专利名称：一种带翅片的复合热管及其制作方法
技术领域：
本发明涉及热管集热散热技术领域，尤其是涉及一种带翅片的复合热管及其制作方法。
背景技术：
热管是实现热量快速传递及交换的理想选择。热管通过相变来实现高效热传导、交换，利用密闭腔体内部工质的蒸发、冷凝相变进行热量传递，其传热能力是传统金属材料的几十到上百倍。将热管技术应用在太阳能集热技术上，得到热管式太阳能集热管。这种集热管一般是以焊接有选择性吸收涂层翅片的热管作为吸热板芯，这种选择性吸收涂层可以最大限 度的吸收太阳光，然后转化为热能，并能尽可能小的减少热辐射损失，因此集热效率非常高。这种热管式太阳能集热管的板芯一般经过如下步骤制备1)先制作出铜热管，2)将铜热管和带选择性吸收涂层的翅片焊接在一起得到吸热板芯。这种板芯存在两个问题，一是热管和翅片的焊接主要以人工操作超声焊机的方法焊接，上料下料的过程浪费很多时间，制约了生产效率的提高；二是所用的热管一般为铜热管，成本比较高。另外，对于散热型热管而言，目前常用的是通过在热管四周焊接翅片，增加散热面积，但是这种方法对于散热面积的增加非常有限。对已公布的专利和文献进行检索，并没有采用“压合一沉积特种涂层一吹涨复圆—抽真空灌液”的方法制作热管的报道。
发明内容
本发明公开了一种带翅片的复合热管及其制作方法。本发明针对太阳能热管式真空集热管板芯现有技术存在的问题，创造性的提出了新的制作复合热管板芯的方法，即，“压合一沉积特种涂层一吹涨复圆一抽真空灌液”的方法，这种方法和现有的技术相比，I)采用机械压合的方法将金属管和金属片压合在一起，得到复合管材，这种压合的办法可以连续生产，提高了生产效率；2)压合得到的复合管材可以卷绕，为后续连续沉积选择性吸收涂层创造了条件，这种方法沉积涂层，不但沉积速率快，涂层的均匀性也有所提高；3)不用焊接，减小了加工过程对产品的破坏，翅片和金属管的接触面积大于焊接方法，有利于提高传热效果；4)所采用的金属管为铜管或钛管时，由于铜管或钛管被金属片包夹在一起，因此可以将铜管或钛管做的很薄，降低了成本，而当金属管为铝管、铁管和不锈钢管时，成本优势更为明显；5)和传统散热型热管通过在热管四周焊接翅片增加散热面积的做法相比，本发明通过在翅片上制作高散热性的纳米涂层，利用纳米材料高比表面积的特点，极大地增加了散热面积，提高散热效果。本发明复合热管,包括金属管(2 ),金属片(I)压合在金属管(2 )上形成翅片,翅片上带有涂层。所述金属片(I)可以是一层，也可以是两层，金属片(I)是两层时将金属管(2)包夹在两层金属片(I)的中间。所述的金属管(2)可以选自铝管、铜管、铁管、不锈钢管、钛管中的任何一种；所述的金属片(I)可以选自铝片、铜片、不锈钢片中的任何一种。所述的涂层可以是选择性吸收涂层TiON、A1-N-A1、黑镍、黑铬、氧化铝的任何一种，也可以是高散热性纳米涂层Cu、Al、Ag、Ti及碳的纳米材料中的任何一种。本发明还提供了上述复合热管的制作方法。步骤如下I.金属管(2)和金属片(I)压合将金属管(2)和金属片(I)通过机械力进行压合，金属管(2)被压扁并和金属片(I)压合在一起，得到复合片材；金属管(2)和金属片(I)通过压合机进行压合，金属管(2)的位置位于金属片(I)的中心，压合后，金属管(2)被压扁，并和金属片(I)结合得非常牢固，接触面积也比激光焊 接大得多，这有利于热量的传递。金属片(I)可以是一层，也可以是两层，金属片(I)是两层时将金属管(2)包夹在两层金属片(I)的中间。当压合的压力在500KN 10000KN的范围时，可以保证将上述的任何一种管和金属片进行良好的压合。压合好的复合片材可以进行卷绕，便于搬运和后续沉积特种涂层，也可以不经过卷绕直接沉积涂层。2.在压合好的复合片材表面制作涂层；选择性吸收涂层的制作在步骤I中得到的复合片材上沉积选择性吸收涂层。