一種平板熱管的製作方法
2023-05-29 15:43:16 1
專利名稱：一種平板熱管的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種平板熱管，屬於平板散熱技術領域。
背景技術：
熱管是20世紀60年代發展起來的，它利用工作介質相變潛熱進行傳熱，具有很高 的單向導熱性能。隨著熱管更高傳熱性能和尺度微型化的發展需要，平板熱管作為傳熱管 的改進，成為目前熱管研究和開發的熱點技術。平板熱管重量輕、結構靈活、具有極高的導熱性能和良好的等溫性能，廣泛應用於 電子器件的冷卻和空間技術的熱控系統中，其內部結構直接影響著熱管的換熱過程，是決 定熱管傳熱能力的重要因素。熱管按照結構形式可區分為普通熱管、分離式熱管、毛細泵迴路熱管、微型熱管、 平板熱管和徑向熱管等。熱管在使用過程中主要容易出現下列問題(1)產生不凝結性氣體。由於工作介質與管材發生化學反應或電化學反應，會產生 不凝結性氣體。在熱管工作時，產生的氣體流動到冷凝段聚集起來形成氣塞，從而使有效冷 凝面積減小，熱阻增大，傳熱性能惡化，傳熱能力降低甚至失效。(2)工作介質物性惡化。有機工作介質在一定溫度下，會逐漸發生分解，這主要是 由於有機工作介質的性質不穩定，或與殼體材料發生化學反應，使工作介質改變其物理性 能，如甲苯、烷、烴類等有機工作液體易發生該類不相容現象。(3)管殼材料的腐蝕、溶解。工作介質在管殼內連續流動，同時存在著溫差、雜質等 因素，使管殼材料發生溶解和腐蝕，流動阻力增大，使熱管傳熱性能降低。當管殼被腐蝕後， 引起強度下降，甚至引起管殼的腐蝕穿孔，使熱管完全失效。這類現象常發生在鹼金屬高溫 熱管中。在使用過程中，有時需要把多根熱管組合起來使用，這樣一旦某一支熱管失效則 會影響該熱管所承擔的傳熱區域的熱量傳遞，甚至造成局部熱量過高而損壞。熱管在製造 過程中需要清洗和封裝，清洗過程會造成環境汙染。目前檢索到的關於平板熱管的文獻中，大都是對如何減小熱管尺寸、提高熱管換 熱效率等方面的改進，如中國專利文獻CN101493296公開的《一種具有層列微槽微熱管群 的新型平板熱管》、CN101545735公開的《金屬絲結構的微槽道平板熱管》和CN101762196A 公開的《多通道嵌入吸液芯式平板熱管》。中國專利文獻CN1403777公開的《平板式環路型熱管(一)》能夠解決非凝結性氣 體的迴路問題，該種平板式環路型熱管，以至少一環狀迴路板設置於中空殼體內，讓環狀回 路板形成具有至少一迴路，迴路形成為依序串聯的蒸發區、蒸氣信道、冷凝區、流體返回信 道，殼體內充填有適量液體，流體返回信道與蒸氣信道各為獨立信道，環狀迴路板蓋設有板 狀毛細組織，其中使蒸氣信道的流阻小於流體返回信道，當蒸發區受熱，冷凝區散熱，使回 路內所有的流體皆朝同一方向穩定流動不相衝突，且所有流體皆可流經迴路各處，故迴路 內存在的非凝結性氣體順著迴路流動，故其對迴路的均溫性影響不大，而使熱管的均溫性佳且熱傳量大。但是，上述《平板式環路型熱管(一)》存在著結構複雜、可靠性差、不能有 效分散不凝結氣體的問題。
發明內容
