CN114636337A - 热管、热管的制作方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种热管，包括依次连接的蒸发段、绝热段以及冷凝段，热管包括管体、毛细结构、工作流体以及衬套；管体内部中空；毛细结构位于所述蒸发段、所述绝热段以及所述冷凝段的所述管体的内壁；工作流体位于所述蒸发段的所述毛细结构中；衬套位于所述绝热段的所述毛细结构背离所述管体的一侧。本申请还提供一种热管的制作方法以及包括上述热管的装置。

Description

热管、热管的制作方法及装置
技术领域
本申请涉及散热领域，尤其涉及一种热管、热管的制作方法及装置。
背景技术
对于具有发热件的装置(例如机械设备、电子产品等)，随着装置的快速运行，对用于散热的热管的散热功率的要求越来越高。
通常可以采用增加工作流体的含量以提升热管功率。但是随着工作流体含量的增加到一定的量，热管运作时蒸发段工作流体蒸发汽化，微小的压差下通过绝热端流向冷凝段，放出热量凝结成液体，液体流回蒸发段。当蒸发段过多工作流体没有完全汽化，蒸发段与冷凝段的工作流体就会在绝热端冲击在一起出现飞溅现象造成异音、噪音产生。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种在散热过程中防止出现异音、噪音的热管。
另还有必要提供一种上述热管的制作方法。
另，还有必要提供一种包括上述热管的装置。
一种热管，包括依次连接的蒸发段、绝热段以及冷凝段，热管包括管体、毛细结构、工作流体以及衬套；管体内部中空；毛细结构位于所述蒸发段、所述绝热段以及所述冷凝段的所述管体的内壁；工作流体位于所述蒸发段的所述毛细结构中；衬套位于所述绝热段的所述毛细结构背离所述管体的一侧。
在本申请一些实施方式中，位于所述蒸发段的所述毛细结构的内径大于或等于所述衬套的内径且小于所述衬套的外径；位于所述冷凝段的所述毛细结构的内径与所述衬套的内径相等。
在本申请一些实施方式中，位于所述蒸发段与所述冷凝段的所述毛细结构的内径与所述衬套的内径相等。
在本申请一些实施方式中，所述衬套的材质为金属。
一种热管的制作方法，包括：
提供管体以及衬套，所述管体的内径大于所述衬套的外径，所述管体包括依次连接的第一区域、第二区域以及第三区域；
在位于所述第一区域、所述第二区域以及所述第三区域的所述管体内壁形成毛细结构，将所述衬套置于位于所述第二区域的毛细结构背离所述管体的表面；以及
注入工作流体于位于第一区域的毛细结构中后抽真空，并密封所述管体，得到所述热管。
在本申请一些实施方式中，形成所述毛细结构以及设置所述衬套的步骤包括：
将所述管体位于所述第一区域的一端进行缩口处理，并将一第一芯棒从所述管体的另一端置于所述管体中；
在位于所述第一区域的所述管体与所述第一芯棒之间填充金属介质；以及
将所述衬套插入所述管体中的所述第二区域，并在所述衬套中插入第二芯棒，所述第二芯棒延伸至所述第三区域，在所述管体与所述衬套之间以及所述管体与所述第二芯棒之间填充金属介质，烧结后取出所述第二芯棒，形成第二毛细结构。
在本申请一些实施方式中，形成所述毛细结构以及设置所述衬套的步骤包括：
将所述管体位于所述第一区域的一端进行缩口处理，并将一第一芯棒从所述管体的另一端置于所述管体中，所述第一芯棒延伸至第三区域；
将衬套套设于所述第一芯棒，所述衬套位于所述第二区域；以及
在所述管体与所述衬套之间以及所述管体与所述第一芯棒之间填充金属介质，烧结后取出所述第一芯棒，形成毛细结构。
在本申请一些实施方式中，所述金属介质的材质为铜，烧结的温度为900℃-1000℃。
在本申请一些实施方式中，所述金属介质包括金属粉末、金属编织线以及金属编织网中的至少一种。
一种装置，包括所述热管。
本申请提供的热管，通过在绝热段设置衬套，当热管中的部分工作流体未及时汽化时，没有汽化的工作流体随着汽化的气体穿过衬套内部；在冷凝段液化的液体从位于衬套外的毛细结构中流过，因此衬套隔绝未汽化的工作流体与液化后的工作流体的流通路径，从而避免两者相互碰撞后飞溅，从而防止异音、噪音的产生。
附图说明
图1为本申请实施例提供的管体的截面示意图。
图2为本申请实施例提供的衬套的截面示意图。
