CN108981434A - 一种热管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热管及其制造方法，该热管包括管体，管体内具有密封腔室，密封腔室内填充有工作介质，管体的内壁上设有毛细结构层；管体包括冷凝段和蒸发段，蒸发段为扁平状，且蒸发段包括上下毛细结构层贴合为一体的热源区。通过以上方式，本发明中蒸发段热源区的管体上下毛细结构成贴合为一体，可减小热管蒸发段的厚度，且可避免蒸汽压力引起的蒸发段膨胀，从而热管蒸发段较薄，抗热膨胀性能优异，传热性能好，且价格低廉。

Description

一种热管及其制造方法

技术领域

本发明涉及传热装置，具体涉及一种热管及其制造方法。

背景技术

热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件。在加热热管的蒸发端，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝端，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力的作用下，液体回流到蒸发端。这样完成一个闭合循环，从而将大量的热量从加热端传到冷凝端。

LED汽车头灯的散热，需要使两片光源尽量贴近反光板焦点以满足配光要求，因此对热管厚度要求极薄(1.5mm以下)，同时由于工作环境的高温还要求热管有很强的抗膨胀变形性能。

传统的压扁热管截面为由圆柱型压扁而成的矩形，在高温下由于内部蒸气压的作用会膨胀变形，影响接触，从而影响传热效果，甚至会挤坏芯片。传统的解决方案是增加热管的管壁壁厚，从而增加抗膨胀性能。传统热管压扁的同时，蒸汽通道也同时减小，从而影响汽液循环和热量传输。因此，对于传统热管来说，超薄与传热功率两者之间互相矛盾，无法做到两全其美。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种热管及其制造方法，该热管蒸发段极薄，抗热膨胀性能优异，传热性能好，且价格低廉。

本发明所采用的技术方案是：一种热管，包括管体，所述管体内具有密封腔室，所述密封腔室内填充有工作介质，所述管体的内壁上设有毛细结构层，所述管体包括冷凝段和蒸发段，所述蒸发段为扁平状，且所述蒸发段包括上下毛细结构层贴合为一体的热源区。

根据本发明一具体实施例，所述蒸发段位于所述管体的一端。

根据本发明一具体实施例，所述蒸发段设有蒸发通道，所述蒸发通道与所述密封腔室连通。

根据本发明一具体实施例，所述蒸发段设有蒸发通道，所述蒸发段位于所述管体的中部，所述冷凝段位于所述管体的两端。

根据本发明一具体实施例，所述蒸发段设有蒸发通道，所述蒸发通道连通所述密封腔室。

根据本发明一具体实施例，所述热源区的厚度为0.4-1.5mm。

根据本发明一具体实施例，所述毛细结构层为烧结铜网层或烧结铜粉层。

本发明还提供了以上热管的制造方法，具体包括以下步骤：

1)提供一中空的管体；

2)在所述管体的内壁上设置毛细结构层；

3)确定所述管体的冷凝段、蒸发段及所述蒸发段的热源区，向所述热源区的管体施以机械加工制成上下毛细结构层贴合的扁平状，而后烧结所述热源区的管体直至上下贴合的毛细结构层烧结为一体；

4)向所述管体内注入工作介质，而后抽真空、密封。

根据本发明一具体实施例，步骤2)中，在所述管体的内壁上设置毛细结构层，包括以下步骤：

①提供一与所述管体相适配的中心棒，将所述中心棒插入所述管体内；

②取毛细结构原料填充于所述中心棒与管体之间的间隙内；

③烧结所述管体直至所述毛细结构原料与所述管体的内壁烧结成一体；

④抽出所述中心棒，在所述管体的内壁上形成毛细结构层。

根据本发明一具体实施例，在步骤①之前，还包括：将所述管体的一端缩小至内径小于或等于所述中心棒的外径，以用于所述中心棒插入所述管体时定位所述中心棒；而后清洗所述管体并烘干。

本发明的有益技术效果是：本发明提供一种热管及其制造方法，该热管中蒸发段热源区的管体上下毛细结构层成贴合为一体，可减小热管蒸发段的厚度，并且通过热源区的毛细结构层贴合强度可避免蒸汽压力引起的蒸发段膨胀，从而热管蒸发段极薄，抗热膨胀性能优异，传热性能好，且价格低廉。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。

