CN101349519A - 热管 - Google Patents

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王肇浩
刘睿凯
白先声
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Abstract

一种热管，包括管体、设于管体内的毛细结构及填充于管体内的工作流体，该热管沿管体方向包括一蒸发段及一冷凝段，该毛细结构包括一主毛细结构及一辅毛细结构，该主毛细结构贴设于管体内壁上，该蒸发段的主毛细结构相较于冷凝段的主毛细结构具有较强的毛细力，该辅毛细结构包括至少一呈中空管状结构的脉管，所述脉管延伸于蒸发段与冷凝段之间，脉管的管壁上形成若干细小孔隙，脉管的一侧与主毛细结构相接触，使该热管的毛细结构提供较强的毛细作用力同时液体回流阻力小，提升热管的传热性能。

Description

热管
技术领域
本发明是关于一种热管，特别是关于一种用于热量传输的热管。
背景技术
现阶段，热管已被广泛应用于具较大发热量的电子元件的散热。该热管工作时，利用管体内部填充的低沸点工作流体在其蒸发段吸收发热电子元件产生的热量后蒸发汽化，带着热量运动至冷凝段，并在冷凝段液化凝结将热量释放出去，该液化后的工作流体在热管壁部毛细结构的作用下再回流至蒸发段，通过该工作流体的循环运动，将电子元件产生的热量散发出去。
该热管的工作过程中，当该热管蒸发段的毛细结构不能提供足够强大的毛细作用力时，不能够及时使冷凝段的工作流体回流至蒸发段，可能使工作流体过少而烧干，进而使热管丧失传热性能而令发热元件因不能及时散热而烧毁。现有热管的毛细结构主要可分为丝网式、烧结粉末及沟槽式三种，各种毛细结构的毛细作用力及管内液体回流的阻力均与毛细结构的孔径成反比，而不同孔隙大小的毛细结构与管外热源的热传递效果也各不相同。较小孔径的毛细结构的毛细作用力强，可增加与热管管体接触面积而有利于热量从外界热源传递至管内，但液体回流阻力大；反之，较大孔径的毛细作用力弱，将热量从外界热源传递至管内的能力也相对较弱，但液体回流阻力小。
发明内容
有鉴于此，在此实有必要提供一种具有较高热传性能的热管。
一种热管，包括管体、设于管体内的毛细结构及填充于管体内的工作流体，该热管沿管体方向包括一蒸发段及一冷凝段，该毛细结构包括一主毛细结构及一辅毛细结构，该主毛细结构环设于管体内壁上，该蒸发段的主毛细结构相较于冷凝段的主毛细结构具有较强的毛细力，该辅毛细结构包括至少一呈中空管状结构的脉管，所述脉管延伸于蒸发段与冷凝段之间，脉管的管壁上形成若干细小孔隙，脉管的一侧与主毛细结构相接触。
与现有技术相比，本发明热管利用蒸发段的主毛细结构相较于冷凝段的主毛细结构具有更小的孔径，使主毛细结构的毛细作用力强，且液体回流阻力小；该辅毛细结构可进一步补足主毛细结构的毛细作用力及增加流体输送能力，并且在压扁折弯成型过程中因不易受到损坏而能保持原有的功能，整体提升该热管的传热性能。
附图说明
图1是本发明热管一较佳实施例的轴向剖面示意图。
图2是图1所示热管的冷凝段沿II-II线的剖示图。
图3A是图1所示热管的蒸发段沿III-III线的剖示图。
图3B是图3A所示热管的蒸发段另一实施例的剖示图。
图3C是图3A所示热管的蒸发段又一实施例的剖示图。
图3D是图3A所示热管的蒸发段复一实施例的剖示图。
图3E是图3A所示热管的蒸发段再一实施例的剖示图。
图4是本发明热管的第二实施例的径向剖示图。
图5是本发明热管的第三实施例的径向剖示图。
具体实施方式
请参阅图1，该热管10包括管体12、毛细结构及填充于管体12内的工作流体(图未示)。
该管体12由铜等具良好导热性的材料制成，可将一发热元件产生的热量传递至管体12内部，其包括分别位于该管体12两端的蒸发段121、冷凝段122及连接该蒸发段121及冷凝段122的绝热段123。
该工作流体填充于管体12内，为水、石蜡、酒精、甲醇等具较低沸点的物质。该工作流体由管体12的蒸发段121处吸热蒸发，带着热量向冷凝段122移动，在冷凝段122放热后凝结成液体，将热量释放出去，并回流至蒸发段121处进行下一次吸热-放热循环，从而完成对发热元件持续有效地散热。
该毛细结构包括设于管体12内壁的主毛细结构14及辅毛细结构16。该主毛细结构14为采用不同形式的毛细结构的组合，在热管12的不同位置设置不同形式的毛细结构，请同时参考图2，该热管12的冷凝段122及绝热段123均采用由若干细小的轴向沟槽141形成的沟槽式毛细结构；请同时参考图3A，该蒸发段121则采用由烧结粉末142经由烧结制程而形成的烧结式毛细结构，该烧结粉末142可选用陶瓷粉末或者金属粉末如铜粉等，该辅毛细结构16贴设于主毛细结构14的内壁，为一呈纵长的中空管状结构的脉管，从热管12的冷凝段122延伸指向蒸发段121。该脉管为由若干铜丝、铝线、不锈钢丝或纤维束等材料制成的丝线编织后形成的可绕性(flexible)的管体结构，管壁161上形成有若干细小的孔隙，内部形成一中心通道163，该管壁161上的孔隙与中心通道163相互连通，该中心通道163的直径可从0.5mm扩展至数毫米以上，其最大值可依不同的工作流体作适当调整。以纯水为工作流体为例，该中心通道163的直径的较佳范围为0.5mm至2mm之间，该脉管对工作流体输送的方向具有单一性，即可将冷凝段122放热冷凝后形成的液态纯水直接输送至蒸发段121，而在蒸发段121吸热蒸发汽化的蒸汽则从脉管与管体12之间的通道扩散至冷凝段122，从而避免脉管内汽液混合而影响其对流体的输送功能。该脉管的外径远小于管体12内孔的直径，脉管的顶侧远离该主毛细结构14，管壁161的底侧沿轴向与该主毛细结构14相贴合，管壁161上的孔隙与主毛细结构14中的孔隙相连通，即该辅毛细结构16与主毛细结构14相连通，共同形成复合式的毛细结构。
