热效率的关键技术，在普通热管中增加机械驱动装置可以实现动力式热管的小型化。

技术实现要素：

本发明的目的是克服普通热管没有机械驱动装置，无法提升传热效率的缺点，提供一种采用螺旋泵驱动热管工作介质循环的集中式动力热管。本发明的实施方案如下：

本发明总的特征是螺旋泵动力热管包括吸液芯、下管壳、钢球、转轴、节流吸液芯、导管、叶轮、中管壳、定子部件、转子铁芯、鼠笼、上轴套、文丘里管、上管壳、注液管、保护帽。

吸液芯呈圆筒形，吸液芯的材质含有毛细孔。节流吸液芯呈圆筒形，节流吸液芯的材质含有毛细孔。下管壳呈下端封闭的圆筒形。吸液芯安装在下管壳的内表面。中管壳呈圆筒形，中管壳材质是非导磁材料。上管壳呈上端封闭的圆筒形，上管壳上端有焊接孔，注液管焊接在焊接孔中。上管壳下半部分的径向内表面安装有一个文丘里管，文丘里管径向外表面均布有若干个固定翅片。保护帽呈上端封闭的圆筒形。

定子部件包括定子铁芯和定子绕组。转轴呈圆柱形。转子铁芯由若干个转子铁芯冲片叠压而成，转子铁芯冲片材质是导磁材料，转子铁芯呈圆环形，转子铁芯中间是转子铁芯轴孔，转子铁芯轴孔径向外侧均布有若干个导流孔，转子铁芯径向外侧边缘依次均布若干个鼠笼线槽。鼠笼有二个鼠笼端环和若干个鼠笼导条，鼠笼导条安装在转子铁芯的鼠笼线槽内。转轴上半部分安装在转子铁芯轴孔中。叶轮包括叶轮轴毂、叶片、叶轮涵道。叶片在叶轮轴毂径向外侧，叶轮涵道在叶片径向外侧。叶轮轴毂呈圆筒形，叶轮轴毂中间是叶轮轴孔。叶轮涵道呈喇叭形，叶轮涵道下端的截面直径最大，叶轮涵道上端的截面直径最小。叶片呈螺旋形，叶片径向外侧的轮廓与叶轮涵道径向内表面的轮廓相吻合。转轴下半部分安装在叶轮轴孔中。转轴、叶轮、转子铁芯、鼠笼组成转子部件。

导管包括下固定筋、下轴套、导流叶片、导管壳体、导管固定筋。导管壳体呈圆筒形，导管壳体径向外侧均布有若干个导管固定筋，导管壳体下半部分径向内侧均布有若干个导流叶片，导流叶片径向内侧是下轴套，下轴套呈下端封闭的圆筒形，下轴套中间是下轴承孔，下固定筋位于导管壳体和下轴套的下端面，通过下固定筋把导管焊接在中管壳下半部分径向内侧。上轴套呈上端封闭的圆筒形，上轴套中间是上轴承孔，上固定筋位于上轴套的上端面，通过上固定筋把上轴套焊接在中管壳上端径向内侧。

中管壳、节流吸液芯、导管、上轴套、钢球、转子部件组成中管壳部件。节流吸液芯安装在中管壳下半部分的径向内表面与导管下半部分的径向外表面之间。两个钢球分别安装在下轴承孔和上轴承孔中，转子部件的转轴两端分别安装在下轴承孔和上轴承孔中，转轴上下两端分别与钢球相接触，转子部件能够沿着轴线旋转。定子部件与中管壳部件组成螺旋泵。

下管壳上端与中管壳下端焊接在一起，中管壳上端与上管壳下端焊接在一起。螺旋泵动力热管加注热管工作介质后，在注液管的压封处用压钳压扁，并在注液口焊接密封。上管壳上端与保护帽下端焊接在一起。定子部件安装在中管壳径向外表面。

