CN206222990U - 一种拼接式空间多支路分布热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种拼接式空间多支路分布热管。该拼接式空间多支路分布热管包括空间多通道管接头（1）、第一支路管壳（2）、第二支路管壳（3）、第三支路管壳（4）和第四支路管壳（5）。本实用新型拼接式空间多支路分布热管内部为空间连接的烧结多孔毛细层，具有优异的传热性能，同时可通过预先选择空间多通道接头各接口的角度，灵活地改变空间多支路热管的分岔形状，适应不同的散热空间需求，为电子设备的微型化、多芯片集成化发展提供一个灵活、可靠、稳定的散热环境。本实用新型制备过程将支路与接头分开制造再拼接，制造简单，成本低廉，符合工业化生产需求。

Description

一种拼接式空间多支路分布热管

技术领域

本实用新型涉及热管及其制造方法，具体涉及一种拼接式空间多支路热管。

背景技术

传统的热管主要由一封闭的单体金属管壳、管壳内壁的毛细结构以及填充于金属管壳内的液体工质组成，并于金属管壳内保持一定的真空度，以提高热管的启动能力。热管的工作原理是：在热管的蒸发端设置热源，管体内的液体工质因吸收热源散发的热量而汽化，所产生的蒸汽在蒸汽压强差的驱动下流向热管的冷凝端，蒸汽在冷凝端液化冷凝成液体，并释放潜热，在毛细力的驱动下液体工质经毛细结构回流到蒸发端，形成一个闭合的循环，使热量不断高效地从蒸发端传递到冷凝端。由于热管构造简单且具有高传热性能、低热阻等特点，符合高热流密度的导热要求，早已在电子技术和其他不同的散热领域得到广泛应用。

由于现代技术的发展，电子设备在航天航空、军工设备、商业设备等领域得到广泛应用和飞速发展，为适应这些领域的使用需求，电子设备逐渐向微型化、集成化和大功率化发展。由于电子设备集成化程度的提高，高温热源点的数量随之增加，在进一步实现其微型化的过程中，其功率密度不断地加大。而传统的热管由于结构简单，冷源、热源的安装位置单一，难以适应复杂的工作环境，电子设备工作过程中产生的热量难以得到快速散发，导致其使用寿命、可靠性、稳定性不断降低，严重阻碍其发展进程。为此，电子设备对其散热设计提出更高的要求，需要一套能适应其集成化、微型化的热设计方案。

专利104567501提出了一种多支路分布热管，但其将各支路先焊接在多通道接头上，形成固定结构，再插入芯棒，并填充金属粉末后进行烧结。固定的结构占用较大的烧结空间，且为适应不同的散热环境变换结构后需要多套芯棒配合烧结，生产方式的灵活性较差，难以大量生产。

因此，如何设计一种具有良好的等温性、优越的传热性、能克服空间因素限制并且制造过程方便灵活的热管结构具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是针对传统热管结构单一、空间灵活性差、散热能力不足以及制造方式灵活性不足的缺点，提出了一种更能克服空间限制、具有高传热性能、制造方式灵活、可分离制造的拼接式空间多支路分布热管及其制造方法，弥补现有热管的技术缺陷。

为达上述目的，本实用新型依据下述的技术方案实现。

一种拼接式空间多支路分布热管，包括空间多通道管接头、第一支路管壳、第二支路管壳、第三支路管壳和第四支路管壳；所述空间多通道管接头有一密封型腔，使得烧结后腔内的毛细层相互连通，保证冷凝的液体工质在各个支路平衡回流；空间多通道管接头的密封型腔内有使各支路管保持连通的接口处呈内凹形的烧结的多孔毛细连接头；

所述第一支路管壳、第二支路管壳、第三支路管壳和第四支路管壳均为一端封闭一端未封闭；所述第一支路管壳、第二支路管壳、第三支路管壳和第四支路管壳的内壁均有烧结的多孔毛细层，且多孔毛细层在支路管的未封闭端延伸形成外凸毛细接头；多孔毛细连接头的内径与外凸毛细接头的内径相等，且两接头能互补贴合；

