CN113418414A - 一种新型热管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型热管，包括密封的壳体，所述壳体内包括工作液体，以及设于所述壳体内的气体通道、液体通道；所述气体通道为设置于所述壳体内憎水性多孔材料的空隙，或为设置于所述壳体内由憎水性材料或涂层制成的若干憎水孔道或空腔；所述液体通道为壳体内除气体通道之外的部位；本发明的有益效果为：由于憎水性气体通道不是必须为大孔隙，而且为小孔隙时排斥液体更有力，因此热管尺寸就不会受保留足够孔隙给气体通道的限制，可以将热管制作的非常细或薄，突破现有最薄0.4mm热管的厚度；而且本发明结合表面张力的作用和孔径效应的作用，可以构成更多类型的热管，不同性能的热管可分别适用于合乎要求的场景。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型热管。
背景技术
热管是一种快速传热原件，其原理是在密闭腔中存在液体与其饱和气体的两相流体，并且在腔体壁(管壁)为相同温度时，气液达到平衡；一旦管壁有不同温度时，热的部分的液体迅速蒸发变成其他，吸收热量降低管壁温度，而冷的部位气体则迅速冷凝变成液体，放出热量使管壁温度升高，从而形成热部位向冷部位迅速传热，达到管壁温度均衡的作用。随着液体不断在热处蒸发，变成气体并流向冷处，冷处气体不断冷凝变成液体，并沿通道不断流到热处；这样构成了液体与气体的循环流动，同时，热处液体不断蒸发，冷处气体不断冷凝，因此起到快速传热的效果；通常，热管有圆管形，扁管形等形状，其管壁材料为铜或不锈钢等材质制成。
现有的热管有两类：一类称为重力热管，该热管垂直安放，底端被加热(或者是上端被冷却)，管内液体在底端被加热而蒸发，气体在上端温度较低而冷凝，冷凝液体因为重力而流落底端，形成液体气体流动循环，即达到不断传热的效果；另一类是吸液芯热管，其管内有沟槽或多孔材料，由于毛细血管亲和作用，使液体初始吸附在热管内壁，不论热管平放或高低放置，任何部位温度较高的都有液体可以蒸发，温度较低部位都有气体可以冷凝，从而可以快速传热；这时，不论热管如何高低摆放，都能通过液体气体对流，液体蒸发，气体冷凝而有效快速地传热；通常吸液芯采用亲液体的多孔材料制造，而多孔材料围成的内部为空腔体成为气体通道；根据毛细管吸液原理，显然多孔材料的孔径要远小于气体通道的口径，因此在热管内部，有液体有其他，液体吸附在多孔材料的孔隙中，而气体在口径显著大于孔隙的中空气道中；其仅靠孔径差别形成液体流动的动力，但孔径越小，渗透助力越大。
发明内容
本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种新型热管。
本发明采用以下技术方案：
一种新型热管，包括密封的壳体，所述壳体内包括工作液体，以及设于所述壳体内的气体通道、液体通道；所述气体通道为设置于所述壳体内憎水性多孔材料的空隙，或为设置于所述壳体内由憎水性材料或涂层制成的若干憎水孔道或空腔；所述液体通道为壳体内除气体通道之外的部位；所述工作液体充满于所述液体通道中；所述气体通道中的气体是所述工作液体气化的饱和气体。
优选的，所述液体通道是壳体内部的亲水性空腔。
优选的，所述液体通道为在所述壳体内设置的亲水性多孔材料的空隙或为设置于所述壳体内由亲水性材料制成的若干亲水孔道。
优选的，所述构成气体通道的多孔材料由憎水性纤维纱制成；所述构成液体通道的多孔材料采用亲水性纤维纱制成。
优选的，所述憎水性纤维纱与亲水性纤维纱交错排列或编织成布或绳。
优选的，所述憎水性纤维纱采用聚四氟乙烯纤维织成粗纱；所述亲水性纤维纱采用亲水性的铜金属纤维制成。
优选的，所述形成气体通道的憎水性多孔材料的孔径或孔道的孔径小于、等于或大于所述形成液体通道的亲水性多孔材料的孔径或亲水孔道的孔径。
优选的，所述形成气体通道的憎水性多孔材料具有弹性；所述气体通道在工作液体的挤压下会弹性收缩。
优选的，所述气体通道为憎水性材料涂层对称分布在壳体的部分内壁上以便在管内形成的憎水性空腔通道。
优选的，所述液体通道为亲水性壳体内壁对称分布，以便在管内形成的亲水性通道。
优选的，所述气体通道和液体通道的孔径都小于1mm，或小于0.1mm，或小于0.01mm。
优选的，所述热管的总体厚度小于1mm，或小于0.1mm，或小于0.01mm。优选的，所述气体通道、液体通道的孔径小于1mm，或小于0.1mm，或小于0.01mm。
本发明根据毛细管吸液原理，憎水性多孔材料在本发明中不是吸附液体，而是排斥液体，而且孔隙越小，排斥液体的压力越大；由于作为气体通道的憎水性多孔材料对液体的排斥，液体只能充满在除气体通道外，其他部位形成液体通道，只要热管高低部位产生的液体压差小于气体孔隙的排斥压力，液体就不能进入气道；另外，在液体通道上，设置亲水性(亲液性)多孔材料，进一步吸附液体；这样对应液体而言，内有亲水性孔隙的吸力，外有憎水性孔隙的排斥力，液体就会更倾向于留在液体通道中。
