CN103292628B - 热管及其加工方法和具有该热管的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热管，包括管壳及内置于所述管壳内的具有液相介质的第一流道和气相介质的第二流道的管芯；所述管芯包括第一管段和第二管段，其中，所述第一管段中的所述第一流道包围所述第二流道，所述第二管段中的所述第一流道与所述第二流道并行设置。本发明所述热管通过管芯结构排布的改进可有效降低蒸汽流动阻力，在获得良好散热性，同时能够最大限度的控制其外形尺寸，从而为高性能笔记本电脑的良好散热，以及应用于自身空间较小的平板电脑的可能提供了可靠保障。在此基础上，本发明还提供一种具有该热管的电子设备及该热管的加工方法。

Description

热管及其加工方法和具有该热管的电子设备

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种热管及其加工方法和具有该热管的电子设备。

背景技术

众所周知，良好的散热能够保证电子产品系统各部件的工作稳定性，要保证各个部件散热良好，相应散热配置均需要占用必要的设计空间。然而，伴随着科技的发展及应用需求的提高，小型化、集成化电子产品不断推陈出新，由于电子元件集成化程度的提高，单位面积的散热功率也必然随之增大，因此高度集成的电子元件在工作时，其表面温度会迅速上升。由此，散热性能与产品小型化之间存在相互制约的矛盾。

例如，对于笔记本电脑来说，越来越轻薄的产品设计留给系统散热的空间也越来越小。传统笔记本散热模组的设计，热管厚度直接影响到产品堆叠高度和产品出风处表面温度，并且影响到风扇在系统里的风量风压；现有超薄热管在打扁时，蒸气通道的截面面积变小，蒸汽流动阻力增加，蒸汽高速流动会把毛细结构里的水带回冷凝端，就样就很容易达到蒸汽的携带极限，所以热管所能带走的热通量就极大地受到限制。因此，在高性能笔记本电脑中，如何既满足高功率导热性能的要求，又能符合超薄设计趋势，目前仍没有行之有效的方法，这也使得产品设计受到极大局限。

再者，平板电脑受其自身空间的限制，传统热管设计无法应用于其散热系统，因而采用被动散热的方式；即，主要依靠壳体及热扩散材料(金属箔片、石墨片等)进行散热。由于壳体及热扩散材料导热能力有限，因此CPU等芯片的功率都不可能太高，进而限制整机性能的提升。

有鉴于此，亟待针对现有热管进行结构优化设计，以有效解决现有技术所存在的散热性能与外形尺寸无法得以有效控制的缺陷。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种热管，该热管通过管芯结构排布的改进可有效降低蒸汽流动阻力，在获得良好散热性，同时能够最大限度的控制其外形尺寸，从而为高性能笔记本电脑的良好散热，以及应用于自身空间较小的平板电脑的可能提供了可靠保障。在此基础上，本发明还提供一种具有该热管的电子设备及该热管的加工方法。

本发明提供的热管，包括管壳及内置于所述管壳内的具有液相介质的第一流道和气相介质的第二流道的管芯；所述管芯包括：

第一管段，所述第一管段中的所述第一流道包围所述第二流道；

第二管段，所述第二管段中的所述第一流道与所述第二流道并行设置。

优选地，所述第一管段设置在所述管芯的蒸发段和冷凝段；所述第二管段设置在所述管芯的中间段。

优选地，在蒸发段末端和冷凝段起始端的所述管芯的一侧管壁上均开有延伸至其最大直径处的切口；两个所述切口之间的所述管芯的一侧管壁向内折弯至与另一侧管壁贴合，形成蒸发段和冷凝段的所述第一管段及中间段的第二管段。

优选地，所述热管为扁管，其压管方向贯穿两层所述管芯的向内折弯的一侧管壁，且所述管芯的一侧管壁向内折弯形成的两条折边重合。

优选地，在与所述压管方向垂直的投影面内，所述切口自所述管芯的端部向中部斜向开设。

本发明提供的电子设备，包括多个内部发热部件和与所述多个内部发热部件相应设置的散热模组；所述散热模组包括散热器和连接所述散热器和所述内部发热部件的热管；所述热管包括管壳和内置于所述管壳内的具有液相介质的第一流道和气相介质的第二流道的管芯；所述管芯，包括：

