CN1664485A - 热管 - Google Patents
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Abstract
一种热管，包括一管体及设置于热管轴向上的磁场，该管体包括一壳体、贴附于壳体内壁的毛细结构及工作液体，且该热管包括一蒸发端及一冷凝端。其中该工作液体中含有磁性粉体，以表面含有1－2nm氧化保护层的奈米磁性粉体最佳，上述磁性粉体在磁力作用下带动工作液体流动，从而增加工作流体的流动性，提高热管的传热性能。
Description
【技术领域】
本发明是关于一种热管，尤其是指一种应用于电子元件散热的热管。
【背景技术】
随着电子信息业不断发展，电子元件运行频率和速度也在不断提升。高频高速将使电子元件产生的热量越来越多，温度也越来越高，如何将电子元件的热量散发出去，以保证其正常运作，一直是业界在研究的问题。传统的散热方式是单纯依靠金属材质的散热器传导热量，由于金属的热传导系数有限，导致散热器在单位时间、单位体积下的热传导量也有限。传统的纯金属散热器散热方式已不能满足高发热量电子元件的散热需求。
为此业内技术人士利用液体在汽液两态间转变时温度保持不变，同时吸收或放出大量热的工作原理发明了热管。图1所示为习知热管结构示意图，热管120包括一密封低压管形管体121，该管体121内设有毛细结构122并充有适量的工作液体123。热管120一端为蒸发段130，另一端为冷凝段132，根据工作需要在两段中间可布置绝热段131。当热管120蒸发段130受热时毛细结构122中的工作液体123蒸发汽化，蒸汽在微小压差下流向冷凝段132放出热量后凝结成液体，液体在毛细结构122毛细力作用下回流到蒸发段130，从而使热量由热管120蒸发段130迅速传至冷凝段132。热管120利用工作液体123的汽、液两相变化可以将大量的热量通过其较小的截面积远距离的传输，且热阻较小，具有优良的等温性能和较高的导热性能，与铜、银、铝等金属相比，单位重量的热管120可以传递几个数量级的热量。
但这种热管120的传热受到许多因素即传热极限的制约，传热极限包括毛细极限、沸腾极限、声速极限及黏性极限等。图2所示为习知热管120传热极限示意图。图2中以热管120横截面上轴向平均热流密度
q为纵坐标，热管120两端的温度差(To-Tl)为横坐标，当热管120两端温度差为零时，没有热量的传送，热管120内具有均匀的温度；如热管120的冷凝段132冷却到Tl＜To，而热管120的蒸发段130仍保持To不变，则热流随着(To-Tl)的增大而快速增加，图中0～1段的斜率很大，说明热管120具有相当大的热导率，它可能比相同尺寸的铜棒大上几个数量级；当达到1点时，热导率突然下降到几乎为零，这种下降可能是由于毛细结构122不能提供足够的工作液体123返回到蒸发端130，即出现了毛细极限；也可能起因于管壁过热，毛细结构122内气泡的生成和长大，从而阻断了工作液体123的回流，即达到沸腾极限的缘故。这两种情况的发生都会造成工作液体123回流不足而极大的降低热管120的传热性能，虽然通过改变毛细结构122可以提升毛细力的作用增加回流工作液体123，但每种毛细结构122都有其极限，故能够增加回流的工作液体123量有限，且加工难度大、成本高，因此并不能从根本上解决问题；平稳段2的出现是由于蒸汽流动的状况阻碍了热流的增大而出现的极限，可分为两种类型：若是惯性力起主要作用的流动，蒸汽可能以声速离开蒸发段130，在蒸发段130出口处产生阻塞现象，使蒸汽不能顺畅流向冷凝段132从而导致热流无法增加即产生了声速极限；另一种可能是黏性流起主要作用的流动，当热管120的工作温度低于热管120的正常温度范围时，蒸汽的压力由于黏性力的作用在热管120的冷凝段132降为零，且轴向热流随着冷凝段132内压力的不断降低而不断增大，最后当蒸汽压力将到零时轴向热流不再增加即产生了黏性极限。传热极限的存在极大的降低了热管120的传热能力。传热极限是影响热管120传热性能的主要因素，因而如何克服热管120的传热极限进而增加工作液体123的流动性是提高热管120性能的关键。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种能够克服传热极限、可提高工作液体流动性的热管。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：本发明热管包括一管体及设置于热管轴向上的磁场，该管体包括一壳体、贴附于壳体内壁的毛细结构及工作液体，且该热管包括一蒸发端及一冷凝端。其中该工作液体中含有磁性粉体，以表面含有1-2nm氧化保护层的奈米磁性粉体最佳，上述磁性粉体在磁力作用下带动工作液体流动。
与现有技术相比，本发明热管的工作液体内加入磁性粉体，利用热管轴向的磁场加速磁性粉体在热管内运动，从而带动工作液体在热管内加速流动，可以克服热管内由于工作液体流动性不够而造成的传热极限，提高热管的传热性能；同时，利用热管轴向上的磁场可控制工作液体加速向某一方向流动，因而本发明的热管可克服重力作用而不受使用方向限制，具有多方向性，有利于热管的广泛应用。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
【附图说明】
图1是习知热管的结构示意图。
图2是习知热管的传热极限的示意图。
