CN1063842C - 微型热管 - Google Patents

Abstract

揭示了一种适用于传热装置的微型热管，其中形成的金属拉伸毛细管具有内径小得能够使具有预定量的二相压缩工作流体移动，并在充满和密闭状态下封入该金属毛细容器里，大多数吸热段和散热段被配置在拉伸金属管的预定部分上，并且在那里交替布置着。金属质拉伸毛细管的两端通过密封或密封连接、以形成一种二相压缩工作流体的回路状流动通道。此外，实质上没有流量限向装置，省掉了例如止回阀。

Description

微型热管

本发明一般涉及一种热管，并且更特别地能提供小尺寸、轻重量和用于热管的受热和散热装置、以及能获得一种具有不能用常规方法制造的、极细内径和外径的连续毛细尺寸的十分长的热管。

按照安装位置，近来制造的金属毛细热管导致明显的性能变化。特别是在顶部加热位置的毛细热管、即在热管的吸热段的水平面高于散热段的水平面的位置，毛细热管的运用几乎是不可能的。

因此，在操作中，将来自蒸发段的工作液体的蒸汽流以高速移向冷凝段，和将来自冷凝段的冷凝液体流循环至蒸发段，彼此以相反方向交汇，它们的相互干扰使得热管直径难以变得更细。因此，限定了制造一种具有外径约3毫米、且长度约400毫米的细毛细热管。事实上，一般涉及微型热管的毛细热管中，仅几十毫米的长度限止了热管的制造。

使用带有回路部分的回路状热管，其中小弯曲度和在使用中的小自由度是成问题地的，因此是不可能使用的。

1990年5月1日公布的美国专利No.4,921,041和于1988年12月27日公开的日本专利申请第一次公开No.昭和63-31849举例说明了以前提出的解决上述问题的热管。

一典型的以前提出的毛细热管(参见图2)包括：一具有两端、彼此气密连接以形成连续毛细回路状流动通道的连续毛细尺寸的连续性拉伸管(2)；

一种在拉伸管里的载热流体，其预定数量足以允许该流体的流动通过由拉伸管定义的密闭状态中的回路流动通道；至少一位于拉伸管第二部分的吸热段(2-H)，用于加热其中的流体；至少一个位于拉伸管第二部分的散热段(2-C)，用于冷却其中的流体；以及位于回路状流动通道的流量控制装置(3)，用于限定载热流体在流动通道里的单向流动。特别是在容器里注入一种作为载热流体的二相压缩工作流体(4)。注意毛细管的内径小于内径的最大值，从而使由于管子表面张力的存在而使总是密闭在管内的工作流体得以循环或移动。

至少有一止回阀(3)构成流量控制装置。

在上述回路状热管中，配置外部散热装置(c)以冷却散热段(2-C)，配有外部加热装置(H)以加热吸热段(2-H)。在此时，该止回阀的作用是把回路状容器分隔成许多压力室，其中在受热段产生泡核沸腾而引起振动压力差和借助于止回阀以在许多压力室之间形成吸气作用。在吸热段的泡核状沸腾是用来在流体中传送压力波，该压力波引起阀体的振动。止回阀的振动和吸气作用之间的相互作用一起在工作流体上产生一强劲的循环推动力。

在上述方法中，该二相工作流体本身按预定方向在回路中循环。该泡核沸腾是不连续的。因而，该循环工作流体(4)带着其交替排列的的蒸汽泡(5)和工作流体(4)(密闭的液滴)循环。因此，由于通过工作流体的热传递的潜热和蒸汽泡(5)的显热而发生热传导。

与热管的安装位置无关，起因于工作流体的循环流的热传导使得极好的热传导能力成为可能，与热管的安装位置无关。此外，因热管具有毛细尺寸，故可能得到小尺寸和轻重量的热管。由于使用自由弯曲形状的热管、所使用的热管的自由度就可能显著地增大。

然而，不管在使用中的安装位置和可被自由弯曲的热管(参见图2)显示出极好的性能，以前提出的热管也有待解决的各种问题。

待解决的问题是促进热管的直径在微米范围内的进一步小型化，以及降低热传导装置和吸热和散热装置的重量以达到热管技术领域的要求。

更详细地说明仍需解决的问题列于下面：

a)如果把较薄直径的热管容器落实在内径约1.2毫米的范围，产品的损坏率(是与产品的产量成反比)突然升高，并且显著地降低其强度。在制造装置于回路状热管的止回阀的情况中，止回阀具有一个非常小的尺寸，因此不能保证在热管制造期间控制其质量。

在美国专利No.4,921,041中揭示的，对于制造实用的回路状热管要求许多接合点。如图3中所示，所要求的接合点是例如用于安装止回阀的接合点(3-1、3-2、3-3)，用于连接每个形成回路的热管段的接合点(8)，用于将工作流体注入毛细管(2)里面的接合点(9)，以及用于毛细管的排气接合点(10)。在其制造过程时完成各个接合点的焊接工艺。例如，接合点(3-1、3-2、3-3和8)需要在其两部分焊接，接合点(9、10)需要在其四部分焊接。因此，在外径小于1.6毫米和内径小于1.2毫米的热管中、在焊接工艺中发生意外的困难。所以，产品的强度被降低了。

b)对于在高温下的大热量输入，即使使用用红宝石制成的球体作为每个止回阀的阀体也难以保证长期可靠性。在对散热器进行可靠性试验过程中要求在300℃、5千瓦的热量输入下进行脉冲实验，发生这样一种用红宝石制成的球体被破裂的情况。由此，用碳化钨球体代替用红宝石制成的球体并且进行可靠性试验。相对重量大到13，在低热量输入时工作变得更坏。此外，因为太大的相对重量，浮动操作变得困难了，并且导致阀体的开启和闭合冲击。这表明不能保证长期可靠性。

c)为了保证止回阀的长期可靠性，对毛细容器存在金属材料的有限选择。

对装置的回路状热管的止回阀的可靠性试验表明按照用于毛细管内表面的金属材料，在金属毛细管的内表面的金属结晶体出现晶间侵蚀以及多数金属粉末是游离的并且沉积在每个止回阀上，结果是热传导装置失效。

d)在美国专利No.4,921,041中揭示用作止回阀的浮动类型的情况，目的在延长有效保证期，由在止回阀中渗漏损失引起的反应力上如此微弱以致于在顶部加热位置的状态下所用的热管，其吸热和散热段的水平差被限定在约1000毫米。

