CN113245550A - 用于制造热管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造热管(1)的方法，所述方法包括以下步骤：提供管形的包套元件(2)，所述包套元件具有长度和内部空间(4)；将具有颗粒(5)的粉末填入到所述包套元件(2)中，以用于构造所述包套元件(2)中的毛细结构(3)；将所述粉末的颗粒(5)相互连接，其中，由所述包套元件(2)包围的内部空间(4)至少在所述包套元件(2)的长度的部分区域上部分或完全由粉所述末填充，并且此后在贴靠在所述包套元件(2)上的层中借助于感应发热从外部实施所述粉末的颗粒(5)的相互连接并且优选也与所述包套元件(2)的连接。

Description

用于制造热管的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造热管的方法，所述方法包括以下步骤：提供管形的包套元件，所述包套元件具有长度和内部空间；将具有颗粒的粉末填入到所述包套元件中，以用于构造所述包套元件中的毛细结构；将所述粉末的颗粒相互连接。

此外，本发明涉及一种热管，所述热管包括包套元件和由粉末制造的毛细结构，所述毛细结构由所述包套元件包围，并且所述毛细结构在横截面中至少大致环形地构造并且具有壁厚。

背景技术

热管(也称为Heatpipes)在现有技术中已经多种多样地描述。热管简单地说是在基本上管形的壳体中的封闭系统，所述壳体在其内部中具有流体，所述流体由于当前压力在运行温度时处于接近其沸点。如果在部分区域中加热热管，则流体转化为气相，以便在热管的内部中朝较冷区域的方向流动，在那里要冷凝的且沿着热管的壳体的内壁流回较热区域中。在这个(热)运输过程中，热管在蒸发区域中从其环境抽走热并且将该热输送给热管的冷凝区域的环境。

为了将液态的流体从冷凝区域运输到蒸发区域中，在这样的热管中可以设置有毛细结构。所述毛细结构可以以非常不同的方式产生。经常为此使用粉末，所述粉末烧结到热管的内壁上。

为了制造只部分地以毛细结构填充的热管使用芯杆，从而在管与芯杆之间构造环形空间，所述环形空间以烧结粉末填充。WO02/44639A1例如描述一种用于制造热管的方法，所述方法包括以下步骤：将工具定位在管的中心中并且将多个线材定位在管的紧固在内壁上的位置上；在管的内壁与工具之间填入金属粉末；在炉中在还原的气氛下在一定温度中在预先确定的时间上烧结造成的结构，移除工具和线材，以便构成管类型的具有连贯空气孔的毛细结构，并且在管的真空和密封的情况下将工作流体填入到管的内部中。

但是，也描述了设有烧结粉末的热管的备选的制造方法。因此，WO1998/033031A1例如描述一种用于制造热管的方法，所述热管用于将热从蒸发区域运输到冷凝区域，所述热管包括具有壳体壁的壳体、在壳体中设置的并且在蒸发区域中以及在冷凝区域中分别与对应的壳体壁热耦联的毛细结构、在壳体中设置的并且从蒸发区域引导到冷凝区域的蒸汽通道和传热介质，其中，毛细结构通过对粉末颗粒的热等离子喷涂作为开孔的毛细层制造。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于制造热管的可能性，利用该可能性能相对简单地调设毛细结构的壁厚或者提供对应的热管。

所述任务利用文首提及的方法解决，其中，由所述包套元件包围的内部空间至少在所述包套元件的长度的部分区域上部分或完全由所述粉末填充，此后在贴靠在所述包套元件上的层中借助于感应发热从外部实施所述粉末的颗粒相互连接并且优选也实施与所述包套元件的连接，并且此后将具有松的颗粒的必要时过量的粉末又从所述包套元件去除。