各支路管壳通过外凸毛细接头对心嵌入多孔毛细连接头，与空间多通道管接头拼接形成互相连通的分岔结构，管壳内壁的多孔毛细层的外凸毛细接头与多孔毛细接头密切贴合，各支路管壳再与空间多通道管接头的密封型腔的接口焊接；

所述拼接式空间多支路分布热管为真空的支架空间结构，且热管腔内填充有液体工质。

进一步地，所述空间多通道管接头、第一管壳、第二管壳、第三管壳和第四管壳的材料是紫铜、铝或不锈钢。

进一步地，所述液体工质为去离子水或乙醇。

进一步地，所述真空的负压为10~20Pa。

进一步地，所述多孔毛细连接头和多孔毛细层的孔隙率为60~70%。

进一步地，所述多孔毛细连接头的内凹形与各管壳的外凸毛细接头互补，所述外凸毛细接头的凸形为锥形或阶梯形。

进一步地，各管壳的形状包括圆筒形或方筒形，同时空间多通道接头的接口形状做相应的改变。

制备上述任一项所述的一种拼接式空间多支路分布热管的方法，包括如下步骤：

（1）准备用于成型的烧结芯棒，包括第一烧结芯棒、第二烧结芯棒和第三烧结芯棒；用于固定的石墨套，包括第一石墨套、第二石墨套和第三石墨套；将空间多通道接头的密封型腔、各烧结芯棒和各管壳除锈去油处理；

（2）分别在第一支路管壳、第二支路管壳、第三支路管壳和第四支路管壳的一端装配固定好第一石墨套，再分别将第一烧结芯棒穿过第一支路管壳、第二支路管壳、第三支路管壳和第四支路管壳的内孔固定在第一石墨套进行对心装配；分别将第三石墨套装配固定在空间多通道管接头的密封型腔底部的各个接口上，将一根第二烧结芯棒从空间多通道管接头顶部的接口插入到空间多通道管接头的密封型腔中，再将第三烧结芯棒的一端分别穿过空间多通道管接头的密封型腔底部上的各个第三石墨套，插入到空间多通道管接头的密封型腔中，贴紧第二烧结芯棒的壁面；

（3）分别将目数为75-100范围大小的金属粉末填入到第一烧结芯棒与第一支路管壳、第二支路管壳、第三支路管壳和第四支路管壳之间的空隙内，再分别套上第二石墨套进行对心固定，同时将各管壳的端口堵住；将目数为100-125范围大小的金属粉末从空间多通道管接头的密封型腔的顶部接口填入到空间多通道管接头的密封型腔内，再给顶部接口套上第三石墨套进行对心固定，压实封住顶部端口；

（4）将填充好金属粉末的各管壳和空间多通道管接头的密封型腔置于保护气体气氛下高温烧结，烧结后的金属粉末附着在管壳和空间多通道管接头的密封型腔内壁上形成孔隙率不同的多孔毛细层；

（5）烧结完成后随气氛炉冷却至室温，取走各石墨套，抽出各烧结芯棒，分别将第一支路管壳、第二支路管壳、第三支路管壳和第四支路管壳带有凸形毛细芯的一端插入到空间多通道管接头的各个接口上，与接口处的凹形毛细层互补贴合，再用焊接工艺对各接口处进行焊接固定，然后对第二支路管壳、第三支路管壳和第四支路管壳的另一端进行封闭，最后在第一支路管壳的端口进行抽真空、灌注液体工质、密封，得到拼接式空间多支路分布热管。

进一步地，步骤（1）中，所述第一烧结芯棒的直径小于各管壳内径，且长度大于各管壳长度。

进一步地，步骤（1）中，所述第二烧结芯棒和第三烧结芯棒的直径均小于空间多通道管接头的密封型腔的内径，长度均大于各通道长度，且第三烧结芯棒的一端可紧贴第二烧结芯棒的圆柱面。

进一步地，步骤（1）中，各烧结芯棒的直径相等。

进一步地，步骤（1）中，各烧结芯棒的材料为不锈钢、镍基合金或石墨。

进一步地，步骤（1）中，所述的各石墨套均对烧结芯棒有对心固定作用。

进一步地，步骤（1）中，所述第一石墨套为内凹不贯通的二阶梯孔石墨套，第一阶梯孔和第二阶梯孔的连接处有一个内向30~60°的倒角，第一阶梯孔的内径与各管壳外径相等，第二阶孔的内径与烧结芯棒的直径相等。

