专利名称：热管式喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明属于冷却技术领域，是一种轴向和径向都可以传热冷却的热管式喷嘴。
喷射热流体的喷嘴在工程技术中有广泛的应用，特别是等离子焊割炬、等离子喷涂的喷嘴、电子束焊枪的喷嘴、大功率电弧焊枪的喷嘴等。由于它们在工作时在高电压或高电流所产生的电场的作用下，高温热流体长时间地流经喷嘴，使之在热作用下容易变形、寿命缩短、甚至损坏，特别是喷嘴的下部，即热流体出口部位，所以在许多情况下需要在该部位设置耐高温的部件或者采用流动水冷却。即使这样，其寿命也往往不长，采用流动水冷却则会使其附加设备增多、结构复杂化，更重要的是，由于冷却水的渗漏，将使其内部的电绝缘遭到破坏，而大大降低设备连续工作的可靠性。
本发明之目的就在于克服以上技术之不足，而提供一种传热速度快、传热方向多、结构轻巧、安装使用方便的轴向和径向都可以传热的热管式喷嘴。
本发明的目的是这样实现的一种热管式喷嘴，包括外管壳(1)、内管壳(2)、上封头(3)、下封头(4)、热管工质(5)、吸液芯(6)，其特征在于由外管壳(1)、内管壳(2)、上封头(3)和下封头(4)这四个零件采用不可拆卸连接的方式组成一个带有夹心空腔K的套管，且该空腔K是一个密闭的、处于真空状态的空间，空腔K内装有热管工质(5)和吸液芯(6)。吸液芯(6)可以设置在空腔K全部内壁上，也可以设置在空腔K的部分内壁上，但至少应在空腔K的下部内壁上予以设置。这样，外管壳(1)、内管壳(2)、上封头(3)、下封头(4)、热管工质(5)和吸液芯(6)就组成了一个完整的热管，该热管既具有普通轴向传热热管的特征，又具有特种径向传热热管的特征。即当热流体在内管壳(2)的内管孔内流动时，热量可以从内管壳(2)的外壁上迅速传递到外管壳(1)的外壁上—这时，该热管就成为一种“径向传热的热管”；当流体仅仅是在内管壳(2)的内管孔出口处和下封头(4)的孔中流出时才变成热流体时，则这个出口处和下封头(4)的孔口处的热量就可以迅速传递到该热管管壳上部所有管壁—这时，该热管就是一种“轴向传热的热管”，当然在这种情况下，一小部分热量也被迅速传递到热管管壳下部的外部管壁—即同时具有“径向传热的热管”的性能。
热管工质(5)可以根据喷嘴内热流体的温度高低采用常温下呈液态或者固态的介质。热管的传热性能和特点这已经是已知技术，如果其工质采用金属，如水银、铅、钠、钾等，则其不但能够耐受400-900℃的高温，而且其传热速度将是同质金属的10-105倍。这样的热力学性能对于喷嘴的冷却来讲是不成问题的。这也就达到了本发明的主要目的。
为了适合喷嘴的一般形状和与其他零部件安装配合，由外管壳(1)、内管壳(2)、上封头(3)和下封头(4)这四个零件所组成的套管，其外形可以是圆柱体、棱柱体、圆锥体及其它们的组合体。在外管壳(1)上部的外壁上或者内管壳(2)上部的外壁上，或者既在外管壳(1)上部的外壁上又在内管壳(2)上部的外壁上制有连接用的阳螺纹。当然，那些在上面提及的需要制有阳螺纹的部分管壁必须是圆柱形。
采用本发明将取得以下效果1、由于采用了热管的原理和结构，所以传热速度极快，这就意味着，喷嘴所受到的局部热能够迅速地被传递、扩散，并在传递和扩散的过程中自行冷却或者在距离热点的其他地方被其他冷介质冷却。
2、由于这里的热管同时具有径向和轴向传热的特殊性能，所以传热的方向性好，应用时的适应性也比较好。
