CN114413670A - 一种相变传热装置及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及一种相变传热装置及制备方法，其中该相变传热装置，对应类型包括热管、均热板，其特征在于，所述相变传热装置包括：构造为闭合腔体的壳体；与所述壳体内壁面的局部或全部构成内围腔体的隔板，所述隔板的数量包括一个或以上；以及设于所述内围腔体或所述隔板中的吸液芯。还提供了若干该相变传热装置的制备方法。与现有技术相比，本发明实施例具有简易、低成本、大规模制备的有益处，同时具备工质渗透率高与毛细力大的两大条件，适用于制备超薄热管等。
Description
背景技术
本发明涉及传热设备领域，尤其涉及一种相变传热装置及制备方法。
发明内容
目前电子设备轻薄化的发展趋势，使得可用于散热的体积越来越小。热管、均热板等作为高效相变传热装置，已被广泛应用于解决微电子、光电子等领域的热问题。例如热管，根据吸液芯种类的不同，可分为粉末烧结型、丝网烧结型、沟槽型以及复合型。其中，粉末烧结型应用较广，然而现有技术中，为了低成本、稳定可靠的使铜粉末保持在预设位置，惯常地将铜粉末烧结于管壳内壁面，或者，烧结于管壳内壁面设有的沟槽内或铜丝网上构成上述的复合型，进而实现工质气液通道的分配。
粉末烧结过程中，伴随的物理过程包括：粉粒间接触面积增大；粉粒聚集；粉粒中心距缩短；气孔形状发生变化，体积缩小；从连通的气孔变成各自孤立的气孔同时气孔逐渐缩小；如继续烧结，最后大部分甚至全部气孔从其中排出。可见烧结粉末宏观上出现体积收缩、致密度提高和强度增加等现象，对烧结温度及时长要求严格。并且，为了应对诸如热管的压扁、折弯等，需保证粉粒与热管内壁面以及粉粒之间的结合强度，加之粉末较细，使得粉末常易被烧结过度，导致盲孔（闭孔）增多、有效孔隙率下降，渗透率低至约1.4E-11~12m2；并且在后续工序中，由于孔隙率降低导致抗变形差，吸液芯在压扁、折弯时易出现裂缝或与管壳剥离；以及，烧结粉末沿厚度方向的孔隙不均匀性，表现为粉末越靠近管壳烧结程度越高，盲孔率越高，特别对烧结层顶面由于较烧结前孔隙率及导通率降低、大范围孔角成为烧结颈，从而湿润性变差，而盲孔及其内部气体的存在进一步地导致湿润性或径向抽吸弱化，径向热阻增加、回流强度降低，其原因发明人认为包括在于管壳导热较保护气氛的对流传热效果佳，体积收缩更快、致密度更高。
对于传热性能优异的相变传热装置，需要同时具备工质渗透率高与毛细力大两个条件，但这两个条件却在一定程度上是相互矛盾的，因为吸液芯的毛细力取决于其有效孔隙半径，有效孔隙半径越小，毛细力越大，但孔隙率越小，工质渗透率越低。因此，如何同时具备工质渗透率高与毛细力大两个条件，是目前相变传热装置研究面临的难题。而解决上述现有技术问题，发明人认为将有助于解决所述的难题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的主要目的在于提供一种相变传热装置及制备方法，用以克服相关的现有技术的不足。
为实现本发明的目的，本发明采用如下的技术方案：
第一方面，本发明提供一种相变传热装置，对应类型包括热管、均热板，其特征在于，所述相变传热装置包括：构造为闭合腔体的壳体；与所述壳体内壁面的局部或全部构成内围腔体的隔板，所述隔板的数量包括一个或以上；以及设于所述内围腔体或所述隔板中的吸液芯。
较优地，所述隔板，包括：
设有一个或以上孔隙和/或缝隙，其用于使液态工质穿过，并阻隔所述吸液芯穿过；所述隔板的边侧或一面耦和于所述壳体内壁面；以及，
所述隔板对应的结构类型包括丝网和/或挡板；其中所述丝网经过烧结或未经过烧结；所述挡板结构类型包括圆柱丝。
较优地，所述丝网，包括：
其第一面和/或网孔设有粉粒；其中所述粉粒烧结于所述第一面和/或所述网孔，并且未完全封堵所述网孔，以使所述网孔的孔径降低；以及所述第一面耦合至所述吸液芯；或者，
经化学蚀刻法，在其表面获得亲水性的纳米结构，所述纳米结构用于使所述网孔的孔径降低；或者，
经垂直所述第一面的碾压，以使所述丝网对应的丝线压扁，进而所述网孔的孔径降低；或者，
经垂直所述第一面的压紧并超声焊接，以使所述丝网对应的丝线接触部位获得焊接，并使得所述网孔的孔径降低。
较优地，所述丝网，包括：
构造为具有第一数量并沿第一方向以第一间距并行排布的横丝组成的单层结构；或者，具有第二数量并沿第二方向以第二间距并行排布的纵丝正交地架设于所述单层结构组成的多层结构；
