CN116235015A

CN116235015A - 热管

Info

Publication number: CN116235015A
Application number: CN202180057817.0A
Authority: CN
Inventors: 穆罕默德·沙希德·艾哈迈德; 萩野春俊; 高宫明弘; 川原洋司; 小川刚
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2023-06-06
Also published as: TW202221275A; US20230366634A1; WO2022102163A1; TWI785684B; JPWO2022102163A1

Abstract

热管具备：扁平状的容器，其具有封入了工作流体的内部空间、和与所述内部空间面对的平坦面；以及设置于所述内部空间的芯。所述芯具有第一芯和第二芯，所述第一芯具有多个第一间隙，所述第二芯具有多个第二间隙。所述第一芯从所述平坦面凸起并且固定于所述平坦面。所述第二芯由粉末的烧结体形成且覆盖所述第一芯的表面。所述多个第二间隙的每一个平均比所述多个第一间隙的每一个小。

Description

热管

技术领域

本发明涉及一种热管。

本申请基于2020年11月16日在日本提出的特愿2020-190013号专利申请主张优先权，并在此引用其内容。

背景技术

下述专利文献1公开了一种扁平型热管。该热管具备集束了多根细线的芯。芯从扁平型容器内部的平坦面凸起，并且通过烧结固定于所述平坦面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-229879号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

在使芯成为细线的束的情况下，芯能够发挥较高的毛细管力，另外，能够降低冷凝的工作流体的压力损失。

另一方面，具有如下的改善余地。对于上述芯而言，工作流体的蒸发面积减少，工作流体在蒸发部的热阻增大。另外，由于热管的最大传热量主要与芯的毛细管半径有关，因此最大传热量存在界限。

本发明针对上述情况做出，其目的在于提高热管的性能。

(二)技术方案

本发明一方式的热管具备：扁平状的容器，其具有封入了工作流体的内部空间、和与所述内部空间面对的平坦面；以及芯，其设置于所述内部空间且具有第一芯和第二芯，所述第一芯具有多个第一间隙，所述第二芯具有多个第二间隙，所述第一芯从所述平坦面凸起并且固定于所述平坦面，所述第二芯由粉末的烧结体形成且覆盖所述第一芯的表面，所述多个第二间隙的每一个平均比所述多个第一间隙的每一个小。根据该结构，第一芯的表面被具有比第一间隙细的第二间隙的粉末的烧结体(第二芯)覆盖。在第二芯的表面形成有与第一芯的表面相比较细的凹凸，工作流体的蒸发面积增加，能够减小热阻。另外，不仅是第一芯(第一间隙)，在第二芯(第二间隙)中也流动冷凝的工作流体，因此最大传热量增加。

在上述热管中，可以是，所述第一芯由集束的许多细线形成。

在上述热管中，可以是，所述细线的直径比所述粉末的粒径大。

在上述热管中，可以是，当将垂直于所述平坦面的方向称为厚度方向时，所述第一芯的所述厚度方向上的尺寸的最大值比所述第二芯的所述厚度方向上的尺寸的最大值大。

在上述热管中，可以是，所述第一芯在所述内部空间中从所述工作流体进行蒸发的蒸发部延伸到所述工作流体进行冷凝的冷凝部，所述第二芯至少在所述蒸发部覆盖所述第一芯的表面。

(三)有益效果

根据上述本发明一方式，能够提高热管的性能。

附图说明

图1是表示一实施方式的热管的剖视结构的图。

图2是图1所示热管的沿着II－II剖面的剖视图。

图3是表示一实施方式的新芯与以往的芯的性能比较结果的图。

图4是表示一变形例的热管的剖视结构的图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明一实施方式的热管进行说明。

图1是一实施方式的热管1的剖视结构图。图2是图1所示热管1的沿着II－II剖面的剖视图。

热管1是利用工作流体的潜热的传热元件。该热管1具备：容器10，其具有封入了工作流体的内部空间S；以及芯20，其设置于容器10的内部空间S。容器10具有相互平行的第一平坦面10a及第二平坦面10b。容器10具有第一端部10d及第二端部10e。

这里在本实施方式中，设定XYZ正交坐标系来说明各结构的位置关系。将垂直于第一平坦面10a的方向中的、从第一平坦面10a朝向第二平坦面10b的方向称为+Z方向(上方向)，将上方向的相反方向称为－Z方向(下方向)。在不区分+Z方向和－Z方向的情况下，仅称为Z方向(厚度方向Z)。将垂直于厚度方向Z的方向中的、从第一端部10d朝向第二端部10e的方向称为+X方向，将+X方向的相反方向称为－X方向。在不区分+X方向和－X方向的情况下，仅称为X方向(长度方向X)。将与厚度方向Z及长度方向X双方垂直的方向称为Y方向(宽度方向Y)。

