專利名稱：熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳熱裝置，特別是指一種熱管。
背景技術(shù)：
熱管具有超靜音、高熱傳導(dǎo)率、重量輕、尺寸小、無可動件、結(jié)構(gòu)簡單及多用途等特性而被廣泛應(yīng)用，其基本構(gòu)造是在密閉管材內(nèi)壁襯以易吸收作動流體的毛細(xì)結(jié)構(gòu)層，而其中央的空間則為空胴體狀態(tài)，并在抽真空的密閉管材內(nèi)注入相當(dāng)于毛細(xì)結(jié)構(gòu)層孔隙總?cè)莘e的作動流體。熱管依吸收與散出熱量的相關(guān)位置可分為蒸發(fā)段、冷凝段以及連接蒸發(fā)段與冷凝段的絕熱段；其操作原理是通過工作液體的汽液兩相變化來傳遞熱量。首先，工作液體在蒸發(fā)段吸收來自熱源的熱量，使工作液體蒸發(fā)并使蒸汽快速通過管內(nèi)空間，到達(dá)冷凝段冷卻凝結(jié)成液體且釋放出熱能，冷凝段的工作液體通過貼于熱管內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu)層所提供的毛細(xì)力回流至蒸發(fā)段，如此熱管通過持續(xù)相變化的熱能循環(huán)來傳輸熱量。目前，毛細(xì)結(jié)構(gòu)大多為燒結(jié)金屬粉末、金屬網(wǎng)、金屬絲以及上述不同單一型式毛細(xì)結(jié)構(gòu)的組合。
然而，現(xiàn)有的熱管技術(shù)仍有許多待克服的缺點(diǎn)，包括(1)采用燒結(jié)金屬粉末、金屬網(wǎng)、金屬絲的熱管毛細(xì)結(jié)構(gòu)其孔隙率局限于一小范圍且其孔徑大小成統(tǒng)計分布，熱管性能難以作大幅度的提升，最大傳熱能力受限；(2)采用燒結(jié)金屬粉末、金屬網(wǎng)、金屬絲的熱管毛細(xì)結(jié)構(gòu)不易在量產(chǎn)制程中獲得一致性高的毛細(xì)結(jié)構(gòu)與品質(zhì)，因此無法有效控制主導(dǎo)傳熱性能的孔隙率及孔徑大小，造成熱管在傳熱性能的變異性增加；(3)如圖1所示溝槽式的熱管毛細(xì)結(jié)構(gòu)其孔徑一致，但其孔隙率無法提升，因?yàn)闇喜凼綗峁苤挥袉螌用?xì)結(jié)構(gòu)，因此其工作液體含量將受到限制進(jìn)而限制了熱管的最大傳熱量；(4)冷凝段中凝結(jié)液體回流通道是利用與蒸發(fā)段相同的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，雖然毛細(xì)力隨其中的孔隙直徑減少而增加，但液體的摩擦阻力亦隨之增加，不利于工作液體的回流而易發(fā)生干化，限制其最大傳熱能力。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種能精確控制并能大幅提升孔隙率及孔徑且毛細(xì)結(jié)構(gòu)一致性的熱管。
一種熱管，包括一密封腔體，其內(nèi)裝設(shè)有適量工作液體，該殼體內(nèi)壁形成有便于工作液體回流的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面圍成一沿?zé)峁荛L度方向延伸的蒸汽流道，該熱管包括一蒸發(fā)段、一冷凝段及一位于二者之間的絕熱段，該毛細(xì)結(jié)構(gòu)包括至少一片體，該片體上形成供工作液體流動的通道。
該熱管具有高孔隙率毛細(xì)結(jié)構(gòu)，可精確控制孔隙率及孔徑大小并能大幅提升孔隙率，達(dá)到使用方便、大幅降低熱阻及提升熱管最大散熱能力的功效。
下面參照附圖，結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)溝槽式熱管的軸向截面圖。
圖2是本發(fā)明熱管一實(shí)施的軸向截面圖。
圖3是圖2的徑向截面圖。
圖4是本發(fā)明無孔式箔片一實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明有孔式箔片結(jié)構(gòu)圖。
圖6是本發(fā)明折板型箔片截面圖。