其中，所述横丝、所述纵丝均呈丝线状，对应的材质包括铜；以及所述第一方向沿所述相变传热装置的延伸方向，所述延伸方向包括轴向；以及所述第一间距包括紧挨；以及所述架设对应接触部位的连接关系包括热接。
较优地，所述吸液芯，包括：
对应的结构类型包括粉体和/或纤维，其中所述粉体包括：未经过烧结的散体状，并且所述粉体中的粉粒在所述隔板的阻隔作用下保持彼此紧挨；或者，
所述粉体和/或纤维经化学蚀刻法，在表面获得亲水性的纳米结构；或者，
所述粉体和/或纤维经化学蚀刻法，在表面获得亲水性的纳米结构后，经一定温度烧结或高频感应焊接获得所述吸液芯。
较优地，所述的相变传热装置，其特征在于，还包括：
设于所述内围腔体内并沿所述内壁面法向的连接件，其用于降低所述相变传热装置的径向热阻，所述连接件对应的结构类型包括圆柱、球体或平板；
其中，所述连接件，对应的数量包括一个或以上，以及其第一部位、第二部位分别连接于所述隔板、所述内壁面；所述内壁面光滑或烧结有一层粉体。
结合本发明实施例的第一方面，本发明第二方面提供一种制备方法，用于制备如上述第一方面中所述的相变传热装置，其特征在于，包括以下步骤：
S100、预备圆形管壳，并经压扁得到扁平管壳；
S101、预备铜丝网构成的丝网管体，并经压扁后，共轴地推入所述扁平管壳，以使所述丝网管体的厚度方向上的两面分别耦和于所述扁平管壳沿厚度方向上的两面；所述耦和包括紧贴；
S102、使所述丝网管体与所述管壳的接触部分，获得粘结；
S103、向所述丝网管体中填注粉体，或向所述丝网管体与所述扁平管壳构成的内围腔体中填注粉体；所述粉体粒径小于所述丝网管体的孔径；
S104、对所述丝网管体以及所述扁平管壳进行端封处理，获得热管；
或者，
S110、预备圆形管壳；
S111、预备两个矩状的铜丝网片，使所述铜丝网片横截面制为“I”型或“[”型；其中所述“[”型，由中央段及位于所述中央段两端的转折段构成；
S112、将所述“I”型的两端或所述“[”型的所述转折段，粘结于所述圆形管壳内壁面，使得所述两个矩状的铜丝网片对称地设于所述圆形管壳一过轴线平面的两侧；
S113、沿所述过轴线平面并垂直所述圆形管壳外壁面，压扁所述圆形管壳，并使所述铜丝网片向所述管壳的轴线弯曲，或向背离所述管壳的轴线弯曲；
S114、若使所述铜丝网片向所述管壳的轴线弯曲，则向所述铜丝网片之间的中央腔体填注粉体；若使所述铜丝网片向背离所述管壳的轴线弯曲，则向除所述中央腔体之外的所述管壳内围腔体中填注粉体；所述粉体粒径小于所述铜丝网片孔径；
S115、对所述中央腔体以及所述管壳进行端封处理，获得热管。
结合本发明实施例的第一方面，本发明第三方面提供一种制备方法，用于制备如上述第一方面中所述的相变传热装置，其特征在于，包括以下步骤：
S200、预备圆形管壳，并经压扁得到扁平管壳；
S201、预备铜丝，在其表面粘结一层铜粉末层，或在其外壁面垂直其走向蚀刻一条或以上沟槽；
S202、将两个所述铜丝分别平行于所述扁平管壳轴线插入，并设置于预设位置，以使所述铜丝分别相切于所述扁平管壳的盖板和底板；所述预设位置包括所述管壳宽度方向上的左侧1/5处以及右侧1/5处，或，左侧2/5处以及右侧2/5处；
S203、使所述铜丝相切于所述盖板和所述底板的接触部位获得粘结；
S204、向两个所述铜丝之间的中央腔体填充粉体，或，分别向所述扁平管壳内除所述中央腔体之外的两个边侧腔体填充粉体；所述粉体粒径小于所述铜粉末层任意两相邻粉粒之间的间隙宽度，以及所述沟槽的宽度；
S205、对所述中央腔体以及所述管壳进行端封处理，获得热管；
或者，
S210、预备圆形管壳，并经压扁得到扁平管壳；
S211、在所述扁平管壳内壁面烧结一层粉体，或在其内壁面平行于其轴线设置一条或以上沟槽，以及沿横截面与所述铜管内壁面的重合处设置一条或以上沟槽；所述设置包括蚀刻或压印；
S212、预备铜丝，将两个所述铜丝分别平行于所述扁平管壳轴线插入，并设置于预设位置，以使所述铜丝分别相切于所述扁平热管的盖板和底板；所述预设位置包括所述热管宽度方向上的左侧1/5处以及右侧1/5处，或，左侧2/5处以及右侧2/5处；
S213、使所述铜丝相切于所述盖板和所述底板的接触部位获得粘结；
S214、向两个所述铜丝之间的中央腔体填充粉体，或，分别向所述扁平管壳内除所述中央腔体之外的两个边侧腔体填充粉体；
S215、对所述中央腔体以及所述管壳进行端封处理，获得热管。
结合本发明实施例的第一方面，本发明第四方面提供一种制备方法，用于制备如上述第一方面中所述的相变传热装置，其特征在于，包括以下步骤：
