专利名称：一种热管一体化制备方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热管一体化制备工艺及接口装置，尤其是常温下，可对各种规格热管，进行抽真空、充工质、封口等一体化制备。属于热管制备技术领域。
背景技术：
在众多的传热与案件中，热管是人们所知的最有效的传热元件之一，它可将大量热量通过其很小的截面积远距离地传输而无需外加动力。70年代以来，热管技术飞速发展，各国的科研机构、高等院校、公司及厂矿开展了多方面的开发、应用研究，国际间、地区及各国自身的热管技术交流活动日益频繁。随着电子信息产业的快速发展，中央处理器等电子元件处理能力日益加强，产生的热量与之俱增，散热片结合风扇的散热模组已逐渐无法满足散热需求，尤其是笔记本电脑而言，目前热管是一个被广泛适用于传热用的重要元件。热管可视为是一个具有高热传导的被动传热元件，由于内部的两相流热传机制，使得热管的传热能力是同样尺寸铜金属的数百倍以上。利用热管作为热传递物时，具有反映迅速及热阻小的优点。因此可配合热管或其衍生产品的使用发展出各型高性能散热模组，适合解决目前各式电子产品因性能提升所衍生的散热问题。热管管壳主要包括碳钢、铝及铝合金、铜及铜合金。对于碳钢热管的密封收口主要通过高温加热下，旋压收口并进行电焊封焊，设备以及加工工艺已经趋于成熟，但碳钢热管具有高耗能、传热效率低等不足之处，发展接近停滞。而对于铜、铝合金等非碳钢类材质的热管，因其具有极低的热阻和良好的传热特性，可制成高效换热装置，高效回收中低温余热，逐渐为市场所青睐。一般中低温热管材质主要以铜质和铝质为主，市场上铜-水热管应用较为广泛。虽然铜-水热管具有良好的传热性能，能够满足中低温热传输领域的需求，但是针对国内外铜价格的居高不下，其制备成本也制约了铜-水热管的发展空间。热管的抽真空、填充传热介质，也是热管制备过程中比较关键的工艺，其中应用广泛的是沸腾排气法，但这种方法仅仅适用于铜-水、钢-水热管等以水为介质的热管规格制备，铜质热管工质为水，采用沸腾法即可解决充液和抽真空两个关键技术难题，通过旋压摩擦焊接工艺进行封口。而对于丙酮、甲醇等有机物高效传热介质类热管，运用此方法不仅浪费介质，提高生产成本，也容易污染大气，既不环保也不安全。单就丙酮工质类热管的制备，采用一种液氮冷却法，即一端封口的热管充装丙酮介质以后，放在液氮冷却至固体状态，再对其抽真空，最后压焊完成热管制备。此种方法，工序繁多，且要伴随消耗液氮，成本极高，并不能积极推广应用。铝及铝合金材料，虽然热导率稍逊于铜质材料，但其原材料丰富、储量大、价格低廉等，随着热传输散热领域研究的不算深入，日益成为替代铜质热管的最佳选择。但是却面临着充液情况下，难以对其铝质热管进行有效封口等技术难题。铝热管对制备工艺要求是非常高的。尤其是封口工艺的要求更加严密。尤其是封口工艺的要求更加严密。目前已有多种封口方法，其中一种方法是通过冷焊钳将充液热管夹断密封，这种封口方法比较脆弱，经不住碰撞冲击，当管内工作压力稍大时，管口可能被冲破。作为冷焊钳，在封口时并不绝对可靠，特别是在手工夹断情况下，在夹断瞬间，稍微有抖动，就会造成封口缺陷而是热管报废。本发明则针对这一技术瓶颈，提出一种实现抽真空、充工质、封口一体化接口装置，切实可行。本发明接口装置体积小，易生产，安装灵活，操作简单，利用本装置生产热管，无需压合、焊接等工序，提高热管生产效率和成品率，自动化程度高，因此具有巨大的经济与社会效益。
发明内容
