专利名称：一种板状热管及其加工工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及热管技术，特别涉及一种用于相变换热的板状热管及其加工工艺。
背景技术：
与自然对流和强制对流的换热方式相比，由于相变换热的方式传热效率高，利用相变换热技术的换热器在工业中得到了广泛的应用，在此类相变换热器技术中，最典型的要属热管换热器技术，热管的主要传热方式为蒸发和冷凝，具有传热能力大、温度控制能力强、传热效率高的特点。其中振荡型热管虽然传热效率较高，但该种传热元件需要起振温差；普通的毛细芯热管其制作工艺如毛细芯材料的制备、真空的抽取、工质的封装及维护过程非常复杂，使得其应用受到很大的限制。
发明内容
针对现有热管技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种可适用于热管换热器的结构强度高、制作和维护简单的新型板状热管。本发明还提供一种所述板状热管的加工工艺。本发明的技术方案如下—种板状热管，包括板状热管框架，其特征在于所述板状热管框架内具有成组的微孔管构成的微孔管群结构，所述各微孔管侧壁之间相互连接，以相互加强各微孔管的强度和强化传热性能，所述微孔管内灌装有起相变换热作用的工质，所述板状热管的两端密封且至少一端头具有由冷焊形成的渐变收缩的封口带。一种板状热管，包括板状热管框架，其特征在于所述板状热管框架内具有成组的微孔管构成的微孔管群结构，所述各微孔管侧壁之间相互连接，以相互加强各微孔管的强度和强化传热性能，所述微孔管内灌装有起相变换热作用的工质。所述各微孔管均为独立热管结构。所述板状热管的两端密封且至少一端头具有由冷焊形成的渐变收缩的封口带。所述各微孔管管道平行排布，所述各微孔管的至少一纵截面在该封口带处的外侧边沿微孔管管长方向渐变收缩为一点，所述外侧边为相对内凹的两条弧形边。所述各微孔管管道平行排布，所述各微孔管的至少一纵截面在该封口带处的内侧边沿微孔管管长方向渐变收缩为一点，所述内侧边为相对内凹的两条弧形边。板状热管在封口带所在端具有由锡焊或高频焊形成的卷曲的加固焊口，和/或所述板状热管在封口带所在端的外部设置有保护套。所述各微孔管之间以加强筋相连接。
设置微孔管的通道横截面的长宽比在*至1. 5之间，所述板状热管的最小管壁与各微孔管等效直径的比值均大于等于0. 2。当板状热管的总厚度小于等于3mm时，所述封口带渐变收缩的延展长度与板状热管总厚度的比值在0. 75至1. 5之间；当板状热管的总厚度在3mm至5mm之间时，所述封口带渐变收缩的延展长度与板状热管总厚度的比值在0. 6至1. 5之间；当板状热管的总厚度大于5mm时，所述封口带渐变收缩的延展长度与板状热管总厚度的比值在0. 5至1. 5之间。所述板状热管的蒸发面与电子器件的发热面相连，板状热管的其它部分为冷凝面；或所述板状热管的一端位于热源之中，并吸热蒸发，另一端位于换热水管中冷凝放热； 或所述板状热管作为太阳能热水器的集热器，各微孔管群一端作为热管吸收太阳能辐射能量蒸发，另一端在储热水箱中冷凝放热以制备热水；或所述板状热管的蒸发面与太阳能光伏发电电池板的背板相接触，以吸收太阳能光伏发电电池板的热量并蒸发，板状热管的冷凝面在换热器中冷凝放热以制备热水。一种如上所述的板状热管的加工工艺，其特征在于所述微孔管群为采用挤压或焊接或烧结或冲压而成为一体结构，或者是所述微孔管群为丝网结构物制成；所述板状热管的端头封口工艺包括灌装工质之前板状热管的一端头封口工艺与灌装工质之后板状热管的另一端头封口工艺，所述灌装工质之后板状热管的另一端头封口工艺采用冷焊工艺， 所述冷焊工艺为通过刀口挤压板状热管的该端头使之变形并进行封口及切断。