S300、预备基板；
S301、将预备的波浪状的丝网贴合于所述基板，沿所述丝网的边侧裁切所述基板；
S302、对应于所述波浪状的波谷部位，以垂直于所述基板方向进行超声焊接，使得所述波谷部位焊接于所述基板；或使所述贴合对应的接触部位获得烧结；
S303、顺着所述波浪状的波峰部位对应的脊线方向，卷曲所述基板，使所述丝网位于内围，并焊接获得的对接边缝，进而得到两端开口的管体；
S304、封堵对应于所述管体第一端口的所述波峰拱起构成中空管道的一端，并由所述中空管道的另一端注入粉体，再封堵所述另一端；
S305、对所述管体进行端封处理，获得热管。
结合本发明实施例的第一方面，本发明第五方面提供一种制备方法，用于制备如上述第一方面中所述的相变传热装置，其特征在于，包括以下步骤：
S400、预备设有沟槽的基板；
S401、将所述基板裁切，获得预设形状的上盖板、下盖板；其中所述上盖板、下盖板为相变传热装置厚度方向上两侧面的扁平状壳体；
S402、预制与所述沟槽尺寸及形状相适应的金属丝网，以使所述金属丝网边侧接触所述沟槽侧壁；
S403、使所述金属丝网与所述沟槽侧壁的接触部位获得粘结，并在所述接触部位预留一注入孔用于注入粉体，在所述粉体注入后，使所述注入孔对应的所述金属丝网边侧粘结于所述沟槽侧壁；
S404、叠置所述上盖板、所述下盖板，使所述沟槽位于内围，获得对接边缝，并将所述边缝焊接，得到相变传热装置；
或者，
S410、预备具有沟槽的基板；
S411、将预备的金属丝网贴合于所述基板设有所述沟槽的一面，并使所述金属丝网与所述沟槽顶端的接触部位获得粘结，得到所述金属丝网与所述沟槽构成的内围腔体；
S412、顺应所述沟槽的走向卷曲所述基板，使所述金属丝网位于内围，并将获得的对接边缝进行焊接，得到两端开口的管体；
S413、对所述管体进行压扁、折弯处理，封堵所述内围腔体相同朝向的一端口，并由所述内围腔体另一端口注入粉体；
S414、封堵所述另一端口，以及对所述管壳两端口进行端封处理，获得热管；
或者，
S420、预备具有沟槽的圆形管壳；
S421、预备金属丝网构成的丝网管体，并推入所述圆形管壳，所述丝网管体外壁面贴合于所述沟槽的顶部；
S422、经烧结，所述贴合对应的接触部位获得粘结，进而得到所述丝网管体与所述沟槽构成的内围腔体；
S423、对所述圆形管壳的压扁、折弯，封堵所述内围腔体相同朝向的一端口，并在所述内围腔体另一端口注入粉体；
S424、封堵所述另一端口，以及对所述管壳两端口进行端封处理，获得热管。
从以上技术方案可见，本发明实施例至少具有以下有益效果：
与现有技术相比，本发明实施例具有简易、低成本、大规模制备的有益处，同时具备工质渗透率高与毛细力大的两大条件，适用于制备超薄热管等，具有较好的工业应用前景。
本发明的更多特征和有益处，将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合具体实施例对本申请作进一步地详细描述。应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本技术领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一方面实施例
具体地，所述相变传热装置包括气-液两相传热装置，对应的产品类型包括热管、均热板、回环。
本发明所述的吸液芯，包括未经过烧结的散体状，并且所述粉体中的粉粒在所述隔板的阻隔作用下保持彼此紧挨。现有技术中的烧结粉末型吸液芯，由于烧结工序，其中粉粒彼此粘结甚至过度烧结，导致其渗透率低至约1.4E-11~12m2。
而本发明所述的吸液芯，由于所述粉体在填注后获得限位，则无需烧结，进而粉粒之间不存在烧结颈，保持高孔隙率、高导通率，并获得大量的粉粒间接触的孔角，以及孔角处结合水及其外部的重力水，将增强所述吸液芯顶面以及内部的湿润性，并且增程毛细力，提升毛细泵力，实现例如增长热管长度，但毛细泵力相比该增长前不降低。从而，获得多尺度的毛细结构，包括该粉粒间紧挨时的接触处以及孔角，以及尺度较该接触处、孔角更大的该粉粒之间的间隙。
并且，由于无需烧结粉末步骤，填注所述粉体的粒度可以较现有技术进一步降低，获得更大毛细力，而无需担心粒度降低导致的易发烧结过度，以及由于孔隙率和导通率较粉末烧结后更高，相应的渗透率却升高，其渗透率可达到1.5E-9~10m2。进一步地，可通过所述粉体的不同粒度的级配，以更灵活的调控，获得更高的渗透率，理论上可达到1.2E-8~9m2，而大量孔角的存在将确保高湿润性及高毛细力。