图3为本申请一实施方式对图1所示的管体缩口处理后并插入第一芯棒后的截面示意图。
图4为在图1所示的第一区域中的管体与第一芯棒之间形成第一毛细结构后的截面示意图。
图5为取出图4所示的第一芯棒后的截面示意图。
图6为在图5所示的第二区域置入图2所示的衬套以及在第二区域与第三区域形成毛细结构后额截面示意图。
图7为在取出图6所示的第二芯棒后的截面示意图。
图8为在图7所示的第一区域的毛细结构中注入工作流体后并密封管体后的截面示意图。
图9为本申请另一实施方式中对图1所示的管体缩口后并插入套设有衬套的第一芯棒后的截面示意图。
图10为在图9所示管体内壁的第一区域、第二区域以及第三区域形成毛细结构后的截面示意图。
图11为取出图10所示的第一芯棒后的截面示意图。
图12为在图11所示的第一区域的毛细结构中注入工作流体后并密封管体后的截面示意图。
图13为本申请提供的装置的结构示意图。
主要元件符号说明
Figure BDA0002838648000000041
Figure BDA0002838648000000051
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的所有的和任意的组合。
在本申请的各实施例中，为了便于描述而非限制本申请，本申请专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语“连接”并非限定于物理的或者机械的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“上方”、“下方”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
请参阅图8和图12，本申请实施例提供一种热管100，所述热管100可以应用在各种不同形态的散热模组中。
所述热管100包括依次连接的蒸发段11、绝热段12以及冷凝段13，所述热管100包括管体10、毛细结构20、工作流体50以及衬套30。所述管体10内部中空，所述毛细结构20位于所述蒸发段11、所述绝热段12以及所述冷凝段13的所述管体10内壁，所述工作流体50位于所述蒸发段11的毛细结构20中，所述衬套30位于所述绝热段12的毛细结构20背离所述管体10的一侧。
所述热管100在使用过程中，位于蒸发段11中的工作流体50受热汽化形成气体，气体携带热量经过绝热段12的衬套30到达冷凝段13，气体在冷凝段13预冷液化转变成液体，液体从位于绝热段12的毛细结构20中穿过回到蒸发段11。其中，当热管100中的部分工作流体50未及时汽化时，没有汽化的工作流体50随着汽化的气体穿过衬套30内部；在冷凝段13液化的液体从位于衬套30外的毛细结构20中流过，因此衬套30避免了未汽化的工作流体50与液化后的工作流体50的相互碰撞后飞溅，从而防止异音、噪音的产生。另外，通过加入能够防止异音、噪音的产生的衬套30后，可以进一步增加更多的工作流体50，从而可以提升所述热管100的散热性能。
所述管体10的材质为导热性能良好的金属材质，例如铜、铝等。
所述管体10的外部形状可以根据需要进行设置，例如圆管、方管、扁管等。管体10的内部为中空结构，以便于工作流体50蒸发成气体而带动热量流通。
在一些实施方式中，所述管体10的内壁可以是光滑的。在另一些实施方式中，所述管体10的内壁也可以是具有沟槽结构或者凹槽结构，以便于吸附液体。
所述毛细结构20的材质为金属，所述毛细结构20由可以由金属粉末、金属编织线、金属编织网等烧结而成，所述金属可以是铜、铝等。所述毛细结构20为多孔结构，以利于整体或者工作流体50的流动，从而带动热量的散发。其中，金属也具有良好的导热性能，以提升所述热管100的导热性能。
所述衬套30内部中空，以便于气体穿过。衬套30的材质为金属材质，所述衬套30与所述管体10相距设置，所述衬套30与所述管体10通过位于所述绝热段12的毛细结构20连接。
在一些实施方式中，所述管体10可以是一段，也可以是多段相互间隔形成。所述衬套可以为管状或者片状。
毛细结构20的厚度可以根据热管100所需要的功率、体积、成本、使用环境等因素设置。
