CN111964501A - 一种平板热管及其制备方法和换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平板热管及其制备方法和换热器，该平板热管包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体盖合连接形成具有密封腔体的平板壳体，密封腔体内填充有相变工质；平板壳体内设有毛细芯，毛细芯的表面具有微纳结构。通过以上表面具有微纳结构的毛细芯的设置，本发明平板热管具有优异的导热性能，且抗重力能力强，使用布置方式灵活。

Description

一种平板热管及其制备方法和换热器

技术领域

本发明涉及二维快速导热器件技术领域，尤其是涉及一种平板热管及其制备方法和换热器。

背景技术

随着科技日益发展，许多前沿领域的技术得以普及和提升，如5G通讯、大数据、云计算、AI等新一代信息与通信(ICT)技术性能高速提升；新能源汽车快速普及，其动力、续航性能增强；雷达、激光仪器等高能前沿设备得以广泛应用。随着这些技术的进步而来的，是其中的器件呈高集成化、高能量密度等特点。因此，必然会存在器件散热空间小而复杂，散热面积小，热流密度高的问题。传统风冷和液冷的散热方式难以满足高热流密度器件的散热要求。这些元器件的性能和可靠性一般随着温度上升而急剧下降，散热问题成了制约一系列科技领域进一步发展的重要因素。

热管的工作原理是：在真空状态下，当热管蒸发段受热后，蒸发段内的液体迅速蒸发，蒸气在压差作用下流向冷凝段，并释放出热量后，重新凝结成液体，液体借助吸液芯的毛细抽吸力作用回到蒸发段。蒸气在蒸发段逐渐增多至蒸发段边缘达到最大，随后逐渐减小，到达冷凝段端部最小。而液体刚好相反，在冷凝段最多到达蒸发段最少。蒸发导致蒸发段表面张力形成的弯液面半径最小，吸液芯毛细抽吸力最大，而冷凝导致冷凝段表面张力形成的弯液面半径最大，吸液芯毛细抽吸力最小。

传统热管技术基于流体工质的相变传热，其应用解决了一维高热流密度并散热的问题，而均热板工作原理与热管相似，但区别于传统热管，平板热管(或称均热板)为二维导热，可以将集中的点热源传递到更大的面积，具有更好的传热效果。然而，目前的均热板中毛细芯多单一结构，或简单将几种多孔介质组合作为毛细芯，其吸液性能较弱，限制了相变工质回流速度，传热性能受限，甚至基于以上毛细芯结构的热管抗重力能力很差，它们在逆重力时失效，无法高效传热。为了解决单一毛细芯吸液性能差的问题，专利申请CN101848629A公开了一种具有泡沫金属与铜粉复合毛细结构的均热板，这种毛细芯虽然能增大对工质的毛细力，但是由于填充了铜粉，毛细芯的孔隙率大大降低，工质流动渗透阻力急剧增大，其整体毛细吸液性能提升有限，因此限制了其传热效率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种平板热管及其制备方法和换热器。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一方面，提供一种平板热管，所述平板热管包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体盖合连接形成具有密封腔体的平板壳体，所述密封腔体内填充有相变工质；所述平板壳体内设有毛细芯，所述毛细芯的表面具有第一微纳结构。

本发明实施例的平板热管至少具有如下有益效果：该平板热管中毛细芯的表面具有第一微纳结构，可增强对相变工质的毛细驱动作用，提高毛细芯的吸液能力，提升气液循环效率；另外，通过毛细芯表面的第一微纳结构设置，在平板热管的换热区，可在一定程度上强化相变，提高相变效率，从而提高平板热管的导热性和均温性；且在以上毛细芯的作用下，平板热管使用时受重力影响小，抗重力能力强，使用布置方式灵活。

根据本发明的一些实施例，所述毛细芯包括毛细芯结构层和/或毛细芯片层；所述毛细芯结构层设于所述平板壳体的内壁上，所述毛细芯片层夹设于所述上壳体和所述下壳体之间；所述毛细芯结构层的表面和所述毛细芯片层的表面具有所述微纳结构。