由上可见，现有热管是根据亲水性毛细管的孔径效应，使得液体吸附在液体通道的吸液芯上，并渗流至发热蒸发的部位；而本发明的热管是根据毛细管的表面张力效应及孔径效应，将液体排斥在气体通道之外，使液体填充在液体通道之中，并渗流或流动至发热蒸发的部位。
本发明的有益效果为：本发明的热管并不必须要求气体通道为大孔隙、液体通道为孔隙，而是可以但不限于气体通道采用更小孔隙的憎水性多孔材料，液体通关采用更大孔隙的亲水性多孔材料，液体通道甚至可以是无多孔材料的空腔体；由于憎水性气体通道不是必须为大孔隙，而且为小孔隙时排斥液体更有力，因此热管尺寸就不会受保留足够孔隙给气体通道的限制，可以将热管制作的非常细或薄，突破现有最薄0.4mm热管的厚度；而且本发明结合表面张力的作用和孔径效应的作用，可以构成更多类型的热管，不同性能的热管可分别适用于合乎要求的场景。
附图说明
图1是本发明实施例一的示意图。
图2是本发明实施例一的剖视图。
图3是本发明实施例二的示意图。
图4是本发明实施例二的剖视图
图5是本发明实施例三的示意图。
图6是本发明实施例三的示意图。
图7是本发明实施例四的示意图。
图8是本发明实施例五的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案更加清楚，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步说明：
实施例一
如图1-图2所示的一种新型热管，包括壳体1，所述壳体由外往内方向依次为亲水性多孔材料的空隙构成的吸液芯2、憎水性多孔材料的空隙构成的通气芯3，工作液体吸附充满在吸液芯2，其饱和气体充满于通气芯3；所述壳体1由金属制成，为铜管制成或由不锈钢管制成；吸液芯2为铜粉烧结而成，也可以是铜丝网；通气芯3为聚四氟乙烯粉末烧结而成的多孔体，也可以是聚四氟乙烯纤维束；液体为纯净水，饱和气体为水蒸气。
实施例二
如图3-图4所示的一种新型热管，包括壳体1，所述壳体由外往内方向依次为亲水性多孔材料的空隙构成的吸液芯2、憎水性多孔材料的空隙构成的通气芯3，所述憎水性多孔材料为具有弹性的憎水性多孔材料构成；当工作液体吸附并过量充满在吸液层时，过量液体挤压弹性通气芯，使通气芯尺寸收缩，过量液体21充入吸液芯与通气芯之间的孔隙。
实施例三
如图5-图6所示的一种新型热管，包括壳体1，所述壳体内包括工作液体，以及设于所述壳体内的气体通道、液体通道；所述构成气体通道的多孔材料由憎水性纤维纱4制成；所述构成液体通道的多孔材料采用亲水性纤维纱5制成；所述憎水性纤维纱与亲水性纤维纱交错排列(如图5所述)或编织成布或绳；所述憎水性纤维纱采用聚乙烯纤维织成粗纱，而亲水性纤维纱采用亲水性的铜金属纤维制成；更进一步地，憎水性纤维纱与亲水性纤维纱采用经编机编织而成；其壳体采用亲肤且有弹性材质制成衣物，穿戴可达到快速散热的效果，提供很好的舒适感。
实施例四
如图7所示的一种新型热管,其壳体1内部的气体通道6采用憎水性多孔材料所构成，液体通道7为空腔，无吸液的亲水性多孔材料，热管工作液体存储在空腔处，这样工作液体即可充满于管壁各处，工作液体流动时渗透流动阻力特别小。
实施例五
如图8所示的一种新型热管，其壳体1内部腔体是只有亚微米至几十微米级的窄缝隙，在壳体的内壁上部分为亲水性材料涂层或壳体内壁本身即为亲水材料，形成液体通道8，壳体的内壁上部分为憎水性材料或涂层91，形成气体通道9，填充的工作液体81只填满液体通道8，气体通道内只有饱和气体；虽然液体通道8与气体通道9相连，但是由于表面张力的作用，工作液体81只能吸附在亲水性材料形成的液体通道8上。
实施例六
一种新型热管，所述壳体内包括工作液体，以及设于所述壳体内的气体通道、液体通道；所述气体通道为设置于所述壳体内憎水性多孔材料的空隙，或为设置于所述壳体内由憎水性材料或涂层制成的若干憎水孔道或空腔；所述液体通道为憎水性多孔材料的空隙或憎水性材料或涂层制成的若干憎水孔道；所述液体通道的孔径小于气体通道的孔径；所述工作液体充满于所述液体通道中；所述气体通道中的气体是所述工作液体气化的饱和气体。
更具体进行说明，其壳体1为厚度小于0.1mm的铜管，其表面为亲水性，而在准备形成气体通道的部位经硅烷或聚氟乙烯处理形成极薄的憎水表面层，从而形成憎水的气体通道；内部腔体的缝隙越窄，表面张力作用越显著，液体越难挤入气体通道中，热管就可以工作中形成大的高度差。
本发明在设置憎水性气体通道和亲水性液体通道的基础上，还可以结合孔隙大小对液体产生亲液(吸引液体)或憎液(排斥液体)的毛细管作用。