本发明涉及一种热管一体化制备方法及装置，方法简单易行，装置体积小，易生产，安装灵活，操作简单，可对各种规格热管，进行抽真空、充工质、封口等一体化制备。利用本装置生产热管，无需压合、焊接等工序，提高热管生产效率和成品率。本发明的热管一体化制备方法是在对热管6未密封的端头进行旋压封口的过程中先进行抽真空，然后在热管6内部负压的条件下充入工质后，再继续进行旋压封口，直到热管6的端头被完全密封。所述工质为液体、气体或固体粉末。所述热管6为一端已经密封的热管管材。本发明的热管一体化制备装置包括抽真空和充工质装置及旋压封头4，旋压封头4的下端为倒锥型，锥内壁附着有摩擦层5，抽真空和充工质装置嵌入旋压封头4内部并穿过倒锥型摩擦层5顶部，旋压封头的下端连接热管6未密封的端头；抽真空和充工质装置包括抽真空通道I和充工质通道2，充工质通道2外部环绕抽真空通道1，抽真空通道I的上端密封连通抽真空泵机组，充工质通道2的上端密封连通充工质机构，抽真空和充工质装置的下端插入热管6未密封的端头。所述抽真空和充工质装置的上部为直径统一的管状，下部为锥形，抽真空和充工质装置的上部与旋压封头4之间有能够密封滑动连接的滑动结构。所述滑动结构可以是活塞式或滚珠式等，活塞式或滚珠式涂抹的密封材料可以是金属、高分子、陶瓷、凡士林等密封材料。所述摩擦层是一种摩擦材料，内嵌于旋压封头4内壁，摩擦材料可以是砂、高合金、高分子材料等。本发明采用一体化装置的操作方法如附图所示，将热管6未密封的端头插入抽真空和充工质装置的下端，进行旋压封口(旋压封口的过程可以为旋压封头自转，热管静止；或旋压封头静止，热管自转)传动装置带动使其高速旋转，并轴向进给，与摩擦层实现相对旋转摩擦，温度升高至熔融态，使其与抽真空和充工质装置密封连通，暂停旋压，通过抽真空通道对热管抽真空，然后通过充工质通道在热管内部负压的条件下充入工质后，通过滑动结构提起抽真空和充工质装置，使其与热管端头分离，再继续对热管进行旋压封口，直到热管6的端头被完全密封，最终实现焊合封口。和现有热管制备技术工艺装置相比，本发明有以下优点或积极效果
I、实现了热管充液、抽真空、封口一体化，有效解决了铝质-丙酮热管的制备工艺技术难题，
2、设备简单，成本低廉，自动化程度强，可以进一步极高热管制备效率，降低生产成本。3、不再需要对工质进行加热沸腾，无需二次耗能。且铝材替代铜材，节能降耗，将成为未来热传输领域发展趋势，引领行业的发展提供借鉴。4、此接口装置不仅适用于丙酮、甲醇等有机熔工质的充装与热管封口，也同样适用于其他工质以及不同材质热管制备。5、使用本接口装置，在完封口的同时，可以在无限长的热管管壳上连续作业，实现热管的连续和自动化生产，提高生产效率。6、可适用于不同类型工质、不同类型管材的一体化制备，工质可以使液态，也可是粉末状固态，均可以通过针状充液管，充装计量精确，且可以精确送入有效热管内部，而不会造成热管压合部位残留以及污染。7、运用此装置对管材端进行摩擦旋压封口，是属于半固态熔融焊接，封口处也不会发生金属局部回弹裂纹，性能高于冷压焊，且成本较完全熔融焊低，也不会造成热管端部传热盲区，增加单根热管有效传热长度。
图I为本发明装置结构示意 图2为本发明热管一端未封口之前的结构示意 图3为本发明热管被封口后的结构示意图。图中各标号含义I-抽真空通道，2-充工质通道，3-滑动结构，4-旋压封头，5-摩擦层，6-热管。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但本发明不限于以下所述范围。实施例I :热管管壳材料为铝系D97，充装工质为丙酮。制备方法为在对热管6未密封的端头进行旋压封口的过程中先进行抽真空，然后在热管6内部负压的条件下充入工质后，再继续进行旋压封口，直到热管6的端头被完全密封。热管6为一端已经密封的热管管材。