图1是本发明热管一实施例的结构示意图；

图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的截面结构示意图；

图3是沿图1中Ⅲ-Ⅲ线的截面结构示意图；

图4是本发明热管一实施例的制造过程结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分理解本发明的目的、方案和效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对图中本发明各组成部分相互位置关系来说的，而术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，在不冲突的情况下本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请一并参阅图1、图2和图3，图1是本发明热管一实施例的结构示意图，图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的截面结构示意图，图3是沿图1中Ⅲ-Ⅲ线的截面结构示意图。

如图1、图2和图3所示，本实施例热管包括管体10，管体10可由铜、铝等导热性良好的金属材料制成，管体10内形成一密封腔室13，主要作为蒸汽扩散通道。密封腔室13内填充有工作介质14，密封腔室13内通常被抽成真空或接近真空，以利于工作介质14的受热蒸发，工作介质14可为水、甲醇、氨水等低沸点的液体。

管体10的内壁上设有毛细结构层15，毛细结构层15主要作为工作介质14液体流动通道。本实施例中，毛细结构层15为烧结毛细结构层，具体可为烧结铜网层或烧结铜粉层，该毛细结构层15导热性好且流阻小，可顺畅地引导工作介质流动，以增进散热效率。此外，毛细结构层15还可为其他结构，如可由铜、不锈钢或复合金属材料束线编织而成等。

如图2和图3所示，管体10包括冷凝段11和蒸发段12，蒸发段12为扁平状，且蒸发段12包括上下毛细结构层15贴合为一体的热源区121。具体地，热管的冷凝段11和蒸发段12分设于管体10的两端，且蒸发段12的热源区121位于蒸发段12管体的中部，厚度一般为0.4-1.5mm；热源区121的周向设有与密封腔室13连通的蒸发通道122，以便于管体10内汽液的流通循环和热量传输。

热源区121的管体上下毛细结构层15贴合为一体，一方面可减小热管蒸发段12的厚度，使其更薄；另一方面，通过热源区121毛细结构层15的贴合强度，可避免蒸汽压力引起的蒸发段膨胀。

在使用过程中，当蒸发段12的热源区121与热源接触时，毛细结构层15具有较大的吸热面积及良好的传热性，使得热量快速被传递至工作介质14，工作介质14吸热蒸发，相变成汽态，而后通过毛细结构层15内部的孔隙流入热源区121周向的蒸发通道122，再扩散到密封腔室13，进而转移至冷凝段11，在冷凝段11释放热量凝结成液体，再通过毛细结构层15的毛细力将液态工作介质“拉”回蒸发段12的热源区121，继而进行相变循环，从而将热量快速地传递出去，完成对热源的散热。

在本实施例中，蒸发段12位于管体10的一端，且其上热源区121位于蒸发段12管体的中部，热源区121管体周向设置有与密封腔室13连通的蒸发通道122，从而可使热源区121毛细结构层15内的工作介质14流体吸热蒸发后，向四周扩散流动，密封腔室13内蒸汽流动性好，可提高散热效率。

在其他实施例中，蒸发段12也可设于管体10的中部，冷凝段11分设于管体10的两端，蒸发段12的热源区121可将管体10内腔室分隔为两个密封腔室13；或者蒸发段12两侧的腔室连通密封。具体地，热源区121可设于蒸发段12管体的中部，并且蒸发段12设有连通两侧腔室的两个蒸发通道122；或者热源区121可设于蒸发段12管体的一侧，另一侧设有连通蒸发段12两侧腔室的蒸发通道122。而对于蒸发段12位于管体10一端的情况，热源区121也可以采用类似设置。

此外，根据应用需要在蒸发段和冷凝段之间还可布置绝热段。

在一实施例中，蒸发段12管体为扁平状结构，而冷凝段11管体可设为圆柱形，从而可增加散热的接触面积，提高散热效率。在其他实施例中，冷凝段11管体还可根据具体情况设置为其他形状。

另外，本发明还提供了以上热管的制造方法，请参阅请图4，图4是本发明热管一实施例的制造过程结构示意图。本实施例热管的制造方法具体包括如下步骤：

1)提供一中空的管体。管体可由铜、铝等导热性良好的金属材料制成，管体通常选用圆管，但可根据情况选择方管或其他形状管体。在本实施例中，管体选用圆形铜管，如图4中(Ⅰ)所示。

