CN220818680U - 一种复合腔体热管结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型例涉及一种复合腔体热管结构，包括热管，所述热管依次区分有蒸发段、绝热段、冷凝段三个部分，其中，蒸发段和冷凝段分别位于两端，绝热段位于蒸发段和冷凝段之间，所述蒸发段包括蒸发段外管和设于蒸发段外管内壁上的第一粉末烧结层，所述绝热段具有多通道结构，其包括绝热段外管和绝热段内管，绝热段外管的内表面和绝热段内管的外表面间具有若干个通道，通道内填充第二粉末烧结层，所述冷凝段包括冷凝段外管和设于冷凝段外管内壁上的第三粉末烧结层，所述第一粉末烧结层、第二粉末烧结层和第三粉末烧结层依次连接形成液体回流通道。

Description

一种复合腔体热管结构

技术领域

本实用新型涉及传热装置领域，一种复合腔体热管结构。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，晶体管的集成度越来越高，芯片的发热量与日俱增，常规热管的功率和性能在某些领域很难满足高功率和高性能的要求。所以需要开发性能更好的热管以满足电子设备的散热需求。

热管是由极高纯度的无氧铜管及内部的毛细结构制成，里面充填适量的工作流体。当受热端将工作流体蒸发成气相时，气流经过中空管道到冷却端，冷却后将工作流体凝结成液相；冷凝液再通过毛细组织吸回受热端，如此即完成一个热循环。通过如此的相变化，可在很小的温差下传递大量热能。热管具有高热传能力、快速传热、高热传导率、重量轻、无可动组件、结构简单及多用途等特性，目前广泛应用于3C电子产品的均温与散热方面用途。由中国专利CN1932427A热导管及其制备方法的背景技术中可知，现有的热管主要分为沟槽热管、塞网热管及粉末烧结热管三种，其中当以粉末烧结热管具有的三维空间毛细结构的效果最佳，然而因为粉末烧结热管的制备方法，需先插入中间棒于铜管中，然后填充无氧铜粉等毛细结构材料后烧结，烧结完成后再将中间棒取出，只是此制备方法在填充无氧铜粉时，容易造成空气污染，且填充有其困难性，尤其在管长时更难填充，且易有填充不均匀的情形，而且中央棒为耗材增加成本，也常有取出困难等缺点；而塞网式热管相对于粉末烧结热管具有制备较快速容易的优点，仅要将预先编织好的编织网卷曲置入铜管中再予烧结即成，制程相对简单快速，然而其毛细结构采用编织网的二维结构，其效果较粉末烧结热管为差为其不足，如何同时具有塞网式热管的简单快速制备及粉末烧结式热管的高散热效率，实为业界亟待克服的难题。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种复合腔体热管结构。

为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案是：一种复合腔体热管结构，包括热管，所述的热管依次区分有蒸发段、绝热段、冷凝段三个部分，其中，蒸发段和冷凝段分别位于两端，绝热段位于蒸发段和冷凝段之间，所述的蒸发段包括蒸发段外管和设于蒸发段外管内壁上的第一粉末烧结层，所述的绝热段具有多通道结构，其包括绝热段外管和绝热段内管，绝热段外管的内表面和绝热段内管的外表面间具有若干个通道，通道内填充第二粉末烧结层，所述的冷凝段包括冷凝段外管和设于冷凝段外管内壁上的第三粉末烧结层，所述的第一粉末烧结层、第二粉末烧结层和第三粉末烧结层依次连接形成液体回流通道。

优选地，所述的蒸发段外管、绝热段外管和冷凝段外管一体成型。

优选地，所述的第一粉末烧结层、第二粉末烧结层和第三粉末烧结层一体成型。

优选地，所述的蒸发段的管内径定义为D1，所述的绝热段的管内径定义为D2，所述的冷凝段的管内径定义为D3，所述的D2同时小于D1和D3。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型复合腔体热管，通过改善热管内部结构，实现了热管内部蒸汽与回流液体隔离，解决了传统热管蒸汽对回流液体的对冲阻力问题，从而提升了热管的解热功率和提升热阻性能，解决了常规热管不能在高功率散热领域的使用的问题，以及热阻不能进一步提升的问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的剖视图。

图3是本实用新型的结构分析图。

图4是本实用新型多通道管体毛细结构的示意图。

图5是本实用新型多通道管体的结构示意图。

图6是本实用新型多通道管体的横截面示意图。

图7是本实用新型制作时的示意图。

图8是本实用新型的上端芯棒示意图。

图9是本实用新型的热管结构剖视图。

图10是本实用新型的下端芯棒示意图。

图11是本实用新型制作时的剖视图。

附图标记：

1.上端芯棒；11.上端棒体；12.上端杆体；13.上端阶梯面；2.热管；21.蒸发段；211.蒸发段外管内壁；212.蒸发面；213.蒸发容纳槽；214.蒸发段外管；215.第一粉末烧结层；22.绝热段；24.多通道管体；241.绝热段内管；242.支撑筋；243.通道管；244.绝热段外管；245.第二粉末烧结层；23.冷凝段；231.冷凝段外管内壁；232.冷凝面；233.冷凝容纳槽；234.冷凝段外管；235.第三粉末烧结层；3.下端芯棒；31.第一下端杆体；32.第二下端杆体；33.第三下端杆体；34.下端阶梯面；4.液体回流通道。