所述灌装工质之前板状热管的一端头封口工艺也采用冷焊工艺或将板状热管的该端头压扁、卷曲后，采用锡焊或高频焊进行封口加固或在该端头套上套筒进行密封。所述板状热管的端头封口工艺完成后再将板状热管的两端头安装保护套。所述平行排布的微孔管群通过采用挤压或冲压而成为一体结构。本发明的技术效果本发明通过在平板式框架内设置有相互连接的微孔管群，平板框架内经真空处理后灌装液体工质，液体工质在各微孔管的管道中，自然形成热管效应，热管可单独使用，也可将热管的冷凝面部分设置外翅片及风扇。以自然对流或强制对流的方式将热量传递至大气中。本发明的板状热管不但具有全平板面吸热的高效性，和内部热管高效换热特性，而且具有结构强度高、超薄、免维护的优点。设置板状热管的两端密封且至少一端头具有由冷焊形成的渐变收缩的封口带，是通过使用冷焊工艺来制备该板状热管形成的独特结构，而传统的端头封口工艺通常是使用热焊工艺将热管端头封盖或将热管装入套筒中再将套筒口焊接封盖或将端头熔融整体钎焊加工为一体，工艺十分复杂，本发明采用独特的端头封口冷焊工艺能够一次性闭合封装以形成独特的具有渐变收缩的封口带的板状热管。通过内挤压可将框架内空腔分隔成若干大量的平行孔道(即平行排布的微孔管管道)结构，通过真空处理后灌装液体工质，从而使得内腔中的各孔道均形成热管结构，这种热管结构则具备了热管式传热效率高的特性，消除了普通热管和振荡热管与被冷却面接触面积小，等效热阻大的特点，同时克服了振荡热管需要起振温差的缺点。具有结构简单、 超薄、工作可靠、成本低廉、免维护、散热效率高的特点，可以用来取代振荡热管和普通热管。通过设置加固焊口以及保护套能够增强本发明板状热管的端头封口的密闭性以及抗氧化能力。各微孔管直接相互连接，起到加强筋的作用，可以提高微孔管道的强度，使得本发明的板状热管具有更好的耐压性能，因此，工作安全可靠性好。采用本发明的平板式结构，可以降低框架结构的板材厚度，减少框架的材料消耗， 降低产品的材料成本，具有节能降耗的优点。通过板状热管的总厚度在不同取值范围内，设定该总厚度与板状热管的封口带渐变收缩的延展长度之间比值的取值范围，使得微孔管内部承受的压力能够大于2. OMPa,以满足微孔管内不同液体工质在各种工作温度下能够承受的压力，适应热管在各种情况下的
工作需要。本发明涉及的板状热管的加工工艺中微孔管群为采用挤压或焊接或烧结或冲压而成的一体结构，尤其是挤压或冲压成型，工艺简单，省去了现有热管制作时如毛细芯材料制备以及维护等工艺，又因为是整体成型，故无需使用钎焊工艺在钎焊炉内通过整体钎焊加工为一体结构。国标(GB9082. 1-88)所规定的铝热管圆管材的管壁应大于1. 0mm，，而本申请的板状热管由于微孔管群中的各微孔管之间相互支撑，能够相互加强各微孔管的强度，故板状热管的管壁可降低为0. 2-0. 4mm左右，对于具有如此薄管壁的热管的端头密封封装工艺，若采用现有技术中的封盖封装，很容易发生泄露，影响密闭性能，若采用端头熔融钎焊工艺封装，端头又容易发生断裂。本申请的端头封口采用冷焊工艺，可通过刀口挤压板状热管的端头使之变形并进行封口及切断，使端头形成渐变收缩的封口带，能够一次性闭合封装，工艺简单，密封性好，不会发生泄露，增强了可靠性及安全性能。