如附图所示，制备装置为包括抽真空和充工质装置及旋压封头4，旋压封头4的下端为倒锥型，锥内壁附着有摩擦层5，抽真空和充工质装置嵌入旋压封头4内部并穿过倒锥型摩擦层5顶部，旋压封头的下端连接热管6未密封的端头；抽真空和充工质装置包括抽真空通道I和充工质通道2，充工质通道2外部环绕抽真空通道1，抽真空通道I的上端密封连通抽真空泵机组，充工质通道2的上端密封连通充工质机构，抽真空和充工质装置的下端插入热管6未密封的端头。抽真空和充工质装置的上部为直径统一的管状，下部为锥形，抽真空和充工质装置的上部与旋压封头4之间有能够密封滑动连接的滑动结构。滑动结构可以是活塞式。将热管6未密封的端头插入抽真空和充工质装置的下端，进行旋压封口传动装置带动使其高速旋转，并轴向进给，与摩擦层实现相对旋转摩擦，温度升高至熔融态，使其与抽真空和充工质装置密封连通，暂停旋压，通过抽真空通道对热管抽真空，然后通过充工质通道在热管内部负压的条件下充入工质后，通过滑动结构提起抽真空和充工质装置，使其与热管端头分离，再继续对热管进行旋压封口，直到热管6的端头被完全密封，最终实现焊合封口。最终所得铝-丙酮热管，用于低温余热以及建筑节能等换热领域。实施例2 :热管管壳材料为铝系D97，充装工质为固体粉末萘。制备方法为在对热管6未密封的端头进行旋压封口的过程中先进行抽真空，然后在热管6内部负压的条件下充入工质后，再继续进行旋压封口，直到热管6的端头被完全密封。热管6为一端已经密封的热管管材。如附图所示，制备装置为包括抽真空和充工质装置及旋压封头4，旋压封头4的下端为倒锥型，锥内壁附着有摩擦层5，抽真空和充工质装置嵌入旋压封头4内部并穿过倒锥型摩擦层5顶部，旋压封头的下端连接热管6未密封的端头；抽真空和充工质装置包括抽真空通道I和充工质通道2，充工质通道2外部环绕抽真空通道1，抽真空通道I的上端密封连通抽真空泵机组，充工质通道2的上端密封连通充工质机构，抽真空和充工质装置的下端插入热管6未密封的端头。抽真空和充工质装置的上部为直径统一的管状，下部为锥形，抽真空和充工质装置的上部与旋压封头4之间有能够密封滑动连接的滑动结构。滑动结构可以是滚珠式。将热管6未密封的端头插入抽真空和充工质装置的下端，进行旋压封口传动装置带动使其高速旋转，并轴向进给，与摩擦层实现相对旋转摩擦，温度升高至熔融态，使其与抽真空和充工质装置密封连通，暂停旋压，通过抽真空通道对热管抽真空，然后通过充工质通道在热管内部负压的条件下充入工质后，通过滑动结构提起抽真空和充工质装置，使其与热管端头分离，再继续对热管进行旋压封口，直到热管6的端头被完全密封，最终实现焊合封口。最终所得铝-萘热管，应用于高温传热领域。实施例3 :热管管壳材料为铝系D97，充装工质为甲醇。制备方法为在对热管6未密封的端头进行旋压封口的过程中先进行抽真空，然后在热管6内部负压的条件下充入工质后，再继续进行旋压封口，直到热管6的端头被完全密封。热管6为一端已经密封的热管管材。如附图所示，制备装置为包括抽真空和充工质装置及旋压封头4，旋压封头4的下端为倒锥型，锥内壁附着有摩擦层5，抽真空和充工质装置嵌入旋压封头4内部并穿过倒锥型摩擦层5顶部，旋压封头的下端连接热管6未密封的端头；抽真空和充工质装置包括抽真空通道I和充工质通道2，充工质通道2外部环绕抽真空通道I，抽真空通道I的上端密封连通抽真空泵机组，充工质通道2的上端密封连通充工质机构，抽真空和充工质装置的下端插入热管6未密封的端头。抽真空和充工质装置的上部为直径统一的管状，下部为锥形，抽真空和充工质装置的上部与旋压封头4之间有能够密封滑动连接的滑动结构。滑动结构可以是滚珠式。将热管6未密封的端头插入抽真空和充工质装置的下端，进行旋压封口传动装置带动使其高速旋转，并轴向进给，与摩擦层实现相对旋转摩擦，温度升高至熔融态，使其与抽真空和充工质装置密封连通，暂停旋压，通过抽真空通道对热管抽真空，然后通过充工质通道在热管内部负压的条件下充入工质后，通过滑动结构提起抽真空和充工质装置，使其与热管端头分离，再继续对热管进行旋压封口，直到热管6的端头被完全密封，最终实现焊合封口。