此外，本发明所述的吸液芯，如选自雾化铜粉，其渗透率，将超过现有技术中采用电解铜粉经烧结制得传统吸液芯的渗透率。
因而，本发明所述的吸液芯，同时具备工质渗透率高与毛细力大两个条件，克服了这两个条件在一定程度上的相互矛盾性。这样也避免了所有的传统烧结工序对吸液芯带来的不利影响，以及无需担心压扁、折弯等操作带来的不利影响，同时确保本发明所述吸液芯的结构稳定可靠，具有简易、低成本、大规模制备的有益处。
上述的“所述粉体和/或纤维经化学蚀刻法，在表面获得亲水性的纳米结构”，其中所述化学蚀刻法还可以是氧化还原法（例如表面氧化后再经热氛围下的还原性气体处理），其有益处在于，相比现有技术中的烧结粉末吸液芯，本发明所述的吸液芯，由于无需烧结，因此预先生成的所述纳米结构，可以获得留存。而所述纳米结构将进一步增加本发明所述吸液芯的高孔隙率、高渗透性，以及所述亲水性带来的高湿润性、高毛细力。
上述的“所述粉体和/或纤维经化学蚀刻法，在表面获得亲水性的纳米结构后，经一定温度烧结或高频感应焊接获得所述吸液芯”，其中所述化学蚀刻法还可以是氧化还原法，其有益处在于，所述纳米结构增加所述粉体和/或纤维之间的间隙，获得高孔隙率，而所述“一定温度烧结或高频感应焊接”将使得烧结颈更多地限制在所述纳米结构之间，由于所述纳米结构尺度极小，可进一步降低所述烧结或高频感应焊接对应的工作温度。
上述的单层结构、多层结构，其有益处在于，其中包含的所述横丝或所述纵丝均呈丝线状，例如横截面呈圆形，特别当所述横丝以所述紧挨进行排布时，相邻的所述横丝之间将获得间隙以及接触部位构成的孔（隙）角，所述横丝越细则所述间隙及所述孔（隙）角的尺度越小，相应地获得更大的毛细抽吸力。所述横丝若沿轴向排布，则用于回流冷凝液相。所述单层结构或多层结构，同时用于限位本发明所述吸液芯，以获得稳定的气液相通道的分配，进一步地，收集到该冷凝液相后，由于其内部的本发明所述吸液芯的高毛细力，将使得大部分的该冷凝液相被抽吸至本发明所述吸液芯，继而主要由本发明所述吸液芯将该冷凝液相输送至所述相变传热装置的蒸发端。
下述为本发明的制备方法实施例，包括第二至第五方面实施例，可以用于制备如上述第一方面中所述的相变传热装置。
第二方面实施例
具体地，上述步骤S100-S104，以及步骤S110-S115，分别为本发明第二方面的第一实施例和第二实施例，两个实施例的共同之处在于均采用铜丝网作为本发明第一方面中所述的隔板，而前者较后者工艺更简单，且所述丝网管体粘结于所述管壳内壁面的部分，将构成丝网吸液芯并由于毛细力小于所述粉体，进而丝网吸液芯的冷凝液滴将被所述粉体抽吸，进一步增强所述粉体的回流量，但该丝网吸液芯也相应降低了气相通道的腔体横截面积。其中后者中的两个所述铜丝网片可通过焊接成为前者中所述的丝网管体。所述丝网管体或所述铜丝网片，将上述第一方面实施例中所述的相变传热装置例如热管或均热板的内部腔体分割为多个内围腔体。
上述步骤S101中所述的耦和，还可以借助芯棒，用于使所述丝网管体与所述扁平管壳内壁面的接触部位紧贴，进而采用例如烧结或超声焊接工艺，使得步骤S102中所述粘结更加牢固。该芯棒可以是扁平的长尺状，也可以是横截面任意形状例如圆、扁圆、矩形，其材质可以是不锈钢。上述步骤S111中所述的转折段与中央段的各一端相连，两者呈斜交或正交，可以通过折弯所述铜丝网片获得。上述的端封处理，用于获得端盖（封头），可以理解的，在此之前还应包括现有技术中的抽真空、充入工质等常规操作，从而制得相变传热装置。
本发明第二方面的两个实施例，特别对超薄热管或超薄均热板的制备，具有明显的有益处，由于所述粉体在填注后获得限位，则无需烧结，进而粉粒之间不存在烧结颈，保持高孔隙率、高导通率，并获得大量的粉粒间接触的孔角，以及孔角处结合水及其外部的重力水，将使得增程毛细力，提升毛细泵力，实现增长例如热管长度，但毛细泵力相比增长前不降低。此外，由于无需烧结粉末步骤，填注所述粉体的粒度可以较现有技术进一步降低，而无需担心粒度降低导致的易发烧结过度，以及由于孔隙率和导通率较粉末烧结后更高，而无需担心渗透率低。因而，本发明第二方面的两个实施例，同时具备工质渗透率高与毛细力大两个条件。
需要说明的是，所述丝网管体或所述铜丝网片，为上述第一方面实施例中所述隔板的对应类型中的一种；所述丝网管体或所述铜丝网片，与所述管壳构成的内围腔体，为上述第一方面实施例中所述内围腔体的对应类型中的一种；所述粉体为上述第一方面实施例中所述的吸液芯的对应类型中的一种。