3、与其他零部件的安装配合方便，易于拆卸、安装、维护和保养。
4、使用寿命长，特别是对于长期和连续使用者来讲则不但经济，而且由于不存在介质泄漏问题所以设备的可靠性强。
下面将结合附图对本发明做进一步地说明
图1为本发明的结构示意图(剖视图)。
图2是以图1所示结构为示例，热管进行径向传热时的热流状态示意图。
图3是以图1所示结构为示例，热管进行轴向传热时的热流状态示意图。
如图1所示，本发明的基本结构是外管壳(1)和内管壳(2)的几何形状相似，它们主要的轴向尺寸相同，而相应位置主要径向的尺寸外管壳(1)都大于内管壳(2)。这样，当它们与上封头(3)和下封头(4)相连接后，才能在两个管壳之间形成一个夹心的空腔K。由外管壳(1)、内管壳(2)、上封头(3)和下封头(4)这四个零件采用不可拆卸连接方式(如焊接)进行组合后，这四个零件成为具有一个夹心空腔K的套管，其外形可以是圆柱体、棱柱体、圆锥体及其它们的组合体。为了使该套管能方便地与其他零件连接，在外管壳(1)上部的外壁上或者内管壳(2)上部的外壁上，或者既在外管壳(1)上部的外壁上又在内管壳(2)上部的外壁上制有准备与其他零件连接用的阳螺纹。当然，不管上面所说的零件或者组合体的外形如何设计，这些需要制有阳螺纹的部分管壁必须是圆柱形。
按照上面所叙述的结构，可以看出，由外管壳(1)、内管壳(2)、上封头(3)和下封头(4)这四个零件采用不可拆卸连接方式(如焊接)进行组合后，这个组合体就成为具有一个夹心空腔K的套管，而且这个空腔K密闭的。我们再设法将热管工质(5)和吸液芯(6)装入空腔K内，并将空腔K抽成高真空状态。这样，这个由外管壳(1)、内管壳(2)、上封头(3)、下封头(4)、热管工质(5)和吸液芯(6)共同组成的组合体—“喷嘴”就成了一个完整的热管。即这个喷嘴将能够按照热管的基本原理进行工作并具有热管的特性和功能。
这个喷嘴既然是个热管，则其中的热管工质(5)可以根据喷嘴内流动的热流体的温度的高低采用常温下呈液态或者固态的介质，如当该热管的工作温度为250～300℃时，可采用水作为热管工质、400℃左右可用萘、600℃左右用金属钠、700℃左右可用金属铅、等等；吸液芯(6)可以设置在空腔K全部内壁上，也可以设置在空腔K的部分内壁上，但至少应在空腔K的下部内壁上予以设置。对于尺寸比较小的喷嘴，一般采用全布置的槽道吸液芯，因为这种吸液芯是直接刻制在空腔K的内壁上的，制造工艺比较简单。而对于尺寸比较大的喷嘴，则一般需要采用丝网吸液芯。
尽管热管的工作原理是已知技术，但是，在这里，我们仍然就本发明的特定结构状态来简单叙述一下其工作时的热力(传热和传质)过程如图2所示，当进入本喷嘴内孔的流体就是高温热流体，则内管壳(2)的外壁就全面受热—它就是热管的蒸发段，这时候，本喷嘴就是一个“径向传热的热管”。即热流体的热量通过内管壳(2)的外壁传递给空腔K内的吸液芯，并使充满在吸液芯空隙中的热管工质吸收热量发生相变而蒸发，同时带走热量；气态的工质通过空腔K流向低温的其他管壳的管壁—它就是热管的冷凝段，同时放出热量并被冷却成液态；这些液态的工质再通过空腔K内的吸液芯或者空腔K的内壁返回到内管壳(2)的内壁处—即返回到蒸发段。这一过程是周而复始的连续不断地进行着的，这也就使热量的传递迅速而不断地进行着。图2中的大的空心箭头表示了热流体的流动范围和方向，许多小黑箭头则表示了热量的分布和传递方向。
