CN219083855U - 热管、平板热管、散热器、led灯、冰箱及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供热管、平板热管、散热器、LED灯、冰箱及车辆，涉及热管技术领域，一种热管，所述热管的至少一个外表面为平面结构，所述热管的腔壁上设有沟槽，所述热管的腔体、沟槽一起由铝或铝合金一体挤压成型，所述沟槽包括凸起沟槽，所述凸起沟槽由设置在热管腔壁上两个相邻的凸起围合而成，所述凸起横截面底边长L满足0.2mm≤L≤1.2mm，凸起横截面高H满足0.2mm≤H≤1.2mm，凸起间距D满足0.2mm≤D≤1.2mm。通过对凸起H、L、D、β参数的优化组合，通过实验测定，热管表面的温差可实现ΔT大约1℃左右，远低于对热管传热性能≤5℃的技术要求，可应用在大功率热源散热、大功率LED灯散热、冰箱除霜及电动汽车电源控制器及锂电池热管理等应用场景。

Description

热管、平板热管、散热器、LED灯、冰箱及车辆

技术领域

本实用新型涉及热管技术领域，特别是涉及一种热管、平板热管、散热器、LED灯、冰箱及车辆。

背景技术

铝基热管性价比高，在很多应用场景可替代铜热管，有着很好的应用前景。

在公开号为CN211120788U的中国实用新型专利中公开了一种沟槽型铝热管，包括管体，所述管体内径为中空设置，所述管体内径环向均布有若干沟槽，该沟槽分隔形成若干凸起；所述管体首尾两端为密封设置，所述管体内径密封填充有冷媒。该实用新型指出了解决已有铝基热管与冷媒接触面积不够、毛细力不够，冷媒无法快速回流问题的方向，但没有涉及到构成沟槽凸起的形状、凸起的尺寸以及凸起的分布。

事实上，构成热管腔壁上沟槽的凸起形状、凸起尺寸及凸起分布对热管传热性能有很大影响，需要对凸起的这些参数进行优化，以最大限度地发挥铝基热管的传热性能，满足更多应用工况的需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种热管、平板热管、散热器、LED灯、冰箱及车辆，旨在通过对热管腔壁上凸起的形状、凸起的尺寸及凸起的分布进行优化，提升铝热管的传热性能，以解决现有铝热管在部分应用工况下，传热工质回流慢，传热能力不足的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种热管，所述热管的至少一个外表面为平面结构，所述热管的腔壁上设有沟槽，所述热管的腔体、沟槽一起由铝或铝合金一体挤压成型。

本实用新型的进一步的技术方案为，所述沟槽包括凸起沟槽，所述凸起沟槽由设置在热管腔壁上两个相邻的凸起围合而成，凸起底边长L满足0.2mm≤L≤1.2mm，凸起高H满足0.2mm≤H≤1.2mm，凸起间距D满足0.2mm≤D≤1.2mm。

本实用新型的进一步的技术方案为，所述凸起与热管腔壁的夹角β满足92°≤β≤122°。

本实用新型的进一步的技术方案为，所述热管腔壁上凸起底边长L满足0.25mm≤L≤0.55mm，凸起高H满足0.25mm≤H≤0.55mm，凸起间距D满足0.25mm≤D≤0.55mm。

本实用新型的进一步的技术方案为，所述沟槽包括设置在热管腔壁上形状近似圆形的圆洞沟槽，所述圆洞沟槽设有与热管腔体连通的开口，所述圆洞沟槽的直径φ满足0.3mm≤φ≤1.2mm。

本实用新型的进一步的技术方案为，一种平板热管，包括多个上述任一项所述的热管，所述平板热管的至少一个外表面为平面结构，多个所述热管及热管腔壁上的沟槽一起由铝或铝合金一体挤压成型。

一种散热器，所述散热器包括上述任一项所述的热管和/或上述的平板热管。

一种LED灯，所述LED灯包括上述任一项所述的热管和/或上述的平板热管。

一种冰箱，所述冰箱包括上述任一项所述的热管和/或上述的平板热管。

一种车辆，所述车辆包括上述任一项所述的热管和/或上述的平板热管。

本实用新型的有益效果是：通过对构成凸起沟槽的凸起形状、凸起尺寸、凸起分布参数的优化组合，通过实验测定，热管表面的温差可实现ΔT大约1℃左右，远低于对热管传热性能≤5℃技术要求，可应用在大功率热源散热、大功率LED灯散热、冰箱除霜及电动汽车电源控制器及锂电池热管理等应用场景。

