CN1624411A - 热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热管。该热管包括一中空管壳、紧贴管壳内壁的毛细吸液芯以及充满毛细吸液芯并密封在管壳内的工作流体，其中毛细吸液芯表面具有一层亲水性材料，该亲水性材料能增加吸液芯的表面张力系数，进而改善吸液芯毛细性能，从而提高热管导热效率。本发明所提供的热管导热效率高，适合应用于电子器件的散热装置中。

Description

热管

【技术领域】

本发明涉及导热结构，特别涉及一种热管。

【背景技术】

热管是依靠自身内部工作流体相变实现导热的导热组件，其具有高导热性、优良等温性等优良特性，导热效果好，应用广泛。

近年来电子技术迅速发展，电子器件的高频、高速以及集成电路的密集及微型化，使得单位容积电子器件发热量剧增，热管技术以其高效、紧凑以及灵活可靠等特点，适合解决目前电子器件因性能提升所衍生的散热问题。

如图1所示，典型热管10由管壳11、吸液芯12(毛细结构)以及密封在管内的工作流体13组成。热管10的制作通常先将管内抽成真空后充以适当工作流体13，使紧贴管管壳11内壁的吸液芯12中充满工作流体13后加以密封。热管10的一端为蒸发段10a(加热段)，另一端为冷凝段10b(冷却段)，根据应用需要可在蒸发段10a与冷凝段10b之间布置绝热段。当热管10蒸发段10a受热时吸液芯12中工作流体13蒸发气化形成蒸气14，蒸气14在微小压力差作用下流向热管10的冷凝段10b，凝结成工作流体13放出热量15，工作流体13再靠毛细作用沿吸液芯12流回蒸发段10a。如此循环，热量15由热管10的蒸发段10a不断地传至冷凝段10b，并被冷凝段10b一端的冷源吸收。

热管10在实现导热过程中，包含以下六个相互关联的主要过程：

(1)热量15从热源通过热管管壳11和充满工作流体13的吸液芯12传递给工作流体13；

(2)工作液体13在蒸发段10a内液-气分接口上蒸发；

(3)蒸气14从蒸发段10a流到冷凝段10b；

(4)蒸气14在冷凝段10b内气-液分接口上凝结；

(5)热量15从气-液分接口通过吸液芯12、工作液体13及管壳11传给冷源；

(6)在吸液芯12内由于毛细作用使冷凝后工作流体13回流到蒸发段10a。

从上述六个过程看出，吸液芯12在过程(1)和过程(5)中起到重要的导热作用，在过程(6)中对冷凝后的工作流体13迅速回流起到决定作用，因此，吸液芯12对于热管10的正常有效地工作非常重要。

先前技术中吸液芯12一般为丝网型、沟槽型或烧结型。

丝网型吸液芯比较容易制作，在市场购置定型网目数的丝网，其材料一般为铜、不锈钢、铁丝网，可根据热管工作流体的兼容性来选定。丝网买来后经过清洗及必要的处理后卷制成所需要的形状插入热管即可。

沟槽型吸液芯为轴向沟槽或环向沟槽形式。轴向沟槽通过挤压和拉削而成；环向沟槽一般为加工方便而刻成螺纹型。

烧结型吸液芯孔隙率一般为40～50％，是将大量填充用金属粉末粒子烧结而成的。适当选择金属粉末粒子粒度，烧结后可得到不同空隙尺寸的吸液芯。

实际应用中要求吸液芯的毛细性能良好，其中毛细现象与流体及毛细管壁之间的界面现象有关，表面张力系数会影响毛细结构的毛细性能，通常表面张力系数越大，毛细性能越好。

但是，现有技术并没有考虑吸液芯表面张力系数与其毛细性能的关系，吸液芯制作粗糙，没有对其表面进行过修饰，毛细性能不够理想，用于近年越来越高频、高速运转的电子器件的导热热管中，其不足之处越来越明显。

因此，提供一种改进吸液芯的毛细性能的热管非常必要。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是现有技术中热管吸液芯毛细性能不够理想，不利于热管导热效率提升；本发明的目的是提供一种吸液芯毛细性能提高的热管。

本发明解决上述技术问题的技术方案是提供一热管，该热管包括一中空管壳、紧贴管壳内壁的毛细吸液芯以及充满毛细吸液芯并密封于管壳内的工作流体，其中毛细吸液芯表面具有一层亲水性材料。

