CN100529636C - 热管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热管，其包括一具有第一腔体及第二腔体的管壳，其中该第二腔体与第一腔体沿热管的轴向平行设置；第一腔体内密封有第一工作流体，第二腔体内密封有第二工作流体。本发明的热管的第一腔体与第二腔体的工作温度范围不同，增加了整个热管的工作温度范围，从而使热管可以用于温度变化范围较大的散热环境。本发明还提供有该热管的制备方法。

Description

热管及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及导热领域，尤其涉及一种热管及其制备方法。

【背景技术】

热管是依靠自身内部工作流体相变实现导热的导热元件，其具有高导热性、优良等温性等优良特性，导热效果好，应用广泛。

近年来电子技术迅速发展，电子器件的高频、高速以及集成电路的密集及微型化，使得单位容积电子器件发热量剧增，热管技术以其高效、紧凑以及灵活可靠等特点，适合解决目前电子器件因性能提升所衍生的散热问题。

请参阅图1，重力式热管10由管壳11及密封于管壳11内的工作流体13组成。热管10一端为蒸发段10a(加热段)，另一端为冷凝段10b(冷却段)。热管10通常垂直或与水平方向成一定角度放置，蒸发段10a在下，冷凝段10b在上。在蒸发段10a加热，工作流体13吸收热量15气化为蒸气14，在微小压差下上升到冷凝段10b，并向外界放出热量15，凝结为液体，在重力作用下，返回到蒸发段10a并再次受热气化，如此循环往复，连续不断地将热量15由蒸发段10a传向冷凝段10b。

请参阅图2，具有毛细吸液芯的热管20由管壳21、毛细吸液芯22以及密封于管壳21内的工作流体23组成。热管20的一端为蒸发段20a(加热段)，另一端为冷凝段20b(冷却段)，根据应用需要可在蒸发段20a与冷凝段20b之间布置绝热段。当热管20蒸发段20a受热时毛细吸液芯22中工作流体23蒸发形成蒸气24，蒸气24在微小压力作用下流向热管20的冷凝段20b，凝结成工作流体23并放出热量25，工作流体23再靠毛细作用沿毛细吸液芯22流回蒸发段20a。如此循环，热量25由热管20的蒸发段20a不断地传至冷凝段20b，并被冷凝段20b一端的冷源吸收。

一般热管的工作温度是以控制管内压力的方式来控制。以水为例，1个大气压(1atm)时水的沸点是100摄氏度(100℃)，随着气压减小，水的沸点也会降低。一般以水为工作流体的热管的工作温度皆在100℃以下，所以热管管内的压力都要抽到小于1atm。当工作时温度高于热管设定的温度时，热管内的工作流体便会全部蒸发成气体而无法带热；反之，当工作温度低于热管的设定温度时，则会造成工作流体无法蒸发，从而无法带走热量。所以如果热管的工作温度范围太小便很容易造成热管失效。

因此，有必要提供一种能够实现较大工作温度范围的热管及其制造方法。

【发明内容】

以下，将以若干实施例说明一种能够实现较大工作温度范围的热管。

以及通过这些实施例说明一种热管的制备方法。

为实现上述内容，本实施例提供一种热管，包括一具有第一腔体和第二腔体的管壳，该第二腔体和上述第一腔体沿热管的轴向平行设置；第一腔体内密封有第一工作流体，第二腔体内密封有第二工作流体，且该第二腔体内气压值与所述第一腔体内气压大小不等，使该第一、第二腔体具备不同的工作温度范围。

所述热管还可进一步包括紧贴于第一腔体内壁的第一毛细吸液芯及紧贴第二腔体内壁的第二毛细吸液芯。

为实现上述内容，本实施例还提供一种热管的制备方法，包括以下步骤：

形成一具有第一腔体与第二腔体的管壳；

将管壳一端封口，并对第一腔体与第二腔体分别抽低压，使该第一、第二腔体的气压大小不等；

分别向第一腔体与第二腔体填充第一工作流体与第二工作流体；

将管壳另一端封口。

所述形成管壳步骤与管壳一端封口并对第一腔体和第二腔体分别抽低压步骤之间还包括下列步骤：紧贴第一腔体的内壁形成第一毛细吸液芯，紧贴第二腔体的内壁形成第二毛细吸液芯。

