CN114111406B - 一种相变传热三极管及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相变传热三极管及其加工方法，通过设置蒸发段包括第一主体以及第一金属网，第一金属网吸附有液态的散热工质；冷凝段包括第二主体以及第二金属网；调控段包括热收缩反应部件，热收缩反应部件设置于第一金属网以及第二金属网之间，而热收缩反应部件具有热缩冷胀的特性，用于控制蒸发段与冷凝段之间的连通状态，以控制散热工质在第一金属网以及第二金属网之间的流动，使得在热收缩反应部件膨胀时，蒸发段与冷凝段之间的热传递被阻隔，提高热阻，在热收缩反应部件收缩时，蒸发段与冷凝段之间的热量可传递并可进行往复的相变循环，降低热阻，达到通过热量调节热阻的效果，本发明可广泛应用于热管设计领域。

Description

一种相变传热三极管及其加工方法

技术领域

本发明涉及热管设计领域，尤其是一种相变传热三极管及其加工方法。

背景技术

热管作为一种高效的传热元件，已经在许多领域中得到了广泛应用。在热管工作时会有一定的热阻，而通过调控热阻的大小可以实现热逻辑控制，并可以在此基础上制造热学元件。由于热管是被动式传热，在加热端和冷凝端处在固定的温度下时，其热阻是固定的，目前热管例如热三极管对热阻的调整是通过调节电场来实现界面热阻的调控，其需要输入额外的电能，因此需要寻求解决方案。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种相变传热三极管。

本发明实施例采用的技术方案是：

一种相变传热三极管，包括：

蒸发段，包括第一主体以及第一金属网，所述第一金属网设置于所述第一主体内，所述第一金属网吸附有液态的散热工质；

冷凝段，包括第二主体以及第二金属网，所述第二金属网设置于所述第二主体内；

调控段，包括热收缩反应部件，所述热收缩反应部件设置于所述第一金属网以及所述第二金属网之间；所述热收缩反应部件具有热缩冷胀的特性，所述热收缩反应部件用于控制所述蒸发段与所述冷凝段之间的连通状态，以控制散热工质在所述第一金属网以及所述第二金属网之间的流动。

进一步，所述第一主体包括第一顶板以及第一底板，所述第一顶板以及所述第一底板与所述调控段固定；所述第一底板具有第一凹槽，所述第一凹槽的侧边向所述第一凹槽倾斜，所述第一凹槽设置所述第一金属网。

进一步，所述第二主体包括第二顶板以及第二底板，所述第二顶板以及所述第二底板与所述调控段固定；所述第二底板具有第二凹槽，所述第二凹槽的侧边向所述第二凹槽倾斜，所述第二凹槽设置所述第二金属网。

进一步，所述调控段还包括第三主体，所述第三主体固定于所述第一主体以及所述第二主体之间，所述第三主体容纳所述热收缩反应部件。

进一步，所述第三主体具有第一槽道，所述第一槽道设置所述热收缩反应部件。

进一步，所述第三主体具有第二槽道，所述调控段还包括可调润湿性部件，所述可调润湿性部件位于所述第二槽道且设置于所述第一金属网以及所述第二金属网之间；所述可调润湿性部件对散热工质的亲和能力与温度呈正相关。

进一步，所述第三主体包括第三底板和第三顶板，所述第三顶板具有凸出结构，所述第三底板容纳所述热收缩反应部件，所述凸出结构与所述热收缩反应部件嵌合固定，所述第三顶板与所述第一主体以及所述第二主体固定。

进一步，所述调控段还包括隔热部件，所述隔热部件包括第一隔热段以及第二隔热段，所述第一隔热段与所述第一主体以及所述第三主体固定，所述第二隔热段与所述第二主体以及所述第三主体固定。