附图说明

图1是本实用新型中热管实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型中热管实施例2的结构示意图；

图3是本实用新型中热管实施例3的结构示意图；

图4是本实用新型中平板热管实施例1的结构示意图；

图5是本实用新型中平板热管实施例2的结构示意图；

图6是本实用新型中热管传热性能测试原理图。

图中：10、热管；11、热管壳体；12、腔体；13、凸起；14、沟槽；15、圆洞；20、平板热管；30、热源。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示为本实用新型中热管10的实施例1，一种热管10，包括热管壳体11，热管壳体11内设有腔体12，用于容纳乙醇或去离子水或丙酮或氨水或复合液体等相变传热工质，对热管腔体12抽真空后灌注相变传热工质，热管10的两端可采用激光焊接、压焊、钎焊、锡焊中的一种或多种组合进行密封。热管10的至少一个外表面为平面结构，以便于翅片贴合在热管10平面上进行散热，热管10的外形为正方形、长方形、半球状等包括至少一个平面的各种形状。作为优选的，在热管10中布置铝/铝基合金/铜/铜合金丝或网或其他材料，可进一步提高液态相变传热工质的回流能力（图中未示出）。

作为优选的，当腔体12的截面为四边形、五边形等具有拐角的各种形状时，此时热管10在其腔体12的拐角处腔壁较厚，因此在热管10腔壁的拐角处设置有近似圆形的圆洞沟槽15，圆洞沟槽15上设有与热管腔体连通的开口，进一步提高了汽相传热工质与管壁的热交换面积，增强液体相变传热工质的回流能力，而且充分利用了热管10的腔壁，因而进一步提高了热管10的传热能力。但本实用新型不对在热管10腔壁上是否设置圆洞沟槽、圆洞沟槽位置及数量进行限制，可以在热管10腔壁上的任何一个位置设置（包括但不限于腔壁的拐角处），也可以不设置，可以设置一个，也可以设置多个，依据需要而定。热管10的腔壁上设有凸起沟槽14及凸起13，在本实施例1中，在热管10腔壁的四个面上均设有凸起13，本实用新型不对凸起13在热管腔壁中设置的位置及数量进行限制，也可以在腔壁的一个面或二个面或三个面上设置凸起13，凸起13与腔壁的连接采用倒角过渡，相邻的两个凸起13之间构成沟槽14；热管壳体11、凸起13、圆洞沟槽15一起由铝或铝合金一体挤压成型。

热管腔壁上凸起的形状、尺寸和间距对热管性能有重要影响，影响来自两个方面，一方面是汽相传热工质与热管腔壁热交换面积的变化，另一方面是液相传热工质在腔壁上表面张力的变化，对液相传热工质的回流速度带来影响，进而影响了热管的传热性能。因此，对热管中凸起形状、凸起尺寸和凸起分布对热管传热性能的影响进行评估是很有必要的。

首先定义本实用新型中与凸起形状、凸起尺寸、凸起分布、圆洞沟槽尺寸相关的参数H、β、L、D、φ，这些参数的具体解释是，如图1、图3所示：

D为热管腔壁横截面上两个相邻凸起的两个相邻侧边拟合延长线与腔壁拟合延长线两个交点之间的距离。

H为热管腔壁横截面上凸起高点与凸起处腔壁拟合延长线的垂直距离。

L为热管腔壁横截面上凸起的两个侧边拟合延长线与凸起处腔壁拟合延长线两个交点之间的距离。

β为热管腔壁横截面上凸起侧边拟合延长线和凸起处腔壁拟合延长线交点处的切线与凸起侧边拟合延长线的夹角。

φ为热管腔壁横截面上近似圆形的圆洞沟槽直径，系指与圆洞沟槽拟合度最高圆洞的直径。

按照下面的实验原理进行实验设计，就H、β、L、D参数对热管性能的影响进行研究分析：

实验原理：

如图6所示为热管10传热性能测试的布置示意图，包括热管10、热源30、三个测温点（T1、T2、T3）。热管长度、热源位置、测温点位置如图6所示，L1=250mm，L2=200mm，L3=25mm，L4=5mm。T1温度点靠近热源，是热管传热性能测试系统是否符合测试规范的参考温度点。热管传热性能越好，则热管长度方向的均温性就越好，即T2和T3之间的温差ΔT就越小。因此，可以通过测量热管表面的ΔT，来比较热管的传热能力。

