[發明專利]一種重力熱管裝置及制備方法

有效

• 申請號: 201610590754.6
• 申請日: 2016-07-25
• 公開（公告）號: CN105973044B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 張鵬;呂鳳勇
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F28D15/02
• 分類號: F28D15/02
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及熱管領域，尤其涉及一種基于仿生結構表面的重力熱管裝置，用于余熱回收、電子設備冷卻及熱量輸運等。

背景技術

熱管已經廣泛應用于能源利用和制冷等各種工業領域，熱管通過蒸發器的蒸發快速吸收設備的熱量產生蒸汽，再在冷凝器中通過冷凝過程將吸收的熱量釋放出去，從而達到熱量從設備快速傳遞出去的目的。在普通熱管的冷凝器中發生的是膜狀冷凝，這種冷凝液膜粘附在蒸發器壁面上，產生的附加液膜熱阻削弱了冷凝傳熱性能。因此，為了減小附加液膜熱阻對熱管換熱性能的影響，珠狀冷凝對提高熱管性能顯得尤為重要。

珠狀冷凝比膜狀冷凝的傳熱更高效，珠狀冷凝不僅減小附加熱阻同時還能維持較高的液滴冷凝核化數密度，進一步提高冷凝換熱能力，從而減小傳熱面積，有效的節約成本，具有顯著的經濟效益。由于珠狀冷凝涉及到冷凝表面改性、液滴形成、聚合、脫離和更新冷凝表面等過程，要實現這些復雜過程需要對冷凝表面進行疏水處理。

發明內容

有鑒于現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是解決高熱流密度設備換熱問題，降低傳熱熱阻，進一步提高熱管的換熱能力，確保設備的正常運行。

為實現上述目的，本發明提供了具有超親水蒸發器和SLIPS冷凝器熱管，SLIPS表面珠狀冷凝能夠有效降低熱管的熱阻，顯著提高熱管的傳熱能力，具體地，本發明提供的技術方案如下：

一種重力熱管裝置，包括蒸發器、絕熱段和冷凝器，蒸發器和冷凝器分別與絕熱段密封連接，蒸發器的內表面為超親水表面，冷凝器的內表面為SLIPS表面。

優選地，重力熱管裝置還包括設置在絕熱段側面的工質充注口。

優選地，充注的工質為水。

優選地，密封連接為通過螺紋錐形密封面連接。

優選地，蒸發器和冷凝器材質為銅。

優選地，超親水表面為微納復合結構表面；SLIPS表面為為納結構超疏水表面通過植入含氟潤滑油、硅油或離子液體復合而成。

一種蒸發器和冷凝器的制備方法，包括以下步驟：

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

(2)將蒸發器和冷凝器內表面依次用丙酮、乙醇和蒸餾水超聲清洗，氮氣吹干待用；

(3)將步驟(1)配置的H₂O₂和HCl混合溶液倒入步驟(2)預處理的蒸發器中，在第一溫度下恒溫刻蝕，之后用蒸餾水沖洗，氮氣吹干；

(4)將步驟(1)配置的NaOH和(NH₄)₂S₂O₈混合溶液倒入步驟(3)刻蝕的蒸發器中，在第二溫度下恒溫刻蝕，之后用蒸餾水沖洗，氮氣吹干，得到微納復合結構的超親水蒸發器；

(5)將步驟(1)配置的NaOH和(NH₄)₂S₂O₈混合溶液倒入步驟(2)預處理的冷凝器中，在第三溫度下恒溫刻蝕，之后用蒸餾水沖洗，氮氣吹干，再在第四溫度下恒溫烘烤；

(6)將預先配置好的十三氟辛基三乙氧基硅烷的乙醇溶液倒入步驟(5)得到的冷凝器中，室溫下浸泡第一時間，之后在第五溫度下恒溫烘烤，得到超疏水冷凝器；

(7)將含氟潤滑油、硅油或離子液體滴在步驟(6)制備的超疏水冷凝器內表面，待表面被全部浸潤后，豎立倒置冷凝器使得多余的潤滑油流出冷凝器，最后得到SLIPS冷凝器。

優選地，步驟(1)中H₂O₂和HCl混合溶液中H₂O₂濃度為0.48wt％，HCl濃度為1.89mol/L；NaOH和(NH₄)₂S₂O₈混合溶液中NaOH濃度為2.5mol/L，(NH₄)₂S₂O₈濃度為0.1mol/L。

優選地，步驟(3)中第一溫度為60℃，恒溫刻蝕時間為60min；步驟(4)中第二溫度為70℃，恒溫刻蝕時間為30min。