CN1837737A - 热管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热管，其包括蒸发段与冷凝段，该蒸发段与冷凝段设置有不同型式的毛细结构，且该蒸发段的毛细结构较该冷凝段的毛细结构具有较小的有效毛细孔径，从而使冷凝段对冷凝后的液体产生的回流阻力小，便于其回流；而蒸发段对液体能产生较大的毛细作用力，进一步驱动冷凝液体由冷凝段往蒸发段加速回流；另外，蒸发段的毛细结构由于具有较小间隙，可增加与热管管壁的接触面积，并增加与管内工作液体的接触总表面积，更有利于将外界热源的热量传递至管内带走。

Description

热管

【技术领域】

本发明涉及散热领域，特别是关于一种用于传递热量之热管。

【背景技术】

现有散热领域中，热管由于具有传热快的特点而得到广泛应用，其是利用壳体内的工作流体在气、液两相变换时吸收或放出大量热的原理进行工作，壳体内壁上通常设置有便于冷凝液体回流的毛细结构(Capillary WickStructure)，该毛细结构的功能主要是一方面提供冷凝后液体快速回流所需的驱动力，另一方面提供壳体内壁与壳体内液气接口间的热传导路径。目前常用的毛细结构主要有丝网式、烧结粉末及沟槽式三种。

众所周知，热管内毛细结构所具有的毛细作用力与其有效的毛细孔径成反比，且管内液体回流所遭遇的阻力也与毛细结构的有效毛细孔径成反比，即有效毛细孔径小，毛细作用力强且液体回流阻力大。上述不同型式的毛细结构具有不同大小的有效毛细孔径，其中，沟槽式毛细结构具有较大的有效毛细孔径，毛细作用力小且对流体回流阻力也较小；而烧结粉末与丝网式毛细结构由于均形成多孔构造，因此具有更小的有效毛细孔径，对液体能产生更大的毛细作用力，但随着孔隙变小，对液体回流阻力也增加，这是因为如果有效毛细孔径过小，流体所受到的摩擦阻力与黏滞力也越大。

另外，不同型式之毛细结构与管外热源的热传递效果也不相同，其中，具有较小孔径的烧结粉末与丝网式毛细结构可增加与热管管壁接触面积，并且还可增加与管内工作液体的接触总表面积，因而也更有利于热量从外界热源传递至管内，为外界热源所散发之热量进入管内提供更有效的热传导路径。

图1所示即为现有热管的典型构造剖面示意图，该热管10包括金属壳体12及设于壳体12内的毛细结构14，该热管一端形成蒸发段A，另一端形成冷凝段C，且根据应用需要可在两段中间布置绝热段B，该蒸发段A用于接收外界热源的热量，并且把热量传递给管内的工作液体(图未示)，使其蒸发，绝热段B主要是负责传输蒸气，并担负着与外界隔热的作用，该冷凝段C的作用是使气态的蒸气冷凝，并把热量通过管壁传到管外。使用时，热管10的蒸发段A置于高温热源处，壳体12内的工作液体受热而蒸发成气态，该蒸气经由壳内空腔流向冷凝段C后放出热量而冷凝成液态，该冷凝液体在壳体12内壁毛细结构的吸附力下快速返回蒸发段A并继续下一次工作循环，如此将热量从一处传递至另一处。

目前，热管内部从蒸发段至冷凝段一般是采用单一型式的毛细结构，如单一沟槽式结构、单一烧结粉末式结构或单一丝网式结构，因此在热管操作的每一局部所能承受的最大热流密度几乎是一致的，该结构单一的毛细结构对工作液体无法同时兼顾较小的流体回流阻力与较大的毛细作用力，且亦不能同时在外界热源与管内工作液体之间提供有效的热传导路径，对热管的传热性能影响较大。

【发明内容】

为解决上述单一型式毛细结构不能对工作液体同时兼顾较小的流体回流阻力与较大的毛细作用力，以及不能同时在外界热源与管内工作液体之间提供有效的热传导路径的问题，在此有必要提供一种热管，使其可对工作液体同时兼顾较小的流体回流阻力与较大的毛细作用力，加速工作液体在管内的循环，增大热传量，并可同时在外界热源与管内工作液体之间提供有效的热传导路径。