此外，本发明的任务利用文首提及的热管解决，其中，所述毛细结构在内周面上具有在所述粉末的颗粒的平均直径的20％至500％之间的表面粗糙度。

在此有利的是：由粉末可以产生毛细结构，所述毛细结构具有相对高的多孔性。此外，省去使用芯销以用于构造空心柱体形的毛细结构的必要性，以此可以对应地简化其制造。作为附加效果，因此也可以缩短这样的热管的制造持续时间，以此可以同样降低制造成本。通过避免芯销也可以避免：毛细结构无意地具有不同的层厚度。即如果芯杆斜地导入或者使用弯曲的芯销，则在包套元件的长度上由此造成不同宽度的环形空间，从而粉末填充也是不均匀的。此外，通过避免芯销产生空心柱体形的毛细结构的内周面，所述内周面相比于贴靠在芯杆上的表面明显较粗糙。此外有利的是：可制造的加热元件的长度不受芯杆的长度影响，从而也可以制造“环状的”热管。

为了具有较高强度的毛细结构，可以还烧结利用所述方法产生的毛细结构。为此，按照本发明的一种实施变型方案可以规定：使设有所述毛细结构的所述包套元件经受烧结方法。

所述方法也提供以下可能性：按照所述方法的另一种实施变型方案，在所述毛细结构的长度上以不同的层厚制造要由所述粉末制造的毛细结构，从而在所述热管的一种实施变型方案中，环形的毛细结构具有在热管的长度上变化的壁厚。因此可以使毛细结构简单地与应用相适配，其中，应产生和运走局部不同的热量。

按照所述热管的一种实施变型方案可以为此规定：所述毛细结构在所述毛细结构的长度上和/或在所述毛细结构的内周上交替地具有薄的和与此相比较厚的区段，以此对贴靠在热管上的物体的调温可以较简单地进行。因此可以提供不同的表面结构，例如沟槽、疙瘩等。

用于构造不同壁厚的简单的可能性可以提供：按照所述方法的一种实施变型方案，使设有所述粉末的包套元件以不同的速度运动通过感应器或使所述感应器以不同的速度沿着设有所述粉末的包套元件运动和/或以不同的频率感应处理。

在对所述方法的所实施的评估的进程中已经证实：为了构造固定地保持在一起的、但还相对高地多孔的结构，有利的是：按照所述方法的另一种实施变型方案使用具有颗粒的粉末，所述颗粒具有5μm至1000μm之间、特别是5μm至500μm之间的直径。

如已经实施的那样，利用所述方法也可以产生毛细结构，所述毛细结构在热管的长度上仅具有与壁厚的小偏差。因此，在热管的一种实施变型方案中，以环形横截面构造的所述毛细结构的壁厚可以在所述热管的整个长度上以最大±0.1mm、特别是以最大±0.05mm与所述壁厚的平均值偏离地构造。

所述方法的另一个优点在于，因此能制造毛细结构的利用芯杆方法不能制造的层厚度，因为包套元件与芯杆之间的剩余的环形空间不可以或仅可以不完全地以粉末填充。所述热管的一种实施变型方案因此规定：以环形横截面构造的所述毛细结构的壁厚为0.005mm至0.1mm之间。这样薄的层例如在非常扁平的热管中是有利的，例如为了在智能手机中使用等。

附图说明

为了较好地理解本发明，借助后续附图详细解释本发明。

分别在简化的示意图中：

图1示出热管的横剖图；

图2示出按照图1的热管的局部的显微图像；

图3示出热管的纵剖图；

图4示出用于制造热管的方法流程的局部图。

具体实施方式

首先要指出：在不同描述的实施方式中，相同部件设有相同的附图标记或者说相同的构件名称，其中，在整个说明书中包含的公开内容能够按意义转用到具有相同的附图标记或者说相同的构件名称的相同部件上。在说明书中所选择的位置说明、例如上、下、侧向等等也参考直接描述的以及示出的附图并且在位置改变时按意义转用到新的位置上。

在图1中示出热管1的横剖图。

热管1用于对物体进行冷却或调温。所述热管一般可以用于传热，以便将热能从第一地点运输到第二地点。先前已经简短地解释所述作用方式。

热管1具有包套元件2和毛细结构3(也可称为毛细元件)或由所述部件构成。

包套元件2管形地构造。所述包套元件可以具有非常不同的横截面，例如圆形、椭圆形、多角、如方形、矩形等。亦即热管1或者说包套元件2的在图中示出的形状不应限制地理解。

包套元件2由金属材料制成。优选由于导热性使用铜或铜基合金。但是，也可以使用其他金属或金属合金，例如铝、银等。所使用的材料也给予热管1在所使用的温度范围内的形状稳定性。