相对于现有技术的热管，本实施例提供的热管的第一腔体与第二腔体内的工作流体相互独立，气压也相互独立，所以只需一根热管便可达到两根热管的功能，使热管的应用范围更广。另外，由于上述第一腔体与第二腔体的工作温度范围不同，使整根热管的工作温度范围增大，使热管能够用于温度变化范围较大的散热环境。

【附图说明】

图1是现有技术的重力式热管工作原理示意图。

图2是现有技术的具毛细吸液芯的热管工作原理示意图。

图3是本发明第一实施例热管工作原理示意图。

图4是本发明第一实施例热管内部结构径向截面示意图。

图5是本发明第二实施例热管工作原理示意图。

图6是本发明第二实施例热管内部结构径向截面示意图。

图7是本发明第一实施例热管的制备方法流程图。

【具体实施方式】

下面将结合附图，对本发明作进一步详细说明。

请参阅图3，本发明第一实施例所提供的热管30包括管壳31、第一工作流体33、第二工作流体33’。

管壳31一般为铜管，也可根据不同需要采用不同材料，如铝、碳钢、不锈钢、铁、镍、钛等及其合金。管壳31具有第一腔体37和第二腔体37’的中空结构，该第一腔体37和第二腔体37’沿热管30的轴向平行设置。

第一工作流体33密封于第一腔体37内，第二工作流体33’密封于第二腔体37’内。第一工作流体33和第二工作流体33’包括水、丙酮或庚烷等。根据实际需要，第一工作流体33与第二工作流体33’的材料可以相同，也可以不同。

热管30的工作原理与现有技术热管10的工作原理基本相同，其中热管30的蒸发段为30a，冷凝段为30b；热管30吸收及放出热量为35；第一工作流体33和第二工作流体33’受热蒸发形成蒸气34和34’。

第一腔体37与第二腔体37’的工作温度范围不同，当热源温度处于第一腔体37工作温度范围时，第一腔体37在热管30中起作用；当热源温度处于第二腔体37’工作温度范围时，第二腔体37’在热管30中起作用；当第一腔体37与第二腔体37’的工作温度范围有交叉，且热源温度处于第一腔体37与第二腔体37’的工作温度范围交叉部分时，第一腔体37和第二腔体37’就会在热管30中共同起作用。

请参阅图4，是本实施例热管30内部结构径向截面示意图。

管壳31外围径向截面形状为椭圆形、矩形或三角形，也可根据实际需要为其他形状，并不限于本发明实施例所提供的形状，本实施例管壳31外围径向截面形状为椭圆形。

第一腔体37和第二腔体37’的径向截面形状为标准圆形、椭圆形、矩形或三角形等，也可根据实际需要为其他形状，并不限于本发明实施例所提供的形状。根据实际需要，第一腔体37与第二腔体37’的径向截面形状可以相同，也可以不同。本实施例第一腔体37和第二腔体37’的径向截面形状皆为标准圆形。

相对于现有技术的重力式热管，本实施例所提供的热管30拥有第一腔体37和第二腔体37’两个腔体的中空结构，两个腔体内气压可以相互独立控制，工作流体也相互独立，所以两个腔体的工作温度范围就可以不同，两个工作温度范围可以交叉，也可以不交叉，使得整个热管30的工作温度范围增加，热管30的应用范围更广，且可用于温度变化范围较大的散热环境。

另外，由于热管30的第一腔体37与第二腔体37’相互独立，当第一腔体37与第二腔体37’的工作温度范围有交叉，且热源工作温度范围又处于该交叉范围之内时，一根热管30便可达到两根热管的功能。

请参阅图5，本发明第二实施例所提供的热管40包括管壳41、第一毛细吸液芯42、第二毛细吸液芯42’、第一工作流体43、第二工作流体43’。

管壳41为一体结构，其具有第一腔体47与第二腔体47’的中空结构。管壳41、第一腔体47、第二腔体47’、第一工作流体43、第二工作流体43’与第一实施例中管壳31、第一腔体37、第二腔体37’、第一工作流体33、第二工作流体33’对应相同。

第一毛细吸液芯42和第二毛细吸液芯42’分别紧贴于第一腔体47内壁和第二腔体47’内壁，两者可为沟槽型、丝网型或烧结型等。根据实际需要第一毛细吸液芯42与第二毛细吸液芯42’可以为同一类型，也可为不同类型。