第一管段，所述第一管段中的所述第一流道包围所述第二流道；

第二管段，所述第二管段中的所述第一流道与所述第二流道并行设置。

优选地，所述第一管段设置在所述管芯的蒸发段和冷凝段；所述第二管段设置在所述管芯的中间段。

优选地，在蒸发段末端和冷凝段起始端的所述管芯的一侧管壁上均开有延伸至其最大直径处的切口；两个所述切口之间的所述管芯的一侧管壁向内折弯至与另一侧管壁贴合，形成蒸发段和冷凝段的所述第一管段及中间段的第二管段。

优选地，所述热管为扁管，其压管方向贯穿两层所述管芯的向内折弯的一侧管壁，且所述管芯的一侧管壁向内折弯形成的两条折边重合。

优选地，在与所述压管方向垂直的投影面内，所述切口自所述管芯的端部向中部斜向开设。

本发明提供的一种热管的加工方法，包括如下步骤：

a.制备管芯本体和管壳；

b.在所述管芯本体的管壁上按照第一方向切两个开口，所述两个开口之间的管壁构成第一部分；

c.按照所述开口的方向将所述第一部分按压折弯制得管芯，所述管芯的所述第一部分至少与所述管芯本体上与所述第一部分对应的第二部分的管壁贴合；

d.将所述管芯装入与所述管壳中；

e.将所述管芯和所述管壳按照第二方向进行压制形成扁状热管，所述第二方向与所述第一方向不同；

其中，所述管芯上的所述第一部分和与所述第一部分对应的管壁形成第二管段，所述第二管段中的所述第一流道与所述第二流道并行设置；所述管芯上的其余部分形成第一管段，所述第一管段中的所述第一流道包围所述第二流道。

优选地，步骤b中，在与所述第二方向垂直的投影面内，所述开口自所述管芯的端部向中部斜向开设；且，所述开口延伸至所述管芯本体的最大直径处。

优选地，步骤d中，沿所述管芯的一侧管壁向内折弯形成的两条折边重合的方向确定所述第二方向。

优选地，步骤d中，所述管芯装入所述管壳中后填充制冷工质并封管；或者，步骤e中，压制形成所述扁状热管后填充制冷工质并封管。

本发明根据液相介质和气相介质流动所需空间的不同，合理排布管芯的结构，管芯整体上包括两种不同结构的管段。在第一管段，其液相介质的第一流道包围气相介质的第二流道，在第二管段，其液相介质的第一流道与气相介质的第二流道并行设置；也就是说，本方案所述管芯的两个管段具有不同工作状态。相比较而言，位于第一管段的第一流道和第二流道之间的相对位置关系与传统管芯相同，而位于第二管段的两个流道并行设置。与现有技术相比，本发明可有效兼顾散热性能及其外形尺寸两方面的要求。

首先，在热管外径尺寸及壁厚一致的基础上，与第一管段相比，第二管段的第一流道和第二流道之间的接触比表面积可减少50％左右，从而第二管段当中承载的气相介质的流通阻力得以有效降低，进而可以提高气相介质的流速；与此同时，由于第二管段的第一流道和第二流道之间的接触比表面积的减小，气相介质对回流的液相介质的影响可降到最低，极大地提高了蒸气携带极限。经生产试验数据表明，本发明相对于传统热管可提高30％以上的效能，且该热管的基本制备工艺相比于传统热管工艺没有大的改动，在显著提高热管效能的基础上，制造成本得以有效控制。

其次，由于管芯的第二管段的两个流道并行设置，因此，压管方向只要能够贯穿两层管壳和四层管芯的管壁，就能够确保第一流道与第二流道之间的并行，扁管的最小极限厚度仅为两层管壳和四层管芯的壁厚；而传统热管结构为预留有效的气相介质流动空间无法获得前述扁管厚度。显然，相同效能的基础上，本发明提供的热管相比于传统热管结构，压扁后的热管厚度可大大减薄，一方面，基于现有电子设备超薄设计趋势，能够在有限空间内满足高功率导热性能的要求，适应高性能电子设备的发展；同时，该结构热管为平板电脑应用主动散热系统提供了良好的技术支持。

在本发明的优选方案中，通过蒸发段末端和冷凝段起始端的管芯的一侧管壁上开设有切口，且两个切口之间的管芯一侧管壁向内折弯至与另一侧管贴合，以形成蒸发段和冷凝段的第一管段及中间段的第二管段。如此设计，切口后折弯工艺简单易于操作，可进一步控制热管制造成本。