本发明的一个主要目的在于提供一种解决上述问题、超过在美国专利No.4,921,041中揭示的热管且显示极好优点的微型热管，它明显地使附加的吸热和散热装置小型化和降低其重量，并且可达到通常难以制造(低产量)的微米规格的毛细管直径尺寸的热管。

上述目的可通过提供一种微型热管来获得：包括：a)一连续毛细尺寸的毛细拉伸管，它具有彼此气密连接的两端，从而形成连续毛细回路状流动通道；

b)安装在所述回路状毛细拉伸管的多个部分上的多个吸热段和散热段，吸热段和散热段交替地安装在所述回路状毛细拉伸管上；

c)工作流体，它包括具有两相的压缩流体，它的一部分或全部在所述微型热管工作温度范围内在气相和液相之间进行相变换，所述工作流体的封入数量在液相时少于所述流动通道内容积；

其中，所述回路状毛细管的内壁具有使工作流体密闭和使其循环或移动的直径。

上述目的也可通过提供下列步骤制造的热管产品来获得：a)在密封的金属毛细管的预定部分中配置循环流向限定装置，其两端是内连的；b)在金属毛细管的第一预定部分提供至少一个吸热段；c)在金属毛细管的第二预定部分提供至少一个散热段；d)按预定数量将预定的二相压缩工作流封入回路状金属毛细管，因此循环流向限定装置之间的相互作用，在吸热段产生的泡核沸腾和在吸热段和散热段之间的温差使二相工作流体按循环流动限定装置限定的方向在回路状金属毛细管的流动通道内流动，因此在吸热段和散热段之间产生热交换；以及

e)从金属毛细管中除去循环流动限向装置。

图1是按照本发明的第一种较好的实施例的微型热管的简略正视图。

图2是在美国专利No.4,921,041中揭示的回路状热管的部分剖面正视图、其中一定量的热量通过工作流体的循环而被传导的。

图3是为了装配示于图2的回路状毛细容器而对回路状热管的接合点的焊接部分的示意图。

图4是按照本发明的第二种较好的实施例的微型热管的示意投影图。

图5是按照本发明的第三种较好实施例的微型热管的示意正视图，用于解释在第三种较好实施例的微型热管的工作原理。

图6是按照本发明的第四种较好实施例的微型热管的示意正视图。

图7显示示于图6的第五种较好实施例的微型热管的一部分工作状态的实际记录曲线图。

图8是按照本发明第五种较好实施例的微型热管的示意投影图。

图9是按照本发明第六种较好实施例的微型热管的简要部分剖面正视图。

图10是按照本发明第七种较好实施例的微型热管的示意正视图。

图11(A)是按照本发明第八种较好实施例的微型热管的示意正视图。

图11(B)是具有用于与图11(A)比较的，先前提出的具有止回阀的热管的示意正视图。

下面将参照附图和图表以便于对本发明更好的理解。

必须注意以前提出的热管的结构和缺点已在发明的背景中加以叙述，参见附图2和3。

(第一种较好的实施例)

图1显示了按照本发明的第一种较好实施例的微型热管。

如图1所示，一种密封的毛细容器1是由一拉伸金属毛细管构成的，它具有内径小得足以能使预定的、真空密封的二相压缩工作流体拉伸金属毛细管组成的，总是在一般密闭状态下，且由于其表面张力而流经容器1。容器1的许多预定部分是由吸热段1-H组成的，容器1的若干其它预定部分是由散热段1-C组成的。此外，散热段1-C是位于各个吸热段1-H之间。在图1中，H表示吸热装置以及C表示散热装置。毛细容器1的两端1-E是在将预定量的二相压缩工作流封进容器1后加以焊接的。

在示于图1的微型热管中，在每个吸热段产生泡核沸腾导致位于各个吸热段1-H之间的部分毛细容器的工作流体产生轴向振动，该轴向振动将热量从各个吸热段移至各个散热段。

具有外径小于1.6毫米和内径小于1.2毫米的毛细热管，特别地是在微米级范围的极细的毛细管中是有效的。

当毛细容器的直径变细时，在容器中压力损失的增加而使工作流体循环产生的热传导效率变得更坏。另一方面，随着容器直径变细，当液体质量承受振动时，因为更容易产生轴向振动，从而由于轴向振动而改善热传导效率。

第一种较好实施例的微型热管的主要优点是非常易于把工作流体注入容器1中。

那就是说，将预定的二相工作流体在压力下通过一端1-E注入，从而通过另一端排出容器中的气体。那么，当仅有部分二相工作流体被排出时，封闭两端1-E，因此密封和完成满量的二相工作流体。在这种情况中，另一端的密封可通过安装于另一端上的阀装置而进行。当在注入满量的工作流体之后安装阀时，用一台精密重量仪表测量注入容器中的工作流体的重量，当充注最适量的工作流体并保留在毛细管中时，可将阀闭合。因此，可易于得到充注最适量工作流体的方法。这种方法可避免将空气混进容器中，并且实现充入容器中的工作流体的精确调整。这种方法可被用于内径为0.5或更小的微型热管。

因为可省掉微型热管中所有的接头，在使用中自由度是大的，以及在第一种较好实施例的情况的微型热管可被容易地装在每一设备上。因不存在接头装置，故微型热管无侵蚀性质，并且不会由于不完全连接而出现故障。从而可显著地提高作为热传导装置的微型热管的可靠性。

当与在美国专利No.4,921,041中揭示的回路状热管相比时，第一种较好实施例的微型热管的另一个主要优点是充满的工作流体的数量范围宽至10％-95％，并且底部加热方式与顶部加热方式的性能差异与工作流体的充注量的满量范围相比是非常小的。

尽管工作流体不能做到充分地环流，但对产生泡核沸腾的轴向振动所提供的能量是有效地作用于工作流体上的，并且即使工作流体的数量是大量的，它仍是起很好的作用。另一方面，即使工作流体数量较少，能量的大振幅足以引起泡核沸腾作用。这意味着即使降低工作流体充满量的百分比准确度，而封闭工作流体的操作过程则变得简单，微型热管的性能也不会变坏。

