專利名稱：以環(huán)保制冷劑-納米鋁為工質(zhì)的多環(huán)路立管式熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種以環(huán)保制冷劑-納米鋁為工質(zhì)的多環(huán)路立管式熱管。
背景技術(shù)：
熱管自20世紀(jì)60年代問世以來，作為一種高效的傳熱元件迅速發(fā)展。
目前強(qiáng)化熱管傳熱的技術(shù)包括
(1) 強(qiáng)化沸騰表面。Larkin最近在蒸發(fā)段內(nèi)表面采用下列強(qiáng)化方法研究 了水一銅熱管中的強(qiáng)化傳熱問題①銅網(wǎng)；②插入帶有許多凹坑的銅制套 筒；③聚四氟乙烯套筒；④帶有捕獲液體的凹槽聚四氟乙烯套筒。當(dāng)溫度超 過5(TC時，各種不同的強(qiáng)化方法的實驗數(shù)據(jù)說明對傳熱并無強(qiáng)化作用，而在較 低溫度下它們表明在蒸發(fā)段全都鋪滿銅網(wǎng)的情況下可以達(dá)200%的強(qiáng)化傳熱效 果。
(2) 改變熱管吸液芯結(jié)構(gòu)。燒結(jié)的金屬粉末或金屬纖維吸液芯，同獨立的 徑向與軸向液體流道和蒸汽流道結(jié)合時，能大大改善熱管性能。有關(guān)文獻(xiàn)報道 了附在管壁內(nèi)表面青銅燒結(jié)芯的研制情況。若將該熱管與50 100目多層網(wǎng)芯 水熱管相比，燒結(jié)金屬芯由于減少了網(wǎng)芯與管壁之間的熱阻而顯示出優(yōu)良的性 能。燒結(jié)芯熱管比常規(guī)熱管便宜50%以上。
(3) 采用納米流體作熱管工質(zhì)。納米顆粒尺寸小，比表面積大，具有許多 獨特的性能。近年來，納米粉體制備和處理技術(shù)飛速發(fā)展，其性能和應(yīng)用得到 更深入的研究。已有研究者把這一新技術(shù)應(yīng)用于熱能動力這一傳統(tǒng)領(lǐng)域，即把 金屬或金屬納米粉體分散到水、醇、油等傳統(tǒng)換熱介質(zhì)中，制備成均勻、穩(wěn)定、 高導(dǎo)熱的納米流體，充注到熱管中，提高熱管傳熱效率。專利200720019379. 6 就提出在CPU散熱器熱管內(nèi)采用體積百分?jǐn)?shù)為0.01 2%、銅納米顆粒直徑為 10 30nm的納米流體作工質(zhì)。但銅納米顆粒由于密度較大，很容易在納米流體 中沉淀，不容易形成均勻而穩(wěn)定的納米流體，大大影響了熱管的傳熱性能。

實用新型內(nèi)容
本實用新型是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種充注了均勻而穩(wěn)定的高沸騰 換熱系數(shù)，傳熱性能好，結(jié)構(gòu)簡單的以環(huán)保制冷劑-納米鋁為工質(zhì)的多環(huán)路立管 式熱管。
為了達(dá)到上述目的，本實用新型是這樣實現(xiàn)的，其是一種以環(huán)保制冷劑-納米鋁為工質(zhì)的多環(huán)路微通道立管式熱管，其特征在于包括內(nèi)設(shè)有熱管工質(zhì)
3的蒸發(fā)池，與蒸發(fā)池連通的上升氣體總管、與上升氣體總管連通的上升氣體分 支管，與上升氣體分支管連通的多環(huán)路微通道冷凝立管，與多環(huán)路微通道冷凝 立管連通的下降液體分支管，與下降液體分支管及蒸發(fā)池連通的下降液體總管。
蒸發(fā)池內(nèi)的熱管工質(zhì)為沸騰換熱系數(shù)高的環(huán)保制冷劑R600a-納米鋁或 R134a-納米鋁。