这种选择性吸收涂层可以通过简单的喷涂得到，如果金属片为铝材，还可以直接通过阳极氧化的方法得到，另外还可以通过金属表面镀黑铬、黑镍的方法得到选择性吸收涂层。如果想进一步提高选择性吸收涂层的性能，优选用物理气相沉积的方法制作，一般采用磁控溅射的方法溅射TiON或Al-N-Al。高散热纳米涂层的制作在步骤I中得到的复合片材上通过喷涂的方法就可以沉积高散热纳米涂层。3.向压扁的金属管中通高压气体,使金属管(2)复圆；在步骤2的基础上，通过向压扁的金属管中通入高压气体将金属管吹圆，为后续加工成热管做准备。所述的压缩气体压力范围优选为2 30个大气压。4.热管的制作根据需要，将步骤3得到的产品裁剪成合适的长度，然后一端进行缩口焊接密封。在另一端缩口抽真空、灌液、封装，得到完整的热管。抽真空的压力范围优选为10_2Pa 10_6Pa之间。灌装的工质可以是水、乙醇、甲醇、液氨、丙酮、己烷和甲苯中的任何一种或两种的混合。需要进一步说明的是，本发明方法制作带翅片的复合热管，不但生产效率高，而且价格便宜，以带材(金属片)为铝，金属管为铜时的情况为例，这种方法制作的热管，铜管的厚度可以做到普通铜热管壁厚的1/1(Γ /2左右就可以满足抽真空的要求，因此可以极大地节约成本。而且涂层的存在使得热管的集热或散热性能大为提高。这种复合热管根据涂层的不同，既可以用于集热，又可以用来散热。当涂层为选择性吸收涂层的时候，可以用在太阳能光热领域，涂层最大限度的吸收太阳光，并将其转化为热量，通过热管进行收集。而当涂层为高散热性纳米涂层时，利用纳米材料高比表面积的特点，可以用于工业或电子器件散热。
图I是热管的示意图。图2是热管的剖面示意图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明内容做进一步说明，但本发明保护范围不仅限于以下实施例，凡是属于本发明内容等同的技术方案，均属于本发明的保护范围。实施例I集热型热管制作 以金属片(I)为铝片，金属管(2)为铜管时为例，将宽度为IOcm的铝片和铜管送入压合机，调整铜管的位置位于铝片的中心，所采用的压力为2000KN。压合好的复合片材卷绕后，放入磁控溅射卷绕镀膜机中进行选择性吸收涂层TiON的制备；随后向镀有选择性吸收涂层复合片材的铜管中通入12个大气压的空气，将金属铜管吹圆；然后将其剪裁成2米长，选择任意一端作为蒸发端，用缩口机进行缩口，另一端则为冷凝段，在本实施例中，冷凝段定为15cm。将冷凝段对应的翅片剪掉，然后缩口，抽真空至10_4Pa，灌注工作液体，本实施例中的工质为水，体积为10mL。灌注完工质以后,进行密封,便得到完整的板芯。同时，本实施例也可以用两片IOcm宽的铝片和铜管进行压合，此时铜管被包夹在两片铝带材的中间。需要说明的是1)当压合采用的压力为500KN，将金属铜管吹圆所采用的压力为2个大气压，灌液前抽真空到10_2Pa时，也可以得到完整的板芯。2)当压合采用的压力为10000KN，将金属铜管吹圆所采用的压力为30个大气压，灌液前抽真空到10_6Pa时，也可以得到完整的板芯。3)选择性吸收涂层除了可以磁控溅射TiON外，溅射Al-N-Al也可以；另外，还可以采用化学法镀黑镍或黑铬制作选择性吸收涂层；当翅片为铝时，可以直接用阳极氧化的方法得到氧化铝的选择性吸收涂层；4)金属带材可以为铝片、铜片、不锈钢片的任意一种，金属管也可以为铝管、铜管、铁管、不锈钢管、钛管中的任何一种，所列举的带材和管可以任意两两组合，其制作方法和上述所列举的“铝片-铜管”结构的板芯制作方法相似。5)上述的热管，其工质可以是水、乙醇、甲醇、液氨、丙酮、己烷和甲苯中的任何一种或两种的混合。实施例2散热性热管的制作以金属片(I)为铝片，金属管(2)为铜管时为例，将宽度为IOcm的铝片和铜管送入压合机，调整铜管的位置位于铝片的中心，所采用的压力为2000KN。