[发明专利]一种重力热管装置及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及热管领域，尤其涉及一种基于仿生结构表面的重力热管装置，用于余热回收、电子设备冷却及热量输运等。

背景技术

热管已经广泛应用于能源利用和制冷等各种工业领域，热管通过蒸发器的蒸发快速吸收设备的热量产生蒸汽，再在冷凝器中通过冷凝过程将吸收的热量释放出去，从而达到热量从设备快速传递出去的目的。在普通热管的冷凝器中发生的是膜状冷凝，这种冷凝液膜粘附在蒸发器壁面上，产生的附加液膜热阻削弱了冷凝传热性能。因此，为了减小附加液膜热阻对热管换热性能的影响，珠状冷凝对提高热管性能显得尤为重要。

珠状冷凝比膜状冷凝的传热更高效，珠状冷凝不仅减小附加热阻同时还能维持较高的液滴冷凝核化数密度，进一步提高冷凝换热能力，从而减小传热面积，有效的节约成本，具有显著的经济效益。由于珠状冷凝涉及到冷凝表面改性、液滴形成、聚合、脱离和更新冷凝表面等过程，要实现这些复杂过程需要对冷凝表面进行疏水处理。

发明内容

有鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是解决高热流密度设备换热问题，降低传热热阻，进一步提高热管的换热能力，确保设备的正常运行。

为实现上述目的，本发明提供了具有超亲水蒸发器和SLIPS冷凝器热管，SLIPS表面珠状冷凝能够有效降低热管的热阻，显著提高热管的传热能力，具体地，本发明提供的技术方案如下：

一种重力热管装置，包括蒸发器、绝热段和冷凝器，蒸发器和冷凝器分别与绝热段密封连接，蒸发器的内表面为超亲水表面，冷凝器的内表面为SLIPS表面。

优选地，重力热管装置还包括设置在绝热段侧面的工质充注口。

优选地，充注的工质为水。

优选地，密封连接为通过螺纹锥形密封面连接。

优选地，蒸发器和冷凝器材质为铜。

优选地，超亲水表面为微纳复合结构表面；SLIPS表面为为纳结构超疏水表面通过植入含氟润滑油、硅油或离子液体复合而成。

一种蒸发器和冷凝器的制备方法，包括以下步骤：

(1)配置H₂O₂和HCl混合溶液以及NaOH和(NH₄)₂S₂O₈混合溶液；

(2)将蒸发器和冷凝器内表面依次用丙酮、乙醇和蒸馏水超声清洗，氮气吹干待用；

(3)将步骤(1)配置的H₂O₂和HCl混合溶液倒入步骤(2)预处理的蒸发器中，在第一温度下恒温刻蚀，之后用蒸馏水冲洗，氮气吹干；

(4)将步骤(1)配置的NaOH和(NH₄)₂S₂O₈混合溶液倒入步骤(3)刻蚀的蒸发器中，在第二温度下恒温刻蚀，之后用蒸馏水冲洗，氮气吹干，得到微纳复合结构的超亲水蒸发器；

(5)将步骤(1)配置的NaOH和(NH₄)₂S₂O₈混合溶液倒入步骤(2)预处理的冷凝器中，在第三温度下恒温刻蚀，之后用蒸馏水冲洗，氮气吹干，再在第四温度下恒温烘烤；

(6)将预先配置好的十三氟辛基三乙氧基硅烷的乙醇溶液倒入步骤(5)得到的冷凝器中，室温下浸泡第一时间，之后在第五温度下恒温烘烤，得到超疏水冷凝器；

(7)将含氟润滑油、硅油或离子液体滴在步骤(6)制备的超疏水冷凝器内表面，待表面被全部浸润后，竖立倒置冷凝器使得多余的润滑油流出冷凝器，最后得到SLIPS冷凝器。

优选地，步骤(1)中H₂O₂和HCl混合溶液中H₂O₂浓度为0.48wt％，HCl浓度为1.89mol/L；NaOH和(NH₄)₂S₂O₈混合溶液中NaOH浓度为2.5mol/L，(NH₄)₂S₂O₈浓度为0.1mol/L。

优选地，步骤(3)中第一温度为60℃，恒温刻蚀时间为60min；步骤(4)中第二温度为70℃，恒温刻蚀时间为30min。