所述的多環(huán)路微通道立管的直徑為1 5mm，數(shù)量根據(jù)需要可為4 20根。 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點為，由于采用了多環(huán)路微通道立管作為 冷凝管，可以在相同的工質(zhì)流通截面積下獲得更大冷凝傳熱面積，提高熱管的 換熱性能，結(jié)構(gòu)簡單。將納米鋁添加入環(huán)保制冷劑R134a或者R600a中作為熱管 工質(zhì)使用，可以大大提高熱管性能。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進(jìn)一步的詳述。 如圖1所示，其是一種以環(huán)保制冷劑-納米鋁為工質(zhì)的多環(huán)路微通道立管式 熱管，本實用新型的特點是包括內(nèi)設(shè)有熱管工質(zhì)的蒸發(fā)池l、與蒸發(fā)池l連通 的上升氣體總管3、與上升氣體總管3連通的上升氣體分支管4、與上升氣體分 支管4連通的多環(huán)路微通道冷凝立管5、與多環(huán)路微通道冷凝立管5連通的下 降液體分支管6、與下降液體分支管6及蒸發(fā)池1連通的下降液體總管7。在本 實施例中，蒸發(fā)池l內(nèi)的熱管工質(zhì)為沸騰換熱系數(shù)高的環(huán)保制冷劑R600a-納米 鋁或R134a-納米鋁。多環(huán)路微通道立管的直徑可以小到1-5mm，比如其直徑可 為1 mm 、 2mm 3mm等，數(shù)量根據(jù)需要可為4-20根，比如其數(shù)量可為4、 15、 20根等。
環(huán)保制冷劑-納米鋁為工質(zhì)的制備方法如下
第一步稱取與納米鋁等摩爾的油酸(OA)，用100ml無水乙醇充分溶解， 再與納米鋁混合，超聲振動加熱反應(yīng)1小時后，離心分離，用無水乙醇反復(fù)洗 滌，真空烘干，完成對納米鋁的表面改性，以增強(qiáng)納米鋁在基液的分散性。
第二步制作如圖1所示的多環(huán)路微通道立管式熱管，其立管微通道直徑 小于1 5mm，數(shù)量根據(jù)需要可為4 20根。
第三步將一定量的經(jīng)表面改性的納米鋁加入到清洗干燥后的多環(huán)路微通 道立管式熱管中，充入適量的環(huán)保制冷劑R600a或R134a和適量的分散劑，以 增強(qiáng)納米鋁在基液的穩(wěn)定性，之后焊接封口。
實驗結(jié)果表明采用上述方法研制的以環(huán)保制冷劑-納米鋁為工質(zhì)的多環(huán)路微通道立管式熱管比普通熱管散熱性能提高15%以上。
發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)將納米鋁添加入環(huán)保制冷劑R134a或者R600a中作 為熱管工質(zhì)使用，可以大大提高熱管性能；采用以多環(huán)路微通道立管作為冷凝 管(立管微通道直徑可以小到1 5咖，數(shù)量根據(jù)需要可為4 20根)，由于可 以在相同的工質(zhì)流通截面積下獲得更大冷凝傳熱面積，也可大大提高熱管的換 熱性能。
采用環(huán)保制冷劑R600a-納米鋁或R134a-納米鋁提高熱管傳熱性能的機(jī)理 如下
熱管工作時，當(dāng)在較低的熱通量下，加熱面與液體之間的熱交換是自然對 流換熱，此時，加熱面無氣泡產(chǎn)生，由于納米顆粒的加入使熱管工質(zhì)導(dǎo)熱能力 大幅度提高，從而使換熱得以強(qiáng)化。當(dāng)熱通量達(dá)到旺盛沸騰條件時，蒸發(fā)段內(nèi) 部進(jìn)行的是核態(tài)沸騰。此時，加熱壁面上氣泡的產(chǎn)生和脫離過程是影響沸騰換 熱的決定因素。而氣泡在加熱壁面上產(chǎn)生后對氣泡的成長過程起決定作用的是 氣泡附近液體的蒸發(fā)。也就是說，加熱面上液體沸騰的主要熱阻來自微層液膜。 納米顆粒的加入，形成了均勻的納米流體，納米流體的熱導(dǎo)率大幅度的提高， 從而降低了微層液膜的熱阻。同時，因為納米材料的比表面積很大而具有大的 比表面能，當(dāng)工作流體加熱時，納米顆粒的布朗運動速度很大，既增加了氣泡 的脫離頻率，又使納米顆粒在慣性力和布朗運動的共同作用下頻頻撞擊加熱壁 面。