一種熱管及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種實(shí)現(xiàn)電子器件及裝置的散熱冷卻的熱管及其制作方法，最外部是管殼，最內(nèi)部是蒸汽腔，沿蒸汽腔的軸向?qū)⒄羝环譃檎舭l(fā)段、絕熱段和冷凝段，中間是絕熱段，兩端分別是蒸發(fā)段、冷凝段，管殼的內(nèi)壁上緊貼有由孔徑大小不一的多孔泡沫銅吸液芯組成的圓筒形的毛細(xì)吸液芯層，毛細(xì)吸液芯層的內(nèi)壁上緊貼絲網(wǎng)支撐架，蒸汽腔內(nèi)充有金屬氧化物水基納米流體工質(zhì)，納米流體工質(zhì)的體積為蒸發(fā)段的體積的40%-60%，金屬氧化物是氧化鋁、氧化銅或二氧化硅；本發(fā)明將納米流體與多孔泡沫銅結(jié)合在熱管內(nèi)，提高了熱管的傳熱效率高。
【專利說明】一種熱管及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子器件及裝置的散熱冷卻領(lǐng)域，具體是指一種高效熱管，依靠自身內(nèi)部工作液體相變來實(shí)現(xiàn)傳熱，實(shí)現(xiàn)電子器件及裝置的散熱冷卻。
【背景技術(shù)】
[0002]電子設(shè)備因小型化和集成化的需求，其產(chǎn)生的熱量密度越來越大，勢必會(huì)影響到電子設(shè)備的可靠性，這就要求在采取散熱措施時(shí)，其散熱設(shè)備有較高的導(dǎo)熱性。熱管有著超高的導(dǎo)熱性、傳熱能力和優(yōu)良的等溫性等優(yōu)點(diǎn)，成為最有效散熱裝置，在空調(diào)制冷、電氣、核電、余熱回收、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。熱管的傳熱性能主要取決于其內(nèi)部的傳熱工質(zhì)和毛細(xì)吸液芯，毛細(xì)吸液芯有絲網(wǎng)芯、燒結(jié)金屬芯、溝槽芯幾種形式，絲網(wǎng)芯的網(wǎng)層間及絲網(wǎng)與管壁之間存在間隙，導(dǎo)致熱阻較大；燒結(jié)金屬芯的孔比較小，具有較小的孔隙率和孔隙率，液體回流阻力較大；溝槽芯對(duì)溝槽深度和寬度的尺寸要求很高，當(dāng)熱管彎折時(shí)，熱管性能大幅下降，這幾種吸液芯都不能同時(shí)很好地兼顧毛細(xì)力、工質(zhì)流動(dòng)阻力，并且制造難度大。而傳統(tǒng)的傳熱工質(zhì)是純液體工質(zhì)，包括水、醇和油，導(dǎo)熱系數(shù)低，已經(jīng)不能滿足高熱流熱度下的傳熱和冷卻問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有熱管散熱性能不足的缺陷，提供一種新型的具有良好的吸液芯材料和高導(dǎo)熱性能工質(zhì)的高效熱管，同時(shí)提供該高效熱管的制作方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述熱管采用的技術(shù)方案是:最外部是管殼，最內(nèi)部是蒸汽腔，沿蒸汽腔的軸向?qū)⒄羝环譃檎舭l(fā)段、絕熱段和冷凝段，中間是絕熱段，兩端分別是蒸發(fā)段、冷凝段，管殼的內(nèi)壁上緊貼有由孔徑大小不一的多孔泡沫銅吸液芯組成的圓筒形的毛細(xì)吸液芯層，毛細(xì)吸液芯層的內(nèi)壁上緊貼絲網(wǎng)支撐架，蒸汽腔內(nèi)充有金屬氧化物水基納米流體工質(zhì)，納米流體工質(zhì)的體積為蒸發(fā)段的體積的40%-60%，金屬氧化物是氧化鋁、氧化銅或二氧化硅。
[0005]本發(fā)明所述高效熱管的制作方法是按以下步驟:1)切割好孔徑大小不一的多孔泡沫銅吸液芯，將切割好的吸液芯卷制成外徑與管殼的內(nèi)徑大小相當(dāng)?shù)膱A筒形，得到毛細(xì)吸液芯層；2)將卷制好的毛細(xì)吸液芯層整體推進(jìn)管殼內(nèi)部，與管殼內(nèi)壁貼合，在毛細(xì)吸液芯層的內(nèi)部插入絲網(wǎng)支撐架，使絲網(wǎng)支撐架緊貼在毛細(xì)吸液芯層內(nèi)壁上；3)根據(jù)所充納米流體工質(zhì)的體積計(jì)算出金屬氧化物納米材料的用量，將金屬氧化物納米材料溶入基液中，使基液中的金屬氧化物質(zhì)量濃度為0.5%，得到金屬氧化物水基；4)先用磁力攪拌器攪拌金屬氧化物水基，再用超聲震蕩儀連續(xù)震蕩得到穩(wěn)定的懸浮液，即納米流體工質(zhì)；5)將體積占蒸發(fā)段體積40%-60%的納米流體工質(zhì)充在蒸汽腔內(nèi)腔中；對(duì)蒸汽腔兩端進(jìn)行封口。