所述衬套30的内壁是光滑的，相较于具有毛细结构的内壁，可以减小气体穿过衬套30的阻力，以使携带热量的气体快速通过，从而可以降低热管100的热阻。
请参阅图8，在一些实施方式中，位于所述蒸发段11的所述毛细结构20的内径D1大于或等于所述衬套30的内径D2且小于所述衬套30的外径D2’；位于所述冷凝段13的所述毛细结构20的内径D3与所述衬套30的内径D2相等。
请参阅图12，在另一些实施方式中，位于所述蒸发段11与所述冷凝段13的所述毛细结构20的内径D1、D3与所述衬套30的内径D2相等。
请参阅图1至图8，本申请实施例还提供一种上述热管100的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1：请参阅图1和图2，提供管体10以及衬套30，所述管体10的内径大于所述衬套30的外径，所述管体10包括依次连接的第一区域I、第二区域II以及第三区域III。
所述管体10与所述衬套30均内部中空。
所述管体10与衬套30的长度根据需要设置。其中，所述管体10的长度大于所述衬套30的长度，所述管体10的内径大于所述衬套30的外径，以便于后续所述衬套30容置于所述管体10中。
所述管体10与所述衬套30的材质均为导热性能良好的金属材料组成，例如铜、铝等。
步骤S2：请参阅图3至图7，在位于所述第一区域I、所述第二区域II以及所述第三区域III的所述管体10的内壁形成毛细结构20，将所述衬套30置于位于所述第二区域II的毛细结构20背离所述管体10的表面。
具体地，在一些实施方式中，步骤S2可以通过步骤S211-S213完成。
步骤S211：请参与图3，将所述管体10位于所述第一区域I的一端进行缩口处理，并将一第一芯棒41从所述管体10的另一端置于所述管体10中。
所述第一芯棒41的直径小于所述管体10的内径，以使所述第一芯棒41能够深入所述管体10。
所述管体10位于第一区域I的一端缩口后的内径小于所述第一芯棒41的直径，以使所述第一芯棒41从所述管体10后的另一端插入所述管体10中后抵持于所述管体10的一端，所述管体10进行缩口的一端与所述第一芯棒41形成一缝隙，以用于后续填充金属介质26。
步骤S212：请参与图4和图5，在位于所述第一区域I的所述管体10与所述第一芯棒41之间填充金属介质26，所述金属介质26围绕所述第一芯棒41，烧结后取出所述第一芯棒41，形成第一毛细结构22。
所述金属介质26可以是金属粉末、金属编织线、金属编织网等形式中的至少一种，所述金属可以是铜、铝等。在一具体实施方式中，所述金属为铜，这是由于金属铜的具有一定的韧性，易于加工成型，可以弯折。
其中，所述金属介质26位于所管体10与所述第一芯棒41形成的缝隙中，所述金属介质26围绕所述第一芯棒41。在本实施方式中，沿所述管体10延伸的方向，所述金属介质26填充所述管体10与所述第一芯棒41的长度为所述管体10长度的1/4。在其他实施方式中，填充的所述金属介质26长度可以根据需要进行设置。
其中，烧结的温度需低于金属的熔点，以在烧结过程中，使所述金属呈微熔状态，从而使金属形成具有孔隙的毛细结构20。在一些实施方式中，所述金属为铜，烧结的温度可以是900℃-1000℃，例如，可以是930℃、960℃、990℃等。即经过烧结后，所述金属介质26形成多孔的第一毛细结构22，即形成所述蒸发段11。
步骤S213：请参阅图6和图7，将所述衬套30插入所述管体10中的所述第二区域II，并在所述衬套30中插入第二芯棒42，所述第二芯棒42延伸至所述第三区域III，在所述管体10与所述衬套30之间以及所述管体10与所述第二芯棒42之间填充金属介质26，烧结后取出所述第二芯棒42，形成第二毛细结构24。
其中，所述衬套30位于所述管体10的第二区域II，所述衬套30的外径D2’大于所述第一毛细结构22的内径D1，所述衬套30的一端抵持于位于所述第一区域I的第一毛细结构22的一端，所述衬套30与第二区域II的管体10之间形成缝隙。所述第二芯棒42从所述衬套30延伸至所述第三区域III，所述第二芯棒42与第三区域III的管体10之间形成缝隙。所述金属介质26填充上述缝隙后烧结，烧结后的金属介质26形成第二毛细结构24。第二区域II即为所述绝热段12、第三区域III即为所述冷凝段13。