螺旋泵动力热管的工作过程是：

螺旋泵动力热管的上管壳是冷凝段，下管壳是蒸发段，中管壳是绝热段。热管工作介质汇集在下管壳下端形成工作液池。吸液芯、节流吸液芯吸附有热管工作介质。螺旋泵动力热管工作时，蒸发段吸收热源热量，热量通过下管壳使浸透在吸液芯中的热管工作介质蒸发，定子部件的定子绕组接通交流电源，定子部件产生旋转磁场，转子部件的鼠笼的鼠笼导条切割定子旋转磁场的磁力线产生异步转矩，转子部件进入异步运行状态。叶轮旋转时，叶片下端边缘与导流叶片上端边缘相互作用，以及叶轮的叶轮轴毂、叶片、叶轮涵道之间构成的叶轮内腔轴向截面从下至上逐渐缩小，叶轮旋转时把蒸发段内腔的热管工作介质蒸汽输送至冷凝段内腔。叶轮输送的热管工作介质蒸汽依次经过导流孔、文丘里管流到冷凝段内腔上端，热管工作介质蒸汽从冷凝段内腔上端沿着上管壳径向内表面向下流动，冷却流体通过上管壳吸收冷凝段内腔热管工作介质蒸汽的热量，使一部分热管工作介质蒸汽在冷凝段内腔的上管壳内表面凝结为液体，同时，文丘里管诱导一部分冷凝段内腔下端的热管工作介质蒸汽经过文丘里管向上流动，文丘里管使冷凝段内腔中的热管工作介质蒸汽循环流动，促进了冷凝段内腔热管工作介质蒸汽的冷凝，文丘里管同时增加了冷凝段的换热面积。冷凝后的热管工作介质向下流到节流吸液芯中，节流吸液芯使冷凝段内腔相对封闭，叶轮的叶轮涵道下端径向外侧边缘与导管的导管壳体径向内表面之间的缝隙小，也使冷凝段内腔相对封闭，维持冷凝段内腔的蒸汽压力。叶轮压缩冷凝段内腔的热管工作介质蒸汽，冷凝段内腔的热管工作介质蒸汽压力和温度同时提高，蒸发段内腔的热管工作介质蒸汽压力降低，进一步促进蒸发段内腔热管工作介质的蒸发。在冷凝段内腔蒸汽压力的推动下，被吸附在节流吸液芯毛细孔中的热管工作介质向下流到蒸发段内腔，形成热管工作介质的工作循环。

螺旋泵动力热管采用螺旋泵驱动热管工作介质循环，理想状态下的压缩机是一个等熵压缩过程，热管工作介质蒸汽经过压缩后，热管工作介质蒸汽压力提高的同时温度也会相应提高，冷凝段温度的提高，一方面因冷凝段温度与冷却流体温度差的增加而提高换热效率，另一方面，冷凝段温度高于蒸发段温度，则实现了热泵系统将低品位热源的热能转移到高品位热源的目的。

附图说明

说明书附图是螺旋泵动力热管的结构图。其中图1是螺旋泵动力热管的轴测图。图2是螺旋泵动力热管的轴测剖视图。图3是上管壳、文丘里管、注液管安装在一起的轴测剖视图。图4是下管壳、吸液芯安装在一起的轴测剖视图。图5是螺旋泵的轴测剖视图。图6是中管壳部件的轴测剖视图。或者是螺旋泵的轴测剖视图，隐藏了定子部件。图7是转子部件的轴测剖视图。图8是导管的轴测剖视图。图9是转子铁芯、鼠笼安装在一起的轴测剖视图。图10是叶轮的轴测剖视图。图11是上轴套的轴测剖视图。图12是注液管的轴测图。

图中标注有吸液芯1、下管壳2、钢球3、转轴4、节流吸液芯5、导管6、叶轮7、中管壳8、定子部件9、转子铁芯10、鼠笼11、上轴套12、文丘里管13、上管壳14、注液管15、保护帽16、固定翅片17、导流孔18、下固定筋19、下轴承孔20、下轴套21、导流叶片22、导管壳体23、导管固定筋24、转子铁芯轴孔25、上轴承孔26、上固定筋27、压封处28、注液口29、叶轮轴孔30、叶轮轴毂31、叶片32、叶轮涵道33。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步叙述。

参照图1至图12，螺旋泵动力热管包括吸液芯1、下管壳2、钢球3、转轴4、节流吸液芯5、导管6、叶轮7、中管壳8、定子部件9、转子铁芯10、鼠笼11、上轴套12、文丘里管13、上管壳14、注液管15、保护帽16。

吸液芯1呈圆筒形，吸液芯1的材质含有毛细孔。节流吸液芯5呈圆筒形，节流吸液芯5的材质含有毛细孔。下管壳2呈下端封闭的圆筒形。吸液芯1安装在下管壳2的内表面。中管壳8呈圆筒形，中管壳8材质是非导磁材料。上管壳14呈上端封闭的圆筒形，上管壳14上端有焊接孔，注液管15焊接在焊接孔中。上管壳14下半部分的径向内表面安装有一个文丘里管13，文丘里管13径向外表面均布有若干个固定翅片17。保护帽16呈上端封闭的圆筒形。

定子部件9包括定子铁芯和定子绕组。转轴4呈圆柱形。转子铁芯10由若干个转子铁芯冲片叠压而成，转子铁芯冲片材质是导磁材料，转子铁芯10呈圆环形，转子铁芯10中间是转子铁芯轴孔25，转子铁芯轴孔25径向外侧均布有若干个导流孔18，转子铁芯10径向外侧边缘依次均布若干个鼠笼线槽。鼠笼11有二个鼠笼端环和若干个鼠笼导条，鼠笼导条安装在转子铁芯10的鼠笼线槽内。转轴4上半部分安装在转子铁芯轴孔25中。叶轮7包括叶轮轴毂31、叶片32、叶轮涵道33。叶片32在叶轮轴毂31径向外侧，叶轮涵道33在叶片32径向外侧。叶轮轴毂31呈圆筒形，叶轮轴毂31中间是叶轮轴孔30。叶轮涵道33呈喇叭形，叶轮涵道33下端的截面直径最大，叶轮涵道33上端的截面直径最小。叶片32呈螺旋形，叶片32径向外侧的轮廓与叶轮涵道33径向内表面的轮廓相吻合。转轴4下半部分安装在叶轮轴孔30中。转轴4、叶轮7、转子铁芯10、鼠笼11组成转子部件。

