CN111669938A - 一种柔性热管及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性热管及其加工方法，柔性热管包括柔性主体、第一金属片和第二金属片，柔性主体可弯曲，柔性主体的材料为柔性材料，柔性主体的内部具有蒸发腔、冷凝腔、以及连接蒸发腔和冷凝腔的液体通道和气体通道，蒸发腔和冷凝腔均为底面或侧面敞口的腔体结构。此柔性热管，柔性主体内部冲入工作液体，工作液体在蒸发腔和冷凝腔之间，经气体通道和液体通道循环流动，实现热量的传递，由于柔性主体采用柔性材料，可随电子器件弯曲，从而能够满足空间狭小及可折叠的电子器件等复杂工况下的散热需求，并且通过设置第一金属片和第二金属片，实现热量的有效传递，避免柔性材料导热性能较差的不良影响，此发明用于热管技术领域。

Description

一种柔性热管及其加工方法

技术领域

本发明涉及热管技术领域，特别是涉及一种柔性热管及其加工方法。

背景技术

随着科技的发展，各种高功率的电子产品性能不断提升，体积不断向微小型化发展，导致电子器件的发热量不断增加，而体积却越来越小，从而导致能耗越来越集中，散热技术也随之不断地更新换代。目前使用多根传统热管外加风扇组成的散热器仅能勉强解决当下电子产品的散热问题。一个高质量和高效率的热控系统对于确保电子产品能够在微型化以及高度集成的发展趋势下稳定运行是十分重要的。现有的热管散热器不能完全满足高度集成下高功率的散热要求，如空间狭小的微型电子元器件以及可折叠的电子器件(如折叠屏)等复杂工况下的散热需求。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种柔性热管及其加工方法，能够适用于空间狭小及可折叠的电子器件等复杂工况下的散热需求。

根据本发明的第一方面实施例，提供一种柔性热管，包括：

柔性主体，所述柔性主体可弯曲，所述柔性主体的材料为柔性材料，所述柔性主体的内部具有蒸发腔、冷凝腔、以及连接所述蒸发腔和所述冷凝腔的液体通道和气体通道，所述蒸发腔和冷凝腔均为底面或侧面敞口的腔体结构；以及

第一金属片，用于密封所述蒸发腔的敞口；

第二金属片，用于密封所述冷凝腔的敞口。

有益效果：此柔性热管，柔性主体内部冲入工作液体，工作液体在蒸发腔和冷凝腔之间，经气体通道和液体通道循环流动，实现热量的传递，由于柔性主体采用柔性材料，可随电子器件弯曲，从而能够满足空间狭小及可折叠的电子器件等复杂工况下的散热需求，并且通过设置第一金属片和第二金属片，实现热量的有效传递，避免柔性材料导热性能较差的不良影响，外部的发热元器件与第一金属片接触，将热量传递至蒸发腔内的工作液体，外部的散热元器件与第二金属片接触，冷凝腔内的热的蒸汽通过第二金属片将热量传递至散热元器件。

根据本发明第一方面实施例所述的柔性热管，所述柔性主体的外表面涂有密封涂层，以提高柔性主体内部的密封性，减小热量散失，防止内部工作液体或蒸汽外溢，避免采用柔性材料作为热管主体导致密封性较差的不良影响。

根据本发明第一方面实施例所述的柔性热管，在所述第一金属片上设有与所述蒸发腔嵌合的第一凸台，在所述第二金属片上设有与所述冷凝腔嵌合的第二凸台。通过第一凸台和第二凸台分别定位第一金属片和第二金属片。

根据本发明第一方面实施例所述的柔性热管，在所述第一凸台上均匀铺设有金属粉末，使第一凸台的表面形成类似于多孔的毛细结构，具有毛细力，能够吸附液体，可使液体均匀地分布在金属片上，有利于液体均匀受热蒸发，提高热量传递效率。

根据本发明第一方面实施例所述的柔性热管，所述第一金属片和第二金属片均为铜片，所述金属粉末为铜粉，有利于热量传递。

根据本发明第一方面实施例所述的柔性热管，在所述柔性主体上设有连接所述蒸发腔或者所述冷凝腔的通孔，所述通孔连接有充液管。通过充液管向柔性主体内部冲入工作液体。

根据本发明第一方面实施例所述的柔性热管，所述气体通道有两条，两条所述气体通道分别设置在所述液体通道的两侧。采用两条气体通道，提高气体流动的效率，进而提高热量传递的效率。