2)在管体的内部设置毛细结构层。

具体地，先对管体进行缩颈加工，即将管体一端的直径缩小，以便于后续借助中心棒插入管体进行填粉时对中心棒进行定位，因而通常管体一端缩小至内径小于或等于中心棒的外径。加工完成后，去除管体内的加工碎片，清洗除去壁内水、油膜和洗涤溶媒等污渍，并烘干，得缩颈管体，如图3中(Ⅱ)所示。

提供一中心棒，插入圆管内部，利用管体上缩小的颈部进行定位，如图3中(Ⅲ)所示；然后取毛细结构原料填充于中心棒与管体之间的间隙内。其中，毛细结构原料可选用铜粉等金属粉体。填充过程可借助振粉机，在振粉机上振粉，将毛细结构原料填充到中心棒与管壁之间。而后可使用真空气氛烧结炉在900-1050摄氏度条件下烧结管体，直至毛细结构原料与管体内壁烧结为一体。最后抽出中心棒，在管体的内壁上形成毛细结构层。

3)确定管体的冷凝段、蒸发段及蒸发段的热源区，向热源区的管体施以机械加工制成上下毛细结构层贴合的扁平状，而后烧结热源区管体直至上下贴合的毛细结构层烧结为一体，如图3中(Ⅳ)所示。

4)向管体内注入工作介质，再抽真空、密封。具体地，可先利用模具将管体大端夹扁密封，如图3中(Ⅴ)所示；而后向管体内注入适量的工作介质，再抽真空及除气；最后，可使用氩弧焊瞬时融化除气头，以达到密封的目的，如图3中(Ⅵ)所示，得成品热管。

在其他实施例中，也可取消缩颈工序，而通过在中心棒上设置定位结构或其他方式，使得利用中心棒在管体的内壁上填粉设置毛细结构层时，中心棒可以准确定位。

当然，其他实施例中，也可预先制好毛细结构，而后通过烧结或其他方式固定至管体内壁上，以使管体内壁上形成毛细结构层。

通过以上方法所制得的热管，蒸发段上热源区管体的上下毛细结构层贴合为一体，可减小热管蒸发段的厚度，且可避免蒸汽压力引起的蒸发段膨胀，从而热管蒸发段较薄，抗热膨胀性能优异，传热性能好，且价格低廉，贴合生产需求。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所述权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热管，其特征在于，包括管体，所述管体内具有密封腔室，所述密封腔室内填充有工作介质，所述管体的内壁上设有毛细结构层，所述管体包括冷凝段和蒸发段，所述蒸发段为扁平状，且所述蒸发段包括上下毛细结构层贴合为一体的热源区。

2.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，所述蒸发段位于所述管体的一端。

3.根据权利要求2所述的热管，其特征在于，所述蒸发段设有蒸发通道，所述蒸发通道与所述密封腔室连通。

4.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，所述蒸发段位于所述管体的中部，所述冷凝段位于所述管体的两端。

5.根据权利要求4所述的热管，其特征在于，所述蒸发段设有蒸发通道，所述蒸发通道连通所述密封腔室。

6.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，所述热源区的厚度为0.4-1.5mm。

7.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，所述毛细结构层为烧结铜网层或烧结铜粉层。

8.根据权利要求1至7中任一项所述热管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：

1)提供一中空的管体；

2)在所述管体的内壁上设置毛细结构层；

3)确定所述管体的冷凝段、蒸发段及所述蒸发段的热源区，向所述热源区的管体施以机械加工制成上下毛细结构层贴合的扁平状，而后烧结所述热源区的管体直至上下贴合的毛细结构层烧结为一体；

4)向所述管体内注入工作介质，而后抽真空、密封。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，步骤2)中，在所述管体的内壁上设置毛细结构层，包括以下步骤：

①提供一与所述管体相适配的中心棒，将所述中心棒插入所述管体内；

②取毛细结构原料填充于所述中心棒与管体之间的间隙内；

③烧结所述管体直至所述毛细结构原料与所述管体的内壁烧结成一体；

④抽出所述中心棒，在所述管体的内壁上形成毛细结构层。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在步骤①之前，还包括：

将所述管体的一端缩小至内径小于或等于所述中心棒的外径，以用于所述中心棒插入所述管体时定位所述中心棒；而后清洗所述管体并烘干。