CN111895827A - 一种热二极管及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热二极管，包括保持架，保持架的一端为蒸发段，保持架的另一端为冷凝段；蒸汽通道，设置在保持架内，蒸汽通道的一端延伸至蒸发段，蒸汽通道的另一端延伸至冷凝段；液体通道，设置在蒸汽通道的两侧，液体通道的一端延伸至蒸发段，液体通道的另一端延伸至冷凝段；单向导通组件，设置在蒸汽通道内，控制蒸汽通道沿蒸发段到冷凝段的方向单向导通；此热二极管通过设置蒸发段对接发热元件，冷凝段对接散热元件实现热管的基础功能，设置蒸汽通道和液体通道实现循环往复的传热效果，并在蒸汽通道上设置单向导通组件，保证了此热二极管在任意方向工作的前提下都可以使内部的蒸汽只能沿着一个方向流动，起到保护重要元件的作用。

Description

一种热二极管及其加工方法

技术领域

本发明涉及热管设计加工技术领域，特别涉及一种热二极管及其加工方法。

背景技术

热管作为一种高效的传热元件被广泛用于电子产品的散热领域。但是由于常见的热管均是可以双向传递热量，传递根据温差方向，即由高温传递到低温。正是由于这种双向性，当发生意外时，可能会导致散热段的温度比电子器件的温度高，那么就会把外界的热量传递到电子器件中，会导致装置的损坏。

因此，热二极管被发明及应用。热二极管，顾名思义如同二极管一样只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反的方向流动的热管。传统的热二极管主要是靠重力的作用使冷凝的液滴回流到蒸发段，因此这类的热管均是竖立放置，即蒸发段位于冷凝段的下方。并不能在水平方向上实现单向传热的效果。

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，提供一种热二极管及其加工方法，具有单向传热的特性，并且可以在任意方向工作。

根据本发明的第一方面实施例，提供一种热二极管，包括保持架，保持架的一端为蒸发段，保持架的另一端为冷凝段；蒸汽通道，设置在保持架内，蒸汽通道的一端延伸至蒸发段，蒸汽通道的另一端延伸至冷凝段；液体通道，设置在保持架内，位于蒸汽通道的两侧，液体通道的一端延伸至蒸发段，液体通道的另一端延伸至冷凝段；单向导通组件，设置在蒸汽通道内，控制蒸汽通道沿蒸发段到冷凝段的方向单向导通。

有益效果：此热二极管通过设置蒸发段对接发热元件，冷凝段对接散热元件实现热管的基础功能，设置蒸汽通道和液体通道实现循环往复的传热效果，并在蒸汽通道上设置单向导通组件，保证了此热二极管在任意方向工作的前提下都可以使内部的蒸汽只能沿着一个方向流动，起到保护重要元件的作用，相比于需要依靠重力场或加速压差才能实现单向传热的传统热二级管，本发明无疑更节省成本、适用范围更广。

根据本发明第一方面实施例的热二极管，单向导通组件包括第一转轴、第一挡板和限位组件，第一转轴和限位组件分别设置在蒸汽通道的两侧，第一挡板可摆动地设置在第一转轴上，第一挡板的长度大于第一转轴和限位组件之间的距离，蒸汽通道处于导通状态时，第一挡板向冷凝段的方向摆动，蒸汽通道处于截止状态时，第一挡板向蒸发段的方向摆动并接触限位组件，通过第一挡板作为单向导通的执行元件，效果显著且成本更低。

根据本发明第一方面实施例的热二极管，限位组件包括第二转轴和第二挡板，第二挡板可摆动地设置在第二转轴上，第一挡板的长度和第二挡板的长度均大于第一转轴和第二转轴之间的距离，蒸汽通道处于导通状态时，第一挡板和第二挡板均向冷凝段的方向摆动，蒸汽通道处于截止状态时，第一挡板向蒸发段的方向摆动并接触第二转轴，第二挡板向蒸发段的方向摆动并接触第一转轴，将第一挡板和第二挡板配合使用，截止蒸汽通道的效果更佳。

