CN1725478A - 热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热管，该热管包括管壳、紧贴于管壳内壁的毛细结构以及充满毛细结构并密封于管壳内的适量工作流体，所述毛细结构采用纳米级金属粉末烧结，在热管蒸发段形成多个均匀分布的轴向气流通孔，并于热管冷凝段形成一个与蒸发段形成的多个轴向气流通孔相通的轴向气流通孔。所述毛细结构热阻小，传热面积及液体蒸发面积大，毛细性能优异且能负载较大热传量，能有效提高热管导热性能。

Description

热管

【技术领域】

本发明涉及一种导热结构，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、图2所示，典型热管10由管壳11、毛细结构12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内壁的毛细结构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受热时毛细结构12中工作流体13蒸发气化形成蒸汽14，蒸汽14在微小压力差作用下通过孔道16流向热管10的冷凝段10b，凝结成工作流体13并放出热量15，工作流体13再靠毛细作用沿毛细结构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的毛细结构12传递给工作流体13；

(2)工作液体13在蒸发段10a内液-气分界面上蒸发；

(3)蒸汽14通过孔道16从蒸发段10a流到冷凝段10b；

(4)蒸汽14在冷凝段10b内气-液分界面上凝结；

(5)热量15从气-液分界面通过毛细结构12、工作液体13及管壳11传给冷源；

(6)在毛细结构12内由于毛细作用使冷凝后工作流体13回流到蒸发段10a。

从上述六个主要过程看出，毛细结构12在过程(1)和(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，毛细结构12对于热管10的正常有效地工作非常重要。

在现有技术中，常见的热管毛细结构包括沟槽型、丝网型及烧结型。

沟槽型毛细结构为轴向沟槽或环向沟槽形式，通常在管壳内壁加工而成。轴向沟槽通过挤压和拉削制成；环向沟槽一般为加工方便而刻成螺纹型。如中国专利CN2438080Y揭示的一种无芯非重力热管，该热管采用螺旋槽道毛细结构，而为了获得较大的毛细力，则要求螺旋槽道较窄，然而加工难度及相应成本亦随之提高。为避免成本过高，其螺旋槽道宽度一般采用0.5-1毫米，故该热管毛细结构的毛细性能较差。

丝网型毛细结构比较容易制作，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。如中国专利CN2420604Y揭示的一种热管内毛细结构，其采用金属丝网型毛细结构，然而，金属丝网与管壳内壁紧贴非常重要。所述金属丝网与管壳内壁之间利用金属丝网的扩张性及收缩性相配合，因此，金属丝网与热管管壳内径不够紧密、间隙较大，热阻系数相对较高，特别在蒸发段，如果出现所述金属丝网与管壳内壁贴合不均匀，将出现局部过热。

烧结型毛细结构是将大量填充在热管管壳内壁上的金属粉末粒子烧结而成，因而能确保毛细结构与热管管壳内壁良好接触，从而使得热管导热均匀迅速，因此烧结型毛细结构在热管中应用较多。烧结型毛细结构孔隙率一般为40～50％，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毛细结构。如美国专利第4,274,479号揭露一种烧结型热管毛细结构，该毛细结构采用金属粉末或陶瓷粉末烧结而成，紧贴热管管壳内壁，毛细力较好，毛细性能较佳。但是，此种毛细结构热阻较大，不利于提高热管导热能力。另外，此种毛细结构蒸发段所能负载的热传量较小。

综上，提供一种具有热阻小、毛细性能佳以及能负载较大热传量的毛细结构的热管实为必要。

【发明内容】

为克服现有技术中热管毛细结构的热阻大、毛细性能不佳及热传量负载较小，不利于热管效率提升的技术缺点，本发明的目的在于提供一种具有热阻小、毛细性能佳以及能负载较大热传量的毛细结构的热管。

为实现上述目的，本发明提供一种热管包括一中空管壳、紧贴管壳内壁的毛细结构以及充满毛细结构并密封于管壳内的工作流体。所述毛细结构在蒸发段形成多个均匀分布的轴向气流通孔，并于热管冷凝段形成一个与蒸发段形成的多个轴向气流通孔相通的轴向气流通孔。

