[发明专利]一种高效耐蚀轻质热管

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效耐蚀轻质钛制热管，可用于化工、石油化工、湿法冶金、制药、核电、海水淡化、航空航天等领域。

技术背景

众多的传热元件中，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。典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1.3×(10^-1～10^-4)Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段，另一端为冷凝段。当蒸发段受热时毛细芯中的液体蒸发气化，蒸气在微小的压差下流向冷凝段放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此反复，热量由热管的一端传至另一端。目前工业上应用的热管多为碳钢及铜制热管，对于碳钢-水热管一个显著的缺陷是存在管壳与工作液体的相容性问题，很大程度上影响了热管的使用寿命。且由于碳钢和铜的比重较高、耐蚀性能较差等特性，限制了其热管在特殊领域(如航空航天、一些强腐蚀环境)的应用。

钛材最突出的特点是：其一，密度小、比强度(尤其是高温下的比强度)高，这一特点使其在航空航天领域得到了日益广泛的应用；其二，具有优异的耐腐蚀性能，可在中性、氧化性、弱还原性介质，如淡水、海水、湿氯气、硝酸、醋酸、苯二甲酸、尿素等中长期使用。另外，钛作为换热元件使用具有以下优点：①因其优良的耐腐蚀性，管壁可以很薄，提高了换热效果；②表面光洁、无垢层，污垢系数大大降低；③钛的表面能较低，液体对钛的浸润性小，在其表面易于形成滴状冷凝，这种冷凝方式，与液体在碳钢、铜表面通常所形成的膜状冷凝相比，传热系数可提高一个数量级。目前，钛制换热器在舰船、动力、石油化工、海水淡化等工业领域的应用日益增多，约占钛制化工设备的57％。

发明内容

本发明提供了一种内壁扩散焊多孔层状结构、工作介质为纯水、管壳材料为工业纯钛的热管，其耐蚀性、传热效率大大提高，且不存在管壳、吸液芯与工作液的相容性问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高效耐蚀轻质热管，由管壳1、吸液芯2、上封头4-a、下封头4-b和保护套5组成，其特征在于，管壳1的材质为钛，管内吸液芯2为经真空扩散焊而成的多孔层状结构的钛金属丝网，所述的丝网为3～6层，目数为100～400目，与管壳内壁冶金结合，丝网的目数从管壳内壁处沿管径向向内逐渐增大，丝网形成的孔隙为内凹型孔穴3。

上述技术方案中，靠近管壳内壁的最外层丝网目数为100～200目，沿管径向的最内层丝网目数为400目。

上述技术方案中，热管长度一定时，丝网层数随着热管长径比的减小而增加。

本发明还提供一种上述热管的制备方法：

一种高效耐蚀轻质热管的制备方法，其特征在于，采用特殊焊接工艺消除吸液芯与内壁间热阻，同时形成内凹型多孔结构强化蒸发段传热，所述方法步骤如下：

1、清洗管壁，将丝网缠绕在芯棒上，丝网与管内壁为过盈配合，将缠绕网的芯棒一起推压到管内后把芯棒抽出；

2、将3～6层100～400目的丝网及丝网与管壁进行真空扩散焊，扩散焊工艺如下：真空度10^-1Pa，温度1000～1200℃，压力在20～30MPa之间，焊接时间为15～30分钟；

3、向管内充装纯水介质，充液量为热管总容积的20％～30％，对管内抽真空，并对热管进行真空封口。

本发明的管内吸液芯是一种由网眼尺寸不同的丝网组成的多孔层状网芯结构，如图2、3所示。多孔层状结构为不同目数的多层钛金属丝网扩散焊而成，这样可以消除丝网型吸液芯与管壁的接触热阻，防止在蒸发段出现局部过热。

靠近管内壁处为目数较小(孔径较大)的丝网，沿径向丝网的目数逐渐增大(孔径减小)，这样做的目的，其一是充分利用小孔丝网的毛细力同时，大孔丝网使得液体回流的阻力较小；其二是所形成的多孔结构的孔隙形式为内凹型孔穴3，如图4所示，可对蒸发段工作介质的沸腾起到显著的强化作用，并显著降低沸腾过热度，强化热管的启动性能。

钛金属丝网层数及层数选择与热管长度及长径比有关，随着热管长度增加选择丝网目数也相应增大，以提高吸液芯的毛细力，但靠近管内壁丝网目数不低于100目，也不宜超过200目。内层丝网目数，沿径向逐渐增大。吸液芯丝网层数则根据热管长径比进行选取，在热管长度一定的前提下，丝网层数随着长径比的减小而增加，选择范围应不少于3层，不超过6层。同时要考虑到吸液芯毛细极限和最大传递功率，综合选取。