图3所示的是另一种情况，当进入本喷嘴内孔的流体是低温流体，这些流体仅仅是在内管壳(2)的内管孔出口处和下封头(4)的孔中流出时才变成热流体。这时候，本喷嘴的受热面是在内管壳(2)的内管孔出口处和下封头(4)的孔口处—它就是热管的蒸发段；而其他地方则大多属于散热面—它就是热管的冷凝段；空腔K内的传热和传质过程与上一段所叙述的情况相似，仅仅是热管工质被蒸发和被冷凝的地方有差别而已。由于在这种情况下，蒸发段处于热管轴向的一端，而且该热管的主传热方向是轴向的，所以该热管是一个“轴向传热的热管”。当然，由于这种结构形式的热管本来就属于“径向热管”的典型结构，所以尽管在这里的主传热方向变成了轴向，但是总不可避免地存在着一些径向传热。然而这对于本喷嘴来讲有利无害。图3中的大的空心箭头表示了热流体的流动范围和方向，许多小黑箭头则表示了热量的分布和传递方向。
由于热管具有极高的传热速度和适应热流变化的能力，所以具有热管性质的喷嘴在局部受热后能迅速扩散热量，得到冷却。其冷却的方式可以是喷嘴自身散热面的自然冷却，也可以借助于其他冷却介质在远离受热面的位置进行强制冷却。前面所提及的“与其他零件连接用的阳螺纹”中的“其他零件”，既包括安装固定件，也包括这里需要的附加冷却件。
权利要求
1.一种热管式喷嘴，包括外管壳(1)、内管壳(2)、上封头(3)、下封头(4)、热管工质(5)、吸液芯(6)，其特征在于由外管壳(1)、内管壳(2)、上封头(3)和下封头(4)这四个零件采用不可拆卸连接的方式组成一个带有夹心空腔K的套管，且该空腔K是一个密闭的、处于真空状态的空间，空腔K内装有热管工质(5)和吸液芯(6)。
2.根据权利要求1所说的喷嘴，其特征在于所说的吸液芯(6)可以设置在空腔K全部内壁上，也可以设置在空腔K的部分内壁上，但至少应在空腔K的下部内壁上予以设置。
3.根据权利要求1所说的喷嘴，其特征在于所说的热管工质(5)可以根据喷嘴内热流体的温度高低采用常温下呈液态或者固态的介质。
4.根据权利要求1所说的喷嘴，其特征在于所说的外管壳(1)和内管壳(2)上部的外壁上制有连接用的阳螺纹，这些阳螺纹可以只制在外管壳(1)上部的外壁上或者内管壳(2)上部的外壁上，也可以既制在外管壳(1)上部的外壁上又制在内管壳(2)上部的外壁上。
5.根据权利要求1所说的喷嘴，其特征在于所说的由外管壳(1)、内管壳(2)、上封头(3)和下封头(4)这四个零件所组成的套管，其外形可以是圆柱体、棱柱体、圆锥体及其它们的组合体，但是，那些在权利要求4中提及的需要制有阳螺纹的部分管壁必须是圆柱形。
全文摘要
一种轴向和径向都可以传热的热管式喷嘴，其结构特点是由外管壳、内管壳、上封头和下封头这四个零件采用不可拆卸连接方式(如焊接)进行组合，则该组合体就成为具有一个夹心空腔的套管，且该空腔是密闭的并被抽成高真空状态，空腔内装有热管工质和吸液芯。这样，这个组合体—“喷嘴”就成了一个完整的既具有典型径向传热特性又具有轴向传热特性的热管。当热流体流过喷嘴的内管孔时，借助于热管的工作原理，能够将局部受热面的热量极其迅速传递到其他散热面，从而达到冷却喷嘴的目的。
文档编号B05B1/24GK1416962SQ01132490
公开日2003年5月14日 申请日期2001年10月31日 优先权日2001年10月31日
发明者朱丹平 申请人:朱丹平