图1所示是本发明板状热管的一种实施例-太阳能集热器结构示意图；图2所示是本发明板状热管内部微孔管群的一种结构示意图；图3所示是本发明板状热管的纵截面结构示意图；图4所示是本发明板状热管内部微孔管群的另一种结构示意图；图5所示是本发明板状热管内部微孔管群的另一种结构示意图；图6所示是本发明板状热管加工工艺的板状热管端头封口的工艺流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明做进一步说明。如图1所示为本发明板状热管在作为太阳能集热器的结构示意图。本实施例中太阳能集热器包括板状热管构成的吸热板7、换热器2及其进出口——水管3和水管4，其中吸热板7的吸热段(即板状热管的蒸发面)向阳裸露设置以吸收太阳光线，放热段设置于换热器2中，放热段在换热器2中冷凝放热，并将换热器2中的储水加热。吸热段向阳的一侧为吸光面，其外表面可以设置能高效吸收太阳能的吸热涂层， 以尽可能提高吸热效率，吸热板7的板状热管框架内设置有微孔管群结构，框架孔道内部为真空结构，并灌装有制冷工质，工质分别填充于各微孔管的一端，这些微孔管就分别相应成为热管。
本实施例的工作原理吸热板7的吸热段吸收太阳辐射热，热管内工质吸热蒸发， 高温蒸气分别通过各微孔管的管路进入放热段进行冷凝放热，在与换热器2中的水交换热量后冷凝为液体流回吸热板7下部，液体吸热再蒸发…，如此周而复始，就可以将吸热板7 所吸收的辐射热量源源不断地传递给换热器2中的水，将从而达到利用太阳能辐射热的目的。图2所示为本发明板状热管的微孔管群结构的一种实施例。该实施例中的板状热管，包括板状热管框架1，板状热管框架1内具有成组的微孔管6构成的微孔管群5，各微孔管6之间相互连接，以相互加强各微孔管6的强度，微孔管6内灌装有起相变换热作用的工质，在板状热管框架1内形成微热管阵列。其中，板状热管的两端密封且两端头均具有由冷焊形成的渐变收缩的封口带，各微孔管6的两端头均封闭且各微孔管6的至少一纵截面在该封口带处的外侧边和内测边均沿微孔管6管长方向渐变收缩为一点，该外侧边和内测边均为相对内凹的两条弧形边，如图3所示的本发明板状热管的纵截面结构示意图， 板状热管在封口带所在端具有由锡焊或高频焊或其它焊接方法加固形成的卷曲的加固焊口 8，该加固焊口 8的外部设置有保护套。微孔管群5采用挤压成型工艺加工，各微孔管6 的横截面为近似椭圆形，各微孔管6相邻侧为平面并相互连接，微孔孔径或水力直径介于
0. lmm-3. 5mm，优选设置微孔管6的通道横截面的长宽比在|至1. 5之间，板状热管的最小管
壁与各微孔管等效直径的比值均大于等于0.2。这样的微孔管群结构，各微孔管相互之间互为加强强度，提高整体的耐压性能，因此，工作安全可靠性更高。假设封口带渐变收缩的延展长度与板状热管总厚度的比值为δ，当板状热管的总厚度小于等于3mm时，0.75彡δ彡1. 5 ；当板状热管的总厚度在3mm至5mm之间时， 0.6彡δ彡1.5 ；当板状热管的总厚度大于5mm时，0.5彡δ彡1. 5。对于板状热管的总厚度与封口带渐变收缩的延展长度的关系设定，使得封口处能具备足够的强度，从而使微孔管内部承受的压力能够大于2. OMPa,以满足微孔管内不同液体工质在各种工作温度下能够承受的压力，适应热管在各种情况下的工作需要。例如，当板状热管的总厚度为3mm时，可以设置封口带渐变收缩的延展长度为2. 5mm或3mm等，当板状热管的总厚度为4mm时，可以设置封口带渐变收缩的延展长度为2. 8mm或3mm等。各微孔管6可以形成独立热管结构或者半独立热管结构。例如，当各微孔管6两端均封闭时各微孔管6均为独立热管结构，构成微热管阵列，各微孔管6之间不连通，均可独立工作，这样更加有利于热管整体的可靠性和安全维护，万一某一微孔管发生损坏比如漏气后也不会影响其它微孔管的工作。