根据本发明的一些实施例，所述毛细芯包括所述毛细芯片层，所述平板壳体的内壁面具有第二微纳结构。

根据本发明的一些实施例，所述平板壳体包括换热段，所述换热段包括蒸发段和冷凝段，所述蒸发段和所述冷凝段沿所述平板热管的传热方向依次分布。根据本发明的一些实施例，所述毛细芯包括所述毛细芯片层，所述毛细芯片层上沿所述平板热管的传热方向设有长条间隙；所述长条间隙的宽度从所述平板壳体的蒸发段至冷凝段递增，和/或，所述毛细芯的厚度从所述平板壳体的蒸发段至冷凝段递增。

根据本发明的一些实施例，所述平板壳体为柔性平板壳体；所述毛细芯片层贴合夹设于所述上壳体和所述下壳体之间。

根据本发明的一些实施例，所述平板壳体为刚性平板壳体，所述上壳体和所述下壳体之间设有壳体支撑件。

根据本发明的一些实施例，所述毛细芯包括所述毛细芯片层，所述平板壳体内还设有毛细芯支撑件，所述毛细芯支撑件用于将所述毛细芯片层抵压固定于所述平板壳体的内壁面。

本发明的第二方面，提供一种平板热管，包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体盖合连接形成具有密封腔体的平板壳体，所述密封腔体内填充有相变工质；所述平板壳体内设有毛细芯，所述平板壳体的内表面具有第二微纳结构。

本发明实施例的平板热管至少具有如下有益效果：该平板热管中平板壳体的内表面具有第二微纳结构，可形成气液相界面超薄化，形成相变强化表面，提高相变效率，进而提高平板热管的导热性和均匀性。

根据本发明的一些实施例，所述毛细芯包括毛细芯结构层和/或毛细芯片层；所述毛细芯结构层设于所述平板壳体的内壁面上，所述毛细芯结构层的表面具有所述第二微纳结构；所述毛细芯片层夹设于所述上壳体和所述下壳体之间。

根据本发明的一些实施例，所述毛细芯包括毛细芯片层，所述毛细芯片层的表面具有第一微纳结构。

本发明的第三方面，提供本发明第一方面所提供的任一种平板热管的制备方法，包括以下步骤：

S1、准备上壳体和下壳体，以配合形成平板壳体；

S2、在所述平板壳体内设置毛细芯，并对所述毛细芯进行表面微纳处理，以使表面形成第一微纳结构；

S3、将所述上壳体和所述下壳体的边缘密封连接，形成具有密封腔体的平板壳体，而后对所述密封腔体进行抽真空与灌注相变工质。

本发明实施例平板热管的制备方法至少具有如下有益效果：该制备方法通过在平板壳体内设置毛细芯，并对毛细芯进行表面微纳处理，以使毛细芯的表面形成第一微纳结构，其可增强对工质的毛细驱动作用，提高毛细芯的吸液能力，提升气液循环效率；另外，通过毛细芯表面的第一微纳结构设置，在平板热管的换热区，可强化相变，提高相变效率，从而提高平板热管的导热性和均温性，且所制得平板热管的抗重力能力强，使用布置方式灵活。

步骤S2中，表面微纳处理包括热氧化处理、电化学沉积、气相物理沉积、飞秒激光加工、操控溅射中的至少一种。

本发明的第四方面，提供本发明第二方面所提供的任一种平板热管的制备方法，包括以下步骤：

S1、准备上壳体和下壳体，以配合形成平板壳体；

S2、在所述平板壳体内设置毛细芯，并对所述平板壳体的内壁面进行表面微纳处理，以使表面形成第二微纳结构；

S3、将所述上壳体和所述下壳体的边缘密封连接，形成具有密封腔体的平板壳体，而后对所述密封腔体进行抽真空与灌注相变工质。

本发明实施例平板热管的制备方法至少具有如下有益效果：该制备方法通过对平板壳体的内壁面进行表面微纳处理，以使其表面形成第二微纳结构，可形成气液相界面超薄化，形成相变强化表面，提高相变效率，进而提高平板热管的导热性和均匀性。