该热管包括蒸发段与冷凝段，该蒸发段与冷凝段设置有不同型式的毛细结构，且该蒸发段的毛细结构较冷凝段的毛细结构具有较小的有效毛细孔径。

相较现有技术，上述热管通过在蒸发段与冷凝段设置不同型式的毛细结构，冷凝段具有较大有效毛细孔径的毛细结构对冷凝后的液体产生的回流阻力小，便于其回流；而蒸发段具有较小有效毛细孔径的毛细结构对液体能产生较大的毛细作用力，驱动冷凝液体由冷凝段往蒸发段加速回流，从而加速工作液体在管内的循环传热，增大热传量；另外，蒸发段的毛细结构由于具有较小间隙，可增加与热管管壁的接触面积，并增加与管内工作液体的接触总表面积，更有利于将外界热源的热量传递至管内带走。

【附图说明】

下面参考附图，结合实施例对本发明作进一步描述。

图1是现有热管的轴向剖面示意图。

图2是本发明热管较佳实施例的轴向剖面示意图。

图3是图2所示热管冷凝段C沿III-III线的剖示图。

图4A是图2所示热管蒸发段A沿IV-IV线的剖示图。

图4B是图2所示热管蒸发段A另一实施例的剖示图。

图4C是图2所示热管蒸发段A又一实施例的剖示图。

图4D是图2所示热管蒸发段A复一实施例的剖示图。

图4E是图2所示热管蒸发段A再一实施例的剖示图。

图5是本发明热管另一较佳实施例的轴向剖面示意图。

图6是本发明热管又一较佳实施例的轴向剖面示意图。

【具体实施方式】

鉴于现有热管内部采用单一型式毛细结构不能达到热管传热性能优化的问题，本发明对热管内部的毛细结构改采用不同型式的毛细结构进行组合，即在热管的蒸发段及冷凝段设置具有不同型式的毛细结构，如图2所示即为本发明热管的较佳实施例，该热管20沿壳体22长度方向依次形成冷凝段C、绝热段B及蒸发段A，其中，冷凝段C及绝热段B采用沟槽式毛细结构，如图3所示，为由若干细小的轴向沟槽241构造形成；蒸发段A则采用烧结式毛细结构，如图4A所示，为由烧结粉末242经由烧结制程而形成在蒸发段A上，该粉末颗粒可选用陶瓷粉末或者金属粉末如铜粉等。

本发明上述实施例中如此构建所得之具有不同型式的毛细结构组合形成的混合毛细构造，可对管内的工作液体(图未示)同时兼顾毛细作用力与回流阻力，并可为管内外提供有效的热传导路径，实现热管整体传热性能的优化，增加热管的热传量。这是因为一方面，冷凝段C与绝热段B的沟槽式毛细结构具有较大的流道间隙，回流液体在其中所受到的摩擦阻力与黏滞力较小，对冷凝后的液体产生的回流阻力小，便于其回流；另一方面，蒸发段A的烧结式毛细结构由于形成为多孔构造，其具有较小的毛隙孔隙，对液体能产生较大的毛细吸附力，驱动冷凝液体产生由冷凝段C往蒸发段A运动的趋势，进一步加速冷凝液体由冷凝段C往蒸发段A回流，从而整体加速工作液体在管内的循环，增加热量在热管20内的传递速度；另外，蒸发段A的烧结式毛细结构由于设置成具有较小间隙的多孔构造，可增加与热管20管壁的接触面积，并增加与管内工作液体的接触总表面积，更有利于将外界热源的热量传递至管内，从而更快速地将热源的热量带走。

由于丝网式毛细结构与烧结式毛细结构在孔径大小、提供毛细力等特性方面较相似，因此为达到同样的效果，蒸发段A除设置上述烧结式毛细结构之外，还可设置如图4B至图4E所示的其它多种情形。其中，图4B所示是在蒸发段A设置由丝网243构成的丝网式毛细结构，该丝网243可采用金属铜网或者纤维束编织形成，图4C所示是在蒸发段A同时设置由沟槽241与烧结粉末244构成的复合式毛细构造；图4D所示是在蒸发段A同时设置由沟槽241与丝网245形成的复合式毛细结构；图4E所示也是在蒸发段A同时设置由沟槽241与丝网246形成的复合式毛细结构，但该丝网246是卷设形成与沟槽241相匹配的形状，如此可增加丝网246与管壁的接触面积，以便于外界热源的热量更有利于传递至管内。