這樣，在蒸發(fā)段既加強(qiáng)了液體的擾動，直接破壞了熱邊界層，又增加了有 效蒸發(fā)面積，從而使沸騰換熱得以強(qiáng)化。在冷凝段，納米顆粒也會隨著蒸汽一 起進(jìn)入冷凝段，從而對冷凝段液膜產(chǎn)生影響。 一方面，液膜內(nèi)由于含有納米顆 粒，熱導(dǎo)率提高，減小了液膜的熱阻。另一方面，納米顆粒的布朗運動增加了 冷凝段液膜的擾動，破壞了冷凝段的熱邊界層，從而強(qiáng)化了冷凝段的傳熱。綜 上可知，在加入納米顆粒后，由于蒸發(fā)段和冷凝段的傳熱都得以加強(qiáng)，所以熱 管的傳熱比不加納米顆粒的熱管有了很大的提高。
采用以多環(huán)路微通道立管作為冷凝管提高熱管的換熱性能的機(jī)理如下
單位長度冷凝管散熱面積可表示為Se=;rf);工質(zhì)在冷凝管內(nèi)流通截面積 可表示為&=;D2，其中幼冷凝管直徑。而單位長度冷凝管散熱面積與工
質(zhì)在冷凝管內(nèi)流通截面積只比可表示為c = , = ^。顯然，減小冷凝管直徑"，
可以增加s，從而在相同的冷凝管內(nèi)工質(zhì)流量下增大了熱管冷凝換熱面積，提 高熱管的換熱性能。因此，本發(fā)明提出適當(dāng)減小冷凝管直徑，采用微通道立管 (其直徑為l 5nim)來提高熱管的換熱性能。
權(quán)利要求1、一種以環(huán)保制冷劑-納米鋁為工質(zhì)的多環(huán)路微通道立管式熱管，其特征在于包括內(nèi)設(shè)有熱管工質(zhì)的蒸發(fā)池(1)，與蒸發(fā)池(1)連通的上升氣體總管(3)、與上升氣體總管(3)連通的上升氣體分支管(4)，與上升氣體分支管(4)連通的多環(huán)路微通道冷凝立管(5)，與多環(huán)路微通道冷凝立管(5)連通的下降液體分支管(6)，與下降液體分支管(6)及蒸發(fā)池(1)連通的下降液體總管(7)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以環(huán)保制冷劑-納米鋁為工質(zhì)的多環(huán)路微通道立 管式熱管，其特征在于蒸發(fā)池(1)內(nèi)的熱管工質(zhì)為經(jīng)過表面修飾和添加分散 劑的、均勻穩(wěn)定的、沸騰換熱系數(shù)高的環(huán)保制冷劑R600a-納米鋁或R134a-納米 鋁。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以環(huán)保制冷劑-納米鋁為工質(zhì)的多環(huán)路微通道立 管式熱管，其特征在于所述的多環(huán)路微通道立管(5)的直徑為l-5mm，數(shù)量 根據(jù)需要可為4-20根。
專利摘要本實用新型涉及一種以環(huán)保制冷劑-納米鋁為工質(zhì)的多環(huán)路微通道立管式熱管，特點是包括內(nèi)設(shè)有熱管工質(zhì)的蒸發(fā)池，與蒸發(fā)池連通的上升氣體總管、與上升氣體總管連通的上升氣體分支管，與上升氣體分支管連通的多環(huán)路微通道冷凝立管，與多環(huán)路微通道冷凝立管連通的下降液體分支管(6)，與下降液體分支管及蒸發(fā)池連通的下降液體總管。其優(yōu)點為，由于采用了多環(huán)路微通道立管作為冷凝管，可以在相同的工質(zhì)流通截面積下獲得更大冷凝傳熱面積，提高熱管的換熱性能，結(jié)構(gòu)簡單。將納米鋁添加入環(huán)保制冷劑R134a或者R600a中作為熱管工質(zhì)使用，可以大大提高熱管性能。
文檔編號F28D15/02GK201281563SQ20082020244
公開日2009年7月29日 申請日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者恒 羅, 龍建佑 申請人:順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院