在一些实施方式中，所述第二芯棒42的一端还可以从所述衬套30临近所述第一区域I的一端延伸至第一区域I并穿过所述第一毛细结构22抵持于所述管体10的端部，以防止在形成所述第二毛细结构24的过程中，已经形成的所述第一毛细结构22被破坏(例如粉末散落)。可以理解地，在本实施方式中，所述第一毛细结构22的内径D1等于所述衬套30的外径D2’。
采用步骤S211-S213形成的所述毛细结构20，由于采用两步烧结的方式，位于第一区域I的毛细结构20的内径D1可以大于或等于所述衬套30的内径D2且小于衬套30的外径D2’；位于第三区域III的毛细结构20的内径D3与衬套30的内径D2相等。其中，可以通过控制毛细结构20位于各个区域的厚度和/或长度、衬套30的尺寸(例如长度、厚度、内径、外径等)或者衬套30与毛细结构20的尺寸大小关系等，可以调节毛细结构20与工作流体50含量的关系，从而控制热管100的功率，以使热管100能够满足不同的散热需求。
由于金属介质26在烧结过程中会产生一定的收缩，采用步骤S211-S213形成所述毛细结构20，即两步烧结成型，有利于提升衬套30的位置，从而控制热管100的烧结质量；另外，也更利于调节上述毛细结构20与工作流体50含量的关系，从而调节热管100的功率。
在一些实施方式中，还可以在第二芯棒42套设多段衬套30，从而形成有多段衬套30的热管100。所述衬套为管状或者片状，在一些实施方式中，可以通过片状的金属片缠绕于所述第二芯棒42表面，从而形成环状的衬套30。
在一些实施方式中，在管体10的内壁形成毛细结构20之前，制作所述热管100的步骤还可以包括通过化学试剂对所述管体10以及衬套30进行清洗的步骤，以去除所述管体10以及衬套30表面的油污，有利于金属介质26粘附于所述管体10与所述衬套30的管壁上。
步骤S3：请参阅图8，注入工作流体50于位于第一区域I的毛细结构20中后抽真空，并密封所述管体10，得到所述热管100。
具体地，将位于所述第三区域III的管体10进行缩尾，然后通过氩弧焊接设备进行焊尾。在一些实施方式中，还可以在具有还原气体的高温炉中将因焊尾产生的金属氧化物还原成金属，这是由于金属氧化物的导热性能低于金属，因此将金属氧化物还原成金属，有利于提高热管100的导热性能。
将工作流体50注入第一区域I的毛细结构20中。所述工作流体50可以是水，也可以是其他液体，例如丙酮、乙醇等。
注入工作流体50后，进行抽真空处理后，采用氩弧焊接设备密封位于所述第一区域I的管体10。其中，抽真空处理后有利于提高热管100的导热性能。
请参阅图9至图12，在一些实施方式中，形成热管100a的过程中，在衬套30与第二芯棒42插入所述管体10的步骤之前，还可省略烧结步骤以及取出第一芯棒41的步骤，即可以通过一次烧结以同时形成蒸发段11(第一区域I)、绝热段12(第二区域II)以及冷凝段13(第三区域III)。
具体地，步骤S2可以通过步骤S221-S222完成。
步骤S221：请参与图9，将所述管体10位于所述第一区域I的一端进行缩口处理，并将一第一芯棒41a从所述管体10的另一端置于所述管体10中，所述第一芯棒41a延伸至第三区域III；将衬套30套设于所述第一芯棒41a，所述衬套30位于所述第二区域II。
步骤S222：请参阅图10和图11，在所述管体10与所述衬套30之间以及所述管体10与所述第一芯棒41a之间填充金属介质26，烧结后取出所述第一芯棒41a，形成毛细结构20。
采用步骤S221-S222形成所述毛细结构20，即通过一次烧结即可形成毛细结构20，减少工序，从而减少成本。其中，请参阅图12，在本实施方式中得到的毛细结构20，位于第一区域I与第三区域III的毛细结构20的内径D1、D3与衬套30的内径D2相等。
可以理解地，在一些实施方式中，可以在第一芯棒41a套设多段衬套30，从而形成有多段衬套30的热管100。在一些实施方式中，还可以通过片状的金属片缠绕于所述第一芯棒41a表面，从而形成环状的衬套30。
在一些实施方式中，还可以根据用户需求将得到所述热管100进行弯折、压扁或者整圆等处理，以得到用户需要的热管100的形状或尺寸。