导管6包括下固定筋19、下轴套21、导流叶片22、导管壳体23、导管固定筋24。导管壳体23呈圆筒形，导管壳体23径向外侧均布有若干个导管固定筋24，导管壳体23下半部分径向内侧均布有若干个导流叶片22，导流叶片22径向内侧是下轴套21，下轴套21呈下端封闭的圆筒形，下轴套21中间是下轴承孔20，下固定筋19位于导管壳体23和下轴套21的下端面，通过下固定筋19把导管6焊接在中管壳8下半部分径向内侧。上轴套12呈上端封闭的圆筒形，上轴套12中间是上轴承孔26，上固定筋27位于上轴套12的上端面，通过上固定筋27把上轴套12焊接在中管壳8上端径向内侧。

中管壳8、节流吸液芯5、导管6、上轴套12、钢球3、转子部件组成中管壳部件。节流吸液芯5安装在中管壳8下半部分的径向内表面与导管6下半部分的径向外表面之间。两个钢球3分别安装在下轴承孔20和上轴承孔26中，转子部件的转轴4两端分别安装在下轴承孔20和上轴承孔26中，转轴4上下两端分别与钢球3相接触，转子部件能够沿着轴线旋转。定子部件9与中管壳部件组成螺旋泵。

下管壳2上端与中管壳8下端焊接在一起，中管壳8上端与上管壳14下端焊接在一起。螺旋泵动力热管加注热管工作介质后，在注液管15的压封处28用压钳压扁，并在注液口29焊接密封。上管壳14上端与保护帽16下端焊接在一起。定子部件9安装在中管壳8径向外表面。

参照图2、图5、图7、图8，螺旋泵动力热管的工作过程是：

螺旋泵动力热管的上管壳14是冷凝段，下管壳2是蒸发段，中管壳8是绝热段。热管工作介质汇集在下管壳2下端形成工作液池。吸液芯1、节流吸液芯5吸附有热管工作介质。螺旋泵动力热管工作时，蒸发段吸收热源热量，热量通过下管壳2使浸透在吸液芯1中的热管工作介质蒸发，定子部件9的定子绕组接通交流电源，定子部件9产生旋转磁场，转子部件的鼠笼11的鼠笼导条切割定子旋转磁场的磁力线产生异步转矩，转子部件进入异步运行状态。叶轮7旋转时，叶片32下端边缘与导流叶片22上端边缘相互作用，以及叶轮7的叶轮轴毂31、叶片32、叶轮涵道33之间构成的叶轮内腔轴向截面从下至上逐渐缩小，叶轮7旋转时把蒸发段内腔的热管工作介质蒸汽输送至冷凝段内腔。叶轮7输送的热管工作介质蒸汽依次经过导流孔18、文丘里管13流到冷凝段内腔上端，热管工作介质蒸汽从冷凝段内腔上端沿着上管壳14径向内表面向下流动，冷却流体通过上管壳14吸收冷凝段内腔热管工作介质蒸汽的热量，使一部分热管工作介质蒸汽在冷凝段内腔的上管壳14内表面凝结为液体，同时，文丘里管13诱导一部分冷凝段内腔下端的热管工作介质蒸汽经过文丘里管13向上流动，文丘里管13使冷凝段内腔中的热管工作介质蒸汽循环流动，促进了冷凝段内腔热管工作介质蒸汽的冷凝，文丘里管13同时增加了冷凝段的换热面积。冷凝后的热管工作介质向下流到节流吸液芯5中，节流吸液芯5使冷凝段内腔相对封闭，叶轮7的叶轮涵道33下端径向外侧边缘与导管6的导管壳体23径向内表面之间的缝隙小，也使冷凝段内腔相对封闭，维持冷凝段内腔的蒸汽压力。叶轮7压缩冷凝段内腔的热管工作介质蒸汽，冷凝段内腔的热管工作介质蒸汽压力和温度同时提高，蒸发段内腔的热管工作介质蒸汽压力降低，进一步促进蒸发段内腔热管工作介质的蒸发。在冷凝段内腔蒸汽压力的推动下，被吸附在节流吸液芯5毛细孔中的热管工作介质向下流到蒸发段内腔，形成热管工作介质的工作循环。

螺旋泵动力热管采用螺旋泵驱动热管工作介质循环，理想状态下的压缩机是一个等熵压缩过程，热管工作介质蒸汽经过压缩后，热管工作介质蒸汽压力提高的同时温度也会相应提高，冷凝段温度的提高，一方面因冷凝段温度与冷却流体温度差的增加而提高换热效率，另一方面，冷凝段温度高于蒸发段温度，则实现了热泵系统将低品位热源的热能转移到高品位热源的目的。