根据本发明第五方面，提供一种换热器，包括本发明第一方面或第二方面所提供的任一种平板热管。

本发明实施例的换热器至少具有如下有益效果：该换热器由于包含本发明第一方面或第二方面所提供的任一种平板热管，基于以上平板热管的有益效果，该换热器具有高传热性能。

附图说明

图1是本发明一实施例平板热管的结构示意图；

图2是图1所示平板热管中毛细芯片层的SEM图；

图3是本发明另一实施例平板热管中上壳体沿垂直于平板热管长轴方向的截面剖视局部示意图；

图4是本发明另一实施例平板热管上平板壳体内壁面具有的微纳结构示意图；

图5是本发明另一实施例平板热管上毛细芯片层的结构示意图；

图6是本发明另一实施例平板热管上毛细芯片层的结构示意图；

图7是本发明另一实施例平板热管上毛细芯片层的结构示意图；

图8是沿图7中A-A线的截面示意图；

图9是不同毛细芯的吸液性能测试结果。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，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。

在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，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。

请参阅图1，图1示出了本发明一实施例平板热管的结构示意图。如图1所示，该平板热管包括上壳体11和下壳体12，上壳体11和下壳体12盖合连接形成具有密封腔体的平板壳体10，密封腔体内填充有相变工质(图中未示出)，平板壳体10内设有毛细芯20，毛细芯20的表面具有第一微纳结构。毛细芯20覆设于整个平面热管。在本实施例中，平板热管还包括充液管30，充液管30与平板壳体10相连，且连通密封腔体。

平板壳体10可根据应用场景的需要，采用不同的材料，设计为刚性平板壳体和柔性平板壳体。具体地，上壳体11和下壳体12的材料可为金属，包括但不限于铜、铝、铝合金、钢材及不锈钢等；也可为非金属，包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、玻璃等；或者为复合材料，包括但不限于层叠类的复合材料(如铝塑膜、塑料与金属箔的复合薄膜等)、掺杂类复合材料(如陶瓷基复合材料、树脂基复合材料等)。上壳体11和下壳体12的材料选用根据使用需求决定，如对于高功率、高温传热场景，需要导热性能良好的材料(如铜、铝、不锈钢等)；或者，根据使用需求采用对应的超薄柔性材料，以使平板热管可弯折变形，从而使其不仅可在平面上高性能传热，其传热路径也更为灵活，可在弯折路径传热。平板壳体10可根据实际应用需要设计成不同形状，如长方形、正方形、梯形、圆形、圆柱壳、锥壳等，或者，根据需要设计成异形构型。平板壳体10的厚度可为0.05～100mm。在本实施例中，平板壳体10为长方形刚性平板壳体，上壳体11和下壳体12的材质为铝合金，且平板热管的传热方向为平板壳体10的长轴方向。

平板热管的传热方向可根据实际需求进行设计。例如，平板热管可设计为圆形平板热管，平板壳体呈圆形，热源可设置在圆形平板热管的圆心处，平板热管的传热方向为由圆心向四周方向传热；或者，平板热管可设计梯形平板热管，其平板壳体对应为梯形，热源可设置于梯形平板热管上靠近上底边侧，平板热管的传热方向由上底边向下底边方向传热；又或者，平板热管可设计为正方形平板热管，其平板壳体对应呈正方形，热源可设置在正方形平板热管的中心处，平板热管的传热方向由中心向四周方向传热。

如图1所示，在本实施例中，平板壳体10作为保护外壳，平板壳体10内设有毛细芯20，毛细芯20具体为夹设于上壳体11和下壳体12之间的毛细芯片层，毛细芯片层完整填充于整个平板壳体10内平面。在本实施例中，毛细芯片层采用泡沫金属材质，具体为泡沫铜，且毛细芯片层的表面经热氧化微纳处理，以使表面具有第一微纳结构，该第一微纳结构具有超亲水特性。采用电子扫描显微镜对该毛细芯片层进行观察，所得结果图2所示，其中，(a)为本实施例平板热管中毛细芯片层的SEM图，(b)为(a)中框出区域的3000倍放大图。