圖7是本發(fā)明沖壓孔式箔片一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本發(fā)明沖壓孔式箔片另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式請參閱圖2及圖3，本發(fā)明實(shí)施例一的熱管10呈空心圓柱狀，其包括一密封腔體100，該密封腔體100由金屬平滑管或內(nèi)壁有微小溝槽的管件構(gòu)成。該密封腔體100內(nèi)壁上緊貼設(shè)有一毛細(xì)結(jié)構(gòu)200，毛細(xì)結(jié)構(gòu)200內(nèi)表面圍成一空心圓柱狀的蒸汽流道300。經(jīng)抽真空的密封腔體100內(nèi)填充有可隨外部熱源溫度變化而產(chǎn)生不同蒸發(fā)程度的工作液體(圖未示)。
該熱管10沿其長度方向可分為一蒸發(fā)段400、一冷凝段600及一位于蒸發(fā)段400和冷凝段600之間的絕熱段500，該蒸發(fā)段400靠近外部熱源用以吸收熱量，并且將熱量傳遞給蒸汽流道300內(nèi)的工作液體使其蒸發(fā)，該絕熱段500用以在與外界隔熱狀態(tài)下傳輸蒸汽，該冷凝段600遠(yuǎn)離外部熱源用以將蒸汽冷凝成液體，并將熱量通過管壁傳遞到密封腔體100外。蒸發(fā)段400的工作液體吸收來自外部熱源的熱量后蒸發(fā)汽化并快速傳輸至冷凝段600，在冷凝段600散熱冷凝成工作液體，然后通過毛細(xì)結(jié)構(gòu)200所提供工作液體最短的平均自由路徑及適當(dāng)?shù)拿?xì)力，使冷凝液快速且順利回流至蒸發(fā)段400吸熱并再度蒸發(fā)汽化，實(shí)現(xiàn)持續(xù)相變化的熱能循環(huán)來傳遞熱量。
請結(jié)合參閱圖4、圖5，該毛細(xì)結(jié)構(gòu)200為由若干層波浪狀的片體緊實(shí)堆疊而成的高孔隙率蜂巢狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)，該片體可為金屬片體，亦可為非金屬片體，例如塑膠。本實(shí)施例中的片體為金屬箔片，該金屬箔片可為圖4所示的無孔式箔片210，也可為圖5所示的有孔式箔片230，該等箔片210、230為金屬基片滾壓成形，其橫向連續(xù)分布有若干沿其縱向延伸的溝槽215，該溝槽215的剖面形狀大致呈三角型，其由二波峰部211、一波谷部213及連接波峰部211和波谷部213的二側(cè)邊212圍成。有孔式箔片230與無孔式箔片210所不同的是，在箔片230表面上密布有若干細(xì)孔214。
在由無孔式箔片210所堆疊而成的毛細(xì)結(jié)構(gòu)200中，工作液體的流動方向?yàn)橐痪S狀態(tài)，即工作液體基本沿箔片長度方向流動；而在由有孔式箔片230所堆疊而成的毛細(xì)結(jié)構(gòu)200中，工作液體通過箔片上的細(xì)孔214可以在各層箔片之間相互滲透，所以其工作液體流動方向?yàn)槿S狀態(tài)。
另外，需要指出的是，在由無孔式箔片210所堆疊而成的毛細(xì)結(jié)構(gòu)200中，該等箔片210應(yīng)主要設(shè)置于絕熱段500，并適當(dāng)向蒸發(fā)段400和冷凝段600方向延伸，或者在蒸發(fā)段400或冷凝段600配合設(shè)置不同型式的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，以此保證熱管10具有較佳的工作效率。
請結(jié)合參閱圖6，所述構(gòu)成毛細(xì)結(jié)構(gòu)200的成形箔片可分為折板型和沖壓凸孔型，所述折板型箔片其剖面形狀包括三角型(圖6-a示)、波浪型(圖6-b示)及多邊型(圖6-c示)，使用時，該折板型箔片通常需要組合一平板箔片，以便于組合多層高孔隙毛細(xì)結(jié)構(gòu)200更好地實(shí)現(xiàn)對其孔隙率的控制。
請結(jié)合參閱圖7、圖8，沖壓凸孔型箔片包括方形通孔箔片250和圓形通孔箔片270，該等箔片250、270分別由一金屬基片沖壓成形，其中箔片250設(shè)有若干均勻分布的通孔252，每一通孔252邊緣向上延伸形成一方形凸片256，該凸片256平行于該箔片250；箔片270上設(shè)有若干圓形通孔(圖未示)，自該通孔邊緣向上延伸圍成一圓柱形凸片274，該凸片274具有一頂面272。當(dāng)該箔片270用于工作液體呈三維流動狀態(tài)的熱管中時，其頂面272在沖壓成形時需被穿透，其不再具有頂面272。該等箔片250、270由于具有凸片及通孔結(jié)構(gòu)，使得沖壓凸孔型箔片相比較折板型箔片可省略平板箔片，僅由至少一層沖壓凸孔型箔片即可直接構(gòu)成高孔隙率毛細(xì)結(jié)構(gòu)。