包套元件2限定其包围的内部空间4。毛细结构3设置在这个内部空间4中并且与此对应同样地由包套元件2包围。

毛细结构3由金属材料制成或者同样包括金属材料。优选由于导热性使用铜或铜基合金、例如黄铜。但是，也可以使用其他金属或金属合金、例如铝、铝合金、贵金属、如银、铂、铁、钢、例如优质钢、硬金属、钨、铬、镍、镍合金、钴、钛、镁、半金属、例如硅等。但是，毛细结构也可以由非金属材料制成或者包括非金属材料、例如碳纤维或石墨。毛细结构表示用于运输热管1中的液态工作介质的毛细管。

毛细结构3具有由粉末构成的颗粒5或由此制成、特别是由先前提及的金属和/或非金属材料制成。颗粒5这样相互连接，使得产生多孔的结构，如这例如从图2可看出，所述多孔的结构示出热管1的显显微局部图。

优选毛细结构3具有按照DIN 30911-3 1990-10的在10％与70％之间的多孔性。

在热管1的示出的实施变型方案中，毛细结构3空心柱体形地构造。在此，毛细结构3可以具有壁厚6，所述壁厚对应于包套元件2的壁厚7的1％与1000％之间。

在绝对值方面，毛细结构3可以具有在10μm与热管1的整个内横截面之间的壁厚6。

按照热管1的一种实施变型方案可以规定：空心柱体形的毛细结构3的壁厚6为0.005mm与1mm之间。

此外，毛细结构3的壁厚6可以具有在5μm与内部空间4的横截面最大尺寸的包套元件2内半径的95％之间的值。在热管1的示出的实施变型方案中，这是内部空间4的直径。在其横截面具有宽度和高度的扁平的热管1中，这是内部空间4的宽度。

此外，毛细结构3具有内周面8。所述内周面可以具有在粉末的颗粒5的平均直径9的20％与500％之间的表面粗糙度。粉末的颗粒5的平均值在显微镜下借助于对五个测量距离的尺寸取平均值来确定。亦即毛细结构3可以具有相对粗糙的表面。在此，在内周面8中也可以构造有沟槽10或凹槽或一般地凹部，其宽度和/或深度为粉末的颗粒5的颗粒尺寸的100％至包套元件2的内径的50％之间。亦即内周面8也可以至少部分地结构化、亦即设有表面结构，所述表面结构是所使用的粉末和制造方法的结果。内周面8例如可以至少局部地至少大致疙瘩形地构造。

在本发明的范围内也可能的是：使内周面8上的毛细结构3的表面粗糙度在包套元件2的长度上改变，亦即存在在包套元件2的长度上变化的表面粗糙度。这例如可以借助于不同的粉末产生，所述粉末依次填入到包套元件2中。备选或附加于此可以规定：向粉末中的能量输入在感应发热时变化。因此可以有意地在热管1中产生具有另一种表面结构的部位或区段。

除了表面粗糙度之外，毛细结构3可以以在毛细结构3的长度11上(参见图3)沿热管1的中心纵轴线12的方向非常均匀的壁厚6制造。毛细结构3的壁厚6可以按照热管1的一种实施变型方案在毛细结构3的整个长度11上以最大±0.1mm、特别是以最大±0.05mm与壁厚6的平均值偏离。平均值在这里表示在长度11上观察所有壁厚值的算术平均值。

但如图3示出的那样，在本发明的范围内按照另一种实施变型方案也可以规定：毛细结构3具有在毛细结构3的长度11上沿中心纵轴线12的方向变化的壁厚6。

毛细结构3例如可以在其长度11上按照另一种实施变型方案交替地具有薄的和与此相比较厚的区段13。但是，也可以制造其他厚度变化曲线，例如以在长度11上连续的厚度减少，如这在图3中用虚线示出的。但是，毛细结构的具体示出的壁厚变化走向应以不限制本发明的范围的方式理解。