本发明实施例还提供一种相变传热三极管的加工方法，包括：

通过热压方式将第一金属网与第一底板连接以及将第二金属网与第二底板连接；

将热收缩反应部件安装于第三顶板；所述热收缩反应部件具有热缩冷胀的特性；

将第一顶板与第一底板固定以及将第二顶板与第二底板固定；

将第一底板、第二底板以及第三底板固定，以及将第一顶板、第二顶板以及第三顶板固定；

将充液部件固定于第一底板，通过充液部件注入液态的散热工质至第一金属网吸附；

进行抽真空处理以及对充液部件进行密封处理。

进一步，所述将第二金属网与第二底板连接之后，还包括：

将可调润湿性部件安装于第三底板而位于第一金属网与第二金属网之间。

本发明的有益效果是：通过设置蒸发段包括第一主体以及第一金属网，第一金属网设置于第一主体内，第一金属网吸附有液态的散热工质；冷凝段包括第二主体以及第二金属网，第二金属网设置于第二主体内；调控段包括热收缩反应部件，热收缩反应部件设置于第一金属网以及第二金属网之间，而热收缩反应部件具有热缩冷胀的特性，热收缩反应部件用于控制蒸发段与冷凝段之间的连通状态，以控制散热工质在第一金属网以及第二金属网之间的流动，使得在热收缩反应部件膨胀时，蒸发段与冷凝段之间的热传递被阻隔，从而提高热阻；而在热收缩反应部件收缩时，蒸发段与冷凝段之间的热量可传递并可进行往复的相变循环，从而降低热阻，达到通过热量调节热阻的效果，而不需要添加额外的电场，更加便捷且降低了成本。

附图说明

图1为本发明具体实施例的相变传热三极管的示意图；

图2为本发明具体实施例第一底板、第二底板以及第三底板的示意图；

图3为本发明具体实施例充液部件、第一金属网以及第二金属网安装后的示意图；

图4为本发明具体实施例第三顶板的仰视图；

图5为图1的剖视侧面图；

图6为本发明具体实施例加工方法的步骤流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明实施例提供一种相变传热三极管，包括蒸发段、冷凝段以及调控段。可选地，蒸发段可以与发热元件贴合，包括但不限于CPU等；冷凝段可以与风扇等散热元件贴合，冷凝段的温度低于蒸发段的温度。

如图1、图2及图3所示，本发明实施例中，蒸发段包括第一主体11、第一金属网12以及充液部件13。可选地，第一主体11包括第一顶板111以及第一底板112，第一顶板111以及第一底板112沿纵向延伸，第一顶板111以及第一底板112与调控段固定，第一顶板111位于第一底板112的上方且与第一顶板111固定，使得第一主体11内部形成一定的空腔(第一空腔)。可选地，第一底板112具有第一凹槽1121，第一金属网12设置于第一凹槽1121内。本发明实施例中，第一凹槽1121的侧边1122向第一凹槽1121的中心倾斜，使得液态的散热工质能够流到第一凹槽1121的中心的第一金属网12中，使得第一金属网12能够吸附液态的散热工质。需要说明的是，本发明实施例中第一金属网12为铜丝，其他实施例中可以为银、铝或者其他金属以及形状，或者可以为由两种以上的金属所构成的合金。

如图1、图2及图3所示，可选地，充液部件13包括充液连接件131以及充液管132，充液连接件131一端安装于第一底板112在纵向方向上远离调控段的一侧的开口1123处，充液连接件131另一端与充液管132连接，充液管132用于将液态的散热工质通过充液连接件131注入至第一主体11的空腔中，使得第一金属网12可以吸附液态的散热工质，在注入完成后进行抽真空处理，使液态的散热工质更容易受热更加容易汽化，并对充液部件13进行密封处理，使得第一主体11的空腔与外部密封不漏气。

如图1、图2及图3所示，本发明实施例中，冷凝段包括第二主体21以及第二金属网22。可选地，第二主体21包括第二顶板211以及第二底板212，第二顶板211以及第二底板212与调控段固定，第二顶板211在竖直方向上位于第二底板212的上方，第二顶板211与第二底板212固定以在第二顶板211与第二底板212之间形成一定的空腔(第二空腔)。本发明实施例中，第二底板212具有第二凹槽2221，第二凹槽2221设置有第二金属网22，第二凹槽2221的侧边2222向第二凹槽2221的中心倾斜，起到引流作用，使得液态的散热工质能够流到第二凹槽2221的中心的第二金属网22中，使得第二金属网22能够吸附液态的散热工质。同样地，本发明实施例中第二金属网22为铜丝，其他实施例中可以为银、铝或者其他金属以及形状，或者可以为由两种以上的金属所构成的合金。