进一步地，步骤（1）中，所述第二石墨套为内凹贯通的一阶梯孔石墨套，阶梯孔的内径与各管壳外径相等，贯通孔的直径与烧结芯棒的直径相等。

进一步地，步骤（1）中，所述第三石墨套为外凸贯通的一阶梯孔石墨套，贯通孔的直径与烧结芯棒的直径相等，且外凸处端面上有一向外30~60°的倒角，外凸部分的外径与空间多通道管接头的密封型腔的各接口处的内径相等。

进一步地，步骤（4）中，所述金属粉末包括铜金属粉末或铝金属粉末。

进一步地，步骤（4）中，所述保护气体为氮气或氢气；所述高温烧结是在850~950℃烧结1-2小时。

本实用新型拼接式空间多支路分布热管中的空间多通道管接头的接口的个数和相互之间的角度可根据实际应用情况确定。

与现有技术相比，本实用新型有如下优点和效果：

（1）对比传统热管，本实用新型提出制造了一种空间多支路热管，适用于多热源多冷源的多种配合使用的散热环境，热管内部为空间连接的烧结多孔毛细层，具有优异的传热性能，同时可通过预先选择空间多通道接头各接口的角度，充分利用散热空间同时又保证较高的毛细力和传热性能强等优点，满足电子设备高集成化多处理器共同散热的使用需求。

（2）对比传统的环路热管和均热板制造成本高、加工不方便、毛细结构过于复杂的问题，本实用新型所设计的拼接式空间多支路热管具有小型化、廉价化、制造简便和灵活性好等优点，适合大功率电子设备模组较为复杂的散热环境的应用，保证其各部位散热性能稳定的要求，能够推动大功率电子器件的市场化发展。

（3）对比平面多支路热管，本实用新型的支路热管空间性能更强且制造过程具有更高的灵活性，支路与接头分开制造再拼接的制造方法方便多种型号热管一齐加工制造，更加能够节省加工空间和散热空间，为多热源多冷源的电子设备提供更好的热控制，低成本地解决更复杂的散热问题。

附图说明

图1为本实用新型一种空间多通道管接头为四接头的拼接式空间多支路分布热管的半剖视图。

图2为一端设置有外锥形烧结毛细层的管壳的结构示意图。

图3为烧结有毛细连接头的空间多通道管接头的结构示意图。

图4为本实用新型拼接式空间多支路分布热管的管壳与空间多通道管接头拼接的装配示意图。

图5为实施例1中第三烧结芯棒的一端紧贴第二烧结芯棒的圆柱面的结构示意图。

图6为实施例1中的第一石墨套的结构示意图。

图7为实施例1中的第三石墨套的结构示意图。

图8为实施例1中填粉前各管壳与第一烧结芯棒的装配示意图。

图9为实施例1中填粉前空间四通道管接头与各烧结芯棒的装配示意图。

图10为实施例1中填粉后各管壳与第一烧结芯棒的装配示意图。

图11为实施例1中填粉后空间四通道管接头与各烧结芯棒的装配示意图。

图12为实施例1中管壳和空间四通道管接头的拼接过程示意图。

图13为图1中A-A处的剖视示意图。

图14为图1中B-B处的剖视示意图。

附图中：1-空间多通道管接头；2-第一支路管壳；3-第二支路管壳；4-第三支路管壳；5-第四支路管壳；6-第一烧结芯棒；7-第一石墨套；8-第二石墨套；9-第二烧结芯棒；10-第三烧结芯棒；11-第三石墨套；12-多孔毛细层；13-多空毛细连接头。

具体实施方式

以下结合相关附图和具体实施例对本实用新型做进一步地详细描述，但本实用新型的实施方式不因此而限定于以下实施例。

如图1所示为本实用新型一种空间多通道管接头为四接头的拼接式空间多支路分布热管的半剖视图，包括空间多通道管接头1、第一支路管壳2、第二支路管壳3、第三支路管壳4和第四支路管壳5；空间多通道管接头1有一密封型腔，空间四通道管接头1的密封型腔内有使各支路管保持连通的接口处呈内凹锥形的烧结多孔毛细连接头13（如图3）；