该主毛细结构14形成为不同形式的毛细结构组合时，一方面，利用该烧结粉末142形成较小的毛细孔隙能对液体产生较大的毛细吸附力，将其设置于蒸发段121，使产生驱动该冷凝后的工作流体由冷凝段122往蒸发段121运动的压力差，以加速工作流体由冷凝段122往蒸发段121回流，从而整体加速工作流体在热管10内的循环，增加热量在热管10内的传递速度；另一方面，利用该沟槽141具有较大的流道间隙，将其设置于热管10的冷凝段122与绝热段123，使回流液体在其中所受到的摩擦阻力与黏滞力较小，因而对冷凝后的工作流体产生的回流阻力小，便于工作流体回流。该辅毛细结构16利用脉管管壁161形成若干细小的孔隙，产生毛细作用力以吸附该主毛细结构14内的工作流体，使该工作流体可通过所述孔隙而在该主毛细结构14及辅毛细结构16间运动，并通过脉管内部较小的中心通道163将冷凝后的工作流体输送至蒸发段121，以辅助工作流体在管体12内的循环，补足原有热管10的毛细作用力及流体输送能力，增强热管10的蒸发段121与冷凝段122之间的热交换，该辅毛细结构16上形成的孔隙对工作流体有较强的吸附力，可避免冷凝后的工作流体因重力作用容易聚积于冷凝段122而导致热阻增加。且脉管具可绕性并沿管体12轴向设置，沿其延伸的方向仅一侧与主毛细结构14相贴合，可使该辅毛细结构16在热管10压扁或折弯成型后仍保有其现有功能，整体提升该热管10的传热性能。
上述热管10的主毛细结构14采用不同形式的毛细结构进行组合时还可以有多种变化，如图3B至图3E所示分别为蒸发段121设置的其它多种毛细结构形式。其中，图3B所示为在蒸发段121设置由丝网143构成的丝网式毛细结构，该丝网143可采用金属铜网或者纤维束编织形成，其与烧结式毛细结构在孔径大小、提供毛细作用力等特性方面较相似，因此可达到相似的效果。图3C所示为在蒸发段121同时设置由沟槽141与烧结粉末142构成的复合式的毛细构造；图3D所示是在蒸发段121同时设置由沟槽141与丝网143形成的复合式毛细结构；图3E所示也是在蒸发段121同时设置由沟槽141与丝网143形成的复合式毛细结构，但该丝网143是卷设形成与沟槽141相匹配的形状并填充于沟槽141内，如此可增加丝网143与管体12的接触面积，以便于外界热源的热量更有利于传递至管内。上述实施例中的冷凝段122和绝热段123均设置沟槽式毛细结构，这些不同形式的毛细结构组合时均可使蒸发段121的毛细力大于冷凝段122和绝热段123的毛细力，以达到促使工作流体在管内顺畅且快速回流，提高管内外的热交换效率的目的。
实际上，冷凝段122除设置沟槽式毛细结构之外，亦可设置烧结式或者丝网式毛细结构，而蒸发段121则对应设置毛细孔径较小的丝网式毛细结构、烧结式毛细结构、沟槽141与烧结粉末142或者沟槽141与丝网143组合形成的复合式毛细结构；该冷凝段122还可设置为沟槽141与烧结粉末142或者沟槽141与丝网143的复合式毛细结构，而蒸发段121则对应设置毛细孔径较小的烧结粉末142及丝网143的复合式毛细结构，只要使得该蒸发段121所设置的毛细结构的有效毛细孔径大小冷凝段122的毛细结构的有效毛细孔径更小即可，如此使有效毛细孔径较大的冷凝段122具有流阻小、便于冷凝液体回流的特性，而有效毛细孔径较小的蒸发段121具有毛细作用力大、与管体12接触面积大的特性，达到提高热传的效果。而绝热段123内设置的主毛细结构14的孔径亦可与蒸发段121相同，或者介于蒸发段121与冷凝段122之间，如此则从冷凝段122、绝热段123至蒸发段121所设毛细结构的孔径依次逐渐减小，工作流体回流遭遇的流阻及受到的毛细作用力依阶梯式过度，使其回流更顺畅，针对热管10的形状，除了设置成圆形直线状之外，也可以打扁成扁平型，或将其弯折成“U”型或者“L”型。针对“U”型热管应用时，可将其一端作为蒸发段121与热管接触，而另一端作为冷凝段122，也可以将其位于两平形端部之间的弯折中间段作为蒸发段121与热源接触，而两平形端部则分别作为冷凝段122。
上述热管10的辅毛细结构16亦可包括同时设置的多个脉管，所述脉管可在管体12内间隔排列或者相互贴合，分别如图4及图5所示，该多个脉管可进一步补足热管10主毛细结构14的毛细作用力及流体输送能力，避免冷凝后的工作流体因重力作用容易聚积于冷凝段122而导致热阻增加，且该辅毛细结构16在热管10压扁或者折弯成型后仍保有其现有功能，从而整体提升该热管10的传热性能。

