CN212086803U - 单向导热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种单向导热装置，包括：主体，其具有一密闭的真空腔体，所述真空腔体具有相对设置的第一表面和第二表面；毛细结构，其设于所述第一表面上，所述毛细结构中填充有相变工质；有机囊泡层，其设于所述第二表面上并且能够随温度的变化而热胀冷缩，所述有机囊泡层具有若干个有机囊泡。本实用新型能够实现单向导热；能够避免散热过程中的逆向导热导致发热元件过热而受到损伤，以及避免散热过程中发热元件的过度散热；通过合理选择填充于与毛细结构中的相变工质，能够控制相变工质的汽化温度，从而能适用于各种导热需求的工作场景，能对导热过程实现精准的控制。

Description

单向导热装置

技术领域

本实用新型属于导热装置技术领域，具体涉及一种单向导热装置。

背景技术

随着电子技术的快速进步，电子元器件越来越微型化，但是其功耗越来越大，从而使散热技术严重制约电子技术的发展。因此，解决电子元器件的散热问题变得尤为重要。

目前的导热装置一般只适用于电子元器件的温度大于外界温度的环境中，如果设备的外界环境温度过高与电子元器件时，导热装置将无法起到良好的散热效果，甚至出现电子元器件已经处于发热状态而导热装置仍将外界环境的热量传导给电子元器件的状况，这就导致电子元器件过热，从而出现安全隐患。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种单向导热装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够避免散热过程中的逆向导热导致发热元件过热而受到损伤，以及避免散热过程中发热元件的过度散热的单向导热装置，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种单向导热装置，包括：

