CN114777540A - 一种多级v形沟槽吸液芯热二极管及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多级V形沟槽吸液芯热二极管及其加工方法，涉及热管技术领域，包括：底板，所述底板的顶面上设有导液槽，所述导液槽内盛装有液态工质，所述导液槽内阵列设有若干V形沟槽，所述V形沟槽的深度由两侧向中间逐渐加深、由小端向大端逐渐加深；盖板，所述盖板与所述底板的外边缘相互扣合，所述盖板与所述底板之间形成气道。本发明通过V形沟槽使得液态工质只能在导流槽的下游端蒸发，上游端冷凝，从而实现单向导热功能；同样通过V形沟槽的结构，即使当液态工质过多时，由于重力差作用，液态工质仍然以小端向大端的趋势流动，而不会失去单向流动效果。

Description

一种多级V形沟槽吸液芯热二极管及其加工方法

技术领域

本发明涉及热管技术领域，尤其是涉及一种多级V形沟槽吸液芯热二极管及其加工方法。

背景技术

常见的热管均是根据温差方向双向传递热量，即由高温传递到低温。由于这种双向性，当发生意外时，可能会导致散热段的温度比电子器件的温度高，那么就会把外界的热量传递到电子器件中，导致电子器件烧坏。热二极管即是一种用于单向导热的热管装置。

现有的热二极管，其单向导流结构在液体过多的情况下会由于单向导流结构被液体浸润而失去单向流动效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多级V形沟槽吸液芯热二极管及其加工方法，具有单向导热功能，且在热管内部液体过多时依然有单向传热效果；

本发明提供一种多级V形沟槽吸液芯热二极管，包括：

底板，所述底板的顶面上设有导液槽，所述导液槽内盛装有液态工质，所述导液槽内阵列设有若干V形沟槽，所述V形沟槽的深度由两侧向中间逐渐加深、由小端向大端逐渐加深；

盖板，所述盖板与所述底板的外边缘相互扣合，所述盖板与所述底板之间形成气道，。

进一步地，所述V形沟槽的大端由底部到顶部向加深方向倾斜。

进一步地，沿所述导液槽长度方向的相邻两个所述V形沟槽首尾相接设置。

进一步地，沿所述导液槽宽度方向的相邻两个所述V形沟槽并列设置。

进一步地，所述底板的一端连接有充液管，所述充液管与所述导液槽内部连通。

进一步地，所述底板远离所述充液管的一端连接有抽真空管，所述抽真空管与所述导液槽内部连通。

进一步地，所述导液槽内液态工质流向的下游端设有凹槽，所述凹槽内设有多孔材料层，所述多孔材料层延伸出所述凹槽并与所述V形沟槽连接。

进一步地，所述底板和所述盖板均为导热金属材料制成。

进一步地，所述液态工质为无水乙醇。

本发明还提供一种多级V形沟槽吸液芯热二极管的加工方法，包括如下步骤：

S1，激光切割加工出底板和盖板，并在底板两端加工充液管管孔和抽真空管管孔；

S2，在底板上用数控铣床加工导液槽；

S3，在导液槽上用数控铣床加工V形沟槽和凹槽，并在凹槽内设置多孔材料层；

S4，底板与盖板之间、充液管与充液管管孔之间、抽真空管与抽真空管管孔之间分别通过耐高温胶粘接组合；

S5，通过抽真空管连接抽真空装置对导液槽内部进行抽真空处理，完成抽真空处理后通过冲压使抽真空管形变密封；

S6，通过充液管向导液槽内部注入液态工质，完成注入后通过冲压使充液管形变密封；

S7，进行单向传热测试。

本发明的技术方案通过V形沟槽的小端向大端逐渐加深的结构，从而液态工质只能沿着V形沟槽的小端向大端单向流动，使得液态工质只能在导流槽的下游端蒸发，上游端冷凝，从而实现单向导热功能；同样通过V形沟槽的结构，即使当液态工质过多时，由于重力差，液态工质仍然以小端向大端的趋势流动，而不会失去单向流动效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的爆炸视图；

图3为本发明的V形沟槽示意图；

图4为本发明的俯视图；

图5为本发明图4的A-A剖视图；

图6为本发明图4的B-B剖视图；

附图标记说明：

1-底板、101-导液槽、102-V形沟槽、103-充液管管孔、104-抽真空管管孔；

2-盖板、201-气道；

3-充液管、4-抽真空管、5-凹槽、6-多孔材料层；

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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。

实施例1

如图1-图6所示，本发明提供一种多级V形沟槽吸液芯热二极管，包括：底板1，底板1的顶面上设有导液槽101，导液槽101内盛装有液态工质，导液槽101内阵列设有若干V形沟槽102，V形沟槽102的深度由两侧向中间逐渐加深、由小端向大端逐渐加深；盖板2，盖板2与底板1的外边缘相互扣合，盖板2与底板1之间形成气道201。