如图1、图2、图3、图4及图5所示，本发明实施例中，调控段包括第三主体31、热收缩反应部件32、可调润湿性部件33以及隔热部件34。

如图1、图2、图3、图4及图5所示，本发明实施例中，第三主体31固定于第一主体11以及第二主体21之间，第三主体31容纳热收缩反应部件32以及可调润湿性部件33。可选地，第三主体31包括第三顶板311和第三底板312，第三顶板311的下表面设置有凸出结构3111，第三底板312在与纵向方向垂直的横向方向上设置有第一槽道3121以及在纵向方向上设置有第二槽道3122。具体地，第三顶板311与第一顶板111以及第二顶板211固定，并且第三顶板311与第三底板312固定形成有一定的空腔(第三空腔)；凸出结构3111用于与热收缩反应部件32嵌合固定。需要说明的是，本发明实施例中第三底板312与第一底板112、第二底板212之间的固定均通过隔热部件34实现，其他实施例中，第三底板312可以与第一底板112以及第二底板212直接固定。具体地，第一槽道3121用于设置热收缩反应部件32，从而尽可能避免热收缩反应部件32在收缩或者膨胀时与第三底板312的第二槽道3122的侧边发生碰撞干涉。本发明实施例中，第二槽道3122用于设置可调润湿性部件33，且第二槽道3122的侧边3123往第二槽道3122的中心倾斜，使得液态的散热工质能够流到第二槽道3122的可调润湿性部件33中。需要说明的是，可调润湿性部件33设置于第一金属网12以及第二金属网22之间，可调润湿性部件33的一端与第一金属网12连接，可调润湿性部件33的另一端与第二金属网22连接，即第一金属网12与第二金属网22之间由可调润湿性部件33分隔。其中，可调润湿性部件33对散热工质的亲和能力与温度呈正相关，具体地：当可调润湿性部件33处于低温状态下(例如低于温度T1，温度T1根据可调润湿性部件33本身的材料确定)，可调润湿性部件33对散热工质的亲和能力低，此时对液体的粘附性高，液态的散热工质无法在第一金属网12以及第二金属网22之间流动；而当可调润湿性部件33处于高温状态下(例如高于温度T1)，可调润湿性部件33对散热工质的亲和能力高，此时对液体的粘附性低，此时液态的散热工质能够在第一金属网12以及第二金属网22之间流动。可选地，可调润湿性部件33可以为将多孔基板高温浸泡石蜡溶液，保温一段时间制成。

如图1、图2及图5所示，本发明实施例中，热收缩反应部件32设置于第一金属网12以及第二金属网22之间，且位于可调润湿性部件33的上方，热收缩反应部件32用于隔离蒸发段以及冷凝段。需要说明的是，热收缩反应部件32具有热缩冷胀的特性，例如可以通过将调控段(包括但不限于第二主体21)与高温元件贴合或者通过加热工具对调控段(包括但不限于第二主体21)进行加热从而改变热收缩反应部件32温度，使得热收缩反应部件32达到一定温度(例如高于温度T2，温度T2根据热收缩反应部件32本身的材质决定)收缩，此时蒸发段与冷凝段之间的连通状态为连通，散热工质能够在蒸发段与冷凝段之间流动，例如被汽化的散热工质能够从蒸发段流动至冷凝段进行冷凝释放热量，冷却液化后的液态的散热工质(在可调润湿性部件33处于高温状态下或者不存在可调润湿性部件33时)也能够被第二金属网22吸附并从第二金属网22回流至第一金属网12中，相变传热三极管就可以进行往复的相变循环；相反，当热收缩反应部件32处于冷却状态等非加热状态下(低于温度T2)，热收缩反应部件32处于膨胀状态，此时蒸发段以及冷凝段之间被隔离，即蒸发段与冷凝段之间的连通状态为隔断，散热工质不能够在蒸发段与冷凝段之间流动，例如被汽化的散热工质不能够从蒸发段流动至冷凝段进行冷凝释放热量，(不存在可调润湿性部件33、或者可调润湿性部件33处于高温状态或低温状态下时)散热工质在第一金属网12以及第二金属网22之间也不能进行自由流动。综上，热收缩反应部件32能够用于控制蒸发段与冷凝段之间的连通状态，以控制散热工质在第一金属网12以及第二金属网22之间的流动。

本发明实施例中，隔热部件34包括第一隔热段341以及第二隔热段342，第一隔热段341与第一主体11以及第三主体31固定，第二隔热段342与第二主体21以及第三主体31固定。具体地，第一隔热段341与第一底板112以及第三底板312固定，第二隔热段342与第二底板212以及第三底板312固定，第一隔热段341以及第二隔热段342位于第三底板312的下方。