主体，其具有一密闭的真空腔体，所述真空腔体具有相对设置的第一表面和第二表面；

毛细结构，其设于所述第一表面上，所述毛细结构中填充有相变工质；

有机囊泡层，其设于所述第二表面上，所述有机囊泡层能够随温度的变化而热胀冷缩，所述有机囊泡层包括若干个有机囊泡。

进一步地，所述第一表面与第二表面之间的间距为0.01～50mm；和/或所述相变工质在所述真空腔体中的沸点为20～100℃。

进一步地，所述相变工质为水、水溶液、甲醇、乙醇和丙酮中的一种。

进一步地，所述有机囊泡中填充有混合工质，所述混合工质包括液态金属和表面活性剂溶液。

进一步地，所述液态金属的熔点不低于20℃；和/或所述有机囊泡被构造成柱形或锥形。

进一步地，所述液态金属为镓、铟、锡中的一种或多种；和/或所述表面活性剂为烷基硫酸盐、聚乙二醇、烷基磺酸盐、烷基二甲胺氧化物中的一种或多种。

进一步地，所述有机囊泡层的组成材料包括尼龙1212、聚硫化亚苯、环氧树脂和氧丁橡胶中的一种或多种。

进一步地，所述主体由金属材料制成并被构造成板状。

进一步地，所述主体的外表面上设有若干散热鳍片组。

一种单向导热装置，包括：

本体，其具有一密闭的真空腔体；

毛细结构，设置在所述真空腔体的第一表面上；

热膨胀层，设置在所述真空腔体的第二表面上，所述热膨胀层可在受热时膨胀并与所述毛细结构导热接触；

其中，所述毛细结构中填充有相变工质，所述相变工质被设置为在受热达到预定的气化温度时，使得所述真空腔体内的压力大于所述热膨胀层膨胀至与毛细结构导热接触的热膨胀力。

本实用新型有益效果：

1)能够实现单向导热；

2)能够避免散热过程中的逆向导热导致发热元件过热而受到损伤，以及避免散热过程中发热元件的过度散热；

3)通过合理选择填充于与毛细结构中的相变工质，能够控制相变工质的汽化温度，从而能适用于各种导热需求的工作场景，能对导热过程实现精准的控制；

4)有机囊泡中的混合工质中包含液态金属，液态金属具有很高的比热容和导热系数，使用少量的液态金属即可实现良好的导热效果；

5)制备方法简单高效，适合工业化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种实施方式的剖视图；

图2是图1所示实施方式一种工作场景下的示意图；

图3是图1所示实施方式另一种工作场景下的示意图；

图4是本申请另一种实施方式的剖视图

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细描述。但该等实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。在所示出的实施例中，方向表示即上、下、左、右、前和后等是相对的，用于解释本申请中不同部件的结构和运动是相对的。当部件处于图中所示的位置时，这些表示是恰当的。但是，如果元件位置的说明发生变化，那么认为这些表示也将相应地发生变化。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1所示，本实用新型一种较佳的实施方式中的单向导热装置，其包括：主体10、毛细结构20和有机囊泡层30。

主体10具有一密闭的真空腔体13，真空腔体13具有相对设置的第一表面和第二表面；毛细结构20设于第一表面上，毛细结构20中填充有相变工质；有机囊泡层30设于所述第二表面上，有机囊泡层30能够随温度的变化而热胀冷缩，有机囊泡层30包括若干个有机囊泡31。优选的，有机囊泡层30由热胀冷缩系数良好的有机物材料组成，可以是尼龙1212、聚硫化亚苯、环氧树脂、氧丁橡胶中的一种或多种。

在本实施方式中，主体10由金属材料制成并被构造成板状，板状的主体10具有较大的接触面可以将发热元件表面的热流快速吸收并传递到较大面积的散热面上，使热量能够快速的散发，从而降低发热元件表面的热流密度。在其他实施方式中，主体10也可以被构造成其他形状，如管状、柱状等。

具体的，主体10包括相对设置且呈板状的散热部11和吸热部12，所述散热部11和吸热部12共同界定形成真空腔体13。其中，散热部11上与吸热部12相对的内表面为第一表面，吸热部12上与散热部11相对的内表面为第二表面。前述吸热部12系贴附在发热元件(如中央处理器、绘图晶片、通讯晶片、电池等)上，其用以吸收该发热元件产生的热量。优选的，主体10可以由铜、铝、不锈钢等导热性能良好的金属材料制成。

本实用新型提供的单向导热装置，能够实现单向导热。即吸热部12吸收发热元件的产生热量后，使得设于第一表面上的有机囊泡层30受热膨胀，至其接触到散热部11后将热量发散到散热部11上进行散热。虽然通常情况下有机材料的导热性能差，但是其受热膨胀后，囊泡壁大幅度变薄，继而能够大幅度提升其导热性能，从而实现良好的导热。

请参照图2所示，在上述过程中，若在外界环境温度较高时，散热部11吸收热量，使得填充于第二表面上的毛细结构20中的相变工质汽化，从而使得真空腔体13内部的气压变大，能够阻碍有机囊泡层30的膨胀，进而使得有机囊泡层30无法接触到散热部11，而有机囊泡层30在未膨胀的情况下其导热性能差，难以实现向吸热部12的导热，即散热部11吸收外界的热量后难以将热量导向吸热部12，从而对与吸热部12贴合的发热元件起到保护作用。当外界环境温度降低，使汽化的相变工质冷凝为液态后，还可以通过毛细作用吸附于毛细结构20中。

请参照图3所示，若在外界环境温度较低时，有机囊泡层30能够充分膨胀直至接触到散热部11进行散热，但这个散热过程会从连续性的散热转变为间歇性的散热，这是因为有机囊泡层30接触到散热部11后快速降温，有机囊泡层30冷却收缩，收缩后与散热部11分离，使得散热中断，但吸热部12还会继续吸收发热元件的热量，从而重复前述散热过程。

具体的，第一表面与第二表面之间的间距为L₁，所述L₁为0.01～50mm。有机囊泡层30的厚度为L₂，所述L₂不大于L₁。

第一表面和第二表面的间距L₁可以根据发热元件的需求进行合理化调整，若发热元件对温度稳定性要求较高、即温控范围较小时，如一些精密仪器需要控制在30～35℃的工作温度，则可选择第一表面和第二表面的间距L₁较小的单向导热装置；若发热元件的温控范围较大，如可在10～60℃条件下正常工作，则可选择第一表面和第二表面的间距L₁较大的单向导热装置。