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明熱管在管殼的內(nèi)表面附上一層多孔泡沫銅材料，通過依靠卷制后自身張力與管殼內(nèi)部結(jié)合，并用大孔徑絲網(wǎng)作為支撐架，提高了熱管的傳熱效率高，解決電子器件高熱流密度散熱能力不足的問題，使電子設(shè)備向小型化發(fā)展。
[0007]2、本發(fā)明熱管采用金屬氧化物納米流體作為工作液體，并采用多孔泡沫銅作為熱管內(nèi)壁吸液芯，納米流體比傳統(tǒng)工質(zhì)具有更高的導(dǎo)熱能力，降低了微層液膜的熱阻，能夠在相同的情況下傳遞更多的熱量，并且納米流體的微尺寸效應(yīng)和布朗運(yùn)動(dòng)能夠增加液體擾動(dòng)，增加汽泡的脫離頻率，破壞熱邊界層，增加有效蒸發(fā)面積，強(qiáng)化蒸發(fā)段的沸騰換熱和冷凝段的凝結(jié)換熱，同時(shí)使得熱管的工作溫度分布更加均勻。多孔泡沫銅具有較高的孔隙率和滲透率，由于大小孔徑并存，大孔徑能夠很大程度上增加液體回流阻力，小孔徑能夠大大增加芯體的毛細(xì)壓力，使得熱量能夠及時(shí)傳遞出去，增加了熱管的傳熱能力和等溫性能，表現(xiàn)出了良好的熱潛力。納米流體與多孔泡沫銅結(jié)合在熱管內(nèi)解決了常規(guī)熱管不能同時(shí)兼顧毛細(xì)力和流動(dòng)阻力的問題，同時(shí)提高了傳熱極限。
[0008]3、與采用常規(guī)類型吸液芯及工質(zhì)的熱管相比，本發(fā)明熱管的散熱功率提高了5%~30%，熱阻減少了 50%，熱管平均溫度低10°C以上。
[0009]4、本發(fā)明熱管的蒸發(fā)段和冷凝段結(jié)構(gòu)相同，可以根據(jù)需要改變蒸發(fā)段的長度來改變熱流密度，內(nèi)部通過毛細(xì)力帶動(dòng)循環(huán)，不受重力影響，也可以任意一端作為加熱蒸發(fā)段，另外一端向外散熱自然成為冷凝段。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明熱管的結(jié)構(gòu)及工作原理圖；
圖2是圖1的徑向截面圖；
圖中:1.管殼；2.毛細(xì)吸液芯層；3.蒸汽腔；4.工質(zhì)；5.冷凝段；6.絕熱段；7.蒸發(fā)段；8.絲網(wǎng)支撐架。
【具體實(shí)施方式】
[0011]參見圖1和圖2，本發(fā)明高效熱管最外部是管殼I，最內(nèi)部是蒸汽腔3。沿蒸汽腔3的軸向?qū)⒄羝?分為蒸發(fā)段7、絕熱段6和冷凝段5，中間是絕熱段6，兩端分別是蒸發(fā)段
7、冷凝段5，蒸發(fā)段7和冷凝段5結(jié)構(gòu)相同。管殼I是圓筒形，由紫銅材料制成。在管殼I的內(nèi)壁上緊貼毛細(xì)吸液芯層2，毛細(xì)吸液芯層2由孔徑大小不一的多孔泡沫銅吸液芯組成，毛細(xì)吸液芯層2的壁厚為0.2~1.0 mm，孔隙率為50%~80%。毛細(xì)吸液芯層2的內(nèi)壁上緊貼絲網(wǎng)支撐架8，絲網(wǎng)支撐架8由孔密度為20 PPI的大孔徑絲網(wǎng)制成。在蒸汽腔3內(nèi)充有納米流體工質(zhì)4，使蒸汽腔3內(nèi)為負(fù)壓。納米流體工質(zhì)4是金屬氧化物水基納米流體工質(zhì)，金屬氧化物是氧化鋁、氧化銅或二氧化硅，所充納米流體工質(zhì)4的體積為蒸發(fā)段7的體積的40%-60%。
[0012]本發(fā)明熱管制作時(shí)，先根據(jù)熱管尺寸計(jì)算并切割孔徑大小不一的多孔泡沫銅吸液芯材料，切割邊緣要平整光滑，將切割好的吸液芯材料卷制成圓筒形，該圓筒的外徑與管殼I的內(nèi)徑大小相當(dāng)，得到毛細(xì)吸液芯層2。將卷制好的毛細(xì)吸液芯層2整體推進(jìn)管殼I內(nèi)部，與管殼I內(nèi)壁貼合，在毛細(xì)吸液芯層2的內(nèi)部插入孔密度20目的大孔徑高強(qiáng)度圓柱形絲網(wǎng)支撐架8，使絲網(wǎng)支撐架8緊貼在毛細(xì)吸液芯層2內(nèi)壁上，依靠絲網(wǎng)支撐架8的自身張力擠壓使毛細(xì)吸液芯層2與管殼I內(nèi)壁充分貼合，保證其可靠性。