在上述第一种较好实施例的微型热管情况中，受到长期剧烈温度循环的金属材料经常引起在金属晶粒中的微粒剥离，并且产生大量的金属粉末。该金属粉末经常沉积在毛细容器的弯曲部分并堵塞其弯曲部分。实验结果，当使用不含铜的磷酸时，该热管在300℃下被处理，并且经约300小时后，弯曲部分开始堵塞。

当使用未氧化的铜时，热管在270℃下被处理，并且即使经1000小时后，弯曲部分中不发生变化。

在第一种较好实施例的毛细热管的内径设计成1.2毫米或更小。然而，如果在曲折形热管中每个转口处的长度是短的、且每个吸热/散热段之间的距离也是短的，可使用内径约4毫米的微型热管。

(第二种较好的实施例)

图4显示了按照本发明的微型热管的第二种较好实施例。

两根拉伸的金属毛细管，各具有外径为1毫米和内径0.7毫米，形成拉伸直径38毫米和短径18毫米、以及45个转口的椭圆形和螺旋形的金属毛细管。然后，制成转折点为45的二个螺旋形和曲折形的毛细容器制取。作为吸热装置的两个半径为9毫米的半圆槽、高为13毫米的叶片以及吸热底面积为50毫米×50毫米的铝质受热器H-S。如图4中所示，经焊接后实现毛细管1-1、1-2的装配。装配后，将相对于与一金属毛细容器1-1、1-2的净容积且具有预定百分比的HC-FC142b注入每一毛细管中以作为工作流体，然后，焊封毛细管的两端以形成一种按照本发明所谓的微型热管。为了简便起见，在图4中图解此微型热管。

在图4中，1-1和1-2表示毛细管容器。1-H-1和1-H-2表示吸热段，1-C-1和1-C-2表示散热段，以及1-E、1-E表示毛细管1-1、1-2的末端部分。带C的箭形标记表示来自冷却装置的冷却风。

改变注入毛细管1-1、1-2中的工作液数量。改变加到吸热段1-H-1、1-H-2的热量以测量吸热段中的温升，以及测量吸热段中的热传导能力。通过与热阻值R[℃/W]相比测量热传导能力，该R值由作为被除数的受热器的吸热表面和冷却风之间的温差Δt(℃)、作为除数热量输入Q[W]通过计算而得到商数。

表Ⅰ和表Ⅱ表示了在冷却风速为3m/s时底部加热方式和顶部热方式的测量结果。表Ⅰ底部加热方式(适用于受热器的吸热表面较低的一边)

热量输入QW	密封的工作流体相对于容器的全部内容积的百分数
							74％		53％		36％
	Δt℃	R℃/W	Δt℃	R℃/W	Δt℃	R℃/W
							5	4.1	0.82	5.4	1.08	5.1	1.02
10	8.0	0.80	8.7	0.87	8.9	0.89
							20	15.0	0.75	14.7	0.74	15.1	0.76
30	22.4	0.75	21.3	0.71	21.5	0.72
							50	36.6	0.73	34.0	0.68	34.2	0.68
90	62.6	0.7	58.5	0.65	58.5	0.65

            表Ⅱ顶部加热方式(适用于吸热表面较高边)

热量输入QW	密封的工作流体相对于容器的全部内容积的百分数
							74％		53％		36％
	Δt℃	R℃/W	Δt℃	R℃/W	Δt℃	R℃/W
							5	5.8	1.16	5.2	1.04	5.3	1.06

10	9.5	0.95	8.6	0.86	8.9	0.89
							20	16.3	0.82	15.2	0.76	14.8	0.74
30	22.7	0.76	21.7	0.72	22.1	0.74
							50	37.6	0.75	33.9	0.67	34.4	0.69
90	63.8	0.71	57.8	0.64	58.0	0.64

表Ⅰ和Ⅱ表明下列结果：

a)这样一种小尺寸的散热装置有50W的热阻值性质和0.7℃/W或更小的散热特性。这符合工业要求。

b)工作流体液体的封入数量在30％和50％之间。

c)图4中所示的热管在顶部和底部加热两种方式中显示了优秀的特性。

(第三种较好的实施例)

图5显示可按照本发明第三种较好的具体微型热管。

如图5中所示，从毛细管的工作流体再循环流动通道中删除所有的循环限向装置、例如如图2中所示的止回阀。

然而，在美国专利No.4,921,041中按相同方式所揭示的，在毛细管1周围至少装配一个吸热段1-H和一个散热段1-C。

更进一步地,工作液体4是在所有封闭的回路的位置上循环。这在毛细管的情况下是必不可少的。毛细管1的两端相互连接，因此，流体4在可按环路形状而自由循环。至少一个毛细管1的预定部分是由吸热段1-H组成的，以及余下的毛细管预定部分是由散热段1-C组成的。吸热和散热段1-H和1-C是交替地布置在毛细管的部分上。该预定的二相压缩工作流体4的预定容量小于毛细管1的内部总容量。该毛细管的相对内壁之间的直径小于工作流体总是按密闭状态在毛细管1中循环或移动的最大直径。

在图5结构中，为了需要一种气相容积部分以在吸热段产生泡核沸腾，工作流体4的预定充注量小于毛细管1的总的内部容量。此外，为了使工作流体4能快速移动，使其与在吸热段1-H的泡核沸腾的蒸气压相符合，毛细管1的内壁的直径得以使一种密闭工作流体4能环流或移动。在图5中，数字5表示一种蒸汽泡。

下面将揭示如图5中所示的微型热管的运动。

(A)压力波脉冲和轴向振动的产生：

因在每个吸热段1-H的热量吸收而造成的工作流体的泡核状沸腾，导致在每一吸热段1-H内部间歇地和快速地产生蒸汽泡群。每一蒸汽泡沫伴随有快速膨胀，然后，因绝热膨胀的冷却而使蒸汽泡快速冷凝。这使得工作流体产生压力波脉冲，这些脉冲按容器1的轴向而在回路中运行。虽然一脉冲撞着另一个相对于流动通道产生压力波段口一边的脉冲，但它们是彼此不一致的，并且由于包括压缩的空气泡在内的工作流体的压缩性而不相互抵消。在分别安装在毛细管的许多部分上的吸热段1-H的情况下，从各自吸热段产生的脉冲是相互抵消或相互增强，因此产生强有力的脉冲。这种脉冲对着回路中的工作流体产生强劲的轴向振动。因此所产生的工作流体的轴向振动通过工作流体而传播，并且压缩包括在工作流体部分中的蒸汽泡沫。