具体的，由于V形沟槽102由小端向大端逐渐加深的深度结构，所以液态工质在V形沟槽102中从V形单元小端到V形单元大端流动时由于受到拉普拉斯压力差和底部倾斜所形成的重力势能共同作用，导致液态工质只能由V形单元小端往V形单元大端流动，同时V形单元大端处的斜面有利于液体向下一个V形单元过渡，因此液态工质的单向流通是导液槽101内部自发形成，并不需要外界激励。

底板1位于导液槽101内液态工质流动方向下游的一端与热源接触(例如电脑CPU)，称为蒸发端，液态工质受热吸收热源的热量，蒸发为气态，向上进入气道201中；盖板2位于导液槽101内液态工质流动方向上游的一端与冷源接触(例如电脑风扇)，称为冷凝端，气态工质受冷放出热源的热量冷凝为液态工质，重新落到导液槽101上游端向下游端流动，从而实现对发热元件的散热，并由于液态工质单向流动的特性，使得本装置只能进行单向导热，无法反向导热，保护被散热元件(例如电脑CPU)免于被烧坏。

即使当液态工质过多时，由于液态工质表面张力和重力差作用，液态工质的液面高度始终小于或等于小端到底面的高度，不会形成一层使相邻V形单元相互连通的水膜而使V形沟槽102的单向特性失效，液态工质仍然以小端向大端的趋势流动，而不会失去单向流动效果。

实施例2

如图5所示，V形沟槽102的大端由底部到顶部向加深方向倾斜。

具体的，因为大端的该倾斜面结构是顺流动方向倾斜的，所以有利于液态工质向下一个V形沟槽102过渡，提高热二极管的单向导流能力。

实施例3

如图2、图3和图5所示，沿导液槽101长度方向的相邻两个V形沟槽102首尾相接设置。沿导液槽101宽度方向的相邻两个V形沟槽102并列设置。

具体的，V形沟槽102首尾相接设置的结构使得本装置可以实现液态工质的单向导流，V形沟槽102并列设置的结构可以增大本装置的液态工质与热源的接触面积，加快蒸发速度，从而提高导热效率。

实施例4

如图1-图5所示，底板1的一端连接有充液管3，充液管3与导液槽101内部连通。底板1远离充液管3的一端连接有抽真空管4，抽真空管4与导液槽101内部连通。

具体的，底板1的下游端(蒸发端)开设有抽真空管管孔104，底板1的上游端(冷凝端)开设有充液管管孔103，且该两个管孔均与导液槽101内部连通。充液管3和抽真空管4分别通过耐高温胶或直接焊接的固定连接方式密封连接在相应孔内。在未向导液槽101内注入液态工质时，首先通过抽真空管4连接真空装置对热管内部进行抽真空处理，完成抽真空处理后可以通过冲压使抽真空管4发生形变，从而形成密封口。待抽真空结束后迅速通过充液管3向热管内部注入液态工质。抽真空处理的目的是为了减小热管内部压力，使液态工质沸点降低，更容易蒸发成蒸汽。进而使得热管可以在温度较低的情况下正常工作。

实施例5

如图2和图3所示，导液槽101内液态工质流向的下游端设有凹槽5，凹槽5内设有多孔材料层6，多孔材料层6延伸出凹槽5并与V形沟槽102连接。

具体的，凹槽5的底面深于V形沟槽102的底面，使得液态工质可以流入凹槽5内进入多孔材料层6中，多孔材料层6的作用是吸收液态工质，同时增强液态工质的蒸发：由于多孔材料层6的多孔结构，间接增加了液态工质与热源的接触面积，加快蒸发速度，从而提高导热效率。多孔材料具体可以选用泡沫铜，可以吸收无水乙醇(液态工质)。

实施例6

底板1和盖板2均为导热金属材料制成。液态工质为无水乙醇。

具体的，导热金属材料可以选择具有良好的导热性能发热铜，或者其他导热率良好的金属材料，如铝或铁等，底板1和盖板2的外边缘可以通过耐高温胶粘接或直接焊接密封；液态工质可以选择无水乙醇，无水乙醇沸点低，可以使热管更容易启动。另外，由于盖板2不直接接触热源，所以盖板2还允许更换为透明材料，如透明玻璃或亚克力板等，做成可视化的效果，可以在热管工作的过程中观察热管内部的情况，对于热管的科学研究具有重要作用。

实施例7

本发明还提供一种多级V形沟槽102吸液芯热二极管的加工方法，包括如下步骤：S1，激光切割加工出底板1和盖板2，并在底板1两端加工充液管管孔103和抽真空管管孔104；S2，在底板1上用数控铣床加工导液槽101；S3，在导液槽101上用数控铣床加工V形沟槽102和凹槽5，并在凹槽5内设置多孔材料层6；S4，底板1与盖板2之间、充液管3与充液管管孔103之间、抽真空管4与抽真空管管孔104之间分别通过耐高温胶粘接组合；S5，通过抽真空管4连接抽真空装置对导液槽101内部进行抽真空处理，完成抽真空处理后通过冲压使抽真空管4形变密封；S6，通过充液管3向导液槽101内部注入液态工质，完成注入后通过冲压使充液管3形变密封；S7，进行单向传热测试。

