高效吸液芯超薄熱管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于航天器熱控制領(lǐng)域，涉及一種超薄熱管，尤其涉及一種高效吸液 芯超薄熱管。
【背景技術(shù)】
[0002] 在航天器熱控領(lǐng)域，各類單機(jī)電子芯片熱流密度的急劇增加以及有效散熱空間的 日益減小，使得超薄熱管成為此類應(yīng)用背景下的理想導(dǎo)熱元件。目前在航天器熱控領(lǐng)域的 薄狀微小熱管成熟產(chǎn)品可見(jiàn)的有航天八院五零九所的3_厚度矩形熱管，屬于軸向T型槽道 式熱管。隨著發(fā)熱單機(jī)芯片的有效安裝區(qū)域的逐漸減小，如動(dòng)力鋰電池的散熱用間隙只有 2mm，常規(guī)尺寸的熱管結(jié)構(gòu)形式難以滿足此類問(wèn)題的散熱與安裝需求，因此要解決此類問(wèn) 題，性能良好且體積更小的超薄熱管具有很大的優(yōu)勢(shì)。
[0003] 通常把厚度在2mm以下的熱管稱為超薄熱管。超薄熱管是隨著現(xiàn)代電子元件設(shè)備 的散熱問(wèn)題逐漸發(fā)展起來(lái)的一種熱管形式，這種結(jié)構(gòu)形式的熱管能夠比較好的解決有限空 間內(nèi)的安裝問(wèn)題，但超薄的結(jié)構(gòu)形式帶來(lái)的問(wèn)題是熱管性能的衰退。由于超薄熱管的厚度 制約，通常情況下難以設(shè)計(jì)出性能優(yōu)異的毛細(xì)吸液芯，導(dǎo)致熱管工質(zhì)循環(huán)中的蒸汽通道與 液體回流通道局促，工質(zhì)蒸發(fā)與冷凝的氣液交界面的有效空間大幅減小，造成熱管工作過(guò) 程中的主要熱阻，即蒸發(fā)熱阻迅速攀升。同時(shí)，超薄結(jié)構(gòu)形式還制約了冷凝液體的回流，回 流液無(wú)法及時(shí)補(bǔ)給至蒸發(fā)處，難以高效的完成工質(zhì)循環(huán)過(guò)程。因此一般的超薄熱管的綜合 性能比較差，表現(xiàn)出來(lái)為熱阻比較大，傳熱能力低下，比較容易達(dá)到工作極限。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種高效吸液芯超薄熱管。
[0005] 根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種高效吸液芯超薄熱管，包括熱管殼體、吸液芯以及熱 管工質(zhì)，吸液芯和熱管工質(zhì)位于熱管殼體內(nèi)，其特征在于：
[0006] 吸液芯通過(guò)擴(kuò)散焊接的方式與熱管殼體的內(nèi)壁的上下兩側(cè)表面連接，熱管殼體內(nèi) 充有熱管工質(zhì)；
[0007] 吸液芯寬度方向上的兩側(cè)區(qū)域采用小孔徑高孔隙率結(jié)構(gòu)；
[0008] 吸液芯寬度方向上的中間區(qū)域采用大孔徑低孔隙率結(jié)構(gòu)。
[0009] 優(yōu)選地，吸液芯采用多孔泡沫銅或多孔泡沫銀材料制成，所述小孔徑高孔隙率結(jié) 構(gòu)的平均孔徑在0.1~1微米，孔隙率在90%~95%范圍，所述大孔徑低孔隙率結(jié)構(gòu)的平均 孔徑在10~100微米，孔隙率60~80%范圍。
[0010] 優(yōu)選地，吸液芯與熱管殼體內(nèi)側(cè)表面通過(guò)還原性氣氛保護(hù)擴(kuò)散焊的方式實(shí)現(xiàn)連 接，對(duì)于多孔泡沫銅材料，擴(kuò)散焊溫度在600~800°C，溫度維持在時(shí)間30min以內(nèi)，對(duì)于多孔 泡沫銀材料，擴(kuò)散焊溫度在500~700°C，溫度維持時(shí)間5~lOmin。
[0011]優(yōu)選地，熱管殼體使用紫銅管壓扁制成，銅管材料牌號(hào)使用TU1或TU2無(wú)氧銅。
[0012]優(yōu)選地，熱管工質(zhì)使用純凈水、丙酮或甲醇。
[0013]優(yōu)選地，熱管的總體厚度小于2mm。
[0014] 優(yōu)選地，熱管殼體內(nèi)設(shè)置有多根并列布置的吸液芯或者呈U形的吸液芯。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下的有益效果：
[0016] 本實(shí)用新型提出的高效吸液芯結(jié)構(gòu)超薄熱管，通過(guò)改變毛細(xì)吸液芯的結(jié)構(gòu)參數(shù)分 布，使毛細(xì)芯的不同部位表現(xiàn)出不同的毛細(xì)性能，優(yōu)化了超薄熱管工作中的氣液循環(huán)過(guò)程， 提尚了超薄熱管的綜合性能。
[0017] 吸液芯兩側(cè)的小孔徑高孔隙率區(qū)域能夠在超薄熱管工作時(shí)增大氣液交界面面積， 蒸發(fā)與冷凝的發(fā)生位置與空間變多，增大了參與蒸發(fā)與冷凝過(guò)程的工質(zhì)流量，同時(shí)小孔徑 提高了此區(qū)域的毛細(xì)力，使超薄熱管循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力增大;而吸液芯中間的大孔徑低孔隙率 區(qū)域增大了儲(chǔ)存的工質(zhì)液體量，降低了工質(zhì)流動(dòng)至吸液芯兩側(cè)區(qū)域的流動(dòng)阻力，使得工質(zhì) 液體更容易補(bǔ)給至兩側(cè)小孔徑區(qū)域，提高了氣液工質(zhì)的循環(huán)速度。