在其他实施例中，毛细芯可采用其他多孔介质材料，例如，低温、常温应用时可使用金属丝网、烧结粉末、3D打印材料中的任一种，制备高温热管时可采用泡沫陶瓷、多孔陶瓷等，且通过进行表面微纳处理以在表面形成第一微纳结构；表面微纳处理具体可为热氧化处理、电化学沉积、气相物理沉积、飞秒激光加工、操控溅射等。通过对以上毛细芯片层进行表面微纳处理，使其表面形成第一微纳结构，可使其具有超亲水特性，增强对相变工质的毛细驱动作用，提升气液循环效率。

为了提高热管的稳固性，在本实施例中，上壳体11和下壳体12之间设有壳体支撑件13，壳体支撑件13具体固定于下壳体11的内表面，通过设置壳体支撑件13用于支撑平板壳体10，以防止平板热管内腔体坍塌。另外，为了固定毛细芯片层，平板壳体10内还可设置毛细芯支撑件14，用于将毛细芯片层抵压固定于平板壳体10的内壁面。本实施例中，毛细芯支撑件14也设于下壳体12的内表面，具体通过毛细芯支撑件14将毛细芯片层压紧于上壳体11的内表面。另外，为了保证壳体支撑件13的支撑效果，以及进一步确保毛细芯片层的安装稳固性，毛细芯片层上可设置用于安装壳体支撑件13的安装通孔21，壳体支撑件13通过毛细芯片层的安装通孔21与上壳体11抵接以进行支撑。壳体支撑件13和毛细芯支撑件14可设计为圆柱形、方柱形、棱柱形、椭圆柱形等。如若平板壳体10为柔性平板壳体，可不加设以上壳体支撑件13和毛细芯支撑件14。

在其他实施例中，也可直接对平板壳体10的内壁面设置毛细芯结构层，且毛细芯结构层的表面经表面微纳处理(如热氧化处理、电化学沉积、气相物理沉积、飞秒激光加工、操控溅射等)，以在平板壳体10的内壁面形成表面具有第一微纳结构的毛细芯结构层，以作为毛细芯20，该毛细芯20可贯穿整个平面热板。或者，可采用设于平板壳体10的内壁面且表面具有第一微纳结构的毛细芯结构层，与夹设于上壳体11和下壳体12之间且表面具有第一微纳结构的毛细芯片层结合作为毛细芯20，以上毛细芯结构层和毛细芯片层一般配合连接覆设于整个平面热管。

平板壳体10内壁面上毛细芯结构层的基础结构可采用以上毛细芯片层相似的基础结构，也可设计为微槽道毛细结构。若平板壳体10内壁面上毛细结构层的基础结构采用微槽道毛细结构，微槽道毛细结构一般沿对应平板热管的传热方向延伸设置，平板壳体10内壁面上的微槽道毛细结构可设计为不同形状。例如，如图3所示，图3中示出了本发明另一实施例平板热管中上壳体沿垂直于平板壳体长轴方向的截面剖视局部示意图，图3中具体示出具有不同形状微槽的微槽道毛细结构，如图3中(a)所示为方槽，(b)所示为三角槽，(c)所示为圆槽，(d)所示为梯形槽。另外，平板壳体10内壁面上的微槽道毛细结构可沿对应平板热管的传热方向平行均匀布置；或者，微槽道毛细结构的宽度沿对应平板热管的传热方向不均匀布置。

在以上毛细芯结构层的基础结构的基础上，进一步对其表面进行表面微纳处理，以使其表面具有第一微纳结构。对平板壳体10的内壁面进行表面微纳处理的方式与制备毛细芯片层的表面微纳处理方式可相同也可不同。如图4所示，在一些实施例中，可通过平板壳体10的内壁面进行表面微纳处理，以在表面形成不同形状的第一微纳结构，例如，如图4中(a)所示的圆柱阵列微纳结构，(b)中所示的椭圆柱阵列微纳结构，(c)中所示的圆台阵列微纳结构，(d)中所示的椭圆台阵列微纳结构，(e)中所示的圆锥阵列微纳结构和(f)中所示的方锥阵列微纳结构。通过以上对平板壳体10的内壁面设置毛细结构层且进行表面微纳处理，形成气液相变界面超薄化，形成相变强化表面，可提高相变效率。

