CN114857968A - 一种双环结构气体单向流反重力平板热管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双环结构气体单向流反重力平板热管，包括：第一盖板、第二盖板和保持架；所述保持架位于所述第一盖板和所述第二盖板之间；所述第一盖板和所述第二盖板上均设置有双环结构气体通道，所述保持架内壁设置有液体通道；所述保持架的一端设置充液管。本发明克服了传统的热二极管依靠重力使冷凝的液滴回流到蒸发段，仅能固定在竖直方向放置的缺点，实现了蒸气体反向流动阻力远大于正向流动阻力，进而提高正向有效导热性，有利于工质流动，提高极限散热能力。
Description
技术领域
本发明涉及热管技术领域，尤其是涉及一种双环结构气体单向流反重力平板热管。
背景技术
热管作为一种高效的传热元件被广泛用于电子产品的散热领域。但是由于常见的热管均是双向传导热量的，而热量又由高温传向低温，当电子产品处于某些特定场景，外界环境比电子器件的温度高，这时热量就从热管的散热段传递到蒸发段，即热量由外界传递到电子器件内部，使得电子器件温度急剧上升，导致装置损坏。并且常见的热管都没有反重力效果，即只能固定在某一方向才可实现散热。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种双环结构气体单向流反重力平板热管，该热管包括：第一盖板、第二盖板和保持架；所述保持架位于所述第一盖板和所述第二盖板之间；所述第一盖板和所述第二盖板上均设置有双环结构气体通道，所述保持架内壁设置有液体通道；所述保持架的一端设置充液管。
进一步，所述第一盖板上设置有凸台，所述双环结构气体通道设置在所述凸台上；所述第二盖板为平板结构，所述双环结构气体通道设置在所述第二盖板与所述第一盖板相对应的位置上；所述第一盖板的所述凸台侧与所述第二盖板相盖合。
进一步，所述第一盖板与所述第二盖板通过耐高温胶粘贴在所述保持架上。
进一步，所述液体通道为铜粉烧结层，所述铜粉烧结层附在所述保持架内壁。
进一步，所述铜粉烧结层采用烧结模具与所述保持架配合烧结形成，所述烧结模具上设置有若干限位凸起。
进一步，所述双环结构气体通道设置有不少于两条，且均匀布置在所述第一盖板和所述第二盖板上。
进一步，所述双环结构气体通道包括若干个首尾相连的双环结构，每个所述双环结构包括依次连接的气体入口端、双环以及气体出口端，气体的正向流动方向从所述气体入口端经所述双环向所述气体出口端流出。
进一步，所述第一盖板与所述第二盖板均采用铜材料制成。
进一步，所述充液管为铜管。
进一步，所述充液管通过耐高温胶粘贴在所述保持架一端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过设置在第一盖板和第二盖板上的双环结构气体通道实现蒸气体反向流动阻力远大于正向流动阻力，进而提高正向有效导热性，有利于工质流动，提高极限散热能力。
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为本发明实施例双环结构气体单向流反重力平板热管结构示意图；
图2为本发明实施例烧结模具和保持架的结构示意图；
图3为本发明实施例保持架在模具上烧结完成时的结构示意图；
图4为本发明实施例热管工作原理示意图；
图5为本发明实施例单个双环结构的示意图及其尺寸标注；
图6为本发明实施例双环结构气体单向流反重力平板热管剖面结构示意图。
附图标记说明：
10：第二盖板；20：保持架；21：液体通道；30：烧结模具；31：限位凸起；40：第一盖板；41：凸台；50：充液管；60：双环结构气体通道；61：双环结构；62：气体入口端；63：双环；64：气体出口端；70：空穴。
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。
如图1至图6所示，本发明提供了一种气体反向流动阻力远大于正向流动阻力的双环结构气体单向流反重力平板热管，包括：第一盖板40、第二盖板10和保持架20。保持架20位于第一盖板40和第二盖板10之间，第一盖板40和第二盖板10上均设置有双环结构气体通道60，保持架20内壁设置有液体通道21，保持架20的一端设置充液管50。