最终所得铝-甲醇热管，应用于中低温传热领域。实施例4 :热管管壳材料为铜合金，充装工质为水。如附图所示，制备方法为在对热管6未密封的端头进行旋压封口的过程中先进行抽真空，然后在热管6内部负压的条件下充入工质后，再继续进行旋压封口，直到热管6的端头被完全密封。热管6为一端已经密封的热管管材。如附图所示，制备装置为包括抽真空和充工质装置及旋压封头4，旋压封头4的下端为倒锥型，锥内壁附着有摩擦层5，抽真空和充工质装置嵌入旋压封头4内部并穿过倒锥型摩擦层5顶部，旋压封头的下端连接热管6未密封的端头；抽真空和充工质装置包括抽真空通道I和充工质通道2，充工质通道2外部环绕抽真空通道1，抽真空通道I的上端密封连通抽真空泵机组，充工质通道2的上端密封连通充工质机构，抽真空和充工质装置的下端插入热管6未密封的端头。抽真空和充工质装置的上部为直径统一的管状，下部为锥形，抽真空和充工质装置的上部与旋压封头4之间有能够密封滑动连接的滑动结构。滑动结构可以是滚珠式。将热管6未密封的端头插入抽真空和充工质装置的下端，进行旋压封口传动装置带动使其高速旋转，并轴向进给，与摩擦层实现相对旋转摩擦，温度升高至熔融态，使其与抽真空和充工质装置密封连通，暂停旋压，通过抽真空通道对热管抽真空，然后通过充工质通道在热管内部负压的条件下充入工质后，通过滑动结构提起抽真空和充工质装置，使其与热管端头分离，再继续对热管进行旋压封口，直到热管6的端头被完全密封，最终实现焊合封口。最终所得铜-水热管，应用于中低温传热领域。
权利要求
1.一种热管一体化制备方法，其特征在于具体步骤包括在对热管(6)未密封的端头进行旋压封口的过程中先进行抽真空，然后在热管(6)内部负压的条件下充入工质后，再继续进行旋压封口，直到热管(6)的端头被完全密封。
2.根据权利要求I所述的热管一体化制备方法，其特征在于所述热管(6)为一端已经密封的热管管材。
3.一种热管一体化制备装置，其特征在于结构包括抽真空和充工质装置及旋压封头(4)，旋压封头(4)的下端为倒锥型，锥内壁附着有摩擦层(5)，抽真空和充工质装置嵌入旋压封头(4)内部并穿过倒锥型摩擦层(5)顶部，旋压封头的下端连接热管(6)未密封的端头；抽真空和充工质装置包括抽真空通道(I)和充工质通道(2)，充工质通道(2)外部环绕抽真空通道(1)，抽真空通道(I)的上端密封连通抽真空泵机组，充工质通道(2)的上端密封连通充工质机构，抽真空和充工质装置的下端插入热管(6)未密封的端头。
4.根据权利要求3所述的热管一体化制备装置，其特征在于所述抽真空和充工质装置的上部为直径统一的管状，下部为锥形，抽真空和充工质装置的上部与旋压封头(4)之间有能够密封滑动连接的滑动结构。
5.根据权利要求3所述的热管一体化制备装置，其特征在于所述滑动结构可以是活塞式或滚珠式。
全文摘要
本发明涉及一种热管一体化制备方法及装置，属于热管制备技术领域。制备方法是在对热管未密封的端头进行旋压封口的过程中先进行抽真空，然后在热管内部负压的条件下充入工质后，再继续进行旋压封口，直到热管的端头被完全密封。装置包括抽真空和充工质装置及旋压封头，旋压封头的下端为倒锥型，锥内壁附着有摩擦层，抽真空和充工质装置嵌入旋压封头内部并穿过倒锥型摩擦层顶部，旋压封头的下端连接热管未密封的端头。本发明方法及装置能够实现热管充液、抽真空、封口一体化，设备简单，成本低廉，自动化程度强，可以进一步极高热管制备效率，降低生产成本。
文档编号F28D15/02GK102980428SQ20121050957
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者钟毅, 高黑兵, 高鹏 申请人:昆明理工大学