該高孔隙率蜂巢狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)200可由單層或多層成形箔片堆疊而成，其形狀可以是所述單一型式或不同型式箔片的組合，成形箔片的層數(shù)和堆疊方式可以依實(shí)際需要而定，例如螺旋狀堆疊、同心圓等方式。螺旋狀堆疊方式是單層或多層成形箔片沿一螺旋線繞制而成，其特點(diǎn)是僅由單層箔片經(jīng)反復(fù)繞制后可構(gòu)成多層高孔隙率的毛細(xì)結(jié)構(gòu)；同心圓方式是由多層箔片繞同一圓心堆疊而成，其中，每一成形箔片單獨(dú)構(gòu)成不同半徑處的某層毛細(xì)結(jié)構(gòu)。
毛細(xì)結(jié)構(gòu)200的間隙即各層之間間隔大小可以通過制程中對箔片的形狀和尺寸的控制并結(jié)合層與層間堆疊方式而實(shí)現(xiàn)精確控制，以達(dá)到最佳的毛細(xì)作用力及工作介質(zhì)最短平均自由路徑的功能。成形箔片的層數(shù)越多，毛細(xì)結(jié)構(gòu)200內(nèi)可容納的工作液體越多，熱管10的最大傳熱量也越大。
本發(fā)明具有高孔隙率毛細(xì)結(jié)構(gòu)的熱管10的制造方法之一是，首先將成形箔片一定方式堆疊于特殊中芯棒上適當(dāng)旋緊，然后將其插入構(gòu)成密封腔體100的金屬管件內(nèi)，利用外加金屬作用力箔片將反彈而緊貼于金屬管件內(nèi)壁，接著，將上述插入密封腔體100內(nèi)的芯棒組合件送入高溫爐中使成形箔片與密封腔體100燒結(jié)成為一體，然后抽出芯棒并將底部熔焊密封；最后，由縮口及縮管的蒸發(fā)段400尾端充入定量的工作液體并抽真空，再通過后續(xù)一系列輔助制程而完成一高孔隙率毛細(xì)結(jié)構(gòu)熱管10的制作。
該熱管10中的毛細(xì)結(jié)構(gòu)200中呈一維排列或三維排列的多微流通道毛細(xì)結(jié)構(gòu)200所形成的孔隙率及孔徑大小可通過選用成形箔片的不同型式或不同制程方法、層數(shù)及堆疊方式在制程中獲得精確的控制，并能大幅提升孔隙率，有效克服現(xiàn)有技術(shù)中熱管量產(chǎn)制程技術(shù)中不易獲得一致性毛細(xì)結(jié)構(gòu)與一致熱傳品質(zhì)的缺點(diǎn)，進(jìn)而大幅縮小熱管產(chǎn)品在傳熱性能的變異性及大幅提升良品率。
依照熱管最大熱傳量的理論計算，直徑6mm的熱管每升高1％的孔隙率可使最大熱傳量增加約10W，以現(xiàn)有技術(shù)的量產(chǎn)技術(shù)所生產(chǎn)的熱管毛細(xì)結(jié)構(gòu)例如粉末燒結(jié)式、絲網(wǎng)式、溝槽式以及將上述單一毛細(xì)結(jié)構(gòu)組合的復(fù)合式(hybrid)毛細(xì)結(jié)構(gòu)，其孔隙率很難超過55％，但本發(fā)明熱管的毛細(xì)結(jié)構(gòu)不但易于制造，且可很容易將孔隙率大幅提升并超過80％以上，達(dá)到降低熱阻及提升最大散熱能力的功效。而且，本發(fā)明通過至少一金屬箔片成形且緊實(shí)堆疊的高孔隙率毛細(xì)結(jié)構(gòu)的排列，以及在成形箔片上的若干細(xì)孔，使高孔隙率毛細(xì)結(jié)構(gòu)中回流的冷凝液互通，除符合流體力學(xué)外亦有效縮短工作介質(zhì)的平均自由路徑，達(dá)到進(jìn)一步提升孔隙率、降低熱阻及縮短熱響應(yīng)時間的功效。
綜上所述，具有上述特征的本發(fā)明高孔隙率毛細(xì)熱管可精確控制孔隙率及孔徑大小并能大幅提升孔隙率，達(dá)到使用方便、大幅降低熱阻及提升熱管最大散熱能力的功效。
權(quán)利要求
1.一種熱管，包括一密封腔體，其內(nèi)裝設(shè)有適量工作液體，該殼體內(nèi)壁形成有便于工作液體回流的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面圍成一沿?zé)峁荛L度方向延伸的蒸汽流道，該熱管包括一蒸發(fā)段、一冷凝段及一位于二者之間的絕熱段，其特征在于該毛細(xì)結(jié)構(gòu)包括至少一片體，該片體上形成供工作液體流動的通道。
2.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于所述片體包括沿片體縱向延伸的若干溝槽。
