[发明专利]用于制造热管的方法及设备

说明书

本发明涉及制造热管的方法及用于制造这种热管的设备。

热管是将热量从一处传递到另一处的高效的装置。

传统热管包括密封的中空管，该中空管由具有高热导率的材料制成，例如铜或铝合金，且该中空管部分地充填有工作流体。热管通过在静态空气中处于饱和点的液体和蒸汽状态的工作流体进行工作。这通过确保热管在适合的压力及温度条件下工作来实现。

将热量施加到热管的一个端部上引起液体沸腾变为蒸汽。这时，液体获得汽化潜热。形成于管子热端的蒸汽具有大于形成于管子冷端的蒸汽的压力。形成于热端的蒸汽沿着管子移动至较冷的位置，在该位置蒸汽冷凝并释放出汽化潜热。随后，冷凝液体流回到热管的热端。由此，热量从热的蒸发段传递至冷的冷凝段。

通常，冷凝的工作流体自冷端流向热端在重力的影响下发生。这要求热管大致如此取向以使冷端大大高于热端。

然而，可选的内部吸液芯结构通常因为毛细管作用而用于帮助冷凝的流体自热管冷端流回热管热端。吸液芯结构的利用使得热管可以如此取向以使冷端与热端等高或高于热端。

依靠重力回流的无芯热管能够以比有芯热管大得多的速率传递流体。无芯热管的制造明显更简单更便宜。工作流体的选择主要由热管运行所处的温度条件决定。例如，很低温度下的应用可以采用液氦，而很高温度下的应用例如可以选择水银或钠作工作流体。然而，对于大多数常见的热管的应用，工作流体会是制冷剂、氨、酒精或水。

通常优选水作为工作流体，因为水对环境无害且通常几乎不存在危险。水还具有比其它流体更引人关注的热力性质，容许每单位质量流率传递更多热量。

传统热管通过将管子塑造成理想的构型，例如直管或环形，以及密封一个端部而制成。随后，管子充填预定量的工作流体。

一旦热管已经部分地充填工作流体，就有必要清除管子内的所有不冷凝性气体。如果这些不冷凝性气体未被移除，它们就会聚集在热管的顶部并与工作流体结合共同引起腐蚀。由于不冷凝性气体封堵热管的上端，这就产生降低热管有效长度的后果，并减小冷凝段的表面积，降低蒸汽的冷凝速率。结果，热管的效力降低。

一种用于将全部不冷凝性气体从已充填的热管中除去的技术是加热总成直到工作流体沸腾。之后，产生的蒸汽将这些不冷凝性气体从热管中清除，此时将热管关闭并密封。

虽然这种技术能够容易地应用于小型或中型尺寸的热管总成，这些热管总成能够容易地单独加热，但是将该技术应用于较大的或不规则形状的热管总成是不切实际的。该技术不能将全部不冷凝性气体从管子中移除，因为永远无法实现完全的清除。

在上述技术中，热管在其被实施清除以去除不冷凝性气体之前充填工作流体。

在另一种已知技术中，首先热管由泵抽真空，该泵通过例如阀附接到热管上。由泵排出后，该泵通过阀而与热管隔离。然后，工作流体注入热管内。但是，只能通过破坏热管内形成的真空将工作流体注入到热管内以充填工作流体。

此外，由于清除步骤发生在工作流体注入进热管之前，包含在工作流体内的任何不冷凝性气体不会被去除。

这种技术，其通常被称为Faghri技术，因此不能完全去除所有的不冷凝性气体。

所以，用于制造和充填热管的传统的方法和技术不能去除所有的不冷凝性气体，尤其是对那些较大的或者具有复杂或不规则构型的热管。

对于许多工作流体而言，对于一些应用，尤其是如果工作流体在正压下工作，不冷凝性气体的存在是可接受的。然而，当水作为工作流体时，它是在低气压下工作。这意味着留存在热管内的任何不冷凝性气体比在正压下工作的工作流体时的不冷凝性气体占据明显更多热管的体积。

传统热管遭遇的另一个问题是“漏气”。漏气是这样一种现象，即被溶液及管子材料捕获的气体经过一段时间慢慢地扩散进工作流体中。这导致热管内不冷凝性气体聚集，并由于上述原因而降低热管的效力。

本发明的第一方案提供一种构造热管的方法，包括以下步骤：提供具有开口端和相对的闭合端的管子；向管子充填预定量的工作流体；将蒸汽捕集器连接到管子的开口端；以预定时间对管子抽真空以从管子中去除不冷凝性气体；以及密封管子。其中，对管子抽真空的步骤包括向管子的开口端施以真空的步骤。

应理解对管子抽真空以从管子中去除不冷凝性气体的步骤包括去除管子内的工作流体中的不冷凝性气体和制成管子的材料中的不冷凝性气体。

正如上述原因，去除热管中的不冷凝性气体提升了热管的效力和寿命。

可选地，工作流体是水。