CN107764118A - 一种平板热管 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种平板热管，包括平板壳体、充液管以及毛细芯。其中，所述平板壳体内部中空设置，所述平板壳体的上、下内表面设有若干交叉分布的凹槽，所述相邻凹槽之间间隔有凸起；所述平板壳体上设有连通其内部的小孔，所述充液管通过所述小孔固定连接于所述平板壳体上；所述毛细芯设置于所述平板壳体的内部，且所述毛细芯的上、下表面分别与所述平板壳体的上、下内表面的凸起接触；所述毛细芯与所述凹槽组成截面封闭的通道。本发明的平板热管能够有效降低热源的热流密度，均温性好，可靠性高，在反重力情况下也能够实现优异的均温性能。

Description

一种平板热管

技术领域

本发明涉及传热技术领域，尤其涉及一种平板热管。

背景技术

随着现代电子技术的迅速发展，电子设备已广泛应用于人类生活的各个领域。电子器件逐渐向高频、高速、高集成化发展，集成化器件的功能与复杂性日益增长，从而导致电子设备单位容积散热功率越来越大，散热热流密度越来越高，造成电子设备的故障率提高、可靠性和使用寿命降低的问题。

平板热管是由传统热管演化而成的高效相变传热设备，具有结构灵活、均温性好、传热高效等优点。传统的平板热管主要结构有壳体、毛细结构、工质等几个部分，通常都是利用壳体形成封闭空间，在腔体内壁面烧结吸液芯或加工槽道作为毛细结构，紧贴壳体内壁的毛细结构形成液态工质流动通道，中空的腔体形成气态工质流动通道。

然而，这种毛细结构紧贴壳体内壁的平板热管存在很多不利影响。在蒸发段，紧贴壳体内壁的部位温度最高，液体最容易蒸发，产生的气体需要穿过毛细结构才能进入蒸汽腔；在冷凝段，紧贴壳体内壁的部位温度最低，在毛细结构的蒸汽侧与贴近壁面侧存在一定的温度梯度。通常毛细结构的热导率较低，当毛细结构厚度较小时，它两侧温度梯度较小，但液体流动阻力将变大；当毛细结构厚度较大时，液体流动阻力减小，但是传热过程中的热阻变大。并且现在很多平板热管都是在处于重力辅助状态(热源在下，冷源在上)进行传热，反重力状态下工作时(热源在上，冷源在下)，传热性能较差，如果减小毛细结构的微孔孔径，提高毛细力来克服重力时，液体流动阻力又将变大。现有结构形式导致平板热管传热性能的难以进一步发展和提高。

为解决以上问题，现有技术在平板热管壳体内表面设置有若干纵向凹槽和凸起，毛细芯位于壳体内部，毛细芯表面与凸起接触而非紧贴壳体的平滑内壁，便于冷凝液体脱离冷凝凹槽壁面，也利于蒸汽由多孔结构排出并且进入凹槽通道。该结构能够有效降低工质流动阻力和传热热阻，提高传热效率。但是，由于壳体内部单一方向的凹槽和凸起结构，使平板热管更适于一维方向进行传热，在较大平面上的二维方向的传热效率仍然较低，并且在垂直于平板热管表面的方向上的传热效率也较低。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种能够二维传热的平板热管。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明揭示了一种平板热管，包括平板壳体、充液管以及毛细芯，其中：

所述平板壳体内部中空设置，所述平板壳体的上、下内表面设有若干凹槽，所述上、下内表面至少一内表面的凹槽是交叉分布，所述相邻凹槽之间间隔有凸起；

所述平板壳体上设有连通其内部的小孔，所述充液管通过所述小孔固定连接于所述平板壳体上；

所述毛细芯设置于所述平板壳体的内部，且所述毛细芯的上、下表面分别与所述平板壳体的上、下内表面的凸起接触；所述毛细芯与所述凹槽组成截面封闭的通道。

优选的，所述毛细芯上设置若干个通孔连通所述平板壳体上、下内表面的凹槽。

优选的，所述凹槽的截面为矩形、梯形、三角形、半圆形、Ω形，或它们中的两个或多个形状组合的形状。

优选的，所述毛细芯的长度小于或等于所述平板壳体的内部空间长度。

优选的，所述毛细芯的上、下表面与所述凸起的表面通过焊接、粘接或压紧的方式进行结合。

优选的，所述毛细芯为单一毛细结构。

优选的，所述毛细芯为分层设置的复合毛细结构；所述毛细芯的上、下表面内设置的主毛细芯孔隙尺寸小于夹层内设置的副毛细芯的孔隙尺寸。

优选的，所述平板壳体包括上下对应设置的第一板体、第二板体以及用于固定第一板体和第二板体的边框，所述凹槽分别设于第一板体和第二板体的内表面上。

优选的，所述用于固定充液管的小孔设置于平板壳体的边框上。

本发明提供了一种平板热管，包括平板壳体、充液管以及毛细芯。其中，所述平板壳体内部中空设置，所述平板壳体的上、下内表面设有若干交叉分布的凹槽，所述相邻凹槽之间间隔有凸起；所述平板壳体上设有连通其内部的小孔，所述充液管通过所述小孔固定连接于所述平板壳体上；所述毛细芯设置于所述平板壳体的内部，且所述毛细芯的上、下表面分别与所述平板壳体的上、下内表面的凸起接触；所述毛细芯与所述凹槽组成截面封闭的通道。