再根據(jù)所充納米流體工質(zhì)4的體積計(jì)算出金屬氧化物納米材料的用量，將金屬氧化物納米材料溶入基液中，使基液中的金屬氧化物質(zhì)量濃度為0.5%，得到金屬氧化物水基。先用磁力攪拌器攪拌金屬氧化物水基，然后用超聲震蕩儀40 kHzUSOff的超聲脈沖下連續(xù)震蕩得到穩(wěn)定的懸浮液，該懸浮液就是納米流體工質(zhì)4，將體積占蒸發(fā)段7體積40%-60%的納米流體工質(zhì)4充在蒸汽腔3內(nèi)腔中。最后對(duì)蒸汽腔3兩端進(jìn)行封口焊接，保證熱管的高真空度和焊接質(zhì)量。
[0013]本發(fā)明熱管工作時(shí)，納米流體工質(zhì)4在蒸發(fā)段7吸收熱量后發(fā)生沸騰，相變成氣體，氣態(tài)工質(zhì)在蒸汽腔3內(nèi)由蒸發(fā)段7流向冷凝段5，在冷凝段5向外部介質(zhì)釋放熱量后冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，液態(tài)工質(zhì)通過毛細(xì)吸液芯層2中的毛細(xì)吸液芯回至蒸發(fā)段7，形成循環(huán)回路。
[0014]熱管制 成后，對(duì)熱管進(jìn)行傳熱性能試驗(yàn)，散熱功率比采用常規(guī)類型吸液芯及工質(zhì)的熱管提高了 5%~30%，熱阻減少50%，熱管平均溫度低10°C以上。
【權(quán)利要求】
1.一種熱管，最外部是管殼(1)，最內(nèi)部是蒸汽腔(3)，沿蒸汽腔(3)的軸向?qū)⒄羝?3)分為蒸發(fā)段(7)、絕熱段(6)和冷凝段(5)，中間是絕熱段(6)，兩端分別是蒸發(fā)段(7)、冷凝段(5)，其特征是:管殼(I)的內(nèi)壁上緊貼有由孔徑大小不一的多孔泡沫銅吸液芯組成的圓筒形的毛細(xì)吸液芯層(2)，毛細(xì)吸液芯層(2)的內(nèi)壁上緊貼絲網(wǎng)支撐架(8)，蒸汽腔(3)內(nèi)充有金屬氧化物水基納米流體工質(zhì)(4)，納米流體工質(zhì)(4)的體積為蒸發(fā)段(7)的體積的40%-60%，金屬氧化物是氧化鋁、氧化銅或二氧化硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱管，其特征是:毛細(xì)吸液芯層(2)的壁厚為0.2?1.0mm,孔隙率為50%?80%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱管，其特征是:蒸發(fā)段(7)和冷凝段(5)的結(jié)構(gòu)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱管，其特征是:管殼(I)是圓筒結(jié)構(gòu)，絲網(wǎng)支撐架(8)是圓柱形，孔密度為20目。
5.一種如權(quán)利要求1所述熱管的制作方法，其特征是按以下步驟: 1)切割好孔徑大小不一的多孔泡沫銅吸液芯，將切割好的吸液芯卷制成外徑與管殼(O的內(nèi)徑大小相當(dāng)?shù)膱A筒形，得到毛細(xì)吸液芯層(2)； 2)將卷制好的毛細(xì)吸液芯層(2)整體推進(jìn)管殼(I)內(nèi)部，與管殼(I)內(nèi)壁貼合，在毛細(xì)吸液芯層(2)的內(nèi)部插入絲網(wǎng)支撐架(8)，使絲網(wǎng)支撐架(8)緊貼在毛細(xì)吸液芯層(2)內(nèi)壁上； 3)根據(jù)所充納米流體工質(zhì)(4)的體積計(jì)算出金屬氧化物納米材料的用量，將金屬氧化物納米材料溶入基液中，使基液中的金屬氧化物質(zhì)量濃度為0.5%，得到金屬氧化物水基； 4)先用磁力攪拌器攪拌金屬氧化物水基，再用超聲震蕩儀連續(xù)震蕩得到穩(wěn)定的懸浮液，即納米流體工質(zhì)(4)； 5)將體積占蒸發(fā)段(7)體積40%-60%的納米流體工質(zhì)(4)充在蒸汽腔(3)內(nèi)腔中；對(duì)蒸汽腔(3)兩端進(jìn)行封口。
【文檔編號(hào)】F28D15/04GK103994682SQ201410188482
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】姚壽廣, 蘆笙, 鄧江偉, 盛冬, 劉健 申請人:江蘇科技大學(xué)