热管40的工作原理与现有技术的具毛细吸液芯的热管20的工作原理基本相同，其中热管40的蒸发段为40a，冷凝段为40b；热管40吸收及放出热量为45；第一工作流体43和第二工作流体43’受热蒸发形成蒸气44和44’。

第一腔体47与第二腔体47’的工作温度范围不同，当热源温度处于第一腔体47工作温度范围时，第一腔体47在热管40中起作用；当热源温度处于第二腔体47’工作温度范围时，第二腔体47’在热管40中起作用；当第一腔体47与第二腔体47’的工作温度范围有交叉，且热源温度处于第一腔体47与第二腔体47’的工作温度范围交叉部分时，第一腔体47和第二腔体47’就会在热管40中共同起作用。

请参阅图6，是本实施例热管40内部结构径向截面示意图。管壳41的外围形状、第一腔体47和第二腔体47’的径向截面形状与第一实施例中管壳3 1的外围形状、第一腔体37和第二腔体37’的径向截面形状分别对应相同。不同之处在于，第一毛细吸液芯42和第二毛细吸液芯42’分别紧贴第一腔体47和第二腔体47’的内壁，本实施例所提供的第一毛细吸液芯42和第二毛细吸液芯42’的径向截面形状皆为圆环状。

相对于现有技术具毛细吸液芯的热管，本实施例所提供的热管40具有第一腔体47和第二腔体47’两个腔体的中空结构，两个腔体内气压可以相互独立控制，工作流体也相互独立，所以两个腔体的工作温度范围就可以不同，两个工作温度范围可以交叉，也可以不交叉，使得整个热管40的工作温度范围增加，热管40的应用范围更广，且可用于温度变化范围较大的散热环境。

另外，由于热管40的第一腔体47与第二腔体47’相互独立，当第一腔体47与第二腔体47’的工作温度范围有交叉，且热源工作温度范围又处于该交叉范围之内时，一根热管40便可达到两根热管的功能。

请参阅图7，是本发明第一实施例所提供的热管30的制备方法流程图。以下结合图3对该方法进行说明。

步骤1，形成一具有两个腔体的管壳31。两个腔体分别为第一腔体37和第二腔体37’，沿热管30轴向平行设置。管壳31包括铜管、铝管、钢管、不锈钢管、铁管、镍管、钛管或其合金管等。第一腔体37和第二腔体37’径向截面皆可以为标准圆形，也可以椭圆形、矩形、三角形等，且第一腔体37与第二腔体37’的径向截面可以相同也可以不同，本实施方式两者都采用标准圆形；管壳31外围径向截面可以为椭圆形、矩形或三角形等，本实施方式采用椭圆形。优选的，管壳31采用挤出成型工艺形成。

步骤2，将管壳31一端封口，并对第一腔体37与第二腔体37’分别抽低压。第一腔体37和第二腔体37’分别拥有独立的抽气控制，用以使两个腔体达到两个不同的工作温度范围。

步骤3，分别向第一腔体37和第二腔体37’填充工作流体。该工作流体包括水、丙酮或庚烷等。第一腔体37内填充第一工作流体33；第二腔体37’内填充第二工作流体33’。第一工作流体33与第二工作流体33’可以相同也可以不同，本实施方式两者都采用水。

步骤4，将管壳31另一端封口，从而形成图3和图4所示的热管30。

应指出，上述制备方法可根据实际需要，改变步骤顺序，如步骤2及步骤3中，可先将管壳31一端封口，然后分别向第一腔体37和第二腔体37’填充工作流体，再对第一腔体37和第二腔体37’分别抽低压。

本发明还提供第二实施例热管40的制备方法，其与热管30的制备方法基本相同，管壳41、第一工作流体43、第二工作流体43’与管壳31、第一工作流体33、第二工作流体33’的制备方法分别相同，热管40的两端封口及抽低压的方法与热管30的两端封口及抽低压的方法相同。不同之处在于步骤1与步骤2之间增加下列步骤。

形成第一毛细吸液芯42和第二毛细吸液芯42’。第一毛细吸液芯42和第二毛细吸液芯42’皆可为丝网型、沟槽型或烧结型，本实施方式中第一毛细吸液芯42和第二毛细吸液芯42’都采用烧结方法形成。