根据本发明第一方面实施例所述的柔性热管，在所述液体通道的内部圆周壁面上从一端到另一端均匀分布有若干锯齿状结构，所述锯齿状结构倾斜朝向所述冷凝腔所在的一端。液体通道采用上述的非对称性管道结构，使液体在液体通道内具有单向流动的特性，即液体通道具有方向性，能够使液体沿着液体通道从冷凝腔快速流动至蒸发腔，进而提高热量传递的效率。

根据本发明第一方面实施例所述的柔性热管，所述液体通道与所述蒸发腔之间设有补偿室，补偿室用于收集液体，方便液体流入蒸发腔，使液体更容易地进入蒸发腔。

根据本发明的第二方面实施例，提供一种柔性热管的加工方法，包括以下步骤：

S1.通过3D打印机打印柔性主体，采用的打印材料为柔性材料，所述柔性主体的内部具有蒸发腔、冷凝腔、以及连接所述蒸发腔和所述冷凝腔的液体通道和气体通道，所述蒸发腔和冷凝腔均为底面或侧面敞口的腔体结构，所述柔性主体上具有与所述蒸发腔或冷凝腔连通的通孔；

S2.加工第一金属片和第二金属片，其中，所述第一金属片上具有第一凸台，在所述第一凸台上均匀铺设金属粉末，并对所述第一金属片进行烧结处理，使金属粉末粘结在所述第一凸台上，所述第二金属片上具有第二凸台；

S3.安装所述第一金属片和第二金属片，使所述第一金属片密封所述蒸发腔，以及所述第二金属片密封所述冷凝腔，在所述柔性主体的外表面涂一层密封涂层，将外部的充液管连接至所述通孔；

S4.通过所述充液管向柔性主体内部注入工作液体，以及通过所述充液管进行抽真空处理；

S5.密封所述充液管的管口。

有益效果：此柔性热管的加工方法，采用3D打印的方法制作柔性主体，打印材料采用柔性材料，从而使柔性主体具有一定的柔性，可弯曲，能够满足空间狭小及可折叠的电子器件等复杂工况下的散热需求，并且加工和安装第一金属片和第二金属片，有利于热量的传递，其中在第一金属片上进行烧结金属粉末处理，使其具有一定的毛细力，能够使液体均匀地分布在第一凸台上，有利于液体均匀受热蒸发，提高热量传递效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例柔性热管的外部结构示意图；

图2是本发明实施例柔性热管的拆解结构示意图；

图3是本发明实施例柔性热管的内部结构示意图；

图4是本发明实施例柔性热管的工作原理图；

图5是本发明实施例液体通道的局部放大图；

附图标记：加热端100、散热端200、柔性主体10、蒸发腔11、冷凝腔12、液体通道13、锯齿状结构131、气体通道14、补偿室15、第一金属片20、第一凸台21、金属粉末211、第二金属片30、第二凸台31、充液管40。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1，本发明实施例提供一种柔性热管，整体呈扁平状，其外部两端分别为加热端100和散热端200，加热端100一般放置发热元器件，如芯片等；散热端200一般放置电风扇等散热器件。其中一端设置充液管40，充液管40连接热管内部，用以充入工作液体。

参照图2，本实施例的柔性热管包括柔性主体10、第一金属片20和第二金属片30。其中，柔性主体10可弯曲，柔性主体10的材料为柔性材料，柔性主体10的内部具有蒸发腔11、冷凝腔12、以及连接蒸发腔11和冷凝腔12的液体通道13和气体通道14，蒸发腔11和冷凝腔12均为底面或侧面敞口的腔体结构，第一金属片20用于密封蒸发腔11的敞口，第二金属片30用于密封冷凝腔12的敞口。

本实施例的柔性热管，柔性主体10内部冲入工作液体，工作液体在蒸发腔11和冷凝腔12之间，经气体通道14和液体通道13循环流动，实现热量的传递，由于柔性主体10采用柔性材料，可随电子器件弯曲，从而能够满足空间狭小及可折叠的电子器件等复杂工况下的散热需求。并且通过设置第一金属片20和第二金属片30，实现热量的有效传递，避免柔性材料导热性能较差带来的不良影响，其中外部的发热元器件与第一金属片20接触，将热量传递至蒸发腔11内的工作液体，外部的散热元器件与第二金属片30接触，冷凝腔12内的热的蒸汽通过第二金属片30将热量传递至散热元器件。

可以理解的是，柔性材料可以采用不同的材料，只要其具有柔性，可以在一定程度上弯曲即可，例如可以为软胶材料、聚乙烯醇(PVA)、聚酯(PET)、聚酰亚胺(PI)或者聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等。