第三方面实施例
具体地，上述步骤S200-S205，以及步骤S210-S215，分别为本发明第三方面的第一实施例和第二实施例，两个实施例的共同之处在于均采用铜丝作为本发明第一方面中所述的隔板，该铜丝直径可以根据例如热管的薄度相应设定，热管或均热板的厚度越薄，其内部腔体厚度越小，则该铜丝越细。该铜丝可以是延伸方向平行于轴线，数量可以是一根或以上，以及该铜丝可经碾压制备为横截面为方形或矩形，该铜丝分别相切于扁平状的热管的盖板和底板，进而将该内部腔体分割为多个内围腔体。
进一步地，为使气相和/或液相工质可以进出不同的所述内围腔体，而限位所述粉体于对应的所述内围腔体，本发明第三方面的第一实施例，在其表面粘结一层铜粉末层，或在所述铜丝上设置一条或以上沟槽，其中所述铜粉末层中相邻粉粒之间的宽度例如0.005-0.01mm，沟槽宽度例如0.005-0.01mm，具体根据所述粉体的粒度而定。
同理地，为了使气相和/或液相工质可以进出不同的所述内围腔体而限制所粉体逾越于相邻的内围腔体，本发明第三方面的第二实施例，该铜粉末层或该沟槽还可以设置在所述管壳的内壁面。
本发明第三方面的两个实施例，与上述本发明第二方面的两个实施例相比，由于采用所述铜丝替代所述铜丝网，可以获得更薄的热管或均热板，并适用于例如手机中，具有更明显的有益处。其中所述铜丝可作为热管冷却后的抗负压支撑作用，实现类似抗负压的柱体阵列作用。
需要说明的是，所述铜丝，为上述第一方面实施例中所述隔板的对应类型中的一种；所述铜丝与所述管壳构成的内围腔体，为上述第一方面实施例中所述的围腔体的对应类型中的一种；所述粉体为上述第一方面实施例中所述吸液芯的对应类型中的一种。
第四方面实施例
具体地，上述步骤S300-S305，为本发明第四方面的第一实施例。所述中空管道，以及其中作为填料的所述粉体，可作为热管冷却后的抗负压支撑作用，实现类似抗负压的柱体阵列作用。较优地，所述丝网为铜材质。
在另一个实施例中，上述的制备目标热管的横截面，包括基板、仅具有一个波峰的丝网、对接边缝、中空管道、粉体。其中，丝网在宽度方向上的左、右边缘（一定宽度）部分与基板的接触部位粘结，中空管道呈拱桥的桥面与水面的内围通道状。较优地，所述中空管道设于目标热管在宽度方向上的中央位置。较优地，目标热管制备为扁平状，中空管道数量为一个，并设置于目标热管厚度方向上的底板内壁面，并耦合至目标热管的蒸发端。
本发明第四方面的实施例，与上述本发明第二、第三方面的两个实施例相比，由于采用首先在预备基板上贴合所述波浪状的丝网，进而实现大面积前制体制备，并根据预设形状对该前制体进行裁切，进一步地通过所述卷曲，制得所述管体。所述波浪状，可通过弯折或一表面波浪状起伏基板上的冲压获得，并可通过该表面波浪状起伏基板模具，制备不同弯折形状或不同波峰与波谷面积比。可见本实施例，能够实现大面积快速制备如上述第一方面实施例中所述的相变传热装置，例如热管、均热板。
可以理解地，该前制体，还可以经裁切，获得形状相吻合的上盖板、下盖板，并通过将上盖板、下盖板使其设有所述波浪状的丝网位于内围的叠置，焊接相应获得的对接边缝后，从而得到例如大宽度的热管或大片状均热板。
需要说明的是，所述波浪状的丝网，为上述第一方面实施例中所述隔板的对应类型中的一种；所述丝网与所述沟槽构成的内围腔体，或所述中空管道，为上述第一方面实施例中所述内围腔体的对应类型中的一种；所述粉体为上述第一方面实施例中所述吸液芯的对应类型中的一种。
第五方面实施例
具体地，上述步骤S400-S404，步骤S410-S414，以及步骤S420-S424，分别为本发明第三方面的第一至第三实施例，三个实施例的共同之处在于，均采用金属丝网作为本发明第一方面实施例中所述的隔板，以及，步骤S400或S410或S420中所述的沟槽包括如现有技术中吸液芯的沟槽型，则所述金属丝网与所述沟槽经所述粘结，构成内围腔体，即如上述第一方面实施例中所述的内围腔体。其中，所述沟槽的横截面可为矩形、梯形、“Ω”形、圆形、变截面槽道等；所述金属丝网，呈片状，可以是矩形、方形，或其它任意形状。
示例性地，本发明第三方面的第一实施例，所述沟槽可以是沿轴向，且彼此不连通的并行排布，则所述金属丝网预备为条带状网片，该网片宽度小于所述沟槽顶端对应的宽度，将该网片宽度方向上的边侧，距离该沟槽底部相同高度地耦合至该沟槽的侧壁面，该耦和可以是粘结。其有益处在于，该沟槽的宽度例如0.1-2mm，则相较于现有技术中的沟槽型，沟槽宽度增宽以及数量降低，以及构成沟槽的侧壁可以是弧形坡面，其中该耦和处以上的构成沟槽的管壳部分，用于确保必要的或较低的径向热阻以及有利冷凝液滴加速滑落至该耦和处以下并汇入所述金属丝网以及所述粉体，而该耦和处以下的所述粉体将起到提升毛细力以及回流冷凝液的作用。