有机囊泡层30的厚度L₂与管壁间距L₁能够实现配合，当L₁和L₂的相接近，即有机囊泡层30与第一表面之间的间距较小时，可以提高单向导热的即时性；当L₁和L₂的相差较大，即有机囊泡层30与第一表面之间的间距较大时，则可以使单向导热产生一定的延时性。

具体的，所述相变工质在真空腔体13中的沸点为20～100℃。相变工质可以是纯水、水溶液、醇类、酮类及其他无机或有机化合物。优选的，相变工质为纯水、水溶液、甲醇、乙醇和丙酮中的一种。其中，水溶液可以是氯化钠水溶液，不同浓度的氯化钠水溶液具有不同的沸点，可以根据实际情况进行选择。

相变工质可以根据不同的工作场景进行合理选择，例如选择在真空腔体13中的沸点为20℃的相变工质时，若外界环境温度高于20℃相变工质将汽化，使真空腔体13内的气压增大，从而阻碍有机囊泡层30的膨胀，此时即使吸热部12的温度高于外界环境温度，吸热部12也难以实现向散热部11的导热；再如选择在真空腔体13中的沸点为100℃的相变工质时，只要外界环境温度低于100℃相变工质将无法汽化，就无法影响真空腔体13内的气压，从而无法阻碍有机囊泡层30的膨胀，此时即使外界环境温度处于一个较高的温度(低于相变工质在真空腔体13中的沸点的温度)，吸热部12依然能够实现向散热部11的导热。

具体的，有机囊泡31中填充混合工质，所述混合工质主要由液态金属和表面活性剂溶液(水溶液)组成。其中，所述混合工质中的液态金属所占质量分数为10％～60％，表面活性剂溶液所占质量分数为40％～90％，表面活性剂溶液中的表面活性剂的质量浓度为0.01％～5％。混合工质受热后会产生大量的微小气泡，从而使受热熔化的液态金属能够分散成大量的微小金属液滴并充分的分散于表面活性剂溶液中，进而利用液态金属优异的导热性能以实现良好的导热。

所述液态金属的熔点不低于20℃，优选为镓、铟、锡中的一种或多种。所述表面活性剂可以是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂及非离子表面活性剂，可根据液态金属的种类进行选择，优选为烷基硫酸盐、聚乙二醇、烷基磺酸盐、烷基二甲胺氧化物中的一种或多种。

具体的，有机囊泡31被构造柱形或锥形。

有机囊泡31的形状同样对散热有一定的影响，可以根据发热元件的需求对其形状进行选择。如柱形或锥形的有机囊泡31相比于球形有机囊泡31更具有指向性，更加偏向于由吸热部12向散热部11的导热。

具体的，主体10的外表面上设有若干散热鳍片组。优选的，散热鳍片组设于散热部11的外表面上。散热鳍片组的设置可以增加散热部11的散热面积，从而实现更佳的散热效果。

请参照图4所示，本实用新型另一实施方式中的单向导热装置，包括：

本体40，其具有一密闭的真空腔体43；

毛细结构50，设置在所述真空腔体43的第一表面41上；

热膨胀层60，设置在所述真空腔体43的第二表面42上，所述热膨胀层60可在受热时膨胀并与毛细结构50导热接触；

其中，所述毛细结构50中填充有相变工质，所述相变工质被设置为在受热达到预定的气化温度时，使得所述真空腔体43内的压力大于所述热膨胀层60膨胀至与毛细结构50导热接触的热膨胀力。