上述实施例中蒸发段A均设置有烧结粉末或者丝网的多孔毛细结构造，而冷凝段C均采用沟槽式毛细结构，以达到促使工作液体在管内顺畅且快速回流，提高管内外的热交换效率。当然，本发明的冷凝段C除设置沟槽式毛细结构之外，亦可设置烧结式或者丝网式多孔毛细结构，但只要使冷凝段C多孔毛细结构的孔径与蒸发段A所设置烧结粉末或丝网式多孔毛细结构的孔径大小不同，且蒸发段A的孔径较小即可，如图5所示即在冷凝段C设置由丝网341构成的丝网式毛细结构，而在蒸发段A设置孔径较小并由烧结粉末342构成的毛细结构，再如第六图所示在冷凝段C设置烧结粉末441，而在蒸发段A设置孔径较小的丝网442，如此使毛细孔径较大的冷凝段C具有流阻小、便于冷凝液体回流的特性，而毛细孔径较小的蒸发段A具有毛细作用力大、与管壁接触面积大的特性，而同样达到提高热传的效果。

本发明的上述所有实施例中，仅针对在冷凝段C设置单一型式毛细结构进行描述，显然，在该冷凝段C亦可设置复合式毛细结构，而在该蒸发段A亦可设置除上述的沟槽与烧结粉末或者沟槽与丝网之外的其他复合式毛细结构，比如在冷凝段C设置由沟槽与烧结粉末或者沟槽与丝网构成的复合式毛细结构，而在蒸发段A设置由烧结粉末与丝网叠置形成的多层复合式毛细结构，或者先在蒸发段A设置孔隙较大的丝网，之后在该丝网的较大孔隙中填入较小的粉末颗粒进行烧结而形成单层复合式毛细结构。据此，使冷凝段C与蒸发段A之间的毛细结构组合形式更加多样化，给使用者更大的选择空间。

本发明热管的上述较佳实施例通过设置组合式毛细结构，具有优异的热传递特性，其最大热传量较目前采用单一型式毛细结构的热管高，能满足更高功率发热元件的传热需求。

本发明实施例中，绝热段B可以根据需要加设，且该绝热段B设置的毛细结构可以与冷凝段C或蒸发段A相同，或者在绝热段B设置有效毛细孔径介于蒸发段A与冷凝段C之间的毛细构造，如此则从冷凝段C、绝热段B至蒸发段A所设毛细结构的有效毛细孔径依次逐渐减小，使回流液体遭遇的流阻及受到的毛细作用力依阶梯式过度，使其回流更顺畅。

Claims (10)

1.一种热管，其包括蒸发段与冷凝段，其特征在于：该蒸发段与冷凝段设置有不同型式的毛细结构，且该蒸发段的毛细结构较冷凝段的毛细结构具有更小的有效毛细孔径。

2.如权利要求1所述的热管，其特征在于：所述蒸发段与冷凝段可分别设置单一或者复合式毛细结构。

3.如权利要求2所述的热管，其特征在于：该毛细结构选自沟槽、丝网或烧结粉末。

4.如权利要求3所述的热管，其特征在于：该冷凝段的毛细结构为若干细小的沟槽，该蒸发段的毛细结构为烧结粉末或者丝网。

5.如权利要求3所述的热管，其特征在于：该冷凝段的毛细结构为若干细小的沟槽，该蒸发段的毛细结构为若干细小沟槽与烧结粉末构成的复合结构。

6.如权利要求3所述的热管，其特征在于：该冷凝段的毛细结构为若干细小的沟槽，该蒸发段的毛细结构为若干细小沟槽与丝网构成的复合结构。

7.如权利要求3所述的热管，其特征在于：该冷凝段的毛细结构为丝网，该蒸发段的毛细结构为孔隙较该丝网小的烧结粉末。

8.如权利要求3所述的热管，其特征在于：该冷凝段的毛细结构为烧结粉末，该蒸发段的毛细结构为孔隙较该烧结粉末小的丝网。

9.如权利要求3所述的热管，其特征在于：所述蒸发段与冷凝段之间还设有绝热段，该绝热段设置有有效毛细孔径介于蒸发段与冷凝段之间的毛细结构。

10.如权利要求3所述的热管，其特征在于：所述蒸发段设置由丝网与烧结粉末构成的复合式毛细结构。

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