颗粒5在制造毛细结构3时相互连接。在此也可以优选规定：毛细结构3与包套元件2连接。

为了制造热管1使用已经管形的包套元件2。如从图4可看出的那样，以制造毛细结构3的粉末完全填充这个包套元件，至少直至包套元件2的长度14。长度14可以是包套元件2的总长度的一部分。但是，也可以仅包套元件2的部分区域以粉末完全填充，从而长度14仅是包套元件2的总长度的一小部分。

包套元件2以粉末的填充可以在静止的或转动的(旋转的)包套元件2中进行。此外也可能的是：包套元件2在填充时不同地运动、例如振动。

此外可能的是：仅部分地填充包套元件2，此后将其置于旋转中并且以持续的旋转和对应的进给经受感应加热。因此例如可能的是：在无多余粉末的情况下工作，在感应加热之后必须又去除所述多余粉末。在此，亦即涉及一种离心法，其中，至少大致准确地使用对于构造具有环形横截面的毛细结构3必需的粉末的量。由于(恒定的)旋转，可以制造毛细结构3的至少大致均匀的层厚度、特别是均匀的层厚度。

此外可能的是：使用以下包套元件2，该包套元件具有在其长度上变化的横截面、例如构造有“瓶颈”。

在填入粉末之前，可以封闭包套元件2的一个端部，因此粉末不立即又从包套元件2的内部空间4流出。优选对毛细结构3的制造在竖直取向的包套元件2中进行。但是，在水平填充包套元件2时也可以以两侧敞开的包套元件2工作。

在包套元件2在希望的长度中以粉末填充之后，粉末的颗粒5彼此间连接并且优选也与包套元件2连接。颗粒5彼此间的连接热地进行。必需的热能利用感应器14产生并且感应地从外部供给到粉末中。为此，感应器14在包套元件2的外表面15上且与其隔开间距地设置。为了构造毛细结构3，包套元件2和感应器14相对于彼此运动。优选感应器沿着包套元件2向上(或向下、根据起始位置)运动。特别是在非常长的包套元件2中，包套元件2也可以运动通过感应器14。但是，也可以沿水平方向实施相对运动。

感应器14可以具有环形横截面。但是，根据包套元件2的横截面形状，感应器14也可以具有其他横截面形状。

由于向粉末中的能量入射，粉末的颗粒5相互连接。亦即根据持续时间和/或频率产生所连接的颗粒5的或多或少厚的层，所述颗粒贴靠在包套元件2上并且优选与该包套元件连接。亦即在对应长的处理中，毛细结构3也可以填充整个横截面。然而，在热管1的一种优选实施变型方案中，毛细结构2以环形横截面制造、亦即例如空心柱体形地制造。为此，亦即仅边缘层由相互连接的颗粒5制造。在粉末的所进行的感应处理之后，又从包套元件2去除还松的粉末，如这在图4中在右边部分中示出。为此，例如可以移除包套元件2的底部封闭部，从而松的粉末从包套元件2流出。在包套元件2中剩余的边缘层构成毛细结构3。

毛细结构3的壁厚6可以通过过程参数调设。例如可以使用以下过程参数：

频率：150Hz至400Hz

感应器14或所填充的包套元件2的进给速度：50mm/分钟至2500mm/分钟

环境温度：20℃至50℃

主动式冷却：例如以乙二醇/水混合物

包套元件2绕自身轴线的转速：100转/分钟至400转/分钟。

例如可以制造毛细结构3的较大的壁厚6，其方式是，选择感应器14的较小进给速度。反之，较薄的壁厚6可以以较高进给速度制造。

过程参数的变化也可以用于在毛细结构3内部产生先前提及的不同的壁厚6。例如感应器14的较慢的进给速度导致毛细结构3内部的较厚区段并且反之感应器14的较快的进给速度导致毛细结构内部的较薄区段。亦即例如可以通过一系列较慢的和与此相比较快的进给速度制造具有一系列较薄的和与此相比较厚的壁厚6的毛细结构3。