此外，在回路中产生次振动。该次振动是位于毗连的吸热段之间的工作流体在管内的一种正向/反向运动。正向/反向运动起因于轴向压力的施加或起因于总的气体泡沫的间歇发展、膨胀和冷凝。总的蒸汽泡沫是通过许多蒸汽泡沫形成的。在相互毗连的吸热段中的蒸汽泡沫通过位于毗邻的吸热段之间的管中的工作流体而无规则地、交替地或同步地产生。

虽然传播速度显然地比上述所产生的压力波脉冲慢得多，但次振动是一种振幅较大和较强的振动。此外，在多数吸热段被安装在回路中的情况下，这种振动如从所在吸热段产生的那些一样，因相互干扰而部分衰减。然而，其它部分的振动是增强的，所以次振动的总体增强，以得到一种更有力的振动。

(b)工作流体循环流的产生

如在图5中所示，由于在工作流体4的沿轴正向/反向运动的振动群和由于振动的干扰和为了对工作流体4提供一种压缩性，以及为了避免在工作流体中传播的压力波脉冲群消失，基本上工作流体4交替地将其蒸汽泡沫5分配管内。对于工作流体4，为了促进振动的产生，必需使得工作流体4的压力损失降低。此外，对于工作流体必须具有一种如后文所述的热传导性能且视温度而定的良好特征。为了交替地分配蒸汽泡沫5和工作流体4，必需对以循环气流状的工作流体按顺序的从吸热段传导蒸汽泡。

然后，在无止回阀的微型热管中的循环流如下所述而产生：

(1)降低和压缩在吸热段产生的蒸汽泡沫压力。因而，在如图7中所示的水平放置毛细管的情况中，工作流体4朝着最接近吸热段1-H的一个散热段1-C流动，因此在回路中的工作流体按照带有箭头标记的实线表示的方向循环。

(2)如图5中所示的毛细热管作为底部部分是处于带有较低的吸热段1-H、和带有一个垂直支承的容器连接段1-2的底部加热位置。在这位置中，在吸热段1-H产生的空气泡沫群5是最易升高的。空气泡沫5通过低阻力的容器连接段1-2上升，并且在工作流体4中的多数空气泡沫群是冷凝的以及由于借助于重力通过曲折形部分而落下。因而，工作流体按带有箭头的虚线方向循环。那就是说，该工作流体按易于得到重力帮助的方向自发循环。

(3)在毛细管中的工作流体自发地选择了较低阻力的方向，并且沿此方向循环以及不再停滞。

(4)热量的传导

因(a)项和(b)项的相互作用，工作流体4产生相应于由吸热段1-H给予热量的轴向振动，因此按从一个吸热段到一个散热段的方向传递热量。

日本专利申请第二次公开(经审查的)平成2-35239提供了一篇工作流体管状通道的理论分析的文献，由于通过许多对充满在管状通道内的工作流体的轴向振进行的实验而显示的热传导性质。在上述日本专利申请第二次公开中，详细揭示了因工作流体的轴向振动而引起的热传递的工作理论。按照本发明的第三种较好实施例的毛细热管的情况基本上相同。第三种较好实施例是基于作为一种热传导的有效装置的管状通道中工作流体的轴向振动的事实。

在第三种较好实施例的基本工作理论将如下简短揭示：

热传导装置的部分可用在轴向振动中的振幅作为单一单元来分隔，并且当流体在具有振幅单一单元的一部分振动时，不可能再振动的流体极薄的边界层可在管壁的内表面和振动流体之间形成。如果在流体单位长度的两端之间存在温差，在边界层和管壁内表面之间的瞬间温差由于热传导性而立即被传导和储存。然而，在下一个瞬间，流体的低温段朝着边界层和管内表面移动，因此温度段相互地和相对地进行交换。边界层的较高温度段给予流体以热量，并且较低温度段从流体中吸收热量。流体的振动引起快速重复的热量吸收和传递。在带有边界层和管内表面的流体中产生一个快速热平衡作用。热传递装置管子的总长可按无数热传递装置单位长度的聚集来考虑。因此，该热传导装置显示了使工作流体在遍及热传递管的总长范围内均匀热化的功能。这是因为由于热平衡作用而使热管具有作为热量传导的相似功能、以及作为有效的热传导装置。

(d)温度传递能力的吸热段的依赖于温度的特性

依赖于温度的特性、例如为了使热量传导装置得以有效的工作，热传导能力按照热量输入的大小而增加。在第三种较好的具体情况中，相应于热量输入逆着吸热段、泡核沸腾变快并且热量传递变得积极。蒸汽泡沫在毛细管中循环，交替地分配在管中的工作流体按照在吸热段中温度升高而引起的工作流体的饱和蒸气泡沫的升高而被压缩。压力波脉冲和流体振动传播能力的增强，因此热传递能力的吸热段依赖于温度特性变得更好。

在第三种较好的实施例的毛细管与止回阀的删除无关，能将热量从吸热段传递至散热段。因为热传导理论是基于工作流体的轴向振动而引起的热传导产生的，最好是尽可能最少地抑制由于轴向往复运动和振动而产生的振动衰减和由于压力波脉冲而引起的振动。因此，当内壁表面变得更光滑时，可降低在毛细容器的内壁表面上的振动衰减。光滑管内表面的方法包括使用一些化学装置来进行磨光作业。

毛细管的材料是降低上述振动衰减的关键点。该振动被认为是内压力的变化，所以这样一种归因于弹性变形的作为吸收内部压力变化的材料是要求避免的。此外，由于振动的产生和管的内压力荷重是一个剧烈的重复荷重而使大的内压力施加在管的内部。这样一种具有低强度、缺乏防蠕动特性的材料不是较好的。然而，因为吸热段和散热段是热交换部分，经常是吸热段和散热段不可避免地需要使用这样一种不很好的材料、例如在强度和防蠕动特性观点上不是合乎要求的铜或铝。