实验方法：准备5种不同腔壁结构的热管，并对热管腔壁进行钝化处理。热管腔体呈四边形，腔壁设有凸起，凸起尺寸见表1，热管外形尺寸7mm×7mm×250mm，壁厚0.5mm。相变传热工质为去离子水复合传热工质。试验用热源为恒温热源，热源的试验温度为55℃，温控精度±1℃，采用热电偶对T1、T2、T3三个测温点进行测温，测温精度±0.1℃。

实验解释：

热管腔体内抽真空并灌注传热工质后，在常温下热管内为负压，由于铝合金强度不高，因此，铝热管横截面的尺寸不能太大，否则，热管的腔壁会因为负压而下凹，再考虑到需要测试不同凸起高度H、不同凸起底边长L、不同凸起间距D以及实验测试规范的需要，铝热管横截面的尺寸也不能太小，因此，确定实验热管的外观尺寸为7mm×7mm×250mm，热管壁厚为0.5mm。在设计热管腔壁凸起参数时，由于目前型材挤压水平的极限工艺精度为0.2mm，因此将H、D、L的最小尺寸选择在0.2mm。又由于热管腔壁的边壁上至少要设置两个凸起，才能形成提升液体表面吸附力的沟槽，因此对外观尺寸为7mm×7mm×250mm、壁厚为0.5mm的热管，凸起最大间距只能为1.2mm，否则在热管腔壁的边壁上就不能形成凸起沟槽，因此将H、D的最大尺寸确定在1.2mm，L的最大尺寸参照H、D进行调整，也基本在1.2mm附近。依据经验确定β角的取值范围为90～120°，在确定了H、D、L、β的最大、最小值后，又选定了两组中间数据。如表1所示，将未设立凸起的热管5#作为对照组。

表1：热管腔壁结构参数与传热性能数据表

测试数据见表1，未设立凸起结构的热管5#，ΔT为23.60℃，远远大于对热管传热性能的评价标准（ΔT≤5℃），这说明热管5#在水平使用工况下，传热能力很差。通过对热管1#、热管2#、热管3#、热管4#的实验数据可以看出，该几种腔壁结构的热管ΔT≤5℃，说明均能满足热管传热性能的评价标准。热管2#的ΔT=1.20℃，ΔT值最小，说明最佳腔壁结构的参数位于热管1#和热管3#之间。样品4#的ΔT=4.8℃，非常接近热管性能的最低标准5.0℃，说明超过热管4#腔壁的结构参数将不能满足应用需求。另外，在生产过程中发现，当β=90°时，不利于型材挤出。依据上面的测试数据分析和生产过程中积淀的经验，可基本确定描述热管凸起形状、尺寸、分布参数的H、β、L、D的最佳取值区间：0.2mm≤H≤1.2mm、0.2mm≤L≤1.2mm、0.2mm≤D≤1.2mm、92°≤β≤122°。依据上述的实验数据，也可推断出圆洞沟槽的直径φ的上限尺寸为1.2mm时，液相传热工质获得的表面张力最大，液相传热工质的回流速度最快，传热性能最好，又由于铝或铝合金热管壳体和圆洞沟槽一起一体挤压成型时，φ的直径小于0.3mm，目前的工艺水平难以实现，因此圆洞沟槽直径φ的下限尺寸为0.3mm，故而圆洞沟槽直径φ的最佳取值区间为0.3mm≤φ≤1.2mm。

在本具体实施例1中，β为105°，L为0.6mm，H为0.6mm， D为0.6mm，φ为0.5mm。 在大多数使用工况下，热管的全部或热管的部分段有近似水平布置的情况，若未设凸起，或凸起形状、凸起尺寸和凸起分布的参数选择不当，液相传热工质不能回流至热源，或者回流速度很慢，热管无法发挥传热作用或者传热效果很差。正是由于参照了上述经过实验优选出的凸起形状、凸起尺寸及凸起分布的参数来设置热管10的凸起，即使热管10在近似水平布置的工况，液相传热工质也能获得足够的毛细力（即表面张力）回流至热源，保障了热管10的正常工作。由于热管正常传热的关键是液态传热工质能够回流到热源处，回流的速度越快，传热能力就越强，因此热管在使用工况下，要求热管在伸展和折弯过程中，不能出现向下延伸或向下弯曲的情况，否则，液相传热工质将不能克服重力回流。

如图2所示为本实用新型热管的实施例2，一种热管10，热管10的壳体为正方形、长方形、半球状等包括至少一个平面的各种形状，其包括热管壳体11，热管壳体11内设有腔体12，用于容纳相变传热工质，所述热管10的腔壁上设有凸起13，凸起13与腔壁的连接采用倒角过渡，相邻的两个凸起13之间构成凸起沟槽14，热管腔壁拐角处设有近似圆形的圆洞沟槽15，热管壳体11、凸起13和圆洞沟槽15一起由铝或铝合金一体挤压成型。