可选地，本发明实施例中，第一底板112、第一顶板111、第二底板212、第二顶板211以及第三底板312采用导热性能好的金属制成(包括但不限于铜材料)，以减少接触热阻；第三顶板311、第一隔热段341以及第二隔热段342采用隔热性能好的塑料PC制成，目的是减少热量从相变传热三极管的外壁传热；热收缩反应部件32具有热缩冷胀的特性，可以采用具有该特性的水凝胶材料制造而成。

本发明实施例的相变传热三极管的工作原理为：

当蒸发段处于高温加热升温状态，冷凝段处于低温冷却状态，调控段的第三底板312未进行加热或者直接将其处在冷却温度时，热收缩反应部件32由于热缩冷胀的特性，其体积处于膨胀状态，可调润湿性部件33处于对散热工质的亲和能力低而对液体的粘附性高的状态，液态的散热工质附在第一金属网12上，由于蒸发段受热后，液态的散热工质会受热蒸发汽化，但蒸发后的气态的散热工质因为热收缩反应部件32膨胀堵住中间腔体使得蒸发段与冷凝段之间的连通状态为隔断而流不到冷凝段进行冷凝释放热量，而即使热收缩反应部件32不能完全堵住腔体，而有少量蒸汽流向了冷凝段，其冷凝后的液态的散热工质也因可调润湿性部件33处于亲和能力低而对液体的粘附性高的状态的原因回流不到蒸发段的第一金属网12，液态的散热工质也就冷凝堆积停留在冷凝段的第二金属网22上，蒸发段的第一金属网12上的液态的散热工质会被慢慢烧干，使得相变传热三极管内部的相变循环被破坏，热量也就从蒸发段传不到冷凝段，此时整根相变传热三极管的热阻极高。

而当中间的调控段的第三底板312处在加热的条件下，若该加热温度达到了热收缩反应部件32体积收缩和可调润湿性部件33润湿性和粘附性变化的温度点(例如达到T1、T2)，此时热收缩反应部件32处于收缩状态，总体积变小，可调润湿性部件33处于对散热工质的亲和能力高而对液体的粘附性低的状态，蒸发段内液态的散热工质在受热蒸发后，气态的散热工质由于热收缩反应部件32体积收缩而使得蒸发段与冷凝段之间的连通状态为连通，因而流向冷凝段进行冷凝释放热量，冷凝后的液态的散热工质也因可调润湿性部件33处于对散热工质的亲和能力高而对液体的粘附性低的状态的原因能从第二金属网22回流到蒸发段上的第一金属网12，此时相变传热三极管可以进行往复的相变循环，热量也就一直可以从蒸发段传导冷凝段，此时整个相变传热三极管的热阻极低。

需要说明的是，基于上述原理，可以通过调节在中间的调控段第三底板312输入热量的大小，控制热收缩反应部件32收缩程度与可调润湿性部件33的润湿性与粘附性，进而调节蒸发后的气态的散热工质从蒸发段流向冷凝段和冷凝后的液态的散热工质从冷凝段回流到蒸发段的速度，实现相变传热三极管热阻可调的功能。

如图6所示，可选地，本发明实施例还提供上述相变传热三极管的加工方法，包括步骤S100-S900：

S100、通过激光切割装置对原材料进行切割，分别切割出的相变传热三极管各部分的结构形状，例如切割出第一顶板111、第一底板112、第二顶板211、第二底板212、第三顶板311、第四底板、第一隔热段341以及第二隔热段342的结构。

S200、通过热压方式将第一金属网12与第一底板112连接以及将第二金属网22与第二底板212连接，以减少接触热阻。

S300、将热收缩反应部件32安装于第三顶板311以与凸出结构3111嵌合固定。

S400、将可调润湿性部件33安装于第三底板312而位于第一金属网12与第二金属网22之间。

需要说明的是，步骤S300与S400与之间不限定执行顺序。具体地，将可调润湿性部件33通过粘接的方式安装在第三底板312上。

S500、将第一顶板111与第一底板112固定以及将第二顶板211与第二底板212固定。

具体地，通过焊接的方式将第一底板112和第一顶板111、第二底板212和第二顶板211分别连接固定起来。

S600、将第一底板112、第二底板212以及第三底板312固定，以及将第一顶板111、第二顶板211以及第三顶板311固定。

具体地，通过胶粘的方式将第一隔热段341与第一底板112以及第三底板312固定连接，并将第二隔热段342与第二底板212以及第三底板312固定连接。需要说明的是，其他实施例中，第一底板112、第二底板212以及第三底板312的固定可以为直接固定而不通过第一隔热段341和第二隔热段342。