因此，因为与吸热段相比具有厚度足够厚的毛细管部分形成的绝热段至少连接吸热段和散热段，理想的是具有大杨氏模量和较好的防蠕动特性构成的较好的金属材料。

因为热传导具按作为边界层和毛细管内表面的介质产生的热平衡作用为基础的，故从毛细管容器的外表面的热量辐射将明显降低热传导的有效性。因此，理想的是在毛细管容器的吸热段和散热段之间的连接段(绝热部分)为一种绝热材料所覆盖。

因为上述热平衡作用主要是由热传导引起的，理想的工作流体具有较高的导热率。那就是说，如果使用液态金属作为工作流体，在第三种较好具体情况中的毛细管可获得性能上的显著提高。

因为在第三种较好实施例的毛细管状热管，由于工作流体的轴向振动，而使用传热热传导的基本理论相似于与日本专利申请第二次公开平成2-35239有关的传热装置。

要注意到，在第三种较好实施例的毛细管状热管就许多热传递装置的结构、工作流体产生的振动以及其它方面而论，与在日本专利申请第二次公开平成2-35239中揭示的总体上是不同的。所以，如第三种较好实施例的毛细管是新颖的。

注意到第三种较好实施例的基本理论是与美国专利No.4,921,041和日本专利申请第一次公开No.昭和63-3184493列举的回路状毛细热管有关的。然而，在第三种较好实施例况中的毛细热管删除了定向流动装置(止回阀)。几乎所有的在美国专利No.4,921,041和日本专利申请第一次公开昭和63-318493中揭示的较好的实施例可被应用于作为经毛细管变型的第三种较好实施例。

日本专利申请第二次公开平成2-35239揭示的传热装置与按照本发明第三较佳实施例中的毛细管的不同点将在下文中加以叙述。

按照毛细管状热管，在美国专利No.4,921,041和日本专利申请第一次公开昭和63-318493中揭示的传热装置的不同点也将如下所述。

首先，日本专利申请第二次公开平成2-35239的热传导装置的基本元件是(1)一对流体储罐；(2)至少一个连接这些流体储罐的管状通道；(3)一种满足于管状通道和储罐的热传导流体；以及(4)轴向振动产生装置。显然地，如果四个基本元件(1)到(4)的任意一个被除掉和删除，该热传递装置不再工作。

另一方面，第三种较好实施例的基本元件是a)一根毛细管；以及b)数量上不完全充满其毛细管内部容积的工作流体。(1)项的流体储罐是完全不必要的，以及不再安装任何电动、机械或利用外力的振动装置。更进一步地，在JP-A2-平成2-35239中揭示的热传递装置和在第三种较好实施例中揭示的装置之间的决定性差别在于工作流体的结构和其性能。

JP-A2-平成2-35239详细描叙了完全不同于热管的传热装置。因为在第三种较好的实施例的热管是一种类型热管，故毛细热管是明显不同的。JP-A2-平成2-35239的说明书叙述了甚至在使用压缩流体作为工作流体的情况下，如不使用二相工作流体，即气相和液相。使用的工作流体利用液相状态中的不可压缩性。在第三种较好实施例中的毛细热管总是以气相和液相状态来使用，并且利用气相和液相的可压缩性而运行。

此外，在JP-A2-平成2-35239中揭示的传热装置的主要特征是工作流体在指定位置进行轴向振动不是与不移动的材料同时进行的。根据第三种较好实施例的毛细热管中，事实上，工作流体在回流中循环不是一个基本条件，但工作流体基本上是循环的。另一个在JP-A2-平成2-35239中揭示的热量传热装置和在第三种较好的实施例中的传热装置关键不同点实质上在于工作液体的轴向振动的发生结构。

在JP-A2-平成2-35239中揭示的工作液体是通过强劲的振动发生装置而作强有力的振动，振动发生装置的强烈振动给予部件的不必要振动。对于振动发生装置本身导致机械磨损，并且该振动发生装置长期使用变得缺乏可靠性。为了驱动振动发生装置而提供传导热量，而涉及到大量附加能量的损耗。

在第三种较好的实施例中的毛细热管中的工作流体的振动是完全不再需要外部机械振动。

在第三种较好的实施例中的毛细热管具有一个新颖的特征，即工作流体本身用来作为轴向振动的发生源。

那就是说，由在每个吸热段吸收热量产生泡核状沸腾，由泡核沸腾引起的脉冲产生振动。因此，归因于在任何热量传递过程的自发产生泡核沸腾，工作流体就自发振动。

不必接受外部机械或电动振动的帮助。更进一步地，为获得振动而无需消耗附加能量。因为不给予外部振动，且在毛细管中没有安装作为振动发生装置的易损件，故能导致耐久使用。

相应地，在JP-A2-平成2-35239中揭示的传热装置和在第三种较好的实施例中揭示的毛细热管是彼此完全不同的。

接着，下面将揭示在美国专利No.4,921,041和日本专利JP-A1-昭和63-318493中的毛细热管和在第三种较好的实施例中揭示的毛细热管之间的差别。

前一种热管，毛细管通过止回阀装置分成许多压力室。在一个吸热段和毗连的散热段之间的温差的相互作用、以及在吸热段的工作流体的沸腾引起的压力差之间呼吸作用，因此工作流体得以循环。由于在吸热段的泡核沸腾所产生的压力波的脉冲振动被吸入止回阀装置的一个球阀中，并且转变成止回阀的振动。止回阀的振动进一步对工作流体提供一个循环推进力。因此，在前一个热管中，由于在回路中的工作流体循环而传导热量。然而，在后一种热管中，循环不是这么强，因为在第三种较好实施例中的毛细热管不包含止回阀，并且工作流体按低阻力和有助于热传导方向的自然流动。如上所述，热传导由通过泡核沸腾产生的工作流体的轴向振动装置来进行。

那就是说，因为在所提供的止回阀中存在结构差导，尽管外观和使用条件是相同的、但两种毛细热管之间的运行理论是完全不同的，故在第三种较好的实施例中的热管是一种完全不同类型的热管。