3.如權(quán)利要求2所述的熱管，其特征在于所述片體呈波浪狀，且每一溝槽由二波峰部、一波谷部及連接波峰部和波谷部的二側(cè)邊圍成。
4.如權(quán)利要求2所述的熱管，其特征在于所述片體上分布有若干細(xì)孔。
5.如權(quán)利要求2所述的熱管，其特征在于所述熱管毛細(xì)結(jié)構(gòu)還包括至少一平板狀片體。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的熱管，其特征在于所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)可以由溝槽剖面形狀為三角形、波浪形、多邊形其中任意單一型式的片體組成，也可為所述不同型式片體的組合。
7.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的熱管，其特征在于所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)由片體按螺旋狀方式堆疊而成，即片體沿螺旋線繞制而成。
8.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的熱管，其特征在于所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)由若干層片體按同心圓方式堆疊而成，即多層片體繞同一圓心堆疊，其中，每一片體單獨(dú)構(gòu)成不同半徑處的某層毛細(xì)結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于所述片體為金屬箔片。
10.如權(quán)利要求1所述的熱管，其特征在于所述通道包括設(shè)置于該片體上的若干通孔，所述通孔邊緣向上形成有凸片。
11.如權(quán)利要求10所述的熱管，其特征在于所述通孔為方形，自通孔一邊緣向上彎折形成一凸片。
12.如權(quán)利要求10所述的熱管，其特征在于所述通孔為圓形，自通孔邊緣向上延伸形成一圓柱形凸片。
13.如權(quán)利要求12所述的熱管，其特征在于所述圓柱形凸片具有頂面。
14.如權(quán)利要求10所述的熱管，其特征在于所述片體為金屬箔片。
15.如權(quán)利要求10至14中任意一項(xiàng)所述的熱管，其特征在于所述片體主要設(shè)置于絕熱段，并適當(dāng)向蒸發(fā)段和冷凝段方向延伸。
16.如權(quán)利要求10至14中任意一項(xiàng)所述的熱管，其特征在于所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)由片體按螺旋狀方式堆疊而成，即單層或多層片體沿一螺旋線繞制而成。
17.如權(quán)利要求10至14任意一項(xiàng)所述的熱管，其特征在于所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)由片體按同心圓方式堆疊而成，即多層片體繞同一圓心堆疊，其中，每一成形箔片單獨(dú)構(gòu)成不同半徑處的某層毛細(xì)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種熱管，包括一密封腔體，其內(nèi)裝設(shè)有適量工作液體，該殼體內(nèi)壁形成有便于工作液體回流的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面圍成一沿?zé)峁荛L度方向延伸的蒸汽流道，該熱管包括一蒸發(fā)段、一冷凝段及一位于二者之間的絕熱段，該毛細(xì)結(jié)構(gòu)包括至少一片體，該片體上形成供工作液體流動的通道。該熱管具有高孔隙率毛細(xì)結(jié)構(gòu)，可精確控制孔隙率及孔徑大小并能大幅提升孔隙率，達(dá)到使用方便、大幅降低熱阻及提升熱管最大散熱能力的功效。
文檔編號F28D15/02GK101055151SQ200610060299
公開日2007年10月17日 申請日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者侯春樹, 劉泰健, 童兆年, 孫至賢 申請人:富準(zhǔn)精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻準(zhǔn)精密工業(yè)股份有限公司