Claims (10)

1.一种热管，包括管体、设于管体内的毛细结构及填充于管体内的工作流体，该热管沿管体方向包括一蒸发段及一冷凝段，其特征在于：该毛细结构包括一主毛细结构及一辅毛细结构，该主毛细结构环设于管体内壁上，该蒸发段的主毛细结构相较于冷凝段的主毛细结构具有较强的毛细力，该辅毛细结构包括至少一呈中空管状结构的脉管，所述脉管延伸于蒸发段与冷凝段之间，脉管的管壁上形成若干细小孔隙，脉管的一侧与主毛细结构相接触。
2.如权利要求1所述的热管，其特征在于：该蒸发段和冷凝段的主毛细结构为沟槽式毛细结构、丝网式毛细结构、烧结式毛细结构或其结合。
3.如权利要求2所述的热管，其特征在于：该冷凝段的主毛细结构为沟槽式毛细结构，该蒸发段的主毛细结构为丝网式毛细结构或烧结式毛细结构。
4.如权利要求2所述的热管，其特征在于：该冷凝段的主毛细结构为沟槽式毛细结构，该蒸发段的主毛细结构为沟槽与丝网的复合式毛细结构或沟槽与烧结粉末的复合式毛细结构。
5.如权利要求2所述的热管，其特征在于：该冷凝段的主毛细结构为丝网或烧结式毛细结构，该蒸发段的主毛细结构为毛细孔径比冷凝段的主毛细结构更小的烧结式毛细结构、丝网式毛细结构、沟槽与烧结粉末组合的复合式毛细结构或者沟槽与丝网组合的复合式毛细结构。
6.如权利要求1所述的热管，其特征在于：该热管还包括一设置于蒸发段与冷凝段之间的绝热段，该绝热段设置有孔径大小介于蒸发段与冷凝段的毛细结构之间的毛细结构。
7.如权利要求1所述的热管，其特征在于：所述脉管由若干铜丝、不锈钢丝或纤维束制成的丝线编织后形成。
8.如权利要求1所述的热管，其特征在于：该工作流体为纯水，所述脉管内中心通道的直径为0.5mm与2mm之间。
9.如权利要求1所述的热管，其特征在于：所述脉管的外径小于管体内孔的直径，脉管的管壁上的孔隙与主毛细结构的孔隙相连通。
10.如权利要求1所述的热管，其特征在于：该辅毛细结构包括多个脉管，所述脉管于管体内间隔排列或者相互贴合。
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