在本实施例中，蒸发腔11的上底面和下底面均敞口，对应设置有两个第一金属片20，分别密封两个敞口。同样地，冷凝腔12的上底面和下底面均敞口，对应设置两个第二金属片30，分别密封冷凝腔12的两个敞口。具体地，第一金属片20和第二金属片30均为铜片或者是其他具有良好导热性能的金属片。

可以理解的是，蒸发腔11可以设置为仅在一个底面或侧面敞口，并在相应位置设置第一金属片20，其可以根据实际需要如发热元器件的位置进行设置。同样地，冷凝腔12的敞口位置可以根据需要进行设置，不限于图中所示的形式。

在本实施例中，在第一金属片20上设有与蒸发腔11嵌合的第一凸台21，在第二金属片30上设有与冷凝腔12嵌合的第二凸台31。通过第一凸台21和第二凸台31分别定位第一金属片20和第二金属片30，以便安装装配。第一金属片20和第二金属片30通过特种胶粘接在柔性主体10上，粘接的同时需要保证密封性。

其中，在第一凸台21上均匀铺设有金属粉末211，使第一凸台21的表面形成类似于多孔的毛细结构，具有毛细力，能够吸附液体，可使液体均匀地分布在金属片上，有利于液体均匀受热蒸发，提高热量传递效率。具体地，金属粉末211为铜粉或者其他具有良好导热性能的金属粉末，其通过高温烧结处理，使铜粉受热融化粘结在第一金属片20的第一凸台21上。第二金属片30与冷凝腔12接触，冷凝腔12内主要为热的蒸汽，因此第二金属片30不需要进行金属粉末211的烧结处理。

在其中的一些实施例中，在柔性主体10上设有连接冷凝腔12的通孔，通孔连接外部的充液管40。通过充液管40向柔性主体10内部冲入工作液体，工作液体可以直接采用水。此外通过充液管40能够对热管内部进行抽真空处理，可减小热管内部的压力，使工作液体的沸点降低，液体更容易蒸发形成蒸汽，从而使得热管可以在温度较低的情况下正常工作。完成注液和抽真空处理后，将充液管40的入口密封，使热管内部处于密封状态。可以理解的是，充液管40可以设置在另一端，连接至蒸发腔11内，其只要能够实现工作液体的注入即可。

在某些实施例中，柔性主体10的外表面涂有密封涂层，密封涂层能够保证柔性主体10内部的密封性，减小热量散失，以及防止内部工作液体或蒸汽外溢，避免采用柔性材料作为热管主体导致密封性较差的不良影响。

参照图3～图5，在本实施例中，气体通道14有两条，两条气体通道14分别设置在液体通道13的两侧。采用两条气体通道14，提高气体流动的效率，进而提高热量传递的效率。

在其中的一些实施例中，在液体通道13的内部圆周壁面上从一端到另一端均匀分布有若干锯齿状结构131，锯齿状结构131倾斜朝向冷凝腔12所在的一端，液体通道13采用该非对称性管道结构，使液体在液体通道13内具有单向流动的特性，即液体通道13具有方向性，能够使液体沿着液体通道13从冷凝腔12快速流动至蒸发腔11，进而提高热量传递的效率。

在某些实施例中，液体通道13与蒸发腔11之间设有补偿室15，补偿室15用于收集液体，方便液体流入蒸发腔11，使液体更容易地进入蒸发腔11。

参照图4，本实施例的柔性热管，工作过程如下：热管外部的加热端100对应内部的蒸发腔11，散热端200对应内部的冷凝腔12，外部发热元器件放置在加热端100，接触第一金属片20，通过第一金属片20将热量传递至蒸发腔11内的工作液体，工作液体吸热蒸发形成蒸汽，经两侧的气体通道14流动至冷凝腔12，冷凝腔12内热的蒸汽通过第二金属片30，将热量传递传递至外部的散热元器件，蒸汽放热重新形成液体，工作液体经液体通道13和补偿室15流动至蒸发腔11，如此循环往复，实现热量的传递，使加热端100处的发热元器件的热量传递至散热端200，实现发热元器件的散热。

本实施例的柔性热管，整体呈扁平状，采用柔性主体10，能够适用于空间狭小及可折叠的电子器件等复杂工况下的散热需求，并且采用两条气体通道14和具有非对称性管道结构的液体通道13，能够实现蒸汽和液体的高速流动，实现高效的传热。