实施例2与实施例1的不同点在于，热管壳体11的四个腔壁面中，只有两个腔壁面上设置凸起13，在腔体12的腔壁拐角处设置了两个与腔体12连通的圆洞沟槽15。

如图3所示为本实用新型中热管10的实施例3，与实施例1的不同点在于，热管10的腔体12的截面大致呈圆形，热管壳体11的截面可以呈四边形、五边形等各种具有平面或曲面结构的形状，未在腔壁上设置圆洞沟槽15，在本实施例中，β为100°，L为0.5mm，D为0.5mm，H为0.5mm。

平板热管20，包括多个热管实施例1至实施例3任一项所述的热管10。

如图4所示为平板热管20的实施例1，该平板热管20包括6个热管实施例2所述的热管10，所述平板热管20的至少一个外表面为平面结构，设立平面结构是为了便于和热源面或翅片面贴合，多个所述热管10及其腔壁上的凸起和拐角处的圆洞沟槽一起由铝或铝合金一体挤压成型的。在本实施例中，该平板热管包括6个独立封闭的热管，独立封闭的含义是各热管中的相变传热工质是互相隔离的。每个独立热管的腔壁结构可以相同，也可以不同，例如每个独立的热管10内的凸起13或者圆洞沟槽15的数量上可存在差异。

如图5所示为平板热管20的实施例2，该平板热管20包括6个独立封闭的热管实施例3的热管10，在实施例5中，各热管10的腔壁结构特征是相同的，其他方面的描述与热管实施例3一致。

一种散热器，所述散热器包括上述任一项所述的热管和/或上述的平板热管。

一种LED灯，所述LED灯包括上述任一项所述的热管和/或上述的平板热管。

一种冰箱，所述冰箱包括上述任一项所述的热管和/或上述的平板热管。

一种车辆，所述车辆包括上述任一项所述的热管和/或上述的平板热管。

在本实用新型描述中，腔壁系指切除凸起和/或填平圆洞沟槽后，按照凸起和圆洞沟槽之外的腔体表面特性，拟合得到切除凸起和/或填平圆洞沟槽后区域得到的虚拟表面，与未切除和/或填平的区域一起构成腔壁。

在本实用新型描述中，热管和平板热管外观长度方向的水平、近似水平、大致水平的含义系指与水平面的夹角η满足-5°≤η≤5°。平板热管的子热管轴线的水平、近似水平、大致水平的含义系指与水平面的夹角θ满足-5°≤θ≤5°。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

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。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包括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 (9)

1.一种热管，其特征在于，所述热管的至少一个外表面为平面结构，所述热管的腔壁上设有沟槽，所述热管的腔体、沟槽一起由铝或铝合金一体挤压成型，所述沟槽包括凸起沟槽，所述凸起沟槽是设置在热管腔壁上两个相邻的凸起围合而成的沟槽，所述凸起横截面底边长L满足0.2mm≤L≤1.2mm，凸起横截面高H满足0.2mm≤H≤1.2mm，凸起间距D满足0.2mm≤D≤1.2mm。

2.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，所述凸起与热管腔壁的夹角β满足92°≤β≤122°。

3.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，所述热管腔壁上凸起横截面底边长L满足0.25mm≤L≤0.55mm，凸起横截面高H满足0.25mm≤H≤0.55mm，凸起间距D满足0.25mm≤D≤0.55mm。

4.根据权利要求1或2或3所述的热管，其特征在于，所述沟槽包括设置在热管腔壁上形状近似圆形的圆洞沟槽，所述圆洞沟槽设有与热管腔体连通的开口，所述圆洞沟槽的直径φ满足0.3mm≤φ≤1.2mm。

5.一种平板热管，其特征在于，包括多个权利要求1至4任一项所述的热管，所述平板热管的至少一个外表面为平面结构，多个所述热管及腔壁上沟槽一起由铝或铝合金一体挤压成型。

6.一种散热器，其特征在于，所述散热器包括权利要求1至4任一项所述的热管和/或权利要求5所述的平板热管。

7.一种LED灯，其特征在于，所述LED灯包括权利要求1至4任一项所述的热管和/或权利要求5所述的平板热管。

8.一种冰箱，其特征在于，所述冰箱包括权利要求1至4任一项所述的热管和/或权利要求5所述的平板热管。

9.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1至4任一项所述的热管和/或权利要求5所述的平板热管。

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