图3是本发明热管第一实施例的示意图。
图4是本发明热管第一实施例的剖视图。
图5是本发明热管第二实施例的示意图。
图6是本发明热管第三实施例的示意图。
【具体实施方式】
图3及图4所示为本发明热管的第一实施例，该热管包括一管体10及分别设置于管体10两端的两个电磁铁20。管体10包括一壳体11、紧贴附于壳体11内壁的毛细结构12及工作液体13，该工作液体13通常选用汽化热高、流动性好、化学性质稳定、沸点较低的液态物质，如水、乙醇、甲醇、丙酮等，且在工作液体13中加入磁性粉体14，该磁性粉体14以表面含有1-2nm氧化保护层的奈米磁性粉体最佳。壳体11由非强磁性材料制成，目前常用的热管材料大多是非磁性材料，如铜、铝等材料。紧贴管体11内壁的毛细结构12以沟槽型结构最佳，但因利用奈米磁性粉体14，故其它烧结、丝网芯等毛细结构亦可。热管工作时，使管体10一端的电磁铁20通电产生磁场，而管体10另一端的电磁铁20不具磁性，使磁性粉体14在磁力作用下流向管体10具有磁性一端，从而加速工作液体13流向该具有磁性一侧；然后使管体10一端原具有磁性的电磁铁20断电失去磁性，而使管体10另一端原不具有磁性的电磁铁20通电产生磁性，从而加速工作液体13流向该具有磁性一侧。如此交换式使电磁铁20通电，即可加速工作液体13在管体10内来回流动。
为进一步说明本发明热管优点，请参考图2习知热管120传热极限示意图。当达到1点时，由于毛细极限或沸腾极限的出现使热管120的热导率突然下降到几乎为零，这两种情况的发生都是由于工作液体123回流不足而极大的降低热管120的传热性能。本发明的热管利用外加磁力增加工作液体13的流动动力，即通过电磁铁20产生的沿管体10轴向的磁场，使磁性粉体14在磁力作用下流向蒸发端，从而带动工作液体13加速回流到蒸发端，在毛细力及磁力共同作用下使蒸发端具有足够的工作液体13，克服毛细极限与沸腾极限从而使热管热导率大幅增加。图2中平稳段2的出现是由于蒸汽流动的状况阻碍了热流的增大而出现的极限，即声速极限或黏性极限，这两种极限的发生是由于汽态的工作液体13缺乏动力不能迅速流向冷凝端而影响热管的性能。本发明的热管通过电磁铁20产生的磁场使磁性粉体14受力而流向管体10一端，可以加速阻塞气流的流动或为气流提供磁动力流向冷凝端，增加工作液体13的流动性从而克服声速极限及黏性极限而提升热管的热导率。
图5所示为本发明热管的第二实施例示意图，本实施例与第一实施例的不同之处在于本实施例中仅使用一个电磁铁20，该电磁铁20设置于管体10蒸发端30一侧。热管经常会倾斜使用而导致蒸发端30位于上方而冷凝端40位于下方，由于受重力影响热管仅靠毛细力作用不能提供足够的工作液体13回流到蒸发端30而发生毛细极限，影响热管的散热效果。本实施例可以克服由于毛细极限而造成的蒸发端30工作液体13不足的问题，使用时磁性粉体14在电磁铁20产生的磁场的作用下流向蒸发端30，克服重力带动工作液体13回流到蒸发端30，与第一实施例相比本实施力适于单向克服毛细极限。
图6所示为本发明热管的第三实施例示意图，本实施例与前两个实施例的不同之处在于本实施例中热管管体10A因转折而使用四个电磁铁20A、20B、20C及20D。使用时可依一定次序给一个或两个电磁铁通电，如先只给电磁铁20C通电然后只给电磁铁20D通电或同时给电磁铁20C和20D通电都可以使工作液体加速从电磁铁20A所在一端流向电磁铁20D所在一端；反之，如先只给电磁铁20B通电然后只给电磁铁20A通电或同时给电磁铁20B和20A通电都可以使工作液体加速从电磁铁20D所在一端流向电磁铁20A所在一端。
上述三个实施例是本发明热管的具体实施例，但本发明热管并不仅限于此，还可根据热管转折或热管长度等实际需要而增加电磁铁数量，增加磁场作用从而增加热管的传热性能，并且电磁铁亦可与热管制成一体结构即将电磁铁设置于热管内部，使电磁铁通电产生磁场以达到相同目的。
如前所述，本发明热管的工作液体内加入奈米磁性粉体，以表面含有1～2nm的氧化保护层的奈米磁性粉体最佳，利用热管端部的电磁铁产生的沿热管轴向的磁场，使磁性粉体在磁场力的作用下在热管内运动，从而带动工作液体在热管内加速流动。故本发明的热管可利用外加磁场对磁性粉体的作用力克服热管的传热极限而提高热管的传热性能；同时，本发明的热管利用电磁铁可控制工作液体加速向某一方向流动，因而本发明的热管可克服重力作用而不受使用方向限制，有利于热管的广泛应用。
Claims (7)
1.一种热管，包括管体，该管体包括一壳体、贴附于壳体内壁的毛细结构及工作液体，且该热管包括一蒸发端及一冷凝端，其特征在于：该工作液体中含有磁性粉体，所述热管的轴向上设有磁场，上述磁性粉体在磁力作用下带动工作液体流动。
2.如权利要求1所述的热管，其特征在于：该磁场由设置于管体至少一端的至少一电磁铁产生。
3.如权利要求2所述的热管，其特征在于：在管体两端分别设有一电磁铁。
4.如权利要求2所述的热管，其特征在于：在热管蒸发端设有一电磁铁。
5.如权利要求3或4所述的热管，其特征在于：该管体具有转折，在管体转折端进一步设有电磁铁。
6.如权利要求2所述的热管，其特征在于：该电磁铁与管体制成一体。
7.如权利要求1所述的热管，其特征在于：该磁性粉体为表面含有1～2nm的氧化保护层的奈米磁性粉体。
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