第一支路管壳2、第二支路管壳3、第三支路管壳4和第四支路管壳5均为一端封闭一端未封闭；第一支路管壳2、第二支路管壳3、第三支路管壳4和第四支路管壳5的内壁均有烧结多孔毛细层12（如图2），且多孔毛细层12在支路管的未封闭端延伸形成与多孔毛细连接头13的内凹锥形对应的外凸锥形毛细接头；多孔毛细连接头13的内径与外凸锥形毛细接头的内径相等；

各支路管壳通过外凸锥形毛细接头对心嵌入多孔毛细连接头13，与空间四通道管接头1拼接形成互相连通的分岔结构，管壳内壁的多孔毛细层12的外凸锥形毛细接头与多孔毛细接头13密切贴合（如图4），各支路管壳再与空间四通道管接头1的密封型腔的接口焊接；

该拼接式空间多支路分布热管为真空的四面体支架空间结构，且热管腔内填充有液体工质；

空间四通道管接头1的密封型腔、第一支路管壳2、第二支路管壳3、第三支路管壳4和第四支路管壳5的材料为紫铜，各管壳为圆形。

实施例1

制备上述一种空间多通道管接头为四接头，各管壳为圆形的拼接式空间多支路分布热管：

（1）将准备用于成型的烧结芯棒，包括第一烧结芯棒6、第二烧结芯棒9和第三烧结芯棒10；用于固定的石墨套，包括第一石墨套7、第二石墨套8和第三石墨套11；将空间多通道接头1、各烧结芯棒和各管壳除锈去油处理；

第一烧结芯棒6的直径小于各管壳内径，且长度大于各管壳长度；所述第二烧结芯棒9和第三烧结芯棒10的直径均小于空间四通道管接头1的密封型腔的内径，长度均大于各通道长度，且第三烧结芯棒10的一端可紧贴第二烧结芯棒9的圆柱面（如图5）；各烧结芯棒的直径相等，各烧结芯棒的材料为不锈钢，外层喷涂脱模剂；

各石墨套均对烧结芯棒有对心固定作用；所述第一石墨套7为内凹不贯通的二阶梯孔石墨套，第一阶梯孔和第二阶梯孔的连接处有一个内向45°的倒角（如图6），第一阶梯孔的内径与各管壳内径相等，第二阶孔的内径与烧结芯棒的直径相等；所述第二石墨套8为内凹贯通的一阶梯孔石墨套，阶梯孔的内径与各管壳内径相等，贯通孔的直径与烧结芯棒的直径相等；所述第三石墨套11为外凸贯通的一阶梯孔石墨套，贯通孔的直径与烧结芯棒的直径相等，且外凸处端面上有一向外45°的倒角（如图7），外凸部分的外径与空间四通道管接头1的密封型腔的各接口处的内径相等；

（2）分别在第一支路管壳2、第二支路管壳3、第三支路管壳4和第四支路管壳5的一端装配固定好第一石墨套7，再分别将四个第一烧结芯棒6穿过第一支路管壳2、第二支路管壳3、第三支路管壳4和第四支路管壳5的内孔固定在第一石墨套7的第二阶梯孔上，过程如图8所示；分别将三个第三石墨套11装配固定在空间四通道管接头1底部的三个接口上，将一根第二烧结芯棒9从空间多通道管接头1顶部的接口插入到空间四通道管接头1的密封型腔中，再将三根第三烧结芯棒10的一端分别穿过空间四通道管接头1的密封型腔底部上的三个第三石墨套11的贯通孔插入到空间四通道管接头1的密封型腔中，贴紧第二烧结芯棒9的壁面，如图9所示；

（3）分别将目数为80的铜金属粉末填入到第一烧结芯棒6与第一支路管壳2、第二支路管壳3、第三支路管壳4和第四支路管壳5之间的空隙内，再分别套上第二石墨套8进行对心固定，同时将各管壳的端口堵住，过程如图10所示；将目数为100的铜金属粉末从空间四通道管接头1的密封型腔的顶部接口填入到空间四通道管接头1的密封型腔内，再给顶部接口套上第三石墨套进行对心固定，压实封住顶部端口，过程如图11所示；