另外，在一些实施例中，毛细芯20可包括夹设于上壳体11和下壳体12之间且表面具有第一微纳结构的毛细芯片层，平板壳体10的内壁面上毛细芯片层对应的区域也可进行表面微纳处理，以形成第二微纳结构。例如，毛细芯20为覆设于整个平面热管内且表面具有第一微纳结构的毛细芯片层，可在平板壳体10的内壁面通过表面微纳处理，以形成第二微纳结构。通过以上毛细芯片层上的第一微纳结构设置，可提高毛细芯的吸液能力，提升气液循环效率；通过平板壳体10内壁上的第二微纳结构的设置，可提高强化相变，提高相变效率，以提高平板热管的导热性和均温性，提高平板热管的抗重力能力。

在一些实施例中，平板壳体10内的毛细芯20也可采用常规或特制的毛细芯，而对平板壳体10(具体可为上壳体11和/或下壳体12)的内表面进行表面微纳处理，以使其表面形成第二微纳结构，即平板壳体10的内表面具有第二微纳结构，从而可使平板壳体10的内表面形成气液相界面超薄化，形成相变强化表面，提高相变效率，进而提高平板热管的导热性和均匀性。一般至少对平板壳体换热段的内表面进行表面微纳处理，以强化相变。毛细芯20具体可为毛细芯结构层、毛细芯片层或两者的组合，毛细芯结构层设于平板壳体10的内壁面上，且毛细芯结构层的表面具有第二微纳结构；毛细芯片层夹设于上壳体11和下壳体12之间。采用具有第二微纳结构的毛细芯结构层，可同时起到强化相变和提高毛细芯的吸液能力，提升气液循环效率的作用。而在一些实施例中，毛细芯包括毛细芯片层，为了提高毛细芯吸液能力，也可对毛细芯片层的表面进行表面微纳处理，以形成第一微纳结构，即毛细芯片层的表面具有第一微纳结构。

在一些实施例中，毛细芯20包括夹设于上壳体11和下壳体12之间的毛细芯片层，可在毛细芯片层上沿平板热管的传热方向设计长条间隙(如图5所示，其传热方向为平板壳体的长轴方向)，毛细芯片层可与平板壳体10贴合设置，以使毛细芯片层上的长条间隙与平板壳体10配合形成的空间作为密封腔体或密封腔体的一部分。根据多相流体力学理论计算，毛细芯片层上的间隙比一般设计为1～100。通过以上结构的设计，可将毛细芯片层作为上壳体11和下壳体12之间的支撑件，取消额外的支撑件或加强筋的布置，可满足对器件的轻薄设计需求。

尤其对于许多应用情景需要在受限空间和复杂异型空间中将高热流密度器件的热量导出的问题，热管希望具有超薄和柔性可变形的特点。而传统的均热板或热管内部需要额外的蒸气腔空间，需要具有一定的机械强度以维持空腔形状。因此，现有均温板或热管内部需要布置加强筋，并且冲压外壳厚度较大，刚性大，难以在受限空间和复杂异型空间灵活的应用，这制约了平板热管在高集成、复杂异型器件散热领域的应用。

对于以上受限空间和复杂空间的特殊应用场合，在本申请的一些实施例中，可将平板热管设计为超薄柔性平板热管，具体可采用柔性平板壳体作为外壳，毛细芯20包括贴合夹设于上壳体11和下壳体12之间的柔性毛细芯片层，并且可结合图形化设计加工方法，在毛细芯片层上沿平板壳体10的长轴方向设置长条间隙22，上壳体11与下壳体12之间的空间间隙(包括毛细芯片层上长条间隙与壳体配合形成的空间)作为密闭腔体，从而不需要厚度方向增加额外的空腔高度，利用毛细芯片层的支持，不需要额设置壳体支撑件或加强筋；并且可减少蒸气流动阻力，以及避免气液卷携干涉；同时毛细芯片层具有优良的柔性，从而可实现超薄柔性平板热管的制备，其可与器件接触紧密，使用灵活，提高其适用范围，适合应用于高集成、高功率的复杂系统中器件的散热。