在本发明的另一优选方案中，在与所述压管方向垂直的投影面内，所述切口自所述管芯的端部向中部斜向开设，以形成最佳的贴合状态，进一步提高局部液相介质回流能力。

附图说明

图1是具体实施方式中所述笔记本电脑的打开状态示意图；

图2示出了散热模组与内部发热元件之间的装配关系示意图；

图3是具体实施方式中所述热管的装配爆炸示意图；

图4是图3中所示第一管段处的热管截面图；

图5是图3中所示第二管段处的热管截面图；

图6至图10分别示出了具体实施方式中所述热管加工方法的各工序示意图。

图中：

基座100、显示器200、发热元件10、散热模组20、散热器21、热管22、热管蒸发段221、热管冷凝段222、热管中间段223、管壳31、管芯32、第一流道321、第二流道322。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种兼具良好传热效能及外形尺寸的热管，该热管通过结构改进可有效降低蒸汽流动阻力，在获得良好散热性，同时能够最大限度的控制其外形尺寸。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

不失一般性，本实施方式以笔记本电脑作为主体进行说明。

请参见图1，该图为本实施方式所述笔记本电脑的打开状态示意图。如图1所示，该笔记本电脑包括具有键盘模块的基座100和显示器200，两者之间铰接。其中，基座100内设置有多个发热元件10以及与发热元件10相应设置的散热模组20，该发热部件10具体可为CPU、显卡等功能元件；具体请参见图2，该图示出了散热模组与内部发热元件之间的装配关系示意图。

如图2所示，散热模组20包括散热器21和热管22，热管22连接在散热器21与发热元件10之间。具体地，与发热元件10相连的热管蒸发段221用于吸收发热元件10工作产生的热量，与散热器21相连的热管冷凝段222用于将热管22吸收的热量通过气流传递输出。上述换热过程中，对于类似于CPU这样发热面积较大的发热元件，也可以增加集热部件(图中未示出)配合使用，以提高传热效率。

需要说明的是，基座100与显示器200的主体结构均可以采用现有技术实现，故本文不予赘述。此外，前述散热模组20与壳体及发热元件10之间的相对位置配合关系可以与现有技术相同；同时，除散热模组10外，该笔记本电脑的其他功能组件也可以采用现有技术实现，本文同样不再赘述。请参见图2，该图是散热模组10的整体结构示意图。

为详细说明本申请的核心设计，请一并参见图3，该图为热管的装配爆炸示意图。

与现有技术相同，该热管22包括管壳31和内置于管壳31内的具有液相介质的第一流道和气相介质的第二流道的管芯32；管芯32可以为金属网管芯、沟槽管芯或者粉末烧结管芯，管壁上的毛细结构形成液相介质的第一流道，并通过管壁内腔空间形成气相介质的第二流道。

本方案的管芯包括上述第一流道和第二流道相关方位改进的第一管段和第二管段，具体地，本方案中第一管段应用于热管蒸发段221和热管冷凝段222，第二管段应用于热管中间段223。当然，沿热管的长度方向，前述第一管段、第二管段排布关系并不构成对本申请保护范围的限定。

请一并参见图4和图5，其中，图4是第一管段(热管蒸发段221或者热管冷凝段222)处的热管截面图，图5是第二管段(热管中间段223)处的热管截面图。

第一管段中的第一流道321包围第二流道322，第二管段中的第一流道321与第二流道322并行设置。显然，管芯第一管段中两个流道的方位关系与现有技术完全相同，其第二管段中并行设置的两个流道对热管效能的提高产生了实质性的影响，以下进行对比说明。

首先，结合图4、图5所示内容可知，在热管外径尺寸及壁厚一致的基础上，与第一管段相比，第二管段的第一流道321和第二流道322之间的接触比表面积可减少50％左右，由此使得第二管段当中所承载的气相介质流通阻力得以有效降低，进而可以提高气相介质的流速；与此同时，由于第二管段的第一流道321和第二流道322之间较小的接触比表面积，气相介质对回流的液相介质的影响可降到最低，极大地提高了蒸气携带极限，为提升热管的效能提供了可靠保障。