[0018] 通過(guò)吸液芯這樣的設(shè)計(jì)方式，減小了工質(zhì)循環(huán)過(guò)程中的蒸發(fā)熱阻與流動(dòng)阻力，提 高了氣液循環(huán)流量，實(shí)現(xiàn)了超薄熱管的高性能運(yùn)行。
[0019] 下表是本實(shí)用新型的吸液芯結(jié)構(gòu)與兩種不同結(jié)構(gòu)形式的吸液芯1與吸液芯2的性 能參數(shù)對(duì)比。

[0022] 式中：d為毛細(xì)吸液芯的平均孔徑，e為毛細(xì)吸液芯的孔隙率，APC為毛細(xì)吸液芯的 毛細(xì)力，〇為工質(zhì)的表面張力，9為工質(zhì)在毛細(xì)吸液芯上的濕潤(rùn)角，B為毛細(xì)吸液芯的滲透率， APl為工質(zhì)在毛細(xì)芯中的流動(dòng)壓降，y為工質(zhì)的液體黏性，v為工質(zhì)的流動(dòng)速率，AX為液體 回流路徑的單位長(zhǎng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特 征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0024] 圖1為實(shí)施例1的吸液芯橫截面視圖。
[0025]圖2為實(shí)施例1的超薄熱管三維視圖。
[0026]圖3為實(shí)施例2的熱管橫截面視圖。
[0027]圖4為實(shí)施例2的吸液芯俯視圖。
[0028] 圖5為吸液芯的具體結(jié)構(gòu)不意圖。
[0029] 圖中：1-熱管殼體，2-吸液芯，3-熱管工質(zhì)，201-小孔徑高孔隙率結(jié)構(gòu)，202-大孔徑 低孔隙率結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的 技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但不以任何形式限制本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。 這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0031] 本實(shí)用新型提出一種高效吸液芯超薄熱管，優(yōu)化了超薄熱管工作過(guò)程中的氣液循 環(huán)過(guò)程，有效的改善了超薄熱管工作過(guò)程中的蒸發(fā)熱阻過(guò)大、相變空間有限、毛細(xì)力低下、 回流阻力過(guò)大等問(wèn)題，大幅提高了超薄熱管的綜合性能，使超薄熱管的高效應(yīng)用成為可能。
[0032] 實(shí)施例1
[0033]本實(shí)施例的高效吸液芯超薄熱管，包含熱管殼體、吸液芯以及熱管工質(zhì)。吸液芯采 用多孔泡沫銅材料加工制成，整體厚度為0.5mm，寬度為5mm，長(zhǎng)度為80mm。在寬度方向上，左 右兩側(cè)的多孔泡沫銅參數(shù)為平均孔徑lum，孔隙率90%，占據(jù)的寬度方向的尺寸各為1mm，中 間部分的吸液芯寬度為3mm，平均孔徑為lOOum，孔隙率為80%，兩區(qū)域連接的過(guò)渡部分的寬 度不超過(guò)0.5_。熱管殼體使用TU1材料06薄壁銅管壓扁而來(lái)，壓扁后熱管壁厚0.5mm，熱管 寬度9.7mm，中間空腔部分高度0.5mm，總體厚度1.5mm，將吸液芯材料置入壓扁后的熱管殼 體的空腔中間部位后，再一次預(yù)壓緊至內(nèi)腔高度在0.45~0.5mm范圍，置入H2氣體保護(hù)擴(kuò)散 爐中，焊接溫度650°C，保溫15min，自然冷卻后進(jìn)行抽真空注液，使用丙酮作為熱管工質(zhì)，充 入工質(zhì)后進(jìn)行二次除氣，焊接密封后即得到本實(shí)用新型的變孔徑吸液芯式超薄熱管。
[0034] 實(shí)施例2
[0035]本實(shí)施例的高效吸液芯超薄熱管，包含熱管殼體、吸液芯以及熱管工質(zhì)。吸液芯采 用多孔泡沫銀材料燒結(jié)制成，并列兩根構(gòu)成"U"形結(jié)構(gòu)形式，毛細(xì)芯整體厚度0.6mm，寬度 15mm，長(zhǎng)度60mm。寬度方向上，單根吸液芯的左右兩側(cè)多孔泡沫銀的參數(shù)為平均孔徑lum，孔 隙率90 %，占據(jù)的寬度方向的尺寸為左右各1mm，中間部分的吸液芯寬度為3mm，平均孔徑為 50um，孔隙率為60 %，兩區(qū)域連接的過(guò)渡部分的寬度不超過(guò)0.5mm。熱管殼體使用TU1材料 020薄壁銅管壓扁而來(lái)，壓扁后壁厚0? 7mm，寬度30mm，內(nèi)部空腔高度0.6臟，總體厚度2臟，將 "U"形多孔泡沫銀吸液芯材料置入壓扁后的熱管殼體的空腔的中間部位后，再一次預(yù)壓緊 至內(nèi)腔高度在0.55~0.6mm范圍，置入出氣體保護(hù)連續(xù)擴(kuò)散爐中，焊接溫度550°C，保溫 5min，自然冷卻后進(jìn)行抽真空注液，使用丙酮作為熱管工質(zhì)，充入丙酮工質(zhì)后進(jìn)行二次除氣 后密封，即得到本實(shí)用新型的高效吸液芯超薄熱管。