工作流体是由公知的相变物质构成的传热介质，在容器10内进行液相和气相的相变。例如，作为工作流体，可采用水(纯水)、酒精、氨等。此外，对于工作流体，有时将液相的情况记为“液体”进行说明，将气相的情况记为“蒸气”进行说明。另外，在不特别区分液相和气相时，记为工作流体进行说明。此外，在如本实施方式这样的扁平型的热管1中，优选采用水作为工作流体。

容器10为第一端部10d及第二端部10e封闭的具有气密性的中空管。对于在相互远离的部位之间用于进行传热的用途的热管1而言，将中空管(管)用于容器10。由于需要在容器10的内部(内部空间S)与外部之间传递热，因此优选容器10由导热率较高的原材料构成。优选容器10例如由钢管、铝管、不锈钢管等金属管构成。

如图2所示，容器10形成为宽度方向Y上的尺寸比厚度方向Z上的尺寸大的扁平状。在容器10的内表面形成有：相互平行的第一平坦面10a及第二平坦面10b；以及连接两个平坦面10a、10b的两端的一对曲面10c。在本说明书中，有时不特别区分第一平坦面10a和第二平坦面10b而简称为平坦面。内部空间S是被第一平坦面10a、第二平坦面10b、曲面10c包围的空间。第一平坦面10a及第二平坦面10b面对内部空间S。此外，曲面10c不限于半圆形，也可以是半椭圆形、其它弯曲形状。

芯20配置于容器10的宽度方向Y上的中央部。另外，芯20(第一芯21)固定于第一平坦面10a。在芯20与第二平坦面10b之间形成有间隙。另外，在芯20与一对曲面10c之间形成有间隙。这些间隙成为工作流体的蒸气流路11。此外，芯20(第一芯21)也可以固定于第二平坦面10b而不是第一平坦面10a。

如图1所示，芯20沿着长度方向X延伸。芯20成为工作流体的液体流路。发热体30经由散热脂31等TIM(Thermal Interface Material：热接口材料)与容器10外表面的至少一部分接触。发热体30位于第一端部10d。另外，热沉40经由散热脂41等TIM与容器10外表面的至少一部分接触。热沉40位于第二端部10e。

工作流体在容器10的位于第一端部10d的蒸发部10A进行蒸发。另外，工作流体在容器10的位于第二端部的冷凝部10B进行冷凝。芯20使在蒸发部10A蒸发并在冷凝部10B冷凝的工作流体再次回流到蒸发部10A。

如图2所示，芯20具有第一芯21及第二芯22，所述第一芯21具有多个第一间隙，所述第二芯22具有多个第二间隙。第一芯21从平坦面(在本实施方式中为第一平坦面10a)凸起，并且固定于平坦面(在本实施方式中为第一平坦面10a)。第二芯22覆盖第一芯21的表面。

第一芯21由集束的许多细线21a形成。作为细线21a，例如可采用铜、铝、不锈钢等的金属线、碳纤维、玻璃纤维等的非金属线。此外，金属线由于导热率较高而能够较好地用作细线21a。此外，作为细线21a的材料，因与容器10的内部空间S封入的工作流体的关系而优选选择润湿性优异的材料。

本实施方式的细线21a例如是直径为50μm左右的铜线。多根细线21a集束而构成了第一芯21。例如当将内部空间S的厚度方向Z上的尺寸设定为2mm时，第一芯的厚度方向Z上的尺寸的最大值(第一芯21的最大厚度)t1为1mm左右。此外，在第一芯21中，集束的许多细线21a可以加捻，也可以不加捻。

第二芯22由粉末22a的烧结体(多孔质烧结体)形成。作为粉末22a，例如可采用铜等的金属粉末、陶瓷等的非金属粉末。此外，金属粉末由于导热率较高而能够较好地用作粉末22a。此外，作为粉末22a的材料，因与容器10的内部空间S封入的工作流体的关系而优选选择润湿性优异的材料。

本实施方式的粉末22a例如是粒径为20μm以下的铜粉末。通过烧结粉末22a，从而构成了厚度方向Z上的尺寸大致恒定的第二芯22(粉末芯)。此外，“大致恒定”的含义也包括：如果去除制造误差则视为厚度方向Z上的尺寸恒定的情况。例如当将第一芯21的最大厚度t1设定为1mm时，第二芯22的厚度方向Z上的尺寸的最大值(第二芯22的最大厚度)t2为0.2mm左右。

对于在形成第二芯22的多个铜粉末各自的周围形成的第二间隙而言，该第二间隙与在形成第一芯21的多个铜线各自的周围形成的第一间隙相比较细。这样的第一间隙与第二间隙的大小区别是由形成第二芯22的粉末22a的粒径与形成第一芯21的细线21a的直径的不同引起的。也就是说，在芯20的剖视图中，多个第二间隙(多孔的)的每一个平均比多个第一间隙(细线21a间的空间)的每一个小。第二芯22与第一芯21相比毛细管力较高。换言之，第一芯21与第二芯22相比液体的渗透性较高。