示例性地，本发明第三方面的第二实施例，所述沟槽可以是沿轴向，且彼此不连通的并行排布，也可以是通过对所述基板的压印、蚀刻等工艺获得的多个方向交错分布的网状槽道，则所述金属丝网可以预备为大片状的与所述基板形状一致，进而将该金属丝网贴合于所述基板设有所述沟槽的一面，并使所述金属丝网与所述沟槽顶端的接触部位获得粘结，进而得到前制体。所述金属丝网与所述沟槽构成的如上述第一方面实施例中所述的内围腔体。可以理解地，该前制体，除步骤S412中所述的卷曲之外，还可以是经裁切，获得形状相吻合的上盖板、下盖板，并通过将上盖板、下盖板使其设有的所述金属丝网位于内围的叠置，焊接相应获得的对接边缝后，从而得到例如大宽度的热管或大片状均热板。
较优地，上述的网状槽道，可以为多个所述沟槽沿轴向、彼此平行排布，并且所述沟槽的端部由一垂直于所述沟槽的正交槽道，将各所述沟槽连通，则所述沟槽作为纵向槽道与所述正交槽道，两者深度一致，共同构成所述网状槽道。其有益处在于，相应获得的所述相变传热装置，其设有所述正交槽道的一端，可作为蒸发端，则该正交槽道作为汇聚各纵向槽道汇流液相的通道，提升回流，并增加蒸发面积。
较优地，上述的网状槽道，还可以为具有多个方形的沟槽彼此连通，呈树状，该树状由沿轴向的主干及多级分支构成，其中该分支对应的沟槽，越远离该主干则深度越浅。其有益处在于，该多级分支获得冷凝液相后在重力水辅助下加速毛细渗流，最终汇流至该主干，以提升回流。
本发明第三方面的第三实施例，与本发明第三方面的第一、第二实施例相比，将所述基板替换为圆形管壳或扁平管壳，省却了所述卷曲对应的步骤，获得无所述对接边缝对应的焊缝的如上述第一方面实施例中所述的相变传热装置。示例性地，本发明第三方面的第三实施例，所述相变传热装置为热管，所述沟槽可以是沿轴向，且彼此不连通的并行排布，其顶端对应宽度可以是0.05-0.5mm，则所述丝网管体外壁面耦合至所述沟槽的顶部，所述耦和包括紧贴。
需要说明的是，所述金属丝网，为上述第一方面实施例中所述隔板的对应类型中的一种；所述金属丝网与所述沟槽构成的内围腔体，为上述第一方面实施例中所述内围腔体的对应类型中的一种；所述粉体为上述第一方面实施例中所述的吸液芯的对应类型中的一种。
需要指出的是，本发明第二至第五方面实施例中的步骤例如S104或S115之前，还包括抽真空、充入工质等常规技术步骤，以制得包括气液两相的相变传热装置。可以理解的，为简洁表述，本发明的权利要求以及第二至第五方面实施例的步骤中，省去该抽真空、充入工质等常规技术步骤。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的步骤，仅为了方便具体实施例的解释，不作为限定步骤执行先后顺序的作用。术语“第一”、“第二”、“第三”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必然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，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。此外，表达数量的术语“以上”表示两个或大于两个。术语“包括”、“包含”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右、内、外、深、顶等（如果存在）指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围；在不冲突的情况下，本发明的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (10)
1.一种相变传热装置，对应类型包括热管、均热板，其特征在于，所述相变传热装置包括：构造为闭合腔体的壳体；与所述壳体内壁面的局部或全部构成内围腔体的隔板，所述隔板的数量包括一个或以上；以及设于所述内围腔体或所述隔板中的吸液芯。
2.根据权利要求1所述的相变传热装置，其特征在于，所述隔板，包括：
设有一个或以上孔隙和/或缝隙，其用于使液态工质穿过，并阻隔所述吸液芯穿过；所述隔板的边侧或一面耦和于所述壳体内壁面；以及，