当各微孔管6 —端在框架内开放，即微孔管6彼此连通，开放方式可为在板状热管的该端头套上一个中空套筒，使得板状热管的该端封闭，而各微孔管6在该端彼此连通，即各微孔管6为半独立热管结构，半独立热管结构整体构成了微孔管阵列热管，由于微孔管6端头开放故无需封闭各微孔管的端头，从而降低了热管对真空度要求，但是这种结构在制作时需要焊接工艺，如使用氩弧焊、高频焊或钎焊等焊接工艺制作，并且各微孔管由于为半独立热管，各微孔管之间相互在端部连通，实为单一热管结构，一旦某一微孔管发生损坏就会影响其它微孔管的工作，造成热管整体的失效，故可靠性会有些降低。其中，板状热管的两端头均需密封，该板状热管的端头封口工艺包括灌装液体工质之前板状热管的一端头封口工艺以及灌装液体工质之后板状热管的另一端头封口工艺。 灌装液体工质之前板状热管的一端头封口工艺可以有三种，一种是采用冷焊工艺密封封装，如图6所示的本发明板状热管加工工艺的板状热管端头封口的工艺流程图，该冷焊工艺为在板状热管端头上下方分别放置刀具9，通过刀具9的刀口挤压板状热管的端头使之变形并进行封口及切断；第二种方法是将板状热管的该端头压扁、卷曲后，采用锡焊或高频焊进行封口加固；第三种方法是在该端头套上套筒进行密封。灌装液体工质之后板状热管的另一端头封口工艺采用冷焊工艺，该冷焊工艺与灌装液体工质之前板状热管的一端头封口工艺的第一种方法中提及的冷焊工艺相同。也可以先将铝丝插入到微孔管6的管口后再采用冷焊工艺密封封装。板状热管的端头封口工艺完成后还可以将板状热管的两端头安装保护套，如套筒来实现板状热管的端头封口的加固焊，以进一步增强其端口的密封性及抗氧化能力。图4所示为本发明板状热管的微孔管群结构的另一种实施例。本实施例中，微孔管群5采用颗粒烧结工艺加工，各微孔管6的横截面为圆形，各微孔管6之间相互连接；图 5所示为本发明板状热管的微孔管群结构的另一种实施例。本实施例中，微孔管群5采用丝网结构，各微孔管6的横截面为矩形，各微孔管6之间相互连接加强。当然，以上所述各实施例中，微孔管6的横截面并不需要限定为图示的形状，在加工条件允许的情况下，其横截面可以为其它多角形(如三角形和方形等)或其它不形成应力集中的任意形状，其中，多角形的顶角处应为平滑的具有一定曲率的圆角。本发明的板状热管框架及其微孔管群为金属材料制成。这种带有多个微细槽道的板状热管，板状热管可以利用重力和毛细驱动力促使蒸发段的蒸汽更快速的向冷凝段移动，同时也可以促使冷凝液更快速的返回到蒸发段进行再次蒸发，依次循环，很明显，这种板状热管构成的吸热板结构具有比现有普通集热板更大的集热效率。本发明所涉及的新型板状热管可应用于太阳能集热器、电子散热装置及热管换热器之中。当本发明的板状热管用于电子器件散热时，将板状热管的蒸发面与电子器件的发热面相接，板状热管将自动吸收电子器件所散发的热量，板状热管的其余部分作为冷凝段， 从而达到高效散热的目的。当本发明的板状热管用于热管换热器时，板状热管的两端分别位于需要热交换的热源与冷媒中，板状热管就可以通过自身的蒸发冷凝进行高效换热。当本发明的板状热管用于太阳能光伏发电电池板的散热或热电联供系统时，板状热管的蒸发面与太阳能光伏发电电池板的背板相接触，如通过紧密相贴或紧密粘接，以吸收太阳能光伏发电电池板的热量并蒸发；板状热管的冷凝面在换热器中冷凝放热以制备热水。以上所述仅为本发明的优选实施方式。对于本领域的技术人员而言，依据本发明的实质还可以做出很多变型和改进，但这些变型和改进均将落入本发明的保护范围。
8
权利要求
1.一种板状热管，包括板状热管框架，其特征在于所述板状热管框架内具有成组的微孔管构成的微孔管群结构，所述各微孔管侧壁之间相互连接，以相互加强各微孔管的强度和强化传热性能，所述微孔管内灌装有起相变换热作用的工质。