与现有技术相比，本发明所提供的热管有以下优点：热管的毛细吸液芯表面具有亲水性材料，使毛细吸液芯具有亲水性，使其表面张力系数增加，从而提高其毛细性能，使工作流体冷凝后可迅速回流，进而加快工作流体在热管中蒸发、冷凝、再蒸发的循环过程，提高热管导热效率。

【附图说明】

图1是现有技术热管工作原理示意图。

图2是本发明热管内部结构径向截面示意图。

【具体实施方式】

下面结合图示来说明本发明所提供的热管第一实施方式：

如图2所示，本发明所提供的热管20包括管壳21、毛细结构吸液芯24以及工作流体(未标示)，其中该吸液芯24包括亲水性材料23，形成于吸液芯24表层。

管壳21一般为铜管，也可根据不同需要采用不同材料，如铝、钢、碳钢、不锈钢、铁、镍、钛等及其合金。管壳21径向截面可以为标准圆形，也可以为异型，如椭圆形、正方形、矩形、三角形等。管壳21可以是直型管，也可以是任何其他形状的弯曲型管。管径为2毫米～200毫米，管长可从几毫米至数十米。

本实施方式采用径向截面为圆形的铜管，管径为4毫米，长50毫米。

吸液芯22可以是丝网型、沟槽型或烧结型。

本实施方式采用烧结型吸液芯24，该吸液芯24包括一层烧结铜22和一层形成于铜层表面的亲水性材料23，本实施方式中亲水性材料23采用奈米二氧化钛，厚度小于1微米。由于奈米二氧化钛具有较强的亲水性，使吸液芯24表面张力系数增加，从而使得吸液芯24的毛细性能大大增强。

热管20采用纯水作为工作流体，也可以在水中添加导热材料的微粒，如铜粉、奈米碳球、内部填充有奈米级铜粉的奈米碳球等，以增加其导热性能。

本实施方式的热管制作方法为：提供一管径为4毫米，长50毫米，径向截面为圆形的铜管作为热管管壳21，在铜管内壁烧结一层金属铜粉，并且在烧结铜22表面形成一层奈米二氧化钛，烧结铜22与奈米二氧化钛共同组成热管的吸液芯24，将铜管抽成真空，再往管内灌入适量纯水作为工作流体，最后将铜管密封。

本发明第二实施方式所提供的热管包括管壳、紧贴管壳内壁的毛细吸液芯以及充满毛细吸液芯并密封于管壳内的工作流体，与第一实施方式不同之处在于毛细吸液芯为表面涂覆有亲水高分子聚合物的铜丝网，其中该亲水高分子聚合物包括聚乙烯醇。

本发明第三实施方式所提供的热管包括管壳、紧贴管壳内壁的毛细吸液芯以及充满毛细吸液芯并密封在管壳内的工作流体，与第一实施方式不同之处在于毛细吸液芯为在管壳内壁加工而成的螺旋型沟槽结构，其表面涂覆有亲水高分子聚合物或奈米二氧化钛，其中该亲水高分子聚合物包括聚乙烯醇。

热管的毛细吸液芯表面形成一层亲水性材料，使毛细吸液芯具有亲水性，使其表面张力系数增加，从而提高吸液芯的毛细性能，使工作流体冷凝后可迅速回流，进而加快工作流体在热管中蒸发、冷凝、再蒸发的循环过程，提高热管导热效率。

Claims (10)

1.一种热管，包括：

一中空管壳；

一紧贴在管壳内壁的毛细吸液芯；以及

密封在管壳内的工作流体；

其特征在于毛细吸液芯表面具有一层亲水性材料。

2.如权利要求1所述的热管，其特征在于该亲水性材料包括奈米二氧化钛或亲水性高分子聚合物。

3.如权利要求2所述的热管，其特征在于该亲水性高分子聚合物包括聚乙烯醇。

4.如权利要求1所述的热管，其特征在于该亲水性材料层厚度不超过1微米。

5.如权利要求1所述的热管，其特征在于毛细吸液芯包括金属烧结芯、金属丝网或形成于管壳内壁的沟槽结构。

6.如权利要求1所述的热管，其特征在于管壳材质包括铜、铝、铁、镍、钛、碳钢、不锈钢等金属或合金。

7.如权利要求1所述的热管，其特征在于管壳径向截面包括标准圆形、正方形或扁平矩形。

8.如权利要求1所述的热管，其特征在于该工作流体包括水。

9.如权利要求8所述的热管，其特征在于该工作流体进一步包括悬浮分散于水中的导热粒子。

10.如权利要求9所述的热管，其特征在于该导热粒子包括奈米级铜粉、奈米碳球或内部填充有奈米级铜粉的奈米碳球。

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