本发明实施例还提供一种柔性热管的加工方法，包括以下步骤：

S1.通过3D打印机打印柔性主体10，采用的打印材料为柔性材料，具体为软胶材料，采用其他的非柔性材料作为打印材料，不能实现柔性主体10的可弯曲特性，柔性主体10的内部具有蒸发腔11、冷凝腔12、以及连接蒸发腔11和冷凝腔12的液体通道13和气体通道14，蒸发腔11和冷凝腔12均为底面或侧面敞口的腔体结构，柔性主体10上具有与蒸发腔11或冷凝腔12连通的通孔；

S2.加工第一金属片20和第二金属片30，其中，第一金属片20上具有第一凸台21，在第一凸台21上均匀铺设金属粉末211，并对第一金属片20进行烧结处理，使金属粉末211粘结在第一凸台21上，第二金属片30上具有第二凸台31；

S3.安装第一金属片20和第二金属片30，使第一金属片20密封蒸发腔11，以及第二金属片30密封冷凝腔12，在柔性主体10的外表面涂一层密封涂层，将外部的充液管40连接至通孔；

S4.通过充液管40向柔性主体10内部注入工作液体，以及通过充液管40进行抽真空处理；

S5.密封充液管40的管口，具体操作为：对充液管40进行冲压，使其变形从而密封，最后通过点焊将充液管40的管口进一步密封。

本实施例的柔性热管的加工方法，采用3D打印的方法制作柔性主体10，能够打印出具有锯齿状结构131的液体通道13，打印材料采用柔性材料，从而使柔性主体10具有一定的柔性，可弯曲，能够满足空间狭小及可折叠的电子器件等复杂工况下的散热需求，并且加工和安装第一金属片20和第二金属片30，有利于热量的传递，其中在第一金属片20上进行烧结金属粉末211处理，使其具有一定的毛细力，能够使液体均匀地分布在第一凸台21上，有利于液体均匀受热蒸发，提高热量传递效率。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种柔性热管，其特征在于，包括：

柔性主体，所述柔性主体可弯曲，所述柔性主体的材料为柔性材料，所述柔性主体的内部具有蒸发腔、冷凝腔、以及连接所述蒸发腔和所述冷凝腔的液体通道和气体通道，所述蒸发腔和冷凝腔均为底面或侧面敞口的腔体结构；以及

第一金属片，用于密封所述蒸发腔的敞口；

第二金属片，用于密封所述冷凝腔的敞口。

2.根据权利要求1所述的柔性热管，其特征在于：所述柔性主体的外表面涂有密封涂层。

3.根据权利要求1所述的柔性热管，其特征在于：在所述第一金属片上设有与所述蒸发腔嵌合的第一凸台，在所述第二金属片上设有与所述冷凝腔嵌合的第二凸台。

4.根据权利要求3所述的柔性热管，其特征在于：在所述第一凸台上均匀铺设有金属粉末。

5.根据权利要求4所述的柔性热管，其特征在于：所述第一金属片和第二金属片均为铜片，所述金属粉末为铜粉。

6.根据权利要求1所述的柔性热管，其特征在于：在所述柔性主体上设有连接所述蒸发腔或者所述冷凝腔的通孔，所述通孔连接有充液管。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的柔性热管，其特征在于：所述气体通道有两条，两条所述气体通道分别设置在所述液体通道的两侧。

8.根据权利要求7所述的柔性热管，其特征在于：在所述液体通道的内部圆周壁面上从一端到另一端均匀分布有若干锯齿状结构，所述锯齿状结构倾斜朝向所述冷凝腔所在的一端。

9.根据权利要求7所述的柔性热管，其特征在于：所述液体通道与所述蒸发腔之间设有补偿室。

10.一种柔性热管的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.通过3D打印机打印柔性主体，采用的打印材料为柔性材料，所述柔性主体的内部具有蒸发腔、冷凝腔、以及连接所述蒸发腔和所述冷凝腔的液体通道和气体通道，所述蒸发腔和冷凝腔均为底面或侧面敞口的腔体结构，所述柔性主体上具有与所述蒸发腔或冷凝腔连通的通孔；

S2.加工第一金属片和第二金属片，其中，所述第一金属片上具有第一凸台，在所述第一凸台上均匀铺设金属粉末，并对所述第一金属片进行烧结处理，使金属粉末粘结在所述第一凸台上，所述第二金属片上具有第二凸台；

S3.安装所述第一金属片和第二金属片，使所述第一金属片密封所述蒸发腔，以及所述第二金属片密封所述冷凝腔，在所述柔性主体的外表面涂一层密封涂层，将外部的充液管连接至所述通孔；

S4.通过所述充液管向柔性主体内部注入工作液体，以及通过所述充液管进行抽真空处理；

S5.密封所述充液管的管口。

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