（4）将填充好铜金属粉末的各管壳和空间四通道管接头1置于氢气气氛下950℃高温烧结1小时，烧结后的铜金属粉末附着在管壳和空间四通道管接头1的密封型腔内壁上形成孔隙率分别为为70%和60%的多孔毛细层（如图13、图14）；

（5）烧结完成后随气氛炉冷却至室温，抽出各烧结芯棒，取走各石墨套，分别将第一支路管壳2、第二支路管壳3、第三支路管壳4和第四支路管壳5带有外凸锥形毛细芯的一端插入到空间四通道管接头1的四个接口上，与接口处的内凹锥形毛细层互补贴合，拼接过程如图12所示，箭头表示装配方向；再用焊接工艺对各接口处进行焊接固定，然后对第二支路管壳3、第三支路管壳4和第四支路管壳5的另一端进行封闭，最后在第一支路管壳2的端口进行抽20Pa负压真空、灌注去离子水、封口、焊接密封，得到拼接式四面体支架空间多支路分布热管。

实施例2

制备上述一种空间多通道管接头为四接头，各管壳为圆形的拼接式空间多支路分布热管：

（1）将准备用于成型的烧结芯棒，包括第一烧结芯棒6、第二烧结芯棒9和第三烧结芯棒10；用于固定的石墨套，包括第一石墨套7、第二石墨套8和第三石墨套11；将空间多通道接头1、各烧结芯棒和各管壳除锈去油处理；

第一烧结芯棒6的直径小于各管壳内径，且长度大于各管壳长度；所述第二烧结芯棒9和第三烧结芯棒10的直径均小于空间四通道管接头1的密封型腔的内径，长度均大于各通道长度，且第三烧结芯棒10的一端可紧贴第二烧结芯棒9的圆柱面（如图5）；各烧结芯棒的直径相等，各烧结芯棒的材料为不锈钢，外层喷涂脱模剂；

各石墨套均对烧结芯棒有对心固定作用；所述第一石墨套7为内凹不贯通的二阶梯孔石墨套，第一阶梯孔和第二阶梯孔的连接处有一个内向30°的倒角，第一阶梯孔的内径与各管壳内径相等，第二阶孔的内径与烧结芯棒的直径相等；所述第二石墨套8为内凹贯通的一阶梯孔石墨套，阶梯孔的内径与各管壳内径相等，贯通孔的直径与烧结芯棒的直径相等；所述第三石墨套11为外凸贯通的一阶梯孔石墨套，贯通孔的直径与烧结芯棒的直径相等，且外凸处端面上有一向外30°的倒角，外凸部分的外径与空间四通道管接头1的密封型腔的各接口处的内径相等；

（2）分别在第一支路管壳2、第二支路管壳3、第三支路管壳4和第四支路管壳5的一端装配固定好第一石墨套7，再分别将四个第一烧结芯棒6穿过第一支路管壳2、第二支路管壳3、第三支路管壳4和第四支路管壳5的内孔固定在第一石墨套7的第二阶梯孔上，过程如图8所示；分别将三个第三石墨套11装配固定在空间四通道管接头1底部的三个接口上，将一根第二烧结芯棒9从空间多通道管接头1顶部的接口插入到空间四通道管接头1的密封型腔中，再将三根第三烧结芯棒10的一端分别穿过空间四通道管接头1的密封型腔底部上的三个第三石墨套11的贯通孔插入到空间四通道管接头1的密封型腔中，贴紧第二烧结芯棒9的壁面，如图9所示；

（3）分别将目数为100的铜金属粉末填入到第一烧结芯棒6与第一支路管壳2、第二支路管壳3、第三支路管壳4和第四支路管壳5之间的空隙内，再分别套上第二石墨套8进行对心固定，同时将各管壳的端口堵住，过程如图10所示；将目数为105的铜金属粉末从空间四通道管接头1的密封型腔的顶部接口填入到空间四通道管接头1的密封型腔内，再给顶部接口套上第三石墨套进行对心固定，压实封住顶部端口，过程如图11所示；