具体实施方式

请参阅图1-6所示，本实施例涉及一种复合腔体热管结构，包括热管2，所述热管2为两端开口的直型热管2，所述热管2的管壁断面形态为圆形或扁形；且该热管2的壁断面更可为圆形与扁形兼具的形态(如一圆形热管的局部区段设呈扁形态样)。热管2的两端开口密封后形成热导管，所述热管2的两端开口被封密后形成中空密闭式热导管，热导管内部形成一内部空间并抽真空状态且容置有工作流体(图未示)，该工作流体可遇热蒸发为蒸汽，遇冷冷凝为液体。该热管依次区分有蒸发段21、绝热段22、冷凝段23三个部分。其中，蒸发段21和冷凝段23分别位于两端，绝热段22位于蒸发段21和冷凝段23之间。蒸发段21也称为缩头段，蒸发段21的管内径定义为D1，绝热段22的管内径定义为D2，冷凝段23的管内径定义为D3，蒸发段21具有较小管径，冷凝段23具有较大管径，即D1<D3，D2同时小于D1和D3,如图2。

所述蒸发段21包括蒸发段外管214和设于蒸发段外管内壁211上的第一粉末烧结层215，所述绝热段22具有多通道结构，其包括绝热段外管244和绝热段内管241，绝热段外管244的内表面和绝热段内管241的外表面间具有若干个通道管243，通道管243内填充第二粉末烧结层245，所述冷凝段23包括冷凝段外管234和设于冷凝段外管234内壁上的第三粉末烧结层235，蒸发段外管214、绝热段外管244和冷凝段外管234一体成型，第一粉末烧结层215、第二粉末烧结层245和第三粉末烧结层235依次连接且一体成型并形成液体回流通道4。第一粉末烧结层215、第二粉末烧结层245和第三粉末烧结层235由金属粉末颗粒烧结而成，具有毛细吸液性能。

该热管2用于制作热导管，当蒸发段21将吸收外界热源之热量传给热导管内之工作液体使其蒸发，蒸发的工作液体形成蒸汽流，蒸汽流经绝热段22传输到冷凝段23，冷凝段23冷却并释出热量，且绝热段22降低蒸汽流与液体回流通道4之交互干扰，使冷凝液回流到蒸发段21更为顺畅，达到降低热阻及提升热管最大传热能力之功效。

请参阅图7-11所示，本实施例涉及一种复合腔体热管制作方法,包括如下步骤：

步骤一：根据产品尺寸及性能需求选择多通道管体24；通道数量为2个或3个或4个等，多通道管体24的材质为铜或铜合金或铝或铝合金或钛合金或不锈钢等。

如图5-6所示，所述多通道管体24由内向外包括绝热段内管241、支撑筋242、通道管243和绝热段外管244，所述绝热段内管241和绝热段外管244均为两端具有开口的中空结构，所述绝热段内管241外表面与绝热段外管244内表面之间具有间隙，在绝热段内管241外表面与绝热段外管244内表面之间设有若干根支撑筋，支撑筋将间隙分割成若干个通道管243，通道管243的数量可根据产品的尺寸以及性能需求而选择，支撑筋242的数量可根据通道管243的数量而定。

步骤二：采用机加工设备对步骤一中的多通道管体24的两端进行内壁面车削加工,将绝热段内管241和支撑筋242去掉，即所述多通道管体24通过内车削加工设备去除两端内壁部分圆周通道后形成待加工管体，其中待加工管体从一端向另一端依次形成蒸发段外管214、绝热段外管244、冷凝段外管234，其中绝热段外管244内仍为多通道管体24的结构，即绝热段外管244设有与其同心的绝热段内管241，绝热段外管244与绝热段内管241间具有若干个通道管243，绝热段内管241位于蒸发段外管214一侧的端面为蒸发面212，绝热段内管241位于冷凝段一侧的端面为冷凝面232。内车削加工设备为现有技术，如中国公开专利文献CN114042939A。

步骤三：组装芯棒，填充毛细结构金属粉末，在待加工管体的两端分别插入上端芯棒1和下端芯棒3，上端芯棒1位于蒸发段外管214内，下端芯棒3位于冷凝段外管234内，且上端芯棒1和下端芯棒3同时堵住绝热段内管241，下端芯棒3将冷凝段外管234的开口密封。

如图8所示，所述上端芯棒1包括由上至下依次连接的上端棒体11和上端杆体12。上端芯棒1外形呈阶梯轴状形，本实施例中，所述上端棒体11是为圆柱体，上端棒体11的其中一端与上端杆体12连接，上端棒体11与上端杆体12交接处设有上端阶梯面13，所述上端杆体12为圆柱体，上端杆体12的大小能完全嵌合插入绝热段内管241的通孔内，上端阶梯面13抵止于蒸发面212上。