在一些实施方式中，在制作形成所述热管100之后，还包括对所述热管100进行测试的步骤，以去除残次品。例如通过加热老化测试、水浴测试、功率测试、外观测试等。
请参阅图13，本申请还提供一种装置200，所述装置200可以是手机、电脑、相机等，也可以是其他具有发热模块的机械装置。
所述装置200包括散热组件210、发热件220以及热管100。所述热管100连接所述发热件220以及所述散热组件210，所述发热件220发出热量，通过所述热管100的散热作用将热量传递给散热组件210，以进一步快速散发热量，使得装置200维持在合适的温度范围内。
其中，所述发热件220可以是电池、CPU等。
本申请提供的热管100，通过在绝热段12设置衬套30，当热管100中的部分工作流体50未及时汽化时，没有汽化的工作流体50随着汽化的气体穿过衬套30内部；在冷凝段13液化的液体从位于衬套30外的毛细结构20中流过，因此衬套30隔绝未汽化的工作流体50与液化后的工作流体50的流通路径，从而避免两者相互碰撞后飞溅，从而防止异音、噪音的产生。
以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种热管，包括依次连接的蒸发段、绝热段以及冷凝段，其特征在于，包括：
管体，内部中空；
毛细结构，位于所述蒸发段、所述绝热段以及所述冷凝段的所述管体的内壁；
工作流体，位于所述蒸发段的所述毛细结构中；以及
衬套，位于所述绝热段的所述毛细结构背离所述管体的一侧。
2.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，位于所述蒸发段的所述毛细结构的内径大于或等于所述衬套的内径且小于所述衬套的外径；位于所述冷凝段的所述毛细结构的内径与所述衬套的内径相等。
3.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，位于所述蒸发段与所述冷凝段的所述毛细结构的内径与所述衬套的内径相等。
4.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，所述衬套的材质为金属；所述衬套为管状或者片状；所述衬套为单段或者多段。
5.一种热管的制作方法，其特征在于，包括：
提供管体以及衬套，所述管体的内径大于所述衬套的外径，所述管体包括依次连接的第一区域、第二区域以及第三区域；
在位于所述第一区域、所述第二区域以及所述第三区域的所述管体内壁形成毛细结构，将所述衬套置于位于所述第二区域的毛细结构背离所述管体的表面；以及
注入工作流体于位于第一区域的毛细结构中后抽真空，并密封所述管体，得到所述热管。
6.根据权利要求5所述的热管的制作方法，其特征在于，形成所述毛细结构以及设置所述衬套的步骤包括：
将所述管体位于所述第一区域的一端进行缩口处理，并将一第一芯棒从所述管体的另一端置于所述管体中；
在位于所述第一区域的所述管体与所述第一芯棒之间填充金属介质；以及
将所述衬套插入所述管体中的所述第二区域，并在所述衬套中插入第二芯棒，所述第二芯棒延伸至所述第三区域，在所述管体与所述衬套之间以及所述管体与所述第二芯棒之间填充金属介质，烧结后取出所述第二芯棒，形成第二毛细结构。
7.根据权利要求5所述的热管的制作方法，其特征在于，形成所述毛细结构以及设置所述衬套的步骤包括：
将所述管体位于所述第一区域的一端进行缩口处理，并将一第一芯棒从所述管体的另一端置于所述管体中，所述第一芯棒延伸至第三区域；
将衬套套设于所述第一芯棒，所述衬套位于所述第二区域；以及
在所述管体与所述衬套之间以及所述管体与所述第一芯棒之间填充金属介质，烧结后取出所述第一芯棒，形成毛细结构。
8.根据权利要求6或7所述的热管的制作方法，其特征在于，所述金属介质的材质为铜，烧结的温度为900℃-1000℃。
9.根据权利要求6或7所述的热管的制作方法，其特征在于，所述金属介质包括金属粉末、金属编织线以及金属编织网中的至少一种。
10.一种装置，其特征在于，包括权利要求1-4任意一项所述的热管。
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