所述隔板对应的结构类型包括丝网和/或挡板；其中所述丝网经过烧结或未经过烧结；所述挡板结构类型包括圆柱丝。
3.根据权利要求2所述的相变传热装置，其特征在于，所述丝网，包括：
其第一面和/或网孔设有粉粒；其中所述粉粒烧结于所述第一面和/或所述网孔，并且未完全封堵所述网孔，以使所述网孔的孔径降低；以及所述第一面耦合至所述吸液芯；或者，
经化学蚀刻法，在其表面获得亲水性的纳米结构，所述纳米结构用于使所述网孔的孔径降低；或者，
经垂直所述第一面的碾压，以使所述丝网对应的丝线压扁，进而所述网孔的孔径降低；或者，
经垂直所述第一面的压紧并超声焊接，以使所述丝网对应的丝线接触部位获得焊接，并使得所述网孔的孔径降低。
4.根据权利要求2所述的相变传热装置，其特征在于，所述丝网，包括：
构造为具有第一数量并沿第一方向以第一间距并行排布的横丝组成的单层结构；或者，具有第二数量并沿第二方向以第二间距并行排布的纵丝正交地架设于所述单层结构组成的多层结构；
其中，所述横丝、所述纵丝均呈丝线状，对应的材质包括铜；以及所述第一方向沿所述相变传热装置的延伸方向，所述延伸方向包括轴向；以及所述第一间距包括紧挨；以及所述架设对应接触部位的连接关系包括热接。
5.根据权利要求1所述的相变传热装置，其特征在于，所述吸液芯，包括：
对应的结构类型包括粉体和/或纤维，其中所述粉体包括：未经过烧结的散体状，并且所述粉体中的粉粒在所述隔板的阻隔作用下保持彼此紧挨；或者，
所述粉体和/或纤维经化学蚀刻法，在表面获得亲水性的纳米结构；或者，
所述粉体和/或纤维经化学蚀刻法，在表面获得亲水性的纳米结构后，经一定温度烧结或高频感应焊接获得所述吸液芯。
6.根据权利要求1所述的相变传热装置，其特征在于，还包括：
设于所述内围腔体内并沿所述内壁面法向的连接件，其用于降低所述相变传热装置的径向热阻，所述连接件对应的结构类型包括圆柱、球体或平板；
其中，所述连接件，对应的数量包括一个或以上，以及其第一部位、第二部位分别连接于所述隔板、所述内壁面；所述内壁面光滑或烧结有一层粉体。
7.一种制备方法，用于制备如权利要求1-6中任一项所述的相变传热装置，其特征在于，包括以下步骤：
S100、预备圆形管壳，并经压扁得到扁平管壳；
S101、预备铜丝网构成的丝网管体，并经压扁后，共轴地推入所述扁平管壳，以使所述丝网管体的厚度方向上的两面分别耦和于所述扁平管壳沿厚度方向上的两面；所述耦和包括紧贴；
S102、使所述丝网管体与所述管壳的接触部分，获得粘结；
S103、向所述丝网管体中填注粉体，或向所述丝网管体与所述扁平管壳构成的内围腔体中填注粉体；所述粉体粒径小于所述丝网管体的孔径；
S104、对所述丝网管体以及所述扁平管壳进行端封处理，获得热管；
或者，
S110、预备圆形管壳；
S111、预备两个矩状的铜丝网片，使所述铜丝网片横截面制为“I”型或“[”型；其中所述“[”型，由中央段及位于所述中央段两端的转折段构成；
S112、将所述“I”型的两端或所述“[”型的所述转折段，粘结于所述圆形管壳内壁面，使得所述两个矩状的铜丝网片对称地设于所述圆形管壳一过轴线平面的两侧；
S113、沿所述过轴线平面并垂直所述圆形管壳外壁面，压扁所述圆形管壳，并使所述铜丝网片向所述管壳的轴线弯曲，或向背离所述管壳的轴线弯曲；
S114、若使所述铜丝网片向所述管壳的轴线弯曲，则向所述铜丝网片之间的中央腔体填注粉体；若使所述铜丝网片向背离所述管壳的轴线弯曲，则向除所述中央腔体之外的所述管壳内围腔体中填注粉体；所述粉体粒径小于所述铜丝网片孔径；
S115、对所述中央腔体以及所述管壳进行端封处理，获得热管。
8.一种制备方法，用于制备如权利要求1-6中任一项所述的相变传热装置，其特征在于，包括以下步骤：
S200、预备圆形管壳，并经压扁得到扁平管壳；
S201、预备铜丝，在其表面粘结一层铜粉末层，或在其外壁面垂直其走向蚀刻一条或以上沟槽；
S202、将两个所述铜丝分别平行于所述扁平管壳轴线插入，并设置于预设位置，以使所述铜丝分别相切于所述扁平管壳的盖板和底板；所述预设位置包括所述管壳宽度方向上的左侧1/5处以及右侧1/5处，或，左侧2/5处以及右侧2/5处；
S203、使所述铜丝相切于所述盖板和所述底板的接触部位获得粘结；
S204、向两个所述铜丝之间的中央腔体填充粉体，或，分别向所述扁平管壳内除所述中央腔体之外的两个边侧腔体填充粉体；所述粉体粒径小于所述铜粉末层任意两相邻粉粒之间的间隙宽度，以及所述沟槽的宽度；