所述蒸发段形成的多个轴向气流通孔的径向截面尺寸小于冷凝段形成的单个轴向气流通孔的径向截面尺寸。

所述毛细结构由纳米级金属粉末烧结而成，具有纳米级空隙尺寸。

相对于现有技术，本发明所提供的热管有以下优点：所述毛细结构在热管的蒸发段形成多个均匀分布的轴向气流通孔，增大了填充工作流体的毛细结构在热管蒸发段中所占的体积比，从而增大传热面积及液体蒸发面积，进而增大热管所能负载的热传量。另外，热管的毛细结构由纳米级金属粉末烧结而成，使得烧结形成的毛细结构具有纳米级空隙尺寸，所以该毛细结构具有高表面积以及高导热性，不仅可降低毛细结构的热阻，提高导热性能，还具有优异的毛细性能。

【附图说明】

图1是现有技术热管工作原理示意图。

图2是现有技术热管径向剖视图。

图3是本发明热管内部结构透视图。

图4是沿图3中IV-IV线的剖视图。

图5是沿图3中V-V线的剖视图。

【具体实施方式】

下面结合图示来说明本发明所提供的热管实施方式：

如图3至图5所示，本发明所提供的热管20包括中空管壳21、毛细结构22以及工作流体(未标示)，该热管20包括蒸发段20a及冷凝段20b。所述毛细结构22在蒸发段20a的中空管壳21内部形成多个均匀分布的轴向气流通孔25，并在冷凝段20b紧贴中空管壳21内壁形成一个与所述蒸发段20a形成的多个轴向气流通孔25相通的轴向气流通孔26。在所述蒸发段20a形成的多个轴向气流通孔25的径向截面尺寸小于冷凝段20b形成的单个轴向气流通孔26的径向截面尺寸。

所述中空管壳21一般以铜为材料，也可根据不同需要采用不同材料，如铝、钢、碳钢、不锈钢、铁、镍、钛等及其合金或导热性高分子材料(柔韧性较好)。管壳21径向截面可以为标准圆形，也可为其它形状，如椭圆形、三角形、矩形等。

所述轴向气流通孔25、26的径向截面可以为标准圆形，也可为其他形状，如椭圆形或三角形、矩形等多边形。

所述毛细结构22由粒径为1～100纳米的金属粉末于中空管壳21内烧结而成，其空隙尺寸为1～100纳米。

所述热管20可采用纯水、氨水、甲醇、丙酮或庚烷等液体作为工作流体，亦可在液体中添加导热材料的微粒，如铜粉、纳米碳材等，以增加工作流体的导热性能。

与现有技术相比，本发明所提供的热管有以下优点：所述毛细结构在蒸发段形成多个轴向气流通孔，增大了填充工作流体的毛细结构在热管中所占的体积比，从而进一步增大传热面积及液体蒸发面积，进而增大热管所能负载的热传量；空隙尺寸为纳米级的毛细结构具有高表面积、高导热性以及优异的毛细性能，可降低热阻，增大导热面积，保证工作流体的迅速回流，从而提高热管导热效率。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种热管，其包括：

一中空管壳；

一紧贴管壳内壁的毛细结构；以及

密封在管壳内的适量工作流体；

其特征在于，所述毛细结构在所述热管蒸发段形成多个均匀分布的轴向气流通孔，并于热管冷凝段形成一个与蒸发段形成的多个轴向气流通孔相通的轴向气流通孔。

2.如权利要求1所述的热管，其特征在于，所述毛细结构的空隙尺寸为1～100纳米。

3.如权利要求2所述的热管，其特征在于，所述毛细结构由金属粉末于管壳内烧结而成。

4.如权利要求3所述的热管，其特征在于，所述金属粉末包括选自铜粉、铝粉或铁粉。

5.如权利要求3或4所述的热管，其特征在于，所述金属粉末粒径为1～100纳米。

6.如权利要求1所述的热管，其特征在于，所述管壳径向截面包括标准圆形、椭圆形、三角形或矩形。

7.如权利要求1所述的热管，其特征在于，所述气流通孔径向截面包括标准圆形、椭圆形、三角形或矩形。

8.如权利要求1所述的热管，其特征在于，所述工作流体包括纯水、氨水、甲醇、丙酮或庚烷。

9.如权利要求8所述的热管，其特征在于，所述工作流体进一步包括悬浮于液态工作流体中的导热材料微粒。

10.如权利要求9所述的热管，其特征在于该导热材料微粒包括铜粉、纳米碳材。

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