具体的，本发明中的各结构(包括底板1、盖板2、V形沟槽102和凹槽5等)均可以直接利用数控铣床或者冲压的方法进行加工，并且不需要进行亲水处理，工艺简单，制作成本低，适合大规模推广使用。

本发明的工作原理：

①正向传热：连接充液管3一端为冷凝端，在实际应用中冷凝端与散热元件相接触，如电脑的散热风扇。中间一段为绝热段，这段从理论上没有温度变化。连接抽真空管4的一端为蒸发端，在实际应用中与发热元件相接触，如与电脑CPU接触。本发明中的热二极管中，上部为气道201，多条V形沟槽102组成液道。在正常工作时，蒸发端的温度比冷凝段的温度高。当热二极管工作时，蒸发端中的液态工质受热相变成蒸汽，蒸汽通过上部的气道201流向冷凝端。由于冷凝端的温度相对较低，因此蒸汽遇冷相变液化，在冷凝端重新形成液态工质。液态工质在液道内由于V形沟槽102的单向特性，促使液态工质流向蒸发端，然后液态工质再次受热蒸发相变成蒸汽流向冷凝端，如此循环往复。在液态工质蒸发吸热与蒸汽冷凝放热的过程中，就把蒸发端的热流传输到冷凝端，从而具有传热的效果。

②反向传热：当热二极管在反向传热的情况下，连接充液管3一端为蒸发端，连接抽真空管4的一端为冷凝端时，蒸发端中的液态工质受热相变成蒸汽，并流向冷凝端，由于冷凝端的温度相对较低，因此蒸汽遇冷相变液化，在冷凝端重新形成液态工质。由于V形沟槽102的单向特性导致液态工质不能由冷凝端流动到蒸发端，同时液态工质在冷凝端由于多孔材料层6可以吸收液态工质，导致液态工质聚集在冷凝端，因此蒸发端没有液态工质输入而“烧干”，则热管失效。这就使得热二极管不能在反方向传热，可以起到保护电子产品的作用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种多级V形沟槽吸液芯热二极管，其特征在于，包括：

底板，所述底板的顶面上设有导液槽，所述导液槽内盛装有液态工质，所述导液槽内阵列设有若干V形沟槽，所述V形沟槽的深度由两侧向中间逐渐加深、由小端向大端逐渐加深；

盖板，所述盖板与所述底板的外边缘相互扣合，所述盖板与所述底板之间形成气道。

2.根据权利要求1所述的多级V形沟槽吸液芯热二极管，其特征在于，所述V形沟槽的大端由底部到顶部向加深方向倾斜。

3.根据权利要求2所述的多级V形沟槽吸液芯热二极管，其特征在于，沿所述导液槽长度方向的相邻两个所述V形沟槽首尾相接设置。

4.根据权利要求2所述的多级V形沟槽吸液芯热二极管，其特征在于，沿所述导液槽宽度方向的相邻两个所述V形沟槽并列设置。

5.根据权利要求1所述的多级V形沟槽吸液芯热二极管，其特征在于，所述底板的一端连接有充液管，所述充液管与所述导液槽内部连通。

6.根据权利要求2所述的多级V形沟槽吸液芯热二极管，其特征在于，所述底板远离所述充液管的一端连接有抽真空管，所述抽真空管与所述导液槽内部连通。

7.根据权利要求1所述的多级V形沟槽吸液芯热二极管，其特征在于，所述导液槽内液态工质流向的下游端设有凹槽，所述凹槽内设有多孔材料层，所述多孔材料层延伸出所述凹槽并与所述V形沟槽连接。

8.根据权利要求1所述的多级V形沟槽吸液芯热二极管，其特征在于，所述底板和所述盖板均为导热金属材料制成。

9.根据权利要求1所述的多级V形沟槽吸液芯热二极管，其特征在于，所述液态工质为无水乙醇。

10.一种多级V形沟槽吸液芯热二极管的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，激光切割加工出底板和盖板，并在底板两端加工充液管管孔和抽真空管管孔；

S2，在底板上用数控铣床加工导液槽；

S3，在导液槽上用数控铣床加工V形沟槽和凹槽，并在凹槽内设置多孔材料层；

S4，底板与盖板之间、充液管与充液管管孔之间、抽真空管与抽真空管管孔之间分别通过耐高温胶粘接组合；

S5，通过抽真空管连接抽真空装置对导液槽内部进行抽真空处理，完成抽真空处理后通过冲压使抽真空管形变密封；

S6，通过充液管向导液槽内部注入液态工质，完成注入后通过冲压使充液管形变密封；

S7，进行单向传热测试。

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