2.如权利要求1所述的一种板状热管，其特征在于所述各微孔管均为独立热管结构。
3.如权利要求2所述的一种板状热管，其特征在于所述板状热管的两端密封且至少一端头具有由冷焊形成的渐变收缩的封口带。
4.如权利要求3所述的一种板状热管，其特征在于所述各微孔管管道平行排布，所述各微孔管的至少一纵截面在该封口带处的外侧边沿微孔管管长方向渐变收缩为一点，所述外侧边为相对内凹的两条弧形边。
5.如权利要求4所述的一种板状热管，其特征在于所述各微孔管管道平行排布，所述各微孔管的至少一纵截面在该封口带处的内侧边沿微孔管管长方向渐变收缩为一点，所述内侧边为相对内凹的两条弧形边。
6.如权利要求5所述的一种板状热管，其特征在于板状热管在封口带所在端具有由锡焊或高频焊形成的卷曲的加固焊口，和/或所述板状热管在封口带所在端的外部设置有保护套。
7.如权利要求6所述的一种板状热管，其特征在于设置微孔管的通道横截面的长宽比在*至1. 5之间，所述板状热管的最小管壁与各微孔管等效直径的比值均大于等于0. 2。
8.如权利要求7所述的一种板状热管，其特征在于当板状热管的总厚度小于等于3mm 时，所述封口带渐变收缩的延展长度与板状热管总厚度的比值在0. 75至1. 5之间；当板状热管的总厚度在3mm至5mm之间时，所述封口带渐变收缩的延展长度与板状热管总厚度的比值在0. 6至1. 5之间；当板状热管的总厚度大于5mm时，所述封口带渐变收缩的延展长度与板状热管总厚度的比值在0. 5至1. 5之间。
9.如权利要求1-8之一所述的一种板状热管，其特征在于所述板状热管的蒸发面与电子器件的发热面相连，板状热管的其它部分为冷凝面；或所述板状热管的一端位于热源之中，并吸热蒸发，另一端位于换热水管中冷凝放热；或所述板状热管作为太阳能热水器的集热器，各微孔管群一端作为热管吸收太阳能辐射蒸发，另一端在储热水箱中冷凝放热以制备热水；或所述板状热管的蒸发面与太阳能光伏发电电池板的背板相接触，以吸收太阳能光伏发电电池板的热量并蒸发，板状热管的冷凝面在换热器中冷凝放热以制备热水。
10.一种如权利要求1至9之一所述的板状热管的加工工艺，其特征在于所述微孔管群为采用挤压或焊接或烧结而成为一体结构，或者是所述微孔管群为丝网结构物制成，所述板状热管的端头封口工艺包括灌装工质之前板状热管的一端头封口工艺与灌装工质之后板状热管的另一端头封口工艺，所述灌装工质之后板状热管的另一端头封口工艺采用冷焊工艺，所述冷焊工艺为通过刀口挤压板状热管的该端头使之变形并进行封口及切断。
11.根据权利要求10所述的加工工艺，其特征在于，所述灌装工质之前板状热管的一端头封口工艺也采用冷焊工艺或将板状热管的该端头压扁、卷曲后，采用锡焊或高频焊进行封口加固。
12.根据权利要求10或11所述的加工工艺，其特征在于，所述板状热管的端头封口工艺完成后再将板状热管的两端头安装保护套。
13.如权利要求4或5所述的一种板状热管，其特征在于所述平行排布的微孔管群通过采用挤压或冲压而成为一体结构。
全文摘要
本发明提供一种板状热管，包括板状热管框架，板状热管框架内具有成组的微孔管构成的微孔管群结构，各微孔管侧壁之间相互连接，以相互加强各微孔管的强度，微孔管内灌装有起相变换热作用的工质，板状热管的两端密封且至少一端头具有由冷焊形成的渐变收缩的封口带。本发明的板状热管具有强度高、超薄、高效、热输运量大的特点，可取代振荡热管、普通热管。
文档编号F28D15/02GK102506597SQ20111030998
公开日2012年6月20日 申请日期2009年11月3日 优先权日2008年11月3日
发明者刁彦华, 张楷荣, 赵耀华 申请人:赵耀华