在一些实施例中，平板壳体10可包括换热段，换热段包括蒸发段和冷凝段，且蒸发段和冷凝段沿平板热管的传热方向依次分布。另外，在一些实施例中，平板壳体10也可设计为包括换热段和绝热段，换热段包括蒸发段和冷凝段，且蒸发段、绝热段和冷凝段沿平板热管的传热方向依次分布。可在平板壳体10的换热段的内壁面设置表面具有微纳结构的毛细芯结构层，在平板壳体的绝热段内设置表面具有微纳结构的毛细芯片层，毛细芯结构层和毛细芯片层连接，以配合作为平板热管的毛细芯20，形成一个气液循环系统。通过在换热段的内壁面设置表面具有微纳结构的毛细芯结构层，可形成气液相变界面超薄化，形成相变强化表面，提高相变效率，同时具有强吸液能力；且通过在绝热段内设置表面具有微纳结构的毛细芯片层，由于表面微纳结构的存在，使其具有超亲水特性，使得毛细芯片层在渗透阻力改变不大的情况下，极大地增强对相变工质的毛细驱动作用，气液循环效率得到显著提升，进而使得平板热管的导热性能和均温性也随之得到显著增强，且在以上毛细芯20的作用下，该平板热管使用时受重力影响极小。

毛细芯20的形状可根据应用场景的不同进行不同设计，具体可设计为等厚，或者，设计为毛细芯20的厚度不均等(如图7和图8)。毛细芯20的形状具体可根据应用需要设计为从平板壳体10的蒸发段到冷凝段逐渐增厚，即毛细芯的厚度自平板壳体10的蒸发段至冷凝段递增，毛细芯20沿垂直于平板壳体10的长轴方向的横截面不断增大，毛细芯20的外表面与平板壳体10的上壳体11内壁面形成一定夹角，如0.5～5°，在极端条件下可超过该范围。在热管工作时，一般蒸发段蒸气量最大，液体最少，而冷凝段蒸气量最小，液体多最；而由于表面张力和气液界面间相互作用的影响，使得蒸发段气液界面凹陷在毛细芯20表面，形成很小的接触角，导致毛细芯20毛细抽吸力最大，而在冷凝段气液平摊在毛细芯20表面，形成较大的接触角，导致毛细芯20毛细抽吸力最小；通过以上毛细芯20的结构设计，在蒸发段少液体、高毛细力区域采用薄的毛细芯结构，而在冷凝段多液体、低毛细力区域采用厚的毛细芯结构，即可保证液体的回流，又顺畅了蒸气流道，从而可提高热管的毛细极限功率。

除此之外，如图5所示，在一些实施例中，也可将毛细芯片层上长条间隙的宽度设置为沿气液循环方向(或平板壳体10的长轴方向)等宽；或者，如图6所示，根据使用情况，设计为长条间隙的宽度不均等，具体可设计为长条间隙自平板壳体10的蒸发段至冷凝段递增，以进一步提高热管的传热效率。例如，对于传热方向为由中心向四周方向传递的圆形平行热管，若其毛细芯片层对应呈圆形，其毛细芯片层上的长条间隙可设计为自毛细芯片层的中心到四周逐渐增大。或者，对于传热方向为由上底边向下底边方向传递的梯形平板热管，若其毛细芯片层对应呈梯形，其毛细芯片层上的长条间隙可设计为自毛细芯片层上底边向下底边方向逐渐增大。

平板壳体10密封腔体内的相变工质可根据平板热管应用场景的不同进行选择。例如，可选择低温相变工质，包括但不限于氦、氨、氮、戊烷、氟里昂-21(CHCI2F)、氟里昂-11(CCI3F)和氟利昂-113(CCI2F.CCIF2)等；或者，可选择常温相变工质，包括但不限于除气处理后的去离子水、丙酮、甲醇、庚烷、乙醇或甲醇等；或者，可选择高温相变工质，包括但不限于、钾、钾盐、锂、汞、铯、铿等。平板壳体10的密封腔体内注入相变工质的体积与密封腔体体积的比例可根据实际设计需求设定，一般为5％～80％。