本發明針對現有平板熱管技術的不足，提供一種能夠有效分散不凝結氣體、可靠 性高、製造工藝簡單的平板熱管，同時該平板熱管熱傳量大、均溫性能好。本發明的平板熱管採用下述技術方案該平板熱管包括上板片和下板片，上板片和下板片扣合連接在一起形成一個完整 的熱管，上板片和下板片的結構相互對稱，均包括依次分布的蒸發區、絕熱區和冷凝區，蒸 發區和絕熱區連接為一體；冷凝區與絕熱區之間明顯分界且互相連通；蒸發區內設置有充 裝工作介質的充液口 ；蒸發區和絕熱區內設有平行排列且貫穿蒸發區和絕熱區的凹槽，各 條凹槽在蒸發區內的一端是相互連通的，在絕熱區內的另一端與冷凝區是連通的；冷凝區 內分布有翅柱，冷凝區的一側邊緣處設置有出氣口 ；上板片和下板片合在一起後，上板片和 下板片上的凹槽形成一個完整的密閉通道，充液口和出氣口均形成封閉的孔洞。下板片上的凹槽在絕熱區內的部分的兩側和底部可以設置有毛細芯。以解決熱管 橫放和倒置的時候，無法依靠重力作用實現液體的回流的問題。依靠毛細芯的毛細作用實 現液體的回流。上述平板熱管的工作過程如下通過蒸發區的充液口充裝工作介質，加熱後的工作介質蒸發經過絕熱區進入到冷 凝區；氣體在冷凝區內進行熱交換並冷卻。冷凝區邊緣處的出氣口用於封裝時抽真空，或必 要時釋放不凝結氣體，冷凝區內的翅柱起支撐作用，並將冷凝區連成一體，冷凝後的液體工 作介質由翅柱之間的縫隙進入任一條凹槽，再流回蒸發區，這有利於不凝結氣體的擴散，防 止產生的氣體在上板片和下板片上的凹槽形成的密閉通道內形成氣塞，或者是聚集在某一 區域，導致傳熱性能惡化，或傳熱能力降低，甚至失效。這種設計不會因不凝結氣體的產生 而影響某一區域換熱性能，從而將不凝結氣體對熱管的影響降低到最小。在經濟性的考慮 之下，翅柱的存在可以加強平板熱管的熱傳遞效果，提高板式熱管的均溫性，同時翅柱的存 在可以提高紊流，減少不凝結氣體的產生，即使在有非凝結氣體產生時，對板式熱管的功能 特性影響不大，從而延長了板式熱管的使用壽命。本發明的冷凝區與絕熱區之間有明顯的界限，在冷凝區內設置翅柱，在保證傳熱 性能的基礎上，可以有效分散不凝結氣體，減少不冷凝氣體的產生，即使有不凝結氣體的產 生，這種影響也是緩慢發生的，不會突然導致整個平板熱管失效，不會對整個平板熱管的傳 熱效果產生致命的影響，而且這種影響是可以通過實時監控來預防的；本發明具有結構簡 單緊湊、傳熱效率高、熱傳量大、均溫性能好、可靠性高、製造工藝簡單的特點。
圖1是本發明平板熱管的結構分解示意圖。圖2是上板片和下板片的結構示意圖。圖3是下板片絕熱區的截面示意圖。其中1、上板片；2、下板片；3、蒸發區；4、絕熱區；5、冷凝區；6、充液口 ；7、肋片；
48、凹槽；9、出氣口 ；10、翅柱；11、毛細芯。
具體實施例方式圖1給出了本發明平板熱管的結構分解圖，本發明的平板熱管由上板片1和下板 片2上下扣合在一起而成，上板片1和下板片2的材質為不鏽鋼、銅或鋁等高導熱性材料。 採用的連接方式可為焊接、夾緊、粘結等，其中焊接的方式為釺焊，即利用熔點比母材熔點 低的填充金屬，在低於母材熔點、高於釺料熔點的溫度下，利用液態釺料在母材表面潤溼、 鋪展和在母材間隙中填縫，與母材相互溶解與擴散，而實現零件間的連接的焊接。焊接過程 中釺料熔化但母材不熔化。上板片1和下板片2的結構對稱，如圖2所示，由前至後依次包 括蒸發區3、絕熱區4和冷凝區5，在蒸發區3的一端設置有用於充裝工作介質的充液口 6。 蒸發區3和絕熱區4連接為一體，蒸發區3和絕熱區4內設有平行排列且貫穿蒸發區3和 絕熱區4的凹槽8，相鄰的凹槽8之間通過肋片7隔開，肋片7的截面可為矩形、梯形或多 邊形等各種形狀。各條凹槽在蒸發區3內的一端是相互連通的，在絕熱區4內的另一端與 冷凝區5是連通的。絕熱區4與冷凝區5之間雖然有明顯分界，但還是互相連通為一體的。 在冷凝區5內均勻排列有豎直的翅柱10，所有翅柱10可以呈三角形、矩形、菱形和或圓形排 布。