(第四种较好的实施例)

图6显示了毛细容器1的第四种较好的实施例。

如图6中所示，形成的毛细容器1，外径为3毫米和内径为2.4毫米的拉伸热管，其两端带有重复的许多个转向(弯曲)。

注意到吸热装置H包括一对两面由纯铜制成的吸热板，纯铜板抓紧毛细容器1的曲折部分的中心段，并且在吸热段的一面固定着一加热器(未图示)。二块吸热板的宽度1设为100毫米。

在图8中每个用L表示的转向的长度为460毫米。因此，吸热板1-H的长度设定为100毫米。然后，除了吸热段1-H，余下的转向部分作为散热段1-C，采用4m/s鼓风装置朝向散热板进行强制冷却。此外，曲折部分的转向数为80转。

其次，在回路状毛细管1中安装三个止回阀。然后注入一种FronHCFC-1426作为工作流体并且按其内部容量的40％封入毛细管中，这就是美国专利No.4,921,041和JP-A1-昭和63-318493中所揭示的毛细管。附加美国专利No.4,921,041的叙述作为参考。

另一方面，如图6中所示的容器1中没有安装止回阀，并且作为工作流体使用FronHCFC142b,以及按内部容量的70％封入毛细管中。然后，比较两种毛细容器的辐射性能。注意到两种热管在风洞试验中的测量位置是这样的，即每个转向的直管段是水平放置且吸热段是垂直放置。

测试性能是在容器1的部分的表面温度的平衡温度之间的温差(该部分相当于由吸热板夹持的吸热段1-H)，相当于由每个热量输入和用Δt℃表示的冷却风的一个入口温度(周围温度)、以及由Δt℃的数值作分子和以热量输入值作分母得到的耐热度值R(℃/W)。下列表Ⅲ和表Ⅳ指出测量结果和实际实验指出的在第四种较好的实施例中的具有导热能力的热管与具有止回阀的毛细热管相差不大。

                           表Ⅲ

                          带止回阀

热量输入(W)	周围温度(℃)	吸热温度(℃)	Δt(℃)	或耐热度R(℃/W)
					200	22.0	34.2	12.2	0.061
600	23.1	54.1	31.0	0.052
					1000	24.2	71.0	46.8	0.047
2000	24.9	114.4	89.5	0.045

                               表Ⅳ

                             不带止回阀

热量输入(W)	周围温度(℃)	吸热温度(℃)	Δt(℃)	或耐热度R(℃/W)
					200	23.7	36.6	11.8	0.059
600	24.8	66.2	31.4	0.052
					1000	25.1	72.3	47.2	0.047
2000	25.8	115.2	89.4	0.045

接着，热量输入为1000瓦、72.3℃的温度以及热阻为0.047℃/W，毛细管示出一个热平衡状态。在这种状态中，容器的一部分受压并被压扁(约90％受压且被压扁)，因此使得工作流体难以循环。在这种状态中，在吸热段的平衡温度升高1.7℃并且热阻值稍微坏到0.049℃。更进一步地，相同部分完全受压并被压扁，而且工作流体的循环完全停止。在吸热段的平衡温度升高1℃(总的2.7℃)，热阻值是0.05℃/W。这表明该工作流体的循环是一个对温度升高2.7℃和热阻值0.003℃/W的轻微影响，以及循环速度是非常慢的。此外，这表明在第四种较好的实施例中回路状毛细管可不受阻力地进行热传导，甚至是工作流体的停止状态。该工作流体表明由于分布在流动通道中蒸汽泡影响引起的压缩性而使轴向振动得以更活跃地连续着，并且表明因轴向振动而使热传导功能非常好。

图7显示了在第四种较好的实施例中毛细热管的温度活动范围的测量数据。图7的纵轴表示温度(℃)，并且横轴表示经过的时间。线1和2(重叠线)表示在热量输入为1KW的温升曲线，线3和4表示接近吸热段的散热段和其中远离吸热段的部分的表面温度的升温曲线。线5表示冷却风道的入口气温(周围温度)。线6表示风道的出口气温。点P-1表示回路状容器的部分第一次一半受压，以及点P-2表示容器的部分第二次完全受压且被压扁。完全受压和被压扁后立即开始升温。从线3和4表示的在毛细管中工作流体的轴向振动可正确评价温度变动。用V-1表示在工作流体的循环中的波动具有较小的振幅，波动在循环流中被吸收。在线4的部分的振幅接近流动速度是慢的点V-2。在循环停止的点V-3处的振动频率和振幅变得活跃。此外作为正确评价图7的曲线3和4，由于部分回路状毛细容器的受压和被压扁而使循环流动速度缓慢，并且同时因冷却风的作用而使温度降低。当循环流完全停止时，在回路状毛细容器的内壁上的热交换变得更活跃，并且热交换表明轻微温度升高。

(第五种较好的实施例)

图8示出根据本发明第五种较好的实施例的毛细热管。

如图8中所示，制取绕成螺旋状的曲折类型的两毛细热管容器1-1和1-2。每一毛细管的两端1-1和1-2连接在一起，因此工作流体能通过其中流动。转向数是4或5转。具有外径为1毫米和内径为0.7毫米的拉伸毛细管呈为椭圆螺旋形状。然后，制备叶片高度13mm和吸热底面积50mm×50mm和两个凹槽半径为9mm的铝质受热器H-S。曲折形毛细热管的两端焊接到在图8中受热器上所配置的凹槽，构成散热器。注意到如在图8中所示的用细线表示常规目标的毛细容器。在图8中，H-S表示用于吸热的受热槽，1-H-1和1-H-2表示吸热段，1-C-1和1-C-2表示散热段，而且带C的箭头标记C表示冷却装置的冷却风。

在两种容器中安装止回阀，并且按内部容积的40％充注两相压缩工作流体。然后，按在美国专利No.4,921,041和JP-A1-昭和63-318493中叙述的毛细热管进行性能试验。

然后，从完整的毛细管1-1和1-2的内部部分卸掉各止回阀，并且再次焊封毛细管使之成整体。在此时，将二相工作流体注入内部容积的80％并焊封之作为流体。制备如图8中所示的第五种较好的实施例中的毛细热管后，测量其性能。