本发明的创造性采用憎水性(疏水性)的气体通道，利用憎水性毛细管作用排斥液体进入，保住了气道的畅通，并且挤不进液体，使液体充满在液体通道；因此在毛线管吸液(或排斥液体)的效应中，表面张力与孔径效应是两个独立因素，现有热管只利用了孔径效应因素，只能做成由亲水性小孔多孔材料为吸液层的液体通道和大孔径的气体通道所组成的热管；而且本发明结合表面张力的作用和孔径效应的作用，可以构成更多类型的热管，不同性能的热管可分别适用于合乎要求的场景，而且性能在不同方面得到提高。
如表1所示，各类型热管的气体通道与液体通道类型及孔径大小比对。
表1各类型热管的气体通道与液体通道类型及孔径大小比对
如表1所示的A类，为现有热管的结构类型，仅靠孔径差别形成液体流动动力，但孔径越小，渗透阻力越大。
如表1所示的B类为本发明热管类型之一，液体流动动力增加了气体通道的憎水排斥力，相当于给液体提供了较大的推力，且液体渗透阻力小，增加了气体流动阻力。
如表1所示的C类为本发明热管类型之二，与现有热管相近，但增加了少量憎水性材料提供的推力。
如表1所示的D类为本发明热管类型之三，结合了较大的吸液动力和憎水性推力，增加了气体流动阻力，有利于制作微小大压差热管。
如表1所示的E类为本发明热管类型之四，结合了较小吸液动力和憎水性推力，气体流动阻力与液体流动阻力都小，有利于制作微小型低阻力热管。
本发明的描述中，憎水性，疏水性，疏液性都是一个概念；工作液体，可以是水，也可以是其他液体；本发明所指的热管，既包括管状器体、圆管或扁管，但不限于管状件，包括但不限于板状、翅状、块状等；热管所用材料，并无特指材料材质，包括但不限于铜、不锈钢等金属，玻璃、陶瓷等无机材料，聚四氟乙烯、聚乙烯等有机材料；但强调材料的表面亲水性或疏水性，该表面性能可以是材料本身具有的，也可以是表面改性所具有的。
在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明所采用的部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，仍属于本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种新型热管，包括密封的壳体，所述壳体内包括工作液体，以及设于所述壳体内的气体通道、液体通道；其特征在于：
所述气体通道为设置于所述壳体内憎水性多孔材料的空隙，或为设置于所述壳体内由憎水性材料或涂层制成的若干憎水孔道或空腔；
所述液体通道为壳体内除气体通道之外的部位；
所述工作液体充满于所述液体通道中；
所述气体通道中的气体是所述工作液体气化的饱和气体。
2.根据权利要求1所述的一种新型热管，其特征在于：
所述液体通道是壳体内部的亲水性空腔。
3.根据权利要求1所述的一种新型热管，其特征在于：
所述液体通道为在所述壳体内设置的亲水性多孔材料的空隙或为设置于所述壳体内由亲水性材料制成的若干亲水孔道。
4.根据权利要求1所述的一种新型热管，其特征在于：
所述构成气体通道的多孔材料由憎水性纤维纱制成；
所述构成液体通道的多孔材料由亲水性纤维纱制成。
5.根据权利要求4所述的一种新型热管，其特征在于：
所述憎水性纤维纱与亲水性纤维纱交错排列或编织成布或绳。
6.根据权利要求4所述的一种新型热管，其特征在于：
所述憎水性纤维纱采用聚四氟乙烯纤维织成粗纱；
所述亲水性纤维纱采用亲水性的铜金属纤维制成。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种新型热管，其特征在于：
所述形成气体通道的憎水性多孔材料的孔径或孔道的孔径小于、等于或大于所述形成液体通道的亲水性多孔材料的孔径或亲水孔道的孔径。
8.根据权利要求1-6任一所述的一种新型热管，其特征在于：
所述形成气体通道的憎水性多孔材料具有弹性；
所述气体通道在工作液体的挤压下会弹性收缩。
9.根据权利要求1所述的一种新型热管，其特征在于：
所述气体通道为憎水性材料涂层对称分布在壳体的部分内壁上以便在管内形成的憎水性空腔通道。
10.根据权利要求9所述的一种新型热管，其特征在于：
所述液体通道为亲水性壳体内壁对称分布，以便在管内形成的亲水性通道。
11.根据权利要求1-6任一所述的一种新型热管，其特征在于：
所述气体通道和液体通道的孔径都小于1mm，或小于0.1mm，或小于0.01mm。
12.根据权利要求1-6任一所述的一种新型热管，其特征在于：
所述热管的总体厚度小于1mm，或小于0.1mm，或小于0.01mm。
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