如图1所示，第一盖板40上设置有凸台41，双环结构气体通道60设置在凸台41上；第二盖板10为平板结构，双环结构气体通道60设置在第二盖板10与第一盖板40相对应的位置上。第一盖板40的凸台41侧与第二盖板10相盖合。当第一盖板40与第二盖板10盖合后，凸台41外周与第二盖板10之间形成空穴70。第一盖板40与第二盖板10通过耐高温胶粘贴在保持架20上。第一盖板40和第二盖板10均采用铜材料制成。原因是铜的导热系数较大。采取其他金属则达不到铜的优良导热效果，从而影响热管的整体导热速度。而如果采取比铜导热系数更大的金属，例如银，则会导致造价过高，成本过于昂贵。双环结构气体通道60采用铣床铣出，且第一盖板40的双环结构气体通道60和第二盖板10的双环结构气体通道60重叠。
如图6所示，第一盖板40中凸台41的作用是阻止气体在别的空间从蒸发段流向冷凝段，强迫气体必须从双环结构气体通道60流过，否则气体就会失去流动的单向性，从而导致热管失去单向导热的功能。在工作过程中液体与气体分别单向且反向流动。在热管工作过程中，气体从蒸发段流向冷凝段，在冷凝段冷凝液化成为液体，并且在冷凝段的空穴70被液体通道21吸收，顺着液体通道21从冷凝段往蒸发段流。气体不是在流动的过程中从气道进入液道，而是在热管两端相变进入液道和气道。
如图2和图3所示，液体通道21为铜粉烧结层，铜粉烧结层附在保持架20内壁。铜粉烧结层采用烧结模具30与保持架20配合烧结形成，烧结模具30上设置有若干限位凸起31。烧结模具30的材质为不锈钢，保持架20的材质为铜。限位凸起31可以约束保持架20，并且保持架20的内壁与烧结模具30之间具有间隙。把铜粉倒进间隙中并铺满，然后把整个装置送到高温炉中加热。由于铜粉在高温条件下容易融化，并与同种材料的保持铜架20粘连在一起，最终形成烧结层。由于烧结模具30并不是铜材料，因此在烧结完成冷却后，带烧结层的保持架20可以从烧结模具30中脱落。烧结模具30可以重复使用。需要注意的是，烧结模具30属于中间产品，在最终的热管中是没有的。
通过烧结的方式，在保持架20的内壁加工铜粉烧结层，铜粉烧结层为易于吸收液体的多孔介质结构，因此可作为液体通道21。安装时，保持架20位于中间位置，先通过定位孔定位第一盖板40和第二盖板10，然后分别用耐高温胶粘贴第二盖板10、保持架20与第一盖板40。需要注意的是，盖合时使第一盖板40的凸台41和第二盖板10之间不能留有空隙的同时，要保证用于流动气体的双环结构气体通道60不能被堵塞。双环结构气体通道60设置有不少于两条，且均匀布置在第一盖板40和所述第二盖板10上。在一些实施例中，双环结构气体通道60的数量远多于图示数量。充液管50为铜管，充液管50插进保持架20的管孔并用耐高温胶粘连，焊接充液管50与管孔连接处以保证密封性。最终使整个热管具有密封性不会漏气。
在一些实施例中，热管的制作过程中会进行抽真空处理，目的是为了减小热管内部压力，使液体沸点降低，使液体更容易蒸发成蒸汽。使得热管可以在温度较低的情况下正常工作。
在热管抽真空处理时，可以通过充液管50向热管内部注入液体，并且抽真空装置可以通过夹紧充液管50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，使充液管50发生形变，从而形成密封口以及点焊处理，使热管内部处于密封状态。
双环结构气体通道60包括若干个首尾相连的双环结构61，每个双环结构61包括依次连接的气体入口端62、双环63以及气体出口端64，气体的正向流动方向从气体入口端62经双环63向气体出口端64流出。如图4所示，数个双环结构61首尾相连刻在第一盖板40和第二盖板10上，形成了气体通道，故称之为双环结构气体通道60。
本发明的工作原理如下：
保持架20带有充液管50的一端为冷凝段，在实际应用中冷凝段与散热元件相接触，如电脑的散热风扇。中间段为绝热段，这段从理论上没有温度变化。远离充液管50的另一端为蒸发段，在实际应用中与发热元件相接触，如与电脑CPU接触。双环结构气体通道60位于热管的中间位置，液体通道21位于双环结构气体通道60的外侧。
在正常工作时，蒸发段的温度比冷凝段的温度高。当热管正常工作时，蒸发段中的液体受热相变成蒸汽，蒸汽通过双环结构气体通道60流向冷凝段。由于双环结构61的存在，蒸汽会顺着双环结构61正向流动。由于冷凝段的温度相对较低，因此蒸汽遇冷相变液化。热管内部的铜粉烧结层为多孔介质结构，并且蒸发段的液体较少，冷凝段液体较多，因此蒸发段的铜粉烧结层较“干”，冷凝段的铜粉烧结层较“湿”，使铜粉烧结层具有毛细压力，把冷凝段的液体运输到蒸发段(如同纸巾或海绵吸水的功能，液体会通过多孔结构流向较干的一端)。然后液体再次受热蒸发相变成蒸汽流向冷凝段，如此循环往复。在液体蒸发吸热与蒸汽冷凝放热的过程中，就把蒸发段的热流传输到冷凝段，从而具有传热的效果。