所有风的测量速度是3m/s。测试形式是底部加热方式和顶部加热方式。测量结果是热管的性能优于美国专利No.4,921,041中揭示的用任一方式测量的对应物。进一步地，在顶部加热方式中的后者热管的性能降低，但相对于底部加热方式，在顶部加热方式中的前者热管的性能没变化。与相对每个热量输入的热传导能力的吸热管的有关温度是较好的。下列表Ⅴ和Ⅵ示出测量数据。

                         表Ⅴ

                        测量状态底部加热方式风速3m/s

A)有止回阀

热量输入(W)	周围温度(℃)	吸热段温度(℃)	Δt(℃)	热阻值(℃/W)
					10	21.2	30.3	9.1	0.91
30	21.0	45.0	24.0	0.80
					50	20.3	59.6	39.3	0.79
90	20.2	85.6	65.4	0.73

                                 B)无止回阀

10	20.9	29.1	8.2	0.82
					30	21.4	45.1	23.7	0.79
50	21.1	60.1	39.0	0.78
					90	21.2	86.9	65.7	0.73

                                  表Ⅵ

                                 测量状态顶部加热方式风速3m/s

带止回阀

热量输入(W)	周围温度(℃)	吸热段温度(℃)	Δt(℃)	热阻值(℃/W)
					10	23.4	32.9	9.5	0.95
30	23.1	48.0	24.9	0.83
					50	23.1	64.3	41.2	0.82

90

23.1

93.4

70.3

0.78

表Ⅵ

测量状态

顶部加热方式风速3m/s

不带止回阀

热量输入(W)	周围温度(℃)	吸热段温度(℃)	Δt(℃)	热阻值(℃/W)
					10	22.5	31.3	8.8	0.88
30	22.5	45.7	23.2	0.77
					50	22.7	61.3	38.6	0.77
90	23.1	86.1	66.0	0.73

(第六种较好的实施例)

图9示出第六种较好的实施例的毛细热管

因为毛细容器1构成毛细热管，在吸热段长度不能伸长的情况下，泡核沸腾导致的蒸汽泡的数量经常是不足的。在这种情况中，工作流体的轴向振动变得不活跃而且性能降低。在这样一种情况中，介绍把在毛细管吸热段组中的预定组放进一普通蒸汽发生室中，容器的两端开孔的。

在图9中，H-B表示由其中安装蒸汽发生室6的吸热装置构成的吸热部件。

在蒸汽发生室6中，把是毛细管1的吸热段组的部分的一组1-H-1放进气流发生室6，并且开口，因此工作液体和蒸汽泡能在其中流动。把余下的组1-H-2放进气流发生室6中，但不是开口的。吸热段1-H-2组直接从产生的蒸汽中吸收热量以接受热量，且产生泡核沸腾。在从吸热段组1-H-2的开口端引入的轴向振动中的压力波和泡核沸腾一起的相互作用有助于缓慢工作流体循环。在散热方面，将蒸汽泡群散布到其中液相变多的部分毛细容器l-C的工作流体中，因此方便地产生轴向振动。由蒸汽发生室6产生的足够数量的蒸汽泡从吸热组1-H-1的一个开口端引入。

(第七种较好的实施例)

图10示出第七种较好的实施例的毛细热管

在从一个吸热段将热量传导至一个散热段的毛细热管中，当将在毛细管1中流动的工作流体作为循环流时，曲折状转口引起多数管段聚集并且相互紧密并置以形成大容量的吸热和散热段。在这种情况中，不可能使得每个转口的曲率半径低于预定极限。并置的密度增加产生许多困难。这样一种对曲率分半径的限定包括这种因为在内部的压力损失的突然增高而产生突变转口的第一限定。这种压力漏失的增加在多数转口中积聚，使毛细热管变得不可能运行。上述限定包括因在细毛细管的情况中弯曲率半径的挠曲而发生的局部受压和压扁的第二限定。外径为1mm和内径为0.7mm毛细管的最低曲率半径包括2mm的内径和约3mm的外径。外径为3mm和内径为2.4mm的毛细管曲率半径限定为外径3mm和内径约6mm。

另一方面，在第七种较好的实施例中的毛细热管情况中，由在工作流体中传播的压力波脉冲和流体的轴向振动引起热量传导。如果在小振幅情况中产生急剧转弯，这些不显示出大的衰减。因此，如果能克服技术工艺的限制，则问题将解决。

如图10中所示，毛细容器1包括多个转口的曲折形毛细容器。在转口组中的弯管段作为普通的内压管或内压容器7和8是整体形成的。在内容器7和8中的转口组的端点组是开口的。在图10中，H代表吸热装置，以及C代表冷却装置。1-H代表毛细容器的吸热段。1-C代表毛细容器的散热段。在内压管或内压容器7、8中的工作流体是以帕斯卡(Pascal)原理为基础，在所有方向上且朝向毛细管1的各转口的开口端传播压力波和轴向振动压力。作为内压管或内压容器7和8的弯管部分具有极小曲率半径。因此，毛细容器1的转口可小型化，并且极紧密地彼此并置在一起。

(第八种较好的实施例)

图11(a)示出根据本发明的毛细热管的第八种较好的实施例。

在第八种较好的实施例中的毛细热管和在图11(B)中、在美国专利No.4,921,041、以及JP-A1-昭和63-318493中揭示的对应物在其工作原理中彼此是完全不同的。然而，外部结构是完全相同的，并且实际操作的简化几乎是相同的。在这些特征被有效利用的情况中，有优点有缺点。经完成制造和设计后，产生形变的频率可变度是高的。

毛细管的主要醒目特征是充注工作流体和充注数量的升高和降低可在完成应用产物后和在应用产物的布置位置上轻易地简化至实践运用。在将前者从前者改进到后者的情况中，可以容易地把止回阀固定到毛细管上。在将后者从后者改进到前者的情况中，只要删除止回阀。毛细管的截断和连接是易于操作的类型。止回阀的安装和删除工艺可被容易地简化实际应用。此外，如果是预先估计到这种安装工艺，从毛细容器中删除内装止回阀的部分，或者按提供的预定距离截断预计的安装。图11(A)和11(B)中的例如11-2和12-1的扩口连接点，自动偶合的内外接口各自安装在两个截断端口上。制备内有与内外自动耦合11-1和12-2相符的内外扩口连接的毛细容器。使用两个毛细容器9之一作为连接容器以用于调节其长度。另一个是带有止回阀2-1的两种类型的毛细容器10，如果替换并拆卸以及固定这些容器，毛细热管内的内装止回阀2-1可被拆卸或固定。前者和后者毛细热管是可替换的和可改进的。在这种情况中，特别是如果将第八种较好的实施例中后一热管替换为前一热管，几乎不需要液体封入量的微量调整，并且因此可容易地得到热管。