按照所述方法的一种实施变型方案可以规定：使设有毛细结构3的包套元件2附加地经受烧结方法。为此，装备有毛细结构3的包套元件2可以在烧结炉、例如连续式加热炉中在确定的时间上(例如10分钟至15小时之间)经受提高的温度(烧结温度)。这个温度在此针对所使用的金属材料并且可以为300℃至1500℃之间。因为烧结方法本身是已知的，所以在这一点上进一步讨论是多余的。

在烧结炉中可以存在保护气体氛围或还原的气氛，以便避免金属的氧化。

按照本发明的一种优选实施变型方案，为了制造毛细结构3使用具有颗粒5的粉末，所述颗粒具有5μm至1000μm之间的直径。

按照另一种实施变型方案可以规定：使用包套元件2，所述包套元件在面对毛细结构3的表面上设有结构化部。这个表面结构化部例如可以以纵向沟槽的形式(沿中心纵轴线12的方向)构造。但是，也可以设置其他表面结构化部。利用这个表面结构化部可以有利于液态工作流体的定向的流动。

仅为完整起见要提到：在毛细结构3的所进行的制造之后，以工作介质填充热管1并且液体密封地封闭所述热管。

实施例示出可能的实施变型方案，其中，在这里要说明：各个实施变型方案彼此的组合也是可能的。

按规定最后要指出：为了较好地理解热管1的构造，该热管不必按比例示出。

附图标记列表

1 热管

2 包套元件

3 毛细结构

4 内部空间

5 颗粒

6 壁厚

7 壁厚

8 内周面

9 直径

10 沟槽

11 长度

12 中心纵轴线

13 区段

14 感应器

15 外表面。

Claims (10)

1.用于制造热管(1)的方法，所述方法包括以下步骤：

-提供管形的包套元件(2)，所述包套元件具有长度和内部空间(4)；

-将具有颗粒(5)的粉末填入到所述包套元件(2)中，以用于构造所述包套元件(2)中的毛细结构(3)；

-将所述粉末的颗粒(5)相互连接，

其特征在于，由所述包套元件(2)包围的内部空间(4)至少在所述包套元件(2)的长度的部分区域上部分或完全由所述粉末填充，此后在贴靠在所述包套元件(2)上的层中借助于感应发热从外部实施所述粉末的颗粒(5)的相互连接并且优选也实施所述颗粒与所述包套元件(2)的连接，并且此后将具有松的颗粒(5)的必要时过量的粉末又从所述包套元件(2)去除。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，使设有所述毛细结构(3)的所述包套元件(2)经受烧结方法。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述毛细结构(3)的长度上以不同的壁厚(6)制造要由所述粉末制造的毛细结构(3)。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，使设有所述粉末的包套元件(2)以不同的速度运动通过感应器(14)或使所述感应器(14)以不同的速度沿着设有所述粉末的包套元件(2)运动和/或以不同的频率感应处理。

5.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使用具有颗粒(5)的粉末，所述颗粒具有5μm至1000μm之间的直径(9)。

6.热管(1)，所述热管包括包套元件(2)和由粉末制造的毛细结构(3)，所述毛细结构由所述包套元件(2)包围，并且所述毛细结构在横截面中至少大致环形地构造并且具有壁厚(6)，其特征在于，所述毛细结构(3)在内周面(8)上具有的表面粗糙度为所述粉末的颗粒(5)的平均直径的20％至500％之间。

7.按照权利要求6所述的热管(1)，其特征在于，以环形横截面构造的所述毛细结构(3)具有长度(11)，并且所述毛细结构(3)在所述长度(11)上的壁厚(6)以最大±0.1mm与壁厚(6)的平均值偏离。

8.按照权利要求6或7所述的热管(1)，其特征在于，以环形横截面构造的所述毛细结构(3)的壁厚(6)为5μm至0.1mm之间。

9.按照权利要求6或7所述的热管(1)，其特征在于，以环形横截面构造的所述毛细结构(3)具有长度(11)并且在所述长度(11)上具有变化的壁厚(6)。

10.按照权利要求9所述的热管(1)，其特征在于，所述毛细结构在其长度(11)上和/或在所述毛细结构的内周上交替地具有薄的和与此相比较厚的区段(13)。

Images