当热管在反向传热的情况下，即带有充液管50的一端为蒸发段，另一端为冷凝段时，蒸发段中的液体受热相变成蒸汽，并流向冷凝段。即蒸汽会顺着双环结构61向其工作方向的反方向流动，但由于双环结构沟槽的特殊性，由于蒸汽反向流动所受到的阻力远大于正向流动阻力，故蒸汽反向流动回到冷凝段的效率极低。在这过程中可能因为漏气等原因使得少量蒸汽流通到冷凝段，但蒸汽较少传热效率也很低。因此基本上只有微乎其微的热量反向从蒸发段传送到冷凝段。这就使得热管反方向传热效果远远不及正向传热的效果，可以起到保护电子产品的作用。
如图5所示，双环结构61的各参数标注如图，实际在应用中按照热管的大小作适当的按比例缩放即可。双环结构61的工作原理为：在不同的方向上，流体会流经不同的通道，这称为整流功能。这种现象可以用流体的惯性和涡旋的能量耗散来解释。一方面，当流体流经管的分岔部分时，由于惯性，它将主要沿着原始方向流动。另一方面，分岔部分有几个锋利的边缘。它们将有助于形成亥姆霍兹不连续性并产生涡旋，不断消耗流体的动能并因此减慢流动速度。双环结构61提供了整流功能，可以实现流体沿着不同的流路从不同方向流动，这在将流动转移到特定通道中起到作用，所以在热管中，由于气体流速极快，对气体反向流动的阻力效果极大。需要注意的是，图5中对双环结构61作了相应放大处理，双环结构61的实际数量远多于图示，且双环结构气体通道60不少于两条。
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)
1.一种双环结构气体单向流反重力平板热管，其特征在于，包括：第一盖板(40)、第二盖板(10)和保持架(20)；所述保持架(20)位于所述第一盖板(40)和所述第二盖板(10)之间；所述第一盖板(40)和所述第二盖板(10)上均设置有双环结构气体通道(60)，所述保持架(20)内壁设置有液体通道(21)；所述保持架(20)的一端设置充液管(50)。
2.根据权利要求1所述的双环结构气体单向流反重力平板热管，其特征在于，所述第一盖板(40)上设置有凸台(41)，所述双环结构气体通道(60)设置在所述凸台(41)上；所述第二盖板(10)为平板结构，所述双环结构气体通道(60)设置在所述第二盖板(10)与所述第一盖板(40)相对应的位置上；所述第一盖板(40)的所述凸台(41)侧与所述第二盖板(10)相盖合。
3.根据权利要求1所述的双环结构气体单向流反重力平板热管，其特征在于，所述第一盖板(40)与所述第二盖板(10)通过耐高温胶粘贴在所述保持架(20)上。
4.根据权利要求1所述的双环结构气体单向流反重力平板热管，其特征在于，所述液体通道(21)为铜粉烧结层，所述铜粉烧结层附在所述保持架(20)内壁。
5.根据权利要求4所述的双环结构气体单向流反重力平板热管，其特征在于，所述铜粉烧结层采用烧结模具(30)与所述保持架(20)配合烧结形成，所述烧结模具(30)上设置有若干限位凸起(31)。
6.根据权利要求1所述的双环结构气体单向流反重力平板热管，其特征在于，所述双环结构气体通道(60)设置有不少于两条，且均匀布置在所述第一盖板(40)和所述第二盖板(10)上。
7.根据权利要求6所述的双环结构气体单向流反重力平板热管，其特征在于，所述双环结构气体通道(60)包括若干个首尾相连的双环结构(61)，每个所述双环结构(61)包括依次连接的气体入口端(62)、双环(63)以及气体出口端(64)，气体的正向流动方向从所述气体入口端(62)经所述双环(63)向所述气体出口端(64)流出。
8.根据权利要求1所述的双环结构气体单向流反重力平板热管，其特征在于，所述第一盖板(40)与所述第二盖板(10)均采用铜材料制成。
9.根据权利要求1所述的双环结构气体单向流反重力平板热管，其特征在于，所述充液管(50)为铜管。
10.根据权利要求1所述的双环结构气体单向流反重力平板热管，其特征在于，所述充液管(50)通过耐高温胶粘贴在所述保持架(20)一端。
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