这是因为在第八种较好的实施例中的毛细热管中，即使在一个内部容积的满量的65％到95％很宽的调整范围内焊封入工作液体，能较好地、不带变化地传送压力波和振动波。

如本文上面所述，因此根据本发明的微型热管包括：具有预定量的真空封结预定的压缩工作流体的密封毛细容器，密封毛细容器由细拉伸金属管构成的拉伸管具有直径小得足以使二相压缩工作流体在工作流体总被充注和密闭在毛细容器的状态下，由于其表面张力而移动；一些预定部分的毛细容器作为吸热段，以及一些预定部分的毛细容器作为散热段，散热段位于吸热段之间，可容易地获得内径小于1.2mm毛细容器的微型热管，并且可容易地获得高性能的小尺寸散热器。因此与其它各种类型的热管比较，在顶部加热方式中不能降低根据本发明的微型热管的高性能，在本发明应用的小尺寸散热器能在经常出现变动位置情况下将其稳定地和准确地安装在装置上。此外，因为注入的液体量是十分少的，微型热管能承受抗离心力和强度和脉冲。更进一步地，因为在容器中不存在焊接部分，因此可制造高可靠性要求的小尺寸散热器。

此外，虽然因为例如止回阀、不可避免地使用而振动机械，通常是完全不可能保证其使用寿命，但根据本发明的毛细容器因为采用新的工艺原理，能删除容器中的所有易损件和容器外部的辅助机械。因此，能保证根据本发明的毛细容器的长期使用。按照本发明的热管能具有几乎是理想的强度。

因为止回阀的制造错误发生和在以前要求的回路状毛细热管中产生性能变化，因此对于制造期间中间检验是不可缺少的，虽然在安装止回阀之后气密检验，但根据本发明的热管能解除上述问题。能明显地获得高可靠性。

根据本发明的毛细热管，具有十分简单的结构。不需要所有新颖的制造设备，并且可立即大量生产按照本发明的热管。

可将根据本发明的热管直接应用到所有较好的实施例。删除止回阀和工作流体的重新焊封，可容易地制造根据本发明的热管。

根据本发明的热管除那些上述以外还有各种各样的效果。

最后注意到毛细热管一般涉及内径从3mm到微米尺寸范围的微型热管。

在本领域的技术人员对上述较好的实施例项可进行充分评价，以及在不违反本发明附加权利要求所定义的范围可以进行各种变化和改进。

Claims (11)

1．一种微型热管，包括：

a)一连续毛细尺寸的毛细拉伸管，它具有彼此气密连接的两端，从而形成连续毛细回路状流动通道；

b)安装在所述回路状毛细拉伸管的多个部分上的多个吸热段和散热段，吸热段和散热段交替地安装在所述回路状毛细拉伸管上；

c)工作流体，它包括具有两相的压缩流体，它的一部分或全部在所述微型热管工作温度范围内在气相和液相之间进行相变换，所述工作流体的封入数量在液相时少于所述流动通道内容积；

其特征在于，所述回路状毛细管的内壁具有使工作流体密闭和使其循环或移动的直径。

2．如权利要求1所述的微型热管，其特征在于，几乎回路状毛细容器的所有部分是以多转口的曲折形或以多转口的螺旋形形成的，吸热段和散热段彼此是多个的，以及其中几乎所有的吸热段和散热段位于曲折形或螺旋形的几乎所有部分的相关转口的金属拉伸管的预定部分上。

3．如权利要求2所述的微型热管，其特征在于，金属拉伸管的内表面是平滑地磨光的。

4．如权利要求3所述的微型热管，其特征在于，金属拉伸管的绝热段是通过将一个吸热段连接到毗连的一个散热段而形成的，与散热段和吸热段相比，绝热段具有足够厚的厚度或者金属管由大杨氏模量和高防蠕动特性的金属材料制成的。

5．如权利要求4所述的微型热管，其特征在于，绝热段是用绝热材料覆盖的。

6．如权利要求5所述的微型热管，其特征在于，二相压缩工作流体是由一种流体金属组成的。

7．如权利要求6所述的微型热管，其特征在于，把在许多吸热段组中的一预定的吸热段组放进一共同蒸汽发生室中，其端部通向共同蒸汽发生室中的。

8．如权利要求7所述的微型热管，其特征在于，金属拉伸管是由具有许多转口形成的多转口部分的弯曲部分形成，为共有内压阀或作为共有内压容器弯曲阀，转口的末端组对内压阀或对内压容器来说是开口的。

9．如权利要求1所述的微型热管，其特征在于，金属拉伸管呈曲折形且具有许多转口或呈螺旋形且具有许多转口所形成的，其中每个转口段的预定部分是由吸热段构成的，以及因此另一个预定部分是由散热段构成的。

10．如权利要求9所述的微型热管，其特征在于，拉伸管有等于或小于1.2毫米的内径，并且金属拉伸管是由一种不含氧的铜构成的。

11．一种微型热管的制造方法，包括步骤：

a)在密封金属毛细管的预定部分中安置循环流动定向装置，其两端是相互连接的；

b)在金属毛细管的第一预定段上至少配置一个吸热段；

c)至少在金属毛细管第二预定段上配置一散热段；

d)将预定的二相压缩工作流体按预定量封入回路状金属毛细管中，因此在循环流动定向装置之间起相互作用，在吸热段产生泡核沸腾，吸热段和散热段之间的温差使二相工作流体在回路状金属毛细管的流动通道中按循环流动定向装置限定的方向流动，因此在吸热段和散热段之间进行热量交换；以及

e)从金属毛细管中除去循环流动限向装置。

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