翅柱10的存在可以加強不凝結氣體的擴散，減少其對局部換熱性能的影響，加強平板 熱管的熱傳遞效果，提高板式熱管的均溫性，延長了板式熱管的使用壽命。翅柱9的截面可 為圓形、橢圓形、矩形、三角形或多邊形等各種形狀。在冷凝區5的末端設置有出氣口 9，在 產生不凝結氣體的時候可以通過出氣口 9將氣體放出，並可通過此出氣口對平板熱管進行 清洗；出氣口 9也可用於抽真空。上板片和下板片合在一起後，上板片和下板片上的凹槽就 形成了一個完整的密閉通道，充液口和出氣口也形成了一個封閉的孔洞。如圖3所示，凹槽8在下板片絕熱區內部分的兩側面和的底面設置有毛細芯11，毛 細芯11用於在整個平板熱管平放或倒置的時候，保證液體的回流。毛細芯11的材質為銅、 鋁或不鏽鋼等，結構可為網狀、絲狀或片狀等。本發明平板熱管的工作原理如下通過充液口 6充裝工作介質，加熱後工作介質在蒸發區蒸發，通過絕熱區4流動到 冷凝區5，氣體在冷凝區5進行冷凝，冷凝後的液體工作介質由翅柱9之間的縫隙進入任一 條凹槽8，再流回蒸發區3，形成一個蒸發-冷凝的循環過程。本發明具有以下特點1.絕熱區4內的凹槽是在平板上加工而出的，無需彎折，避免產生變形和應力集 中；2.上、下板片之間採用整體釺焊的方式進行連接，在高溫焊接的過程中，板片上的 灰塵和油脂會揮發，省去清洗的步驟，可以減少汙染；3.冷凝區排布多個翅柱，這樣可以有效分散不凝結氣體，或減少不冷凝氣體的產 生；同時，即使有不凝結氣體的產生，也不會對平板熱管的傳熱性能有致命的影響，而且這 種影響是可以通過實時監控來預防的；4. 一體式結構，結構緊湊；在加工凹槽抽真空、充液、焊接的過程中，結構不易發 生變形或損壞；5.結構簡單，傳熱效率高。
權利要求
一種平板熱管，其特徵是包括上板片和下板片，上板片和下板片扣合連接在一起形成一個完整的熱管，上板片和下板片的結構相互對稱，均包括依次分布的蒸發區、絕熱區和冷凝區，蒸發區和絕熱區連接為一體；冷凝區與絕熱區之間明顯分界且互相連通；蒸發區內設置有充裝工作介質的充液口；蒸發區和絕熱區內設有平行排列且貫穿蒸發區和絕熱區的凹槽，各條凹槽在蒸發區內的一端是相互連通的，在絕熱區內的另一端與冷凝區是連通的；冷凝區內分布有翅柱，冷凝區的一側邊緣處設置有用於封裝時抽真空或必要時釋放不凝結氣體的出氣口；上板片和下板片合在一起後，上板片和下板片上的凹槽形成一個完整的密閉通道，充液口和出氣口均形成封閉的孔洞。
2.根據權利要求1所述的平板熱管，其特徵是所述下板片上的凹槽在絕熱區內的部 分的兩側和底部設置有毛細芯。
全文摘要
本發明提供了一種平板熱管，包括上板片和下板片，上板片和下板片扣合連接在一起形成完整的熱管，上板片和下板片的結構相互對稱，均包括依次分布的蒸發區、絕熱區和冷凝區，蒸發區和絕熱區連接為一體；冷凝區與絕熱區之間明顯分界且互相連通；蒸發區內設置有充裝工作介質的充液口；蒸發區和絕熱區內設有平行排列且貫穿蒸發區和絕熱區的凹槽，各條凹槽在蒸發區內的一端是相互連通的，在絕熱區內的另一端與冷凝區是連通的；冷凝區內分布有翅柱，冷凝區的一側邊緣處設置有用於封裝時抽真空或必要時釋放不凝結氣體的出氣口。本發明熱傳量大、均溫性能好、可靠性高、製造工藝簡單，在保證傳熱性能的基礎上，可以有效分散不凝結氣體，減少不冷凝氣體的產生。
文檔編號F28D15/04GK101929813SQ20101026034
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月24日 優先權日2010年8月24日
發明者張樹生, 郭雷, 陳雅群 申請人:山東大學