以第一毛细吸液芯42的形成方法为例，烧结方法大致如下：在第一腔体47中央插入一根芯棒(可用不锈钢芯棒)，芯棒粗细决定将来蒸气腔内径大小，然后在芯棒和管壁所形成的环型空间中填入待烧结的金属铜粉末，将芯棒用支架固定后送入加热炉，在氢气保护下烧结约半小时，烧结温度为810℃～880℃。将管子从炉中取出，待冷却后抽出芯棒，并再次放入炉中烧结约一小时，即可在第一腔体47内壁得到一烧结层，该烧结层具有毛细结构，可作为第一毛细吸液芯42。第二毛细吸液芯42’的形成方法与第一毛细吸液芯42的形成方法相同。

应指出，上述制备方法可根据实际需要，改变步骤顺序，可先将管壳31一端封口，然后形成第一毛细吸液芯42和第二毛细吸液芯42’，再对第一腔体47和第二腔体47’分别抽低压。

除重力式热管30和具毛细吸液芯的热管40之外，还有旋转热管以及分离式热管等。上述旋转热管及分离式热管等与重力式热管30相似，热管中无毛细结构的吸液芯，工作时工作流体依靠重力或离心力回流。上述旋转热管及分离式热管等也可以做成两个腔体的结构，以增加其工作温度范围。

可以理解，本发明还可以扩展为具有三个或三个以上腔体的热管，使得热管的工作范围进一步增大，以满足实际需要。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (16)

1.一种热管，包括一具有第一腔体的管壳，该第一腔体内密封有第一工作流体，其特征在于，该管壳进一步包含一第二腔体，该第二腔体和该第一腔体沿热管的轴向平行设置；该第二腔体内密封有第二工作流体，且该第二腔体内气压与所述第一腔体内气压大小不等，使该第一、第二腔体具备不同的工作温度范围。

2.如权利要求1所述的热管，其特征在于，所述热管还包括紧贴于第一腔体内壁的第一毛细吸液芯及紧贴于第二腔体内壁的第二毛细吸液芯。

3.如权利要求1所述的热管，其特征在于，所述管壳材质选自铜、铝、铁、镍、钛、碳钢、不锈钢或其合金。

4.如权利要求1所述的热管，其特征在于，所述第一腔体的径向截面为标准圆形、椭圆形、矩形或三角形，所述第二腔体的径向截面为标准圆形、椭圆形、矩形或三角形。

5.如权利要求1所述的热管，其特征在于，所述管壳的外围径向截面为椭圆形、矩形或三角形。

6.如权利要求2所述的热管，其特征在于，所述第一毛细吸液芯为沟槽型、丝网型或烧结型，所述第二毛细吸液芯为沟槽型、丝网型或烧结型。

7.如权利要求1所述的热管，其特征在于，所述第一工作流体选自水、丙酮或庚烷之一种，所述第二工作流体选自水、丙酮或庚烷之一种。

8.如权利要求1所述的热管，其特征在于，所述管壳的外围径向截面呈椭圆形。

9.如权利要求8所述的热管，其特征在于，所述第一、第二腔体以其径向截面沿所述管壳外围径向截面长轴方向排列的方式设置在所述管壳中。

10.如权利要求1所述的热管，其特征在于，所述第一、第二腔体的工作温度范围交叉。

11.一种热管制备方法，其包括步骤：

形成一具有第一腔体和第二腔体的管壳；

将管壳一端封口，并对第一腔体和第二腔体分别抽低压，使该第一、第二腔体的气压大小不等；

分别向第一腔体和第二腔体填充第一工作流体和第二工作流体；

将管壳另一端封口。

12.如权利要求11所述的热管制备方法，其特征在于，所述形成管壳步骤与将管壳一端封口并对第一腔体和第二腔体分别抽低压步骤之间还包括下列步骤：紧贴第一腔体的内壁形成第一毛细吸液芯，紧贴第二腔体的内壁形成第二毛细吸液芯。

13.如权利要求11所述的热管制备方法，其特征在于，所述形成一具有第一腔体和第二腔体的管壳的方法为挤出成型工艺。

14.如权利要求11所述的热管制备方法，其特征在于，所述管壳的外围径向截面呈椭圆形。

15.如权利要求14所述的热管制备方法，其特征在于，所述第一、第二腔体以其径向截面沿所述管壳外围径向截面长轴方向排列的方式设置在所述管壳中。

16.如权利要求11所述的热管制备方法，其特征在于，所述第一、第二腔体的工作温度范围交叉。

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