如图10所示，所述下端芯棒3包括由上至下依次连接的第一下端杆体31、第二下端杆体32以及第三下端杆体33，所述下端芯棒3的直径从第一下端杆体31到第三下端杆体33逐渐减少，呈阶梯轴状形。本实施例中，所述第一下端杆体31、第二下端杆体32和第三下端杆体33为圆柱体，第二下端杆体32与第三下端杆体33的交接处设有下端阶梯面34，第三下端杆体33的大小能完全嵌合插入绝热段内管241的通孔内，下端阶梯面34抵止于冷凝面232上，第一下端杆体31的外周表与冷凝段外管内壁231紧贴连接。

本实施例中，当上端芯棒1插入蒸发段外管214时，所述上端芯棒1的上端杆体12刚好完全能嵌入绝热段内管241的通孔内，将上端芯棒1的上端阶梯面13抵于蒸发面212。所述上端棒体11直径小于蒸发段外管内壁211，此时，上端棒体11与蒸发段外管内壁211之间的间隙形成蒸发容纳槽213，蒸发容纳槽213与多通道管体24的通道管243相通。

当下端芯棒3插入冷凝段外管234时，所述下端芯棒3的第三下端杆体33刚好完全能嵌入绝热段内管241的通孔内，将下端芯棒3的下端阶梯面34抵于冷凝面232，此时第三下端杆体33直径大于或等于冷凝段外管234的内径，将冷凝段外管234的端口封闭。所述第二下端杆体32直径小于冷凝段外管234的内径，此时冷凝段外管234中，第二下端杆体32与冷凝段外管234的冷凝段外管内壁231之间的间隙形成冷凝容纳槽233，冷凝容纳槽233与多通道管体24的通道管243相通。

组装上端芯棒1和下端芯棒3后，从上端棒体11与蒸发段外管内壁211之间的间隙形成蒸发容纳槽213中开始填充毛细结构金属粉末，所述金属粉末为铜粉、铝粉、镍粉及碳纳米粉中的任一种。因蒸发容纳槽213与多通道管体24的通道管243相通，此时毛细结构金属粉末会顺着蒸发容纳槽213进入热管2的通道管243中，形成液体回流通道4，因冷凝容纳槽233与多通道管体24的通道管243相通，通道管243中的液体回流通道4(毛细结构金属粉末)会顺着进入冷凝容纳槽233中。

步骤四：烧结；填粉后的将步骤三中的组装芯棒采用还原气氛烧结法烧结，蒸发段外管内壁211上烧结形成第一粉末烧结层215，通道管243烧结形成第二粉末烧结层245，冷凝段外管内壁231上烧结形成第三粉末烧结层235，烧结温度为900度保温1小时，此时一种复合腔体热管制作完成。

将一种复合腔体热管制作成热导管，包括如下步骤：

步骤一：缩头；将冷凝段的端头进行旋压缩头处理；

步骤二：焊头；

步骤三：缩尾；

步骤四：还原

步骤五：注入工作流体，工作流体选择为去离子水，灌液率为30％。采用先抽后灌方式，将热管抽真空处理，真空度为8Pa。

步骤六：真空除气

步骤七：二次抽真空；

步骤八：焊尾；将蒸发段的端头进行密封处理，该焊尾过程真空泵一直处于工作状态，保证热管2内部处于高真空状态。最后老化和性能测试检测成品，证明完全密封后，完成制备过程。

以上实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种复合腔体热管结构，包括热管，所述的热管依次区分有蒸发段、绝热段、冷凝段三个部分，其中，蒸发段和冷凝段分别位于两端，绝热段位于蒸发段和冷凝段之间，其特征在于：所述的蒸发段包括蒸发段外管和设于蒸发段外管内壁上的第一粉末烧结层，所述的绝热段具有多通道结构，其包括绝热段外管和绝热段内管，绝热段外管的内表面和绝热段内管的外表面间具有若干个通道，通道内填充第二粉末烧结层，所述的冷凝段包括冷凝段外管和设于冷凝段外管内壁上的第三粉末烧结层，所述的第一粉末烧结层、第二粉末烧结层和第三粉末烧结层依次连接形成液体回流通道。

2.根据权利要求1所述的一种复合腔体热管结构，其特征在于：所述的蒸发段外管、绝热段外管和冷凝段外管一体成型。

3.根据权利要求1所述的一种复合腔体热管结构，其特征在于：所述的第一粉末烧结层、第二粉末烧结层和第三粉末烧结层一体成型。

4.根据权利要求1所述的一种复合腔体热管结构，其特征在于：所述的蒸发段的管内径定义为D1，所述的绝热段的管内径定义为D2，所述的冷凝段的管内径定义为D3，所述的D2同时小于D1和D3。