以上平板热管中毛细芯20的表面具有微纳结构，可将增相变工质的毛细驱动作用，提高毛细芯20的吸液能力，提升气液循环效率；通过毛细芯20表面的微纳结构设置，在平板热管的换热区可增强相变，提高相变效率，从而提高平板热管的导热性能和均温性；且在以上表面具有微纳结构的毛细芯20的作用下，平板热管在使用时受重力影响小，抗重力能力强。经红外测量，本实施例平板热管在加热功率为100W时，最大温差小于1℃，均温性优良，其有效导热系数为6.67×10⁵W/(m·K)，是铜的1755倍，其导热性能优异。并且该平板热管水平放置时和竖直顺重力方向放置时有效导热系数传热性能差异很小，而逆重力放置时，该平板热管传热能力稍稍弱于顺重力方向放置，但其导热性能仍十分优良，说明该平板热管可抗重力运行，从而使得其使用布置方式十分灵活；且其加工简便，成本低。

本发明还提供了一种以上平板热管的制备方法，可包括以下步骤：

S1、准备上壳体11和下壳体12，以配合作为平板壳体10。对于刚性平板壳体，可在下壳体12上布置壳体支撑件13和/或毛细芯支撑件14，而后可使用有机清洗液(如异丙醇或丙酮等)清洗去酯，再用稀盐酸清洗表面去除氧化层。而对于柔性平板壳体，可取消以上支撑件的设置。

S2、在平板壳体10内设置毛细芯，并对毛细芯进行表面微纳处理，以使其表面形成第一微纳结构。具体可对上壳体11和/或下壳体12的内壁面设置毛细芯结构基层，并对其表面进行表面微纳处理，形成表面具有第一微纳结构的毛细芯结构层；和/或，采用多孔介质材料制备毛细芯基层，可使用异丙醇或丙酮等有机清洗液清洗去酯，而后用稀盐酸清洗表面去除氧化层，而后对毛细芯基层进行表面微纳处理，形成表面具有第一微纳结构的毛细芯片层，并将毛细芯片层夹设于上壳体11和下壳体12之间。另外，对于毛细芯20包括毛细芯片层的情况，可平板壳体的内壁面上在毛细芯片层对应的区域进行表面微纳处理，以形成第二微纳结构，以强化相变。

或者，在平板壳体10内设置毛细芯，并对平板壳体10的内表面进行表面微纳处理，以使表面形成第二微纳结构；毛细芯20可为以上毛细芯或常规毛细芯，且一般至少对平板壳体10的换热段的内表面进行表面微纳处理。

S3、将上壳体11和下壳体12的边缘密封连接，形成具有密封腔体的平板壳体，向密封腔体进行抽真空与灌注相变工质。其中，密封连接具体可采用焊接方式，抽真空的真空范围一般为10^-5～10⁴Pa，灌注相变工质的体积与密封腔体的体积比例一般为5％～80％。

以上制备方法在平板壳体内设置毛细芯，若对毛细芯进行表面微纳处理，以使毛细芯20的表面具有第一微纳结构，其可增强对工质的毛细驱动作用，提高毛细芯的吸液能力，提升气液循环效率；另外，通过毛细芯表面的第一微纳结构设置，在平板热管的换热区，可强化相变，提高相变效率，从而提高平板热管的导热性和均温性性，其制得的平板热管抗重力能力强，使用布置方式灵活。若对平板壳体的内表面进行表面微纳处理，以上其内表面具有第二微纳结构，也可强化相变，提高相变效率。

发明人对本发明中图1所示平板热管所采用毛细芯和现有平板热管所采用不同毛细芯分别进行毛细芯吸液性能实验，其中，本发明图1所示平板热管所采用毛细芯作为实验例，其为以表面氧化工艺修饰了超亲水微纳结构的泡沫铜作为毛细芯片层；对比例1的毛细芯为泡沫镍毛细芯片层；对比例2和对比例4中毛细芯为具有平行均匀设置的方形微槽道毛细结构、且微槽中烧结多孔颗粒的毛细芯片层；对比例3的毛细芯为铜颗粒烧结成泡沫形状的毛细芯片层。分别对以上毛细芯的吸液性能进行测试，所得结果如图9所示。由图9可知，本发明以上平板热管所采用的毛细芯片层经表面微纳处理以使表面具有第一微纳结构，其吸液高度得到明显提高，是现有对比例毛细芯的2～3倍。