通过充液管向平板热管内部充装工质后，平板热管某一位置被加热，被加热区域温度升高，热量快速向平板热管内部传递。由于板体内表面上的凸起与毛细芯接触，毛细芯外表面附近区域的液体工质迅速受热蒸发，产生的气体流入到凹槽中，并且沿着凹槽向冷凝区域流动，气体在冷凝区域的凹槽内遇冷凝结，将热量向板体壁面释放，产生的液体被冷凝区域的多孔结构吸附而流入毛细芯内部。与此同时，由于毛细芯外表面液体蒸发，毛细芯内部液体在毛细力的驱动下向表面流动，从而使冷凝区域的液体不断向蒸发区域流动和补充。通过工质的气液相变和循环流动，将蒸发区域的热量不断向冷凝区域传递。

本发明的有益效果是：第一，平板热管在局部位置受热后，能够沿着二维方向迅速向其他位置传热，然后通过更大散热面积将热量向外排散，有效降低热源的热流密度，实现高效散热；第二，在蒸发区域，凸起与毛细芯外表面接触，毛细芯表面区域的液体工质直接受热蒸发，然后进入凹槽通道，不必穿越液体层，减小了流动阻力；第三，在冷凝区域，气体工质直接与温度较低的板体壁面接触，冷凝为液体后，毛细芯的多孔结构能够快速地转移凹槽中的液体，使冷壁面重新具有高效冷凝能力，减小了传热热阻，提高冷凝效率；第四，毛细芯上可以设置一个或多个通孔，使加热一侧的凹槽内的气态工质可以经过通孔直接流入另一侧凹槽内，减小了工质流动阻力；第五，毛细芯可以增加厚度，在毛细力不变的情况下，减小液体工质在多孔结构内的流动阻力；或者设计表面孔径小、内部孔径大的复合毛细芯，在增大毛细力的情况下，减小液体工质在多孔结构内的流动阻力。因此，本发明的平板热管在散热平面较大时能够有效降低热源的热流密度，均温性好，有效提高传热效率。在反重力情况下也能够实现优异的均温性能。

附图说明

图1为本发明平板热管结构示意图；

图2为平板热管结构分解示意图；

图3为单一毛细芯平板热管剖面结构示意图；

图4为复合毛细芯平板热管剖面结构示意图。

其中：1、第一板体；2、第二板体；3、边框；4、充液管；5、毛细芯；6、凸起；7、凹槽；8、主毛细芯；9、副毛细芯；10、通孔。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1至图4所示，本发明提供了一种平板热管，包括平板壳体(未标示)、充液管4以及毛细芯5。其中，所述平板壳体内部中空设置，所述平板壳体的上、下内表面设有若干凹槽7，所述相邻凹槽7之间间隔有凸起6，以形成多个凸起6和凹槽7相互交替的结构。所述平板壳体上设有连通其内部的小孔，所述充液管4通过所述小孔固定连接于所述平板壳体上。所述毛细芯5设置于所述平板壳体的内部，且所述毛细芯5的上、下表面分别与所述平板壳体的上、下内表面的凸起6接触；所述毛细芯5与所述凹槽7组成截面封闭的通道。

在本实施例中，所述平板壳体包括上下对应设置的第一板体1、第二板体2以及用于固定第一板体1和第二板体2的边框3，所述凹槽7分别设于第一板体1和第二板体2的内表面上。所述第一板体1和第二板体2分别固定于所述边框3的两侧，并据此形成收容毛细芯5的中空结构，而用于固定充液管4的小孔设置于平板壳体的边框3上。

所述第一板体1、第二板体2表面的凹槽7可以是沿着单一方向平行分布，也可以是沿着不同方向或角度交叉分布。较佳实施例中，至少一个板体的凹槽7是沿着不同方向或角度交叉分布。在本实施例中，凹槽7在第一板体1、第二板体2的表面是横向和竖向相互垂直交叉分布。相比于某一板体的凹槽7只是采用单一方向平行分布的一维传热，本实施例是优选方案，凹槽7在第一板体1、第二板体2表面的横向和竖向相互垂直交叉分布适用于较大平面上的二维传热。

所述凹槽7为气液工质循环流动过程中的气体流动通道，毛细芯5中的多孔结构为液体工质流动通道。据此，所述凹槽7的截面可以为矩形、梯形、三角形或Ω形中的一种或多种，可以理解，在实际中凹槽7的截面形状还可以为其他的结构，比如半圆形、Ω形，或它们中的两个或多个形状组合的形状。