（4）将填充好铜金属粉末的各管壳和空间四通道管接头1置于氢气气氛下900℃高温烧结1.8小时，烧结后的铜金属粉末附着在管壳和空间四通道管接头1的密封型腔内壁上形成孔隙率均为65%的多孔毛细层（如图13、图14）；

（5）烧结完成后随气氛炉冷却至室温，抽出各烧结芯棒，取走各石墨套，分别将第一支路管壳2、第二支路管壳3、第三支路管壳4和第四支路管壳5带有外凸锥形毛细芯的一端插入到空间四通道管接头1的四个接口上，与接口处的内凹锥形毛细层互补贴合，拼接过程如图12所示，箭头表示装配方向；再用焊接工艺对各接口处进行焊接固定，然后对第二支路管壳3、第三支路管壳4和第四支路管壳5的另一端进行封闭，最后在第一支路管壳2的端口进行抽10Pa负压真空、灌注去离子水、封口、焊接密封，得到拼接式四面体支架空间多支路分布热管。

实施例3

与实施例2类似的操作方法，不同的是，第一石墨套7和第三石墨套11上的倒角为60°，各管壳中毛细层的铜金属粉末为目数75的，空间多通道管接头1的密封型腔内填充的是125目的铜金属粉末，烧结温度为850℃，烧结时间为2小时，多孔毛细连接头13和多孔毛细层12的孔隙率为70%和60%，抽真空为15Pa。其他条件不变，同样可得到性能相似的拼接式四面体支架空间多支路分布热管。

本实用新型的具体实施例仅是为清楚说地明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型实施方式的限定。对于相应领域的技术工人来说，在上述说明的基础上还可以做出类似的变动，在权利要求范围内的变动也均可实现，此处无法且无需对所有实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内作出的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种拼接式空间多支路分布热管，其特征在于，包括空间多通道管接头（1）、第一支路管壳（2）、第二支路管壳（3）、第三支路管壳（4）和第四支路管壳（5）；所述空间多通道管接头（1）有一密封型腔，空间多通道管接头（1）的密封型腔内有使各支路管保持连通的接口处呈内凹形的烧结的多孔毛细连接头（13）；

所述第一支路管壳（2）、第二支路管壳（3）、第三支路管壳（4）和第四支路管壳（5）均为一端封闭一端未封闭；所述第一支路管壳（2）、第二支路管壳（3）、第三支路管壳（4）和第四支路管壳（5）的内壁均有烧结的多孔毛细层（12），且多孔毛细层（12）在支路管壳的未封闭端延伸形成外凸毛细接头；多孔毛细连接头（13）的内径与外凸毛细接头的内径相等，且两接头能互补贴合；

各支路管壳通过外凸毛细接头对心嵌入多孔毛细连接头（13），与空间多通道管接头（1）拼接形成互相连通的分岔结构，管壳内壁的多孔毛细层（12）的外凸毛细接头与多孔毛细连接头（13）密切贴合，各支路管壳再与空间多通道管接头（1）的密封型腔的接口焊接；

所述拼接式空间多支路分布热管为真空的支架空间结构，且热管腔内填充有液体工质。

2.根据权利要求1所述的一种拼接式空间多支路分布热管，其特征在于，所述空间多通道管接头（1）、第一管壳（2）、第二管壳（3）、第三管壳（4）和第四管壳（5）的材料是紫铜、铝或不锈钢。

3.根据权利要求1所述的一种拼接式空间多支路分布热管，其特征在于，所述液体工质为去离子水或乙醇；所述真空的负压为10~20Pa；所述多孔毛细连接头（13）和多孔毛细层（12）的孔隙率为60~70%。

4.根据权利要求1所述的一种拼接式空间多支路分布热管，其特征在于，所述多孔毛细连接头（13）的内凹形与各管壳的外凸毛细接头互补，所述外凸毛细接头的凸形为锥形或阶梯形；各管壳的形状包括圆筒形或方筒形，同时空间多通道接头（1）的接口形状做相应的改变。