另外，正是由于承载气相、液相两种介质的流道在管芯32的第二管段并行设置，压扁后的热管22厚度能够作到最小尺寸，且该最小尺寸厚度下的第二管段依然能够以前述较小的接触比表面积的特性获得较好的传热效能。以图中所示的芯管工艺为例，热管厚度可达到的最小值为两层管壳31和四层管芯32的管壁，也就是说，压管方向只要能够贯穿两层管壳31和四层管芯32的管壁，所贯穿的实体结构压后依次贴合，就能够确保第二管段的第一流道321与第二流道322之间的并行。然而，传统热管结构为预留有效的气相介质流动空间无法获得前述扁管厚度，进行超薄设计时受热管效能影响存在瓶颈(传统热管的各截面完全一致，且与本发明第一管段的截面相同，因此可参考图4所示内容进行说明)，结合图4可知，热管22的厚度尺寸链主要是由管壳31壁厚、管芯32的壁厚以及真空度很高的内部气相流动区域组成，显然，由于管壳31和管芯32的壁度存在客观的物理上的极限，当热管打扁时减小整体厚度将直接减小供气相高速流动的区域，也就是说，打扁厚度越小该空间越小。因此，受热管效能的影响无法满足现有超薄电子设备的需求，而本发明提供的热管相比于传统热管结构，压扁后的热管厚度可大大减薄。

工作过程中，热管蒸发段经过热源加热，其内的液相介质开始转化为气相；在热管中间段，气相介质从第二流道高速传送，液相介质从管芯第二流道的毛细结构中由虹吸力驱动回流到蒸发段；而当高温气相介质到达冷凝段时，由于散热器或者冷却器件使热管温度降低，气相介质转化为液相介质，并进入冷凝段的管芯第一流道的毛细结构中。下面结合热管的不同工作段描述其工作原理。

一、热管蒸发段。其中制冷工质大部份为液相流质，经过热源加热，开始转化为气相，这时所需要占用的内部气相流道空间很小，因此采用图4所示第一管段结构的管芯物理排布，这种排布可以充分使液相介质周均匀覆盖热管内部，不影响流质蒸发。具有较高的蒸发效率，可避免因没有毛细结构产生的无效蒸发面积，降低蒸发热阻。

二、热管中间段。其中高温气相介质占的第二流道空间比较大，因此采用图5所示的第二管段结构的管芯物理排布，从而减少气液两相接触面积，降低蒸汽流通阻力，这样，蒸汽对回流的液相工质的影响降到最低，极大提高了热管的蒸气携带极限，从而提高热管的效能。

三、热管冷凝段。其中高温气相介质开始放热，转化为液相，这时所需要占用的空间变小，因此，采用图4所示第一管段结构的管芯物理排布，这种排布可以充分使液相介质周向均匀覆盖热管内部，使热管内部温度均匀，提高热管冷却速率。可确保较好的冷凝后冷凝水的回流效率，避免因没有毛细结构产生的无效冷凝面积，降低冷凝热阻。

基于前述关于管芯物理空间排布的结构改进，以及现有加工制造技术水平，可以确定多种该结构管芯的制备方法。例如，粉末烧结直接成形，沟槽管芯侧壁材料去除后成开，金属网管芯侧壁材料去除后成形等。以下结合图6至图10详细阐述一种前述热管的加工方法。

该热管的加工方法主要按照以下步骤进行：

a.制备管芯本体和管壳，如图6所示，其中仅示出管芯本体结构；

b.在管芯本体的管壁上按照第一方向切两个开口，两个开口之间的管壁构成第一部分，如图7所示；

c.按照所述开口的方向将所述第一部分按压折弯制得管芯，该第一部分至少与管芯本体上与第一部分对应的第二部分的管壁贴合，如图8所示；

d.将管芯装入与管壳中，如图9所示；

e.将管芯和管壳按照第二方向进行压制形成扁状热管，第二方向与所述第一方向不同，如图10所示；

其中，管芯上的第一部分和与第一部分对应的管壁形成第二管段，第二管段中的第一流道与第二流道并行设置；管芯上的其余部分形成第一管段，第一管段中的第一流道包围第二流道。

其中，制冷工质的注入可以有不同的处理方式。一种方式是在步骤d中，所述管芯装入所述管壳中后填充制冷工质并封管；另外一种方式是在步骤e中，压制形成所述扁状热管后填充制冷工质并封管。

在前述制造方式的基础上，可以从加工工艺的角度作进一步改进。

例如，步骤b中，在与第二方向(压管方向)垂直的投影面内，该开口自管芯的端部向中部斜向开设，且，开口延伸至所述管芯本体的最大直径处也就是说，形成于蒸发段末端和冷凝段起始端的管芯的一侧管壁上的切口均延伸至其最大直径处，以形成最佳的贴合状态。