优选的，真空腔体43的第一表面41和第二表面42相对设置。

优选的，热膨胀层60为具体囊泡结构61的有机囊泡层。

优选的，所述相变工质在真空腔体43中的沸点为20～100℃。相变工质可以是纯水、水溶液、醇类、酮类及其他无机或有机化合物。其中，水溶液可以是氯化钠水溶液，不同浓度的氯化钠水溶液具有不同的沸点，可以根据实际情况进行选择。

本实用新型一种实施方式中的单向导热装置的制备方法，包括以下内容：

提供第一金属板作为散热部11，对第一金属板的表面进行清洁处理，具体包括去除氧化皮、除油、清洗和干燥等常规清洁处理；

在第一金属板的一表面上烧结一层金属毛细结构20；

提供第二金属板作为吸热部12，对第二金属板的表面用一定浓度的盐酸进行预处理，使其表面包覆一层强酸膜；

配置有机溶液，将液态金属至于表面活性剂溶液中，搅拌0.5～3h使液态金属和表面活性剂溶液混合均匀，然后加入易挥发的有机溶剂和热膨胀系数好的有机物(如尼龙1212、聚硫化亚苯、环氧树脂、氧丁橡胶等)，搅拌均匀即制得所述有机溶液；

在第二金属板的一表面上涂覆一层前述有机溶液，烘干后，再重新再涂覆一层，重复前述操作以形成有机囊泡层30，可根据实际的厚度需求选择涂覆几层；

将第一金属板上具有毛细结构20的一面，与第二金属板上具有有机囊泡层30的一面相对合盖，然后进行焊接，使第一金属板和第二金属板之间形成一具有一定高度的空腔；

在第一金属板上的毛细结构20中填充相变工质，然后抽真空，再进行封口处理，即制得所述单向导热装置。

本实用新型提供的单向导热装置可应用于新能源汽车的电池系统中，通过将单向导热装置加装于新能源汽车的电池组上，能够避免电池组出现过冷或过热不能深度放电的问题。

本实用新型提供的单向导热装置具有以下优点：

1)能够实现单向导热；

2)能够避免散热过程中的逆向导热导致发热元件过热而受到损伤，以及避免散热过程中发热元件的过度散热；

3)通过合理选择填充于与毛细结构20中的相变工质，能够控制相变工质的汽化温度，从而能适用于各种导热需求的工作场景，能对导热过程实现精准的控制；

4)有机囊泡31中的混合工质中包含液态金属，液态金属具有很高的比热容和导热系数，使用少量的液态金属即可实现良好的导热效果；

5)制备方法简单高效，适合工业化生产。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种单向导热装置，其特征在于，包括：

主体，其具有一密闭的真空腔体，所述真空腔体具有相对设置的第一表面和第二表面；

毛细结构，其设于所述第一表面上，所述毛细结构中填充有相变工质；

有机囊泡层，其设于所述第二表面上，所述有机囊泡层能够随温度的变化而热胀冷缩，所述有机囊泡层包括若干个有机囊泡。

2.根据权利要求1所述的单向导热装置，其特征在于，所述第一表面与第二表面之间的间距为0.01～50mm；和/或所述相变工质在所述真空腔体中的沸点为20～100℃。

3.根据权利要求2所述的单向导热装置，其特征在于，所述相变工质为水、水溶液、甲醇、乙醇和丙酮中的一种。

4.根据权利要求1所述的单向导热装置，其特征在于，所述主体由金属材料制成并被构造成板状。

5.根据权利要求4所述的单向导热装置，其特征在于，所述主体的外表面上设有若干散热鳍片组。

6.一种单向导热装置，其特征在于，包括：

本体，其具有一密闭的真空腔体；

毛细结构，设置在所述真空腔体的第一表面上；

热膨胀层，设置在所述真空腔体的第二表面上，所述热膨胀层可在受热时膨胀并与所述毛细结构导热接触；

其中，所述毛细结构中填充有相变工质，所述相变工质被设置为在受热达到预定的气化温度时，使得所述真空腔体内的压力大于所述热膨胀层膨胀至与毛细结构导热接触的热膨胀力。

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