如图1所示，第一芯21在容器10的内部空间S中从工作流体进行蒸发的蒸发部10A延伸到工作流体进行冷凝的冷凝部10B。第二芯22至少在蒸发部10A(在本实施方式中为第一芯21整体)覆盖第一芯21的表面。此外，虽然第二芯22有可能进入到第一芯21表面的第一层(形成第一芯21最外周的细线11a之间)，但是不会从第一芯21的第二层以下、至少不会从中间层进入到最下层。

第二芯22与第一芯21接触，液体能够在两个芯21、22之间相互往来。也就是说，在冷凝部10B，冷凝的工作流体(液体)从毛细管力较高的第二芯22的表面被吸收并浸透于第一芯21。另外，在蒸发部10A，主要在压力损失较低的第一芯21中流通的液体向第二芯22侧渗出并在第二芯22的表面蒸发。

根据上述结构的热管1，第一芯21的表面被具有比第一间隙细的第二间隙的粉末22a的烧结体(第二芯22)覆盖。在第二芯22的表面形成有与第一芯21的表面相比较细的凹凸，工作流体的蒸发面积增加，能够减小热阻。另外，不仅是第一芯21(第一间隙)，在第二芯22(第二间隙)中也流动冷凝的工作流体，因此最大传热量增加。

图3示出一实施方式的新芯20与以往的芯的性能比较结果。

如图3所示，对于具备上述的新芯20的热管1而言，与仅有上述的第一芯21的以往的芯相比，蒸发部10A的热阻下降到三分之一。另外，对于具备新芯20的热管1而言，与以往的芯相比，最大传热量上升30％。

这样，根据上述的本实施方式，能够通过采用如下结构来提高热管1的性能，所述结构具有：扁平状的容器10，其具有封入了工作流体的内部空间S、和与内部空间S面对的平坦面(第一平坦面10a)；以及设置于内部空间S的第一芯21和第二芯22，所述第一芯21具有多个第一间隙，所述第二芯22具有多个第二间隙，第一芯21从平坦面(第一平坦面10a)凸起，并且固定于平坦面(第一平坦面10a)，第二芯22由粉末22a的烧结体形成且覆盖第一芯21的表面，多个第二间隙的每一个平均比多个第一间隙的每一个小。

另外，在本实施方式的热管1中，第一芯21由集束的许多细线21a形成。根据该结构，能够发挥较高的毛细管力，并能够降低冷凝的工作流体的压力损失。

另外，在本实施方式的热管1中，细线21a的直径比粉末22a的粒径大。根据该结构，能够容易地使第一间隙比第二间隙大，能够降低在第一芯21中流动的液体的压力损失。

另外，在本实施方式的热管1中，第一芯21的最大厚度t1比第二芯22的最大厚度t2大。根据该结构，能够确保冷凝的工作流体的压力损失较低的第一芯21的空间面积较大，并且能够防止第二芯22周围的蒸气流路11的空间面积狭窄。

另外，在本实施方式的热管1中，第一芯21在容器10的内部空间S中从工作流体进行蒸发的蒸发部10A延伸到工作流体进行冷凝的冷凝部10B，第二芯22至少在蒸发部10A覆盖第一芯21的表面。根据该结构，至少能够降低蒸发部10A的热阻。此外，如图4示出的变形例所示那样，第二芯22可以仅在蒸发部10A覆盖第一芯21的表面。

以上记述了本发明的优选的实施方式，但是这些仅为本发明的例示，应该理解不应作为限定考虑。在不脱离本发明的范围能够进行追加、省略、置换以及其它变更。因此，本发明不应视为由上述说明限定，而是由权利要求限制。

例如，第一芯21也可以与第二芯22同样地为粉末芯。

附图标记说明

1-热管；10-容器；10a-第一平坦面(平坦面)；10A-蒸发部；10B-冷凝部；20-芯；21-第一芯；21a-细线；22-第二芯；22a-粉末；S-内部空间。

Claims

1.一种热管，其具备：

扁平状的容器，其具有封入了工作流体的内部空间、和与所述内部空间面对的平坦面；以及

芯，其设置于所述内部空间且具有第一芯和第二芯，所述第一芯具有多个第一间隙，所述第二芯具有多个第二间隙，所述第一芯从所述平坦面凸起并且固定于所述平坦面，所述第二芯由粉末的烧结体形成且覆盖所述第一芯的表面，所述多个第二间隙的每一个平均比所述多个第一间隙的每一个小。

2.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，

所述第一芯由集束的许多细线形成。

3.根据权利要求2所述的热管，其特征在于，

所述细线的直径比所述粉末的粒径大。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的热管，其特征在于，

当将垂直于所述平坦面的方向称为厚度方向时，

所述第一芯的所述厚度方向上的尺寸的最大值比所述第二芯的所述厚度方向上的尺寸的最大值大。

5.根据权利要求1～4的任一项所述的热管，其特征在于，

所述第一芯在所述内部空间中从所述工作流体进行蒸发的蒸发部延伸到所述工作流体进行冷凝的冷凝部，

所述第二芯至少在所述蒸发部覆盖所述第一芯的表面。