以上平板热管进一步可应用于换热器的制备，因而，本发明还提高了一种换热器，包括以上任一种平板热管。另外，为了增强换热效率，可根据应用需求，在平板热管的平板壳体上部分区域或整体表面耦合连接换热强化部件(如翅片、水冷块、辐射增强涂层等)，以形成高效换热器，进而可用于各种散热或加热的情景，包括但不限于基站芯片、电脑CPU、汽车动力电池及快充、汽车动力电池及动力模块快速预热、发电装置高效换热，以及激光、雷达等高热流密度散热等。

Claims (14)

1.一种平板热管，其特征在于，所述平板热管包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体盖合连接形成具有密封腔体的平板壳体，所述密封腔体内填充有相变工质；所述平板壳体内设有毛细芯，所述毛细芯的表面具有第一微纳结构。

2.根据权利要求1所述的平板热管，其特征在于，所述毛细芯包括毛细芯结构层和/或毛细芯片层；所述毛细芯结构层设于所述平板壳体的内壁上，所述毛细芯片层夹设于所述上壳体和所述下壳体之间；所述毛细芯结构层的表面和所述毛细芯片层的表面具有所述第一微纳结构。

3.根据权利要求2所述的平板热管，其特征在于，所述毛细芯包括所述毛细芯片层，所述平板壳体的内壁面具有第二微纳结构。

4.根据权利要求2所述的平板热管，其特征在于，所述平板壳体包括换热段，所述换热段包括蒸发段和冷凝段，所述蒸发段和所述冷凝段沿所述平板热管的传热方向依次分布。

5.根据权利要求4所述的平板热管，其特征在于，所述毛细芯包括所述毛细芯片层，所述毛细芯片层上沿所述平板热管的传热方向设有长条间隙；所述长条间隙的宽度从所述平板壳体的蒸发段至冷凝段递增，和/或，所述毛细芯的厚度从所述平板壳体的蒸发段至冷凝段递增。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的平板热管，其特征在于，所述平板壳体为柔性平板壳体；所述毛细芯片层贴合夹设于所述上壳体和所述下壳体之间。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的平板热管，其特征在于，所述平板壳体为刚性平板壳体，所述上壳体和所述下壳体之间设有壳体支撑件。

8.根据权利要求7所述的平板热管，其特征在于，所述毛细芯包括所述毛细芯片层，所述平板壳体内还设有毛细芯支撑件，所述毛细芯支撑件用于将所述毛细芯片层抵压固定于所述平板壳体的内壁面。

9.一种平板热管，其特征在于，所述平板热管包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体盖合连接形成具有密封腔体的平板壳体，所述密封腔体内填充有相变工质；所述平板壳体内设有毛细芯，所述平板壳体的内表面具有第二微纳结构。

10.根据权利要求9所述的平板热管，其特征在于，所述毛细芯包括毛细芯结构层和/或毛细芯片层；所述毛细芯结构层设于所述平板壳体的内壁面上，所述毛细芯结构层的表面具有所述第二微纳结构；所述毛细芯片层夹设于所述上壳体和所述下壳体之间。

11.根据权利要求10所述的平板热管，其特征在于，所述毛细芯包括毛细芯片层，所述毛细芯片层的表面具有第一微纳结构。

12.权利要求1至8中任一项所述的平板热管的制备方法，包括以下步骤：

S1、准备上壳体和下壳体，以配合形成平板壳体；

S2、在所述平板壳体内设置毛细芯，并对所述毛细芯进行表面微纳处理，以使表面形成第一微纳结构；

S3、将所述上壳体和所述下壳体的边缘密封连接，形成具有密封腔体的平板壳体，而后对所述密封腔体进行抽真空与灌注相变工质。

13.权利要求9至11中任一项所述的平板热管的制备方法，包括以下步骤：

S1、准备上壳体和下壳体，以配合形成平板壳体；

S2、在所述平板壳体内设置毛细芯，并对所述平板壳体的内壁面进行表面微纳处理，以使表面形成第二微纳结构；

S3、将所述上壳体和所述下壳体的边缘密封连接，形成具有密封腔体的平板壳体，而后对所述密封腔体进行抽真空与灌注相变工质。

14.一种换热器，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的平板热管或权利要求9至11中任一项所述的平板热管。

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