[0036]以上對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局 限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改， 這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特 征可以任意相互組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高效吸液芯超薄熱管，其特征在于，包括熱管殼體（1)、吸液芯(2)以及熱管工質(zhì) (3)，吸液芯(2)和熱管工質(zhì)(3)位于熱管殼體(1)內(nèi)，其特征在于： 吸液芯(2)通過(guò)擴(kuò)散焊接的方式與熱管殼體（1)的內(nèi)壁的上下兩側(cè)表面連接，熱管殼體 (1)內(nèi)充有熱管工質(zhì)(3); 吸液芯(2)寬度方向上的兩側(cè)區(qū)域采用小孔徑高孔隙率結(jié)構(gòu)(201); 吸液芯(2)寬度方向上的中間區(qū)域采用大孔徑低孔隙率結(jié)構(gòu)(202)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效吸液芯超薄熱管，其特征在于，吸液芯（2)采用多孔泡沫 銅或多孔泡沫銀材料制成，所述小孔徑高孔隙率結(jié)構(gòu)(201)的平均孔徑在0.1~1微米，孔隙 率在90%~95%范圍，所述大孔徑低孔隙率結(jié)構(gòu)（202)的平均孔徑在10~100微米，孔隙率 60~80%范圍。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效吸液芯超薄熱管，其特征在于，吸液芯(2)與熱管殼體（1) 內(nèi)側(cè)表面通過(guò)還原性氣氛保護(hù)擴(kuò)散焊的方式實(shí)現(xiàn)連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效吸液芯超薄熱管，其特征在于，熱管殼體（1)使用紫銅管 壓扁制成，銅管材料牌號(hào)使用TU1或TU2無(wú)氧銅。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效吸液芯超薄熱管，其特征在于，熱管工質(zhì)(3)使用純凈水、 丙酮或甲醇。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效吸液芯超薄熱管，其特征在于，熱管的總體厚度小于2_。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效吸液芯超薄熱管，其特征在于，熱管殼體（1)內(nèi)設(shè)置有多 根并列布置的吸液芯(2)或者呈U形的吸液芯(2)。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種高效吸液芯超薄熱管，吸液芯(2)寬度方向上的兩側(cè)區(qū)域采用小孔徑高孔隙率結(jié)構(gòu)(201)；吸液芯(2)寬度方向上的中間區(qū)域采用大孔徑低孔隙率結(jié)構(gòu)(202)。本實(shí)用新型中吸液芯(2)兩側(cè)區(qū)域的小孔徑高孔隙率結(jié)構(gòu)能夠在熱管工作時(shí)擴(kuò)大吸液芯中氣液交界面區(qū)域，增大參與蒸發(fā)與冷凝過(guò)程的工質(zhì)流量，提高了此區(qū)域的毛細(xì)驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)中間區(qū)域的大孔徑低孔隙率吸液芯增大了吸液芯中儲(chǔ)存的工質(zhì)液體量，降低了工質(zhì)流動(dòng)至吸液芯兩側(cè)的阻力，使得工質(zhì)液體更容易補(bǔ)給至兩側(cè)區(qū)域，提高了氣液工質(zhì)的循環(huán)速度，實(shí)現(xiàn)了超薄熱管的高效運(yùn)行。
【IPC分類】F28D15/04
【公開號(hào)】CN205373480
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521039612
【發(fā)明人】楊定宇, 周日海, 陳福勝, 陶莉, 侯振壓
【申請(qǐng)人】上海利正衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)有限公司
【公開日】2016年7月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日