所述毛细芯5表面与第一板体1、第二板体2上的凸起6表面可以通过焊接、粘接、压紧等方式进行结合。所述毛细芯5长度、宽度尺寸，小于或等于平板热管内部空间尺寸。

具体地，请重点参照图4，所述毛细芯5可以为单一毛细结构，也可以为分层设置的复合毛细结构，且所述毛细芯的上、下表面内设置的主毛细芯8的孔隙尺寸小于夹层内设置的副毛细芯9的孔隙尺寸。可以理解，毛细芯5可以增加厚度，在毛细力不变的情况下，减小液体工质在多孔结构内的流动阻力，从而能够在反重力情况下实现优异的传热性能。

在本实施例中，在垂直于毛细芯5表面的方向上，可以在毛细芯5上设置若干个通孔10，使第一、第二板体1、2的内表面的凹槽7通道相互连通，减小工质流动阻力。

可以理解，本发明提供的平板热管的任一端均可作为蒸发段，而另一端可以作为冷凝段，且蒸发段与冷凝段之间无明显分界，相互连通。

下述对本发明提供的平板热管工作原理进一步详细说明：

请参阅图2、图3，对上述平板热管工作过程进行介绍，通过充液管4向平板热管内部充装工质，当平板热管某一位置被加热以后，第一板体1或第二板体2的被加热区域温度升高，热量快速向平板热管内部传递，由于板体内表面上的凸起6与毛细芯5接触，毛细芯5外表面附近区域的液体工质迅速受热蒸发，产生的气体流入到凹槽7中，沿着凹槽7向冷凝区域流动，并且可以通过毛细芯5上的通孔10、毛细芯5的边缘空隙流入到另一侧板体的凹槽7内，气体在冷凝区域的凹槽7内遇冷凝结，将热量向板体壁面释放，产生的液体被冷凝区域的多孔结构吸附而流入毛细芯5内部。与此同时，由于毛细芯5外表面液体蒸发，毛细芯5内部液体在毛细力驱动下向表面流动，从而使冷凝区域的液体不断向蒸发区域流动和补充。通过工质的气液相变和循环流动，将蒸发区域的热量不断向冷凝区域传递。

平板热管在局部位置受热后，能够迅速向同一表面其他位置以及另一侧表面进行传热，从而通过更大散热面积将热量向外排散，有效降低热源的热流密度，实现高效散热；在蒸发区域，凸起6与毛细芯5外表面接触，毛细芯5表面区域的液体工质直接受热蒸发，然后进入凹槽7通道，不必穿越液体层，减小了流动阻力；在冷凝区域，气体工质直接与温度较低的板体壁面接触，冷凝为液体后，毛细芯5的多孔结构能够快速地转移凹槽7中的液体，使冷壁面重新具有高效冷凝能力，减小了传热热阻，提高冷凝效率；毛细芯5上可以设置1个或若干通孔10，使加热一侧的凹槽7内的气态工质可以经过通孔10直接流入另一侧凹槽7内，减小了工质流动阻力；毛细芯5可以增加厚度，在毛细力不变的情况下，减小液体工质在多孔结构内的流动阻力，或者设计表面孔径小、内部孔径大的复合毛细芯，在增大毛细力的情况下，减小液体工质在多孔结构内的流动阻力，能够有效降低热源的热流密度，均温性较好。本发明的平板热管在散热平面较大时仍然能够有效提高传热效率，可靠性高，在反重力情况下也能够实现优异的均温性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种平板热管，其特征在于，包括：平板壳体、充液管以及毛细芯，其中：

所述平板壳体内部中空设置，所述平板壳体的上、下内表面设有若干凹槽，所述上、下内表面至少一内表面的凹槽是交叉分布，所述相邻凹槽之间间隔有凸起；

所述平板壳体上设有连通其内部的小孔，所述充液管通过所述小孔固定连接于所述平板壳体上；

所述毛细芯设置于所述平板壳体的内部，且所述毛细芯的上、下表面分别与所述平板壳体的上、下内表面的凸起接触；所述毛细芯与所述凹槽组成截面封闭的通道。

2.根据权利要求1所述的平板热管，其特征在于，所述毛细芯上设置若干个通孔连通所述平板壳体上、下内表面的凹槽。

3.根据权利要求1所述的平板热管，其特征在于，所述凹槽的截面为矩形、梯形、三角形、半圆形、Ω形，或它们中的两个或多个形状组合的形状。

4.根据权利要求1所述的平板热管，其特征在于，所述毛细芯的长度小于或等于所述平板壳体的内部空间长度。

5.根据权利要求4所述的平板热管，其特征在于，所述毛细芯的上、下表面与所述凸起的表面通过焊接、粘接或压紧的方式进行结合。

6.根据权利要求5所述的平板热管，其特征在于，所述毛细芯为单一毛细结构。

7.根据权利要求5所述的平板热管，其特征在于，所述毛细芯为分层设置的复合毛细结构；所述毛细芯的上、下表面内设置的主毛细芯孔隙尺寸小于夹层内设置的副毛细芯的孔隙尺寸。

8.根据权利要求1所述的平板热管，其特征在于，所述平板壳体包括上下对应设置的第一板体、第二板体以及用于固定第一板体和第二板体的边框，所述凹槽分别设于第一板体和第二板体的内表面上。

9.根据权利要求8所述的平板热管，其特征在于，所述用于固定充液管的小孔设置于平板壳体的边框上。