压合好的复合片材卷绕后，用喷涂机在铝片上沉积散热涂层，本实施例采用的散热涂层为纳米铜材料；随后向沉积有散热涂层的复合片材的铜管中通入12个大气压的空气，将金属铜管吹圆；然后将其剪裁成2米长，选择任意一端作为蒸发端，在本实施例中，蒸发段的长度定为O. 5米，将蒸发段对应的翅片剪掉，用缩口机进行缩口。另一端则为冷凝段，在本实施例中，冷凝段定为I. 5m,然后对冷凝段缩口，抽真空至10_4Pa，灌注工作液体，本实施例中的工质为水，体积为10mL。灌注完工质以后，进行密封，便得到完整的板芯。同时，本实施例也可以用两片IOcm宽的铝片和铜管进行压合，此时铜管被包夹在两片铝带材的中间。需要说明的是1)当压合采用的压力为500KN，将金属铜管吹圆所采用的压力为2个大气压，灌液前抽真空到KT2Pa时，也可以得到完整的热管。2)当压合采用的压力为10000KN，将金属铜管吹圆所采用的压力为30个大气压，灌液前抽真空到KT6Pa时，也可以得到完整的热管。3)散热涂层除了可以是Cu外，也可以是Al、Ag、Ti及碳的纳米材料中的任何一种。4)金属带材可以为铝片、铜片、不锈钢片的任意一种，金属管也可以为铝管、铜管、 铁管、不锈钢管、钛管中的任何一种，所列举的带材和管可以任意两两组合，其制作方法和上述所列举的“铝片-铜管”结构的板芯制作方法相似。5)上述的热管，其工质可以是水、乙醇、甲醇、液氨、丙酮、己烷和甲苯中的任何一种或两种的混合。
权利要求
1.一种带翅片的复合热管，包括金属管(2)，其特征在于金属片(I)压合在金属管(2)上形成翅片，翅片上带有涂层；所述的涂层选自选择性吸收涂层TiON、A1-N-A1、黑镍、黑铬、氧化铝的任何一种，或选自高散热性纳米涂层Cu、Al、Ag、Ti及碳的纳米材料中的任何一种。
2.权利要求I所述的带翅片的复合热管，其特征在于所述金属片(I)为两层，金属管(2 )包夹在两层金属片(I)的中间。
3.权利要求I所述的带翅片的复合热管的制作方法，其特征在于由以下步骤组成 O将金属管(2)和金属片(I)通过机械力进行压合，金属管(2)被压扁并和金属片 (I)压合在一起，得到复合片材； 2)在压合好的复合片材表面制作涂层； 3)向压扁的金属管中通高压气体，使金属管(2)复圆； 4)将金属管的一端缩口密封，另一端抽真空并灌工质后密封，得到带翅片的复合热管。
4.如权利要求2所述的带翅片的复合热管的制作方法，其特征在于步骤(I)中金属片(I)是两层，将金属管(2 )包夹在两层金属片(I)的中间。
5.如权利要求2所述的带翅片的复合热管的制作方法，其特征在于步骤(I)中金属片(O是一层，金属管(2)直接压合在金属片上。
6.如权利要求2所述的带翅片的复合热管的制作方法，其特征在于步骤(2)中所述的涂层选自选择性吸收涂层TiON、A1-N-A1、黑镍、黑铬、氧化铝的任何一种；或选自高散热性纳米涂层Cu、Al、Ag、Ti及碳的纳米材料中的任何一种。
全文摘要
本发明公开了一种带翅片的复合热管及其制作方法。本发明复合热管包括金属管(2)，金属片(1)压合在金属管(2)上形成翅片，翅片上带有涂层。其制作方法步骤如下1)将金属管(2)和金属片(1)通过机械力进行压合，金属管(2)被压扁并和金属片(1)压合在一起，得到复合片材；2)在压合好的复合片材表面制作涂层；3)向压扁的金属管中通高压气体，使金属管(2)复圆；4)将金属管的一端缩口密封，另一端抽真空并灌工质后密封，得到翅片带有涂层的复合热管，所述涂层选自选择性吸收涂层TiON，Al-N-Al，黑镍或黑铬；或选自高散热性纳米涂层Cu、Al、Ag、Ti及碳的纳米材料。这种复合热管根据涂层的不同，既可以用于集热，又可以用来散热。
文档编号F28F13/18GK102927840SQ20121040251
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者史继富, 徐刚, 侯乃升, 王雷雷 申请人:中国科学院广州能源研究所