S205、对所述中央腔体以及所述管壳进行端封处理，获得热管；
或者，
S210、预备圆形管壳，并经压扁得到扁平管壳；
S211、在所述扁平管壳内壁面烧结一层粉体，或在其内壁面平行于其轴线设置一条或以上沟槽，以及沿横截面与所述铜管内壁面的重合处设置一条或以上沟槽；所述设置包括蚀刻或压印；
S212、预备铜丝，将两个所述铜丝分别平行于所述扁平管壳轴线插入，并设置于预设位置，以使所述铜丝分别相切于所述扁平热管的盖板和底板；所述预设位置包括所述热管宽度方向上的左侧1/5处以及右侧1/5处，或，左侧2/5处以及右侧2/5处；
S213、使所述铜丝相切于所述盖板和所述底板的接触部位获得粘结；
S214、向两个所述铜丝之间的中央腔体填充粉体，或，分别向所述扁平管壳内除所述中央腔体之外的两个边侧腔体填充粉体；
S215、对所述中央腔体以及所述管壳进行端封处理，获得热管。
9.一种制备方法，用于制备如权利要求1-6中任一项所述的相变传热装置，其特征在于，包括以下步骤：
S300、预备基板；
S301、将预备的波浪状的丝网贴合于所述基板，沿所述丝网的边侧裁切所述基板；
S302、对应于所述波浪状的波谷部位，以垂直于所述基板方向进行超声焊接，使得所述波谷部位焊接于所述基板；或使所述贴合对应的接触部位获得烧结；
S303、顺着所述波浪状的波峰部位对应的脊线方向，卷曲所述基板，使所述丝网位于内围，并焊接获得的对接边缝，进而得到两端开口的管体；
S304、封堵对应于所述管体第一端口的所述波峰拱起构成中空管道的一端，并由所述中空管道的另一端注入粉体，再封堵所述另一端；
S305、对所述管体进行端封处理，获得热管。
10.一种制备方法，用于制备如权利要求1-6中任一项所述的相变传热装置，其特征在于，包括以下步骤：
S400、预备设有沟槽的基板；
S401、将所述基板裁切，获得预设形状的上盖板、下盖板；其中所述上盖板、下盖板为相变传热装置厚度方向上两侧面的扁平状壳体；
S402、预制与所述沟槽尺寸及形状相适应的金属丝网，以使所述金属丝网边侧接触所述沟槽侧壁；
S403、使所述金属丝网与所述沟槽侧壁的接触部位获得粘结，并在所述接触部位预留一注入孔用于注入粉体，在所述粉体注入后，使所述注入孔对应的所述金属丝网边侧粘结于所述沟槽侧壁；
S404、叠置所述上盖板、所述下盖板，使所述沟槽位于内围，获得对接边缝，并将所述边缝焊接，得到相变传热装置；
或者，
S410、预备具有沟槽的基板；
S411、将预备的金属丝网贴合于所述基板设有所述沟槽的一面，并使所述金属丝网与所述沟槽顶端的接触部位获得粘结，得到所述金属丝网与所述沟槽构成的内围腔体；
S412、顺应所述沟槽的走向卷曲所述基板，使所述金属丝网位于内围，并将获得的对接边缝进行焊接，得到两端开口的管体；
S413、对所述管体进行压扁、折弯处理，封堵所述内围腔体相同朝向的一端口，并由所述内围腔体另一端口注入粉体；
S414、封堵所述另一端口，以及对所述管壳两端口进行端封处理，获得热管；
或者，
S420、预备具有沟槽的圆形管壳；
S421、预备金属丝网构成的丝网管体，并推入所述圆形管壳，所述丝网管体外壁面贴合于所述沟槽的顶部；
S422、经烧结，所述贴合对应的接触部位获得粘结，进而得到所述丝网管体与所述沟槽构成的内围腔体；
S423、对所述圆形管壳的压扁、折弯，封堵所述内围腔体相同朝向的一端口，并在所述内围腔体另一端口注入粉体；
S424、封堵所述另一端口，以及对所述管壳两端口进行端封处理，获得热管。
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| CN202210119434.8A Pending CN114413670A (zh) | 2022-02-08 | 2022-02-08 | 一种相变传热装置及制备方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN114413670A (zh) |
Citations (7)
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-
2022
- 2022-02-08 CN CN202210119434.8A patent/CN114413670A/zh active Pending
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