根据本发明第一方面实施例的热二极管，第一转轴和第二转轴均设置在蒸汽通道的中部位置，受力更均匀、结构更合理。

根据本发明第一方面实施例的热二极管，液体通道为多孔介质结构，多孔介质结构设置在蒸汽通道的两侧壁上，保证冷凝后的水可通过渗流方式回流至蒸发段。

根据本发明第一方面实施例的热二极管，多孔介质结构为烧结铜粉层，吸水和渗流效果更佳。

根据本发明第一方面实施例的热二极管，冷凝段外设有充液管。

根据本发明的第二方面实施例，提供一种热二极管的加工方法，包括以下步骤：

S1：制作保持架、上顶板和下底板的大致形状，并在保持架上加工注液孔和管孔；

S2：把保持架设置在烧结模具上，在保持架的内侧壁铺上铜粉，并通过高温烧结形成烧结铜粉层。

S3：在保持架的中间两侧位置用耐高温胶分别粘粘第一转轴和第二转轴，并将第一挡板套进第一转轴中，第二挡板套进第二转轴中。

S4：在保持架的上下面分别安装上顶板和下底板形成管体，并在管孔上安装充液管；

S5：通过充液管对管体的内部注水，然后通过注液孔对管体的内部进行抽真空处理；

S6：对充液管的管口进行冲压使其发生形变，再对管口进行密封处理，然后闭合注液孔。

根据本发明第二方面实施例的热二极管的加工方法，烧结模具为不锈钢材质，保持架为铜材质，保证铜粉烧结后能依附在保持架上，且烧结后能顺利脱模。

附图说明

为了更清楚地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作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1为本发明实施例中热二极管的结构示意图；

图2为本发明实施例中烧结模具和保持架的结构示意图。

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～图2，一种热二极管，包括保持架10，保持架10的一端为蒸发段，保持架10的另一端为冷凝段；蒸汽通道11，设置在保持架10内，蒸汽通道11的一端延伸至蒸发段，蒸汽通道11的另一端延伸至冷凝段；液体通道12，设置在保持架10内，位于蒸汽通道11的两侧，液体通道12的一端延伸至蒸发段，液体通道12的另一端延伸至冷凝段；单向导通组件，设置在蒸汽通道11内，控制蒸汽通道11沿蒸发段到冷凝段的方向单向导通。此热二极管通过设置蒸发段对接发热元件，冷凝段对接散热元件实现热管的基础功能，设置蒸汽通道11和液体通道12实现循环往复的传热效果，并在蒸汽通道11上设置单向导通组件，保证了此热二极管在任意方向工作的前提下都可以使内部的蒸汽只能沿着一个方向流动，起到保护重要元件的作用，相比于需要依靠重力场或加速压差才能实现单向传热的传统热二级管，本发明无疑更节省成本、适用范围更广。

在本实施例中，此热二极管还包括上顶板50和下底板70，保持架10为“回”字形的框架，上顶板50和下底板70分别安装在保持架10的上表面和下表面，构成管体。

在其他实施例中，单向导通组件还可以借鉴单向阀、单向阀中的阀瓣结构的工作方式。

在本实施例中，单向导通组件包括第一转轴21、第一挡板22和限位组件，第一转轴21和限位组件分别设置在蒸汽通道11的两侧，第一挡板22可摆动地设置在第一转轴21上，第一挡板22的长度大于第一转轴21和限位组件之间的距离，蒸汽通道11处于导通状态时，第一挡板22向冷凝段的方向摆动，蒸汽通道11处于截止状态时，第一挡板22向蒸发段的方向摆动并接触限位组件，通过第一挡板22作为单向导通的执行元件，效果显著且成本更低。

在其他实施例中，限位组件可以是限位块、限位柱等结构，此时仅依靠第一挡板22也可以实现蒸汽通道11的导通和截止。

优选的，限位组件包括第二转轴31和第二挡板32，第二挡板32可摆动地设置在第二转轴31上，第一挡板22的长度和第二挡板32的长度均大于第一转轴21和第二转轴31之间的距离，蒸汽通道11处于导通状态时，第一挡板22和第二挡板32均向冷凝段的方向摆动，蒸汽通道11处于截止状态时，第一挡板22向蒸发段的方向摆动并接触第二转轴31，第二挡板32向蒸发段的方向摆动并接触第一转轴21，将第一挡板22和第二挡板32配合使用，截止蒸汽通道11的效果更佳。第一转轴21和第二转轴31均设置在蒸汽通道11的中部位置，受力更均匀、结构更合理。

