CN2543011Y - 热管结构 - Google Patents

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李宗隆
赖振田
张自力
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Abstract

一种热管结构，包括一具密闭腔室的管体和盛装在该密闭腔室内的工作介质，该密闭的腔室内具有一定的真空度，即该腔室内气压小于大气压，该管体包括外壁层和内壁层，外壁层是由铝或高碳钢等热传导性能较佳的金属材料制成，而内壁层是紧密结合于管体外壁层的内表面而可将外壁层与工作介质隔开，其是采用一种与工作介质相容的物质。

Description

热管结构
【技术领域】
本实用新型是关于一种热管结构，尤其是指一种传热性能高，工作寿命长的热管结构。
【背景技术】
自然界中的物质通常具有三种存在状态，即固态、液态和气态，该三种状态也可称为三相，即固相、液相和气相，大多数物质可在固相、液相和气相之间相互转化，在相邻两相之间相互转化时温度保持不变而可吸收或放出大量的热，利用这一物理现象可制造出高效加热及致冷等相变化产品，如热管等。
热管是在热源与散热区之间连接一热循环管道，其内盛装有液态热传导工作介质，如水等，该管道内相对保持一定的真空度，其气压小于大气压，从而使水等工作介质的汽化温度降低，因而汽化量和汽化速度均会得到提高，位于加热区(热管的加热区通常称蒸发区)管道内的工作介质受热后汽化，吸收大量的汽化热，并扩散到冷凝区冷凝为液态，放出大量的热，液态工作介质贴附在管道的内表面并回流到蒸发区继续上述热循环。由于水等工作介质(为液态或汽态)具有良好的流动性，在管道内流动速度快，而且具有较高的汽化热和热容，单位变化温度吸收或放出的热量大，因而热管具有传统散热或致冷产品无可比拟的热量高传导性能，利用热管能高效传导热量的特性制成的热管式散热器相对普通散热器冷却速度快，效果极佳。
热管一般具有铝、高碳钢或铜等热传导性能较佳的金属管壁，其管内的工作介质一般为水等流动性好且热容大的液态物质。但是，水等工作介质与铝或碳钢等物质不相容，长期接触会发生化学反应或电化学反应，从而腐蚀管壁。由于工作介质在管体内连续流动同时存在着温差、杂质等因素，使管壳材料发生溶解和腐蚀，流动阻力增大，进而使热管传热性能降低，管体强度下降，甚至引起管壳的穿孔，使热管完全失效，同时，上述化学反应或电化学反应中生成不凝气体，该不凝气体在热管正常工作条件下无法凝结成液态，如此则大大降低热管腔体内的真空度，使热管内气体压强增大，气化温度也随之升高，因此，工作介质汽化量和汽化速度均受到严重影响，同时，该不凝气体被蒸汽流吹到冷凝端后聚集起来形成气塞，从而使有效冷凝面积减小，热阻增大，热管传热性能严重恶化，而且随着时间的延长，不凝气体量逐渐增加，当不凝气体在管内产生的压力与工作介质汽化压力相同时，该热管就达到其工作寿命而无法使用，以上种种问题造成热管散热效率降低、工作寿命缩短。
同时，成本低而且重量轻也是散热器制造领域追求的一个目标，而采用铜等密度较大的金属制造管体，将造成热管整体制造成本高、重量大，对于需散热的计算机装置的安装、携带也会是一种负担；另外，铜相对于铝或高碳钢等金属极易受空气的氧化而在外表面生成一层锈壳，因而降低散热效果。
因此，如何提供一种热传导性能良好且工作寿命较长的热管，实为极待解决的课题。
【发明内容】
本实用新型的目的在于提供一种热传导性能良好且工作寿命较长的热管结构。
本实用新型的目的是通过下列技术方案实现的：本实用新型热管结构包括：一工作介质、一外壁层和一内壁层，外壁层是由热传导性能较佳的金属材料制成的，其可围成一密闭的腔体，该腔室内盛装上述工作介质；该内壁层紧密结合在外壁层的内表面而可将上述外壁层与工作介质隔开，其采用一种与工作介质相容的物质。
本实用新型热管结构由于在管体内壁结合一种与工作介质相容的物质而将外壁层与工作介质隔离，有效地避免了该两不相容物质直接接触发生化学反应而产生的种种问题。
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述。
【附图说明】
图1是本实用新型热管结构的剖视图。
图2是本实用新型热管结构与散热鳍片结合的热管式散热器的立体图。
图3是图2的剖视图。
【具体实施方式】
请参阅图1，是本实用新型热管结构的剖视图，该热管10包括一具密闭腔室13的管体12和盛装在该管体12腔室13内的工作介质18，该工作介质18是流动性好、汽化热高且化学性质稳定的液体，其热容大(单位变化温度吸收或放出热量大)而容易产生相变化，可为水等。该管体12是由外壁层14和内壁层16构成，外壁层14是由铝或高碳钢等热传导系数较高的金属材料制成，其质量轻、而且不易被锈蚀，而该内壁层16较薄，可采用电镀、置换或以其它多种方式紧密结合在外壁层14的内表面，而可将外壁层14与工作介质18隔开，该内壁层16采用的物质也具有良好的热传导性能，并具有与工作介质18相容的特性，即该物质与工作介质18不会发生化学反应，在化学特性上表现出良好的一致性，该种物质可为铜或镍等，同时，该管体内壁层16的表面形成有诸多毛细结构(毛刺状凸起，图未示)，使管体12腔室内的工作介质18由蒸发端扩散到冷凝端后容易贴附在管体12内表面而成为液态回流，从而加速管体12内热循环。
再请参阅图2和图3，该热管10可结合若干散热鳍片20和导热基座30而组成热管式散热器，从而用于冷却中央处理器等发热元件(图未示)。热管10的一端(蒸发端)垂直插设固定在一导热基座30上，该导热基座30是紧密贴设在发热元件表面，并具良好的热传导性能，若干散热鳍片20以相等的间隔穿设固定在该热管10的另一端(冷凝端)，从而组成热管式散热器。当热源(发热元件)将热量传导到该热管式散热器的基座30时，固设在该基座30上的热管10蒸发端即随之受热，位于该热管10蒸发端腔室13内的工作介质18受热后气化并吸收大量的汽化热使基座温度降低，随后该工作介质18以气态扩散到冷凝区，并吸附在管体12内壁层16的诸多毛细结构表面而冷凝成液态，同时放出大量的液化热，使发热元件产生的热量能以较快的速度从基座30传导到散热鳍片20，继而达成高效快速地散热。
本实用新型热管结构在上述热循环过程中，因该内壁层16紧密结合在管体外壁层14内表面，可将外壁层14与工作介质18隔开，且因该内壁层16是采用与工作介质18相容的物质构成，故工作介质18不会与外壁层14接触而发生化学反应，有效防止了管体内壁受腐蚀问题的产生；同时，管体内也不会产生不凝气体，故可有效保证管体12内的真空度，使其内气体压强一直维持在较低的水平，因而，工作介质18的汽化温度保持恒定，汽化量及汽化速度也不会随时间的延长而受到影响，继而保证热管的使用寿命及热传导性能；另外，外壁层采用铝等耐氧化、密度小的金属，克服了单一铜质管体易锈蚀、管体重量大等缺点，如本实用新型的设计有效地克服了存在于传统热管结构中存在的诸多问题。