例如，步骤d中，沿管芯的一侧管壁向内折弯形成的两条折边重合的方向确定所述第二方向(压管方向)，其压管方向贯穿两层所述管芯的向内折弯的一侧管壁，以确保其第二管段的液相介质第一流道与气相介质第二流道之间并列状态具有最小的接触比表面积。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.热管，包括管壳及内置于所述管壳内的具有液相介质的第一流道和气相介质的第二流道的管芯；其特征在于，所述管芯包括：

第一管段，所述第一管段中的所述第一流道包围所述第二流道；

第二管段，所述第二管段中的所述第一流道与所述第二流道并行设置；

在所述管芯的一侧管壁上开设有两个切口，两个所述切口之间的所述管芯的一侧管壁向内折弯至与另一侧管壁贴合，所述管芯上两个所述切口之间的管段形成所述第二管段，其余管段形成所述第一管段。

2.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，所述第一管段设置在所述管芯的蒸发段和冷凝段；所述第二管段设置在所述管芯的中间段。

3.根据权利要求2所述的热管，其特征在于，两个所述切口均延伸至所述管芯的最大直径处。

4.根据权利要求3所述的热管，其特征在于，所述热管为扁管，其压管方向贯穿两层所述管芯的向内折弯的一侧管壁，且所述管芯的一侧管壁向内折弯形成的两条折边重合。

5.根据权利要求4所述的热管，其特征在于，在与所述压管方向垂直的投影面内，所述切口自所述管芯的端部向中部斜向开设。

6.电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

多个内部发热部件；

与所述多个内部发热部件相应设置的散热模组；所述散热模组包括：

散热器；

连接所述散热器和所述内部发热部件的热管；所述热管包括：

管壳；

内置于所述管壳内的具有液相介质的第一流道和气相介质的第二流道的管芯；所述管芯，包括：

第一管段，所述第一管段中的所述第一流道包围所述第二流道；

第二管段，所述第二管段中的所述第一流道与所述第二流道并行设置；

在所述管芯的一侧管壁上开设有两个切口，两个所述切口之间的所述管芯的一侧管壁向内折弯至与另一侧管壁贴合，所述管芯上两个所述切口之间的管段形成所述第二管段，其余管段形成所述第一管段。

7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述第一管段设置在所述管芯的蒸发段和冷凝段；所述第二管段设置在所述管芯的中间段。

8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，两个所述切口均延伸至所述管芯的最大直径处。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述热管为扁管，其压管方向贯穿两层所述管芯的向内折弯的一侧管壁，且所述管芯的一侧管壁向内折弯形成的两条折边重合。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，在与所述压管方向垂直的投影面内，所述切口自所述管芯的端部向中部斜向开设。

11.一种热管的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.制备管芯本体和管壳；

b.在所述管芯本体的管壁上按照第一方向切两个开口，所述两个开口之间的管壁构成第一部分；

c.按照所述开口的方向将所述第一部分按压折弯制得管芯，所述管芯的所述第一部分至少与所述管芯本体上与所述第一部分对应的第二部分的管壁贴合；

d.将所述管芯装入所述管壳中；

e.将所述管芯和所述管壳按照第二方向进行压制形成扁状热管，所述第二方向与所述第一方向不同；

其中，所述管芯上的所述第一部分和与所述第一部分对应的管壁形成第二管段，所述第二管段中的第一流道与第二流道并行设置；所述管芯上的其余部分形成第一管段，所述第一管段中的第一流道包围第二流道；

其中，所述第二方向为压管方向，在与所述压管方向垂直的投影面内，所述开口自所述管芯的端部向中部开设。

12.根据权利要求11所述的热管加工方法，其特征在于，步骤b中，在与所述第二方向垂直的投影面内，所述开口自所述管芯的端部向中部斜向开设；且，所述开口延伸至所述管芯本体的最大直径处。

13.根据权利要求12所述的热管加工方法，其特征在于，步骤d中，沿所述管芯的一侧管壁向内折弯形成的两条折边重合的方向确定所述第二方向。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的热管加工方法，其特征在于，步骤d中，所述管芯装入所述管壳中后填充制冷工质并封管；或者，步骤e中，压制形成所述扁状热管后填充制冷工质并封管。