在本实施例中，第一挡板22和第二挡板32的高度与保持架10的内壁的高度相等或接近，减少蒸汽泄漏。

在本实施例中，液体通道12为多孔介质结构，多孔介质结构设置在蒸汽通道11的两侧壁上，保证冷凝后的水可通过渗流方式回流至蒸发段。优选的，多孔介质结构为烧结铜粉层，吸水和渗流效果更佳。在其他实施例中，多孔介质结构可以是海绵等吸水结构。

在本实施例中，冷凝段外设有充液管60。

一种热二极管的加工方法，包括以下步骤：

S1：通过激光切割分别切割出保持架10、上顶板50和下底板70的大致形状，并在相应位置加工注液孔和管孔以及安装上顶板50和下底板70用的定位孔；

S2：把保持架10套在烧结模具40上，在保持架10的内侧壁铺上铜粉，并通过高温烧结形成烧结铜粉层。烧结模具40上设有夹紧机构41和铜粉定量机构42，保证保持架10的可靠固定和铜粉的定量，铜粉的定量可确保烧结后液体通道12成长条状结构。铜粉定量机构42为长度与保持架10的内侧壁相同的长方形板，长方形板与保持架10的内侧壁之间间隔，铺铜粉时只需铺满长方形板与保持架10的内侧壁之间的间隔即可保证烧结铜粉层为长条状。

S3：在保持架10的中间两侧位置用耐高温胶分别粘粘第一转轴21和第二转轴31，并将第一挡板22套进第一转轴21中，第二挡板32套进第二转轴31中。

S4：在保持架10的上下面分别安装上顶板50和下底板70形成管体，安装时通过定位孔定位，并在管孔上安装充液管60，保持架10与上顶板50和下底板70、充液管60都通过耐高温胶粘在一起，并保证其密封性；

S5：通过充液管60对管体的内部注水，然后通过注液孔对管体的内部进行抽真空处理，使得内部气压降低，使液体更容易气化；

S6：对充液管60的管口进行冲压使其发生形变，再对管口进行密封处理，然后闭合注液孔。

最后进行单向传热测试，确保更够正常使用。

在本实施例中，烧结模具40材质为不锈钢，保持架10的材质为铜。把铜粉倒进间隙中并铺满后，然后把整个装置送到高温炉中加热。由于铜粉在高温条件下容易融化，并与同种材料的保持架1020粘连在一起，最终形成烧结铜粉层。由于烧结模具40并不是铜材料，因此在烧结完成冷却后，带烧结铜粉层的保持架10可以从烧结模具40中脱落，烧结模具40可以重复使用。

此热二极管在具体使用时，冷凝段与散热元件相接触，如电脑的散热风扇，蒸发段与发热元件相接触，如与电脑CPU接触，中间一段为绝热段，这段从理论上没有温度变化。

内部中，两侧为液体通道12，中间为蒸汽通道11。在正常工作时，蒸发段的温度比冷凝段的温度高，蒸发段中的液体受热变成蒸汽，蒸汽通过中间的蒸汽通道11流向冷凝段，蒸汽的流动的方向同样也是第一挡板22和第二挡板32的打开方向，蒸汽的推力会把第一挡板

22和第二挡板32推开并顺利流通到冷凝段。由于冷凝段的温度相对较低，因此蒸汽遇冷液化。热二极管内部的两侧为烧结铜粉层，由于此时蒸发段的液体较少，冷凝段液体较多，因此蒸发段的烧结铜粉层较“干”，冷凝段的烧结铜粉层较“湿”，烧结铜粉层具有毛细压力，如同纸巾或海绵吸水的功能，液体会通过多孔结构流向较干的一端，把冷凝段的液体运输到蒸发段。然后液体再次受热蒸发成蒸汽流向冷凝段，如此循环往复。在液体蒸发吸热与蒸汽冷凝放热的过程中，就把蒸发段的热流传输到冷凝段，从而具有传热的效果。