Claims (15)

1.一种热管结构包括一管体和盛装在该管体内的工作介质，其特征在于：该管体包括一外壁层和一内壁层，外壁层是由热传导性能较佳的金属材料制成的，其可围成一密闭的腔体，该腔室内盛装上述工作介质；该内壁层紧密结合在外壁层的内表面而可将上述外壁层与工作介质隔开，其采用一种与工作介质相容的物质。
2.如权利要求第1项所述的热管结构，其特征在于：该外壁层围成的密闭腔室内保持一定的真空度，即腔室内气压小于大气压。
3.如权利要求第1项所述的热管结构，其特征在于：该工作介质是流动性好、汽化热高且化学性质稳定的液体。
4.如权利要求第1项所述的热管结构，其特征在于：该工作介质具有较大的热容而且容易产生相变化。
5.如权利要求第1项所述的热管结构，其特征在于：该工作介质是水。
6.如权利要求第1项所述的热管结构，其特征在于：该外壁层采用的金属材料具有较高的热传导系数。
7.如权利要求第1项所述的热管结构，其特征在于：该外壁层采用的金属材料具有耐氧化且质量轻的特点。
8.如权利要求第1项所述的热管结构，其特征在于：该外壁层的金属材料是铝。
9.如权利要求第1项所述的热管结构，其特征在于：该外壁层的金属材料是高碳钢。
10.如权利要求第1项所述的热管结构，其特征在于：该内壁层与工作介质相容即不发生化学反应，在化学特性上表现出良好的一致性。
11.如权利要求第1项所述的热管结构，其特征在于：该内壁层可采用电镀的方式紧密结合在外壁层的内表面。
12.如权利要求第1项所述的热管结构，其特征在于：该内壁层可采用置换的方式紧密结合在外壁层的内表面。
13.如权利要求第1项所述的热管结构，其特征在于：该内壁层采用的物质是铜。
14.如权利要求第1项所述的热管结构，其特征在于：该内壁层采用的物质是镍。
15.如权利要求第1项所述的热管结构，其特征在于：该内壁层的表面形成有毛细结构。
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