S700、将充液部件13固定于第一底板112，通过充液部件13注入液态的散热工质至第一金属网12吸附。

具体地，充液部件13包括充液连接件131以及充液管132，将充液连接件131固定于第一底板112的开口，通过充液管132以及充液连接件131注入液态的散热工质至蒸发段，使得第一金属网12吸附液态的散热工质。

S800、进行抽真空处理以及对充液部件13进行密封处理。

具体地，对相变传热三极管内部进行抽真空处理，使得内部气压降低，液态的散热工质更容易汽化；对充液管132的管口进行密封处理，例如进行冷冲压使得其密封不漏气。可选地，将过长的充液管132截切掉。

可选地，S800之后即得到相变传热三极管，可以对该相变传热管进行传热性能测试，确保更够正常使用。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种相变传热三极管，其特征在于，包括：

蒸发段，包括第一主体以及第一金属网，所述第一金属网设置于所述第一主体内，所述第一金属网吸附有液态的散热工质；

冷凝段，包括第二主体以及第二金属网，所述第二金属网设置于所述第二主体内；

调控段，包括热收缩反应部件，所述热收缩反应部件设置于所述第一金属网以及所述第二金属网之间；所述热收缩反应部件具有热缩冷胀的特性，所述热收缩反应部件用于控制所述蒸发段与所述冷凝段之间的连通状态，以控制散热工质在所述第一金属网以及所述第二金属网之间的流动；

所述调控段还包括第三主体，所述第三主体固定于所述第一主体以及所述第二主体之间，所述第三主体容纳所述热收缩反应部件；

所述第三主体具有第一槽道，所述第一槽道设置所述热收缩反应部件；

所述第三主体具有第二槽道，所述调控段还包括可调润湿性部件，所述可调润湿性部件位于所述第二槽道且设置于所述第一金属网以及所述第二金属网之间；所述可调润湿性部件对散热工质的亲和能力与温度呈正相关。

2.根据权利要求1所述相变传热三极管，其特征在于：所述第一主体包括第一顶板以及第一底板，所述第一顶板以及所述第一底板与所述调控段固定；所述第一底板具有第一凹槽，所述第一凹槽的侧边向所述第一凹槽倾斜，所述第一凹槽设置所述第一金属网。

3.根据权利要求1所述相变传热三极管，其特征在于：所述第二主体包括第二顶板以及第二底板，所述第二顶板以及所述第二底板与所述调控段固定；所述第二底板具有第二凹槽，所述第二凹槽的侧边向所述第二凹槽倾斜，所述第二凹槽设置所述第二金属网。

4.根据权利要求1所述相变传热三极管，其特征在于：所述第三主体包括第三底板和第三顶板，所述第三顶板具有凸出结构，所述第三底板容纳所述热收缩反应部件，所述凸出结构与所述热收缩反应部件嵌合固定，所述第三顶板与所述第一主体以及所述第二主体固定。

5.根据权利要求1所述相变传热三极管，其特征在于：所述调控段还包括隔热部件，所述隔热部件包括第一隔热段以及第二隔热段，所述第一隔热段与所述第一主体以及所述第三主体固定，所述第二隔热段与所述第二主体以及所述第三主体固定。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的相变传热三极管的加工方法，其特征在于，包括：

通过热压方式将第一金属网与第一底板连接以及将第二金属网与第二底板连接；

将可调润湿性部件安装于第三底板而位于第一金属网与第二金属网之间；

将热收缩反应部件安装于第三顶板；所述热收缩反应部件具有热缩冷胀的特性；

将第一顶板与第一底板固定以及将第二顶板与第二底板固定；

将第一底板、第二底板以及第三底板固定，以及将第一顶板、第二顶板以及第三顶板固定；

将充液部件固定于第一底板，通过充液部件注入液态的散热工质至第一金属网吸附；

进行抽真空处理以及对充液部件进行密封处理。