若蒸汽的流动方向与第一挡板22和第二挡板32的打开方向相时反，蒸汽推力会把第一挡板22推至第二转轴31、把第二挡板32推至第一转轴21，使蒸汽通道11关闭，蒸汽受到截断不能传输到冷凝段。在这过程中可能因为漏气等原因使得少量蒸汽流通到冷凝段，但蒸汽较少传热效率也很低，因此基本上热量不会传送到冷凝段。这就使得热二极管不能在反方向传热，可以起到保护电子产品的作用。

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 (9)

1.一种热二极管，其特征在于，包括：

保持架，所述保持架的一端为蒸发段，所述保持架的另一端为冷凝段；

蒸汽通道，设置在所述保持架内，所述蒸汽通道的一端延伸至所述蒸发段，所述蒸汽通道的另一端延伸至所述冷凝段；

液体通道，设置在所述保持架内，位于所述蒸汽通道的两侧，所述液体通道的一端延伸至所述蒸发段，所述液体通道的另一端延伸至所述冷凝段；

单向导通组件，设置在所述蒸汽通道内，控制所述蒸汽通道沿所述蒸发段到所述冷凝段的方向单向导通。

2.根据权利要求1所述的热二极管，其特征在于：所述单向导通组件包括第一转轴、第一挡板和限位组件，所述第一转轴和限位组件分别设置在所述蒸汽通道的两侧，所述第一挡板可摆动地设置在所述第一转轴上，所述第一挡板的长度大于所述第一转轴和所述限位组件之间的距离，所述蒸汽通道处于导通状态时，所述第一挡板向所述冷凝段的方向摆动，所述蒸汽通道处于截止状态时，所述第一挡板向所述蒸发段的方向摆动并接触所述限位组件。

3.根据权利要求2所述的热二极管，其特征在于：所述限位组件包括第二转轴和第二挡板，所述第二挡板可摆动地设置在所述第二转轴上，所述第一挡板的长度和所述第二挡板的长度均大于所述第一转轴和所述第二转轴之间的距离，所述蒸汽通道处于导通状态时，所述第一挡板和所述第二挡板均向所述冷凝段的方向摆动，所述蒸汽通道处于截止状态时，所述第一挡板向所述蒸发段的方向摆动并接触所述第二转轴，所述第二挡板向所述蒸发段的方向摆动并接触所述第一转轴。

4.根据权利要求3所述的热二极管，其特征在于：所述第一转轴和所述第二转轴均设置在所述蒸汽通道的中部位置。

5.根据权利要求1所述的热二极管，其特征在于：所述液体通道为多孔介质结构，所述多孔介质结构设置在所述蒸汽通道的两侧壁上。

6.根据权利要求5所述的热二极管，其特征在于：所述多孔介质结构为烧结铜粉层。

7.根据权利要求1所述的热二极管，其特征在于：所述冷凝段外设有充液管。

8.一种热二极管的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：制作保持架、上顶板和下底板的大致形状，并在所述保持架上加工注液孔和管孔；

S2：把所述保持架设置在烧结模具上，在所述保持架的内侧壁铺上铜粉，并通过高温烧结形成烧结铜粉层。

S3：在所述保持架的中间两侧位置用耐高温胶分别粘粘第一转轴和第二转轴，并将第一挡板套进所述第一转轴中，第二挡板套进所述第二转轴中。

S4：在保持架的上下面分别安装所述上顶板和所述下底板形成管体，并在所述管孔上安装充液管；

S5：通过所述充液管对所述管体的内部注水，然后通过所述注液孔对所述管体的内部进行抽真空处理；

S6：对所述充液管的管口进行冲压使其发生形变，再对所述管口进行密封处理，然后闭合所述注液孔。

9.根据权利要求8所述的热二极管的加工方法，其特征在于：所述烧结模具为不锈钢材质，所述保持架为铜材质。

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