專利名稱：熱管及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種熱管，特別是涉及一種溝槽式熱管及其制造方法。
背景技術：
現階段，熱管已被廣泛應用于具較大發熱量的電子元件的散熱。該熱管 工作時，利用管體內部填充的低沸點工作流體在其蒸發段吸收發熱電子元件 產生的熱量后蒸發汽化，帶著熱量運動至冷凝段，并在冷凝段液化凝結將熱 量釋》文出去，該液化后的工作流體在熱管壁部毛細結構的作用下再回流至蒸 發段，通過該工作流體的循環運動，將電子元件產生的熱量散發出去。
當熱管蒸發段的毛細結構不能提供足夠強大的毛細作用力時，不能夠及 時使冷凝段的工作流體回流至蒸發段，可能使工作流體過少而燒干，進而使 熱管喪失傳熱性能而令發熱元件因不能及時散熱而燒毀。以溝槽式熱管
(grooved heat pipe)而言，溝槽的齒形為影響傳熱性能的重要參數，現有溝槽 式熱管的溝槽的齒形于蒸發段至冷凝段一般是一致的，為改善傳熱性能，陸 續有相關技術提供熱管的齒形變化，如溝槽漸進的變化，加強蒸發段的毛細 作用力等。但這些技術使得熱管的制程工藝困難，量產實施不易，且在將熱 管折彎或壓扁以滿足應用的需求時，不可避免的對毛細結構造成損壞而使其 液體輸送能力大幅下降，最終導致熱管最大傳熱量的下降及熱阻的增加。因 此需提供一種具有簡便的制程工藝，可適于折彎或壓扁應用需求，并具量產 性的具有4交佳溝槽齒形的熱管。
發明內容
有鑒于此，有必要提供一種具有較高熱傳性能且具量產性的熱管及其制 造方法。
一種熱管，包括管體、設于管體內的毛細結構及填充于該管體內的工作 流體，該管體設有蒸發段及冷凝段，該毛細結構包括設于管體內壁的若干微 細的溝槽，該蒸發段的管徑小于冷凝段的管徑，位于蒸發段的溝槽的槽寬小 于位于冷凝段的溝槽的槽寬，該毛細結構還包括貼設于管體內壁的至少一脈
管，所述脈管的管壁上形成若干細小孔隙，脈管的一側與溝槽相接觸。
一種熱管的制造方法，包括如下步驟提供內壁設有若干微細溝槽的一 管體；利用一縮管模縮小管體部分區域的管徑作為該熱管的蒸發段；在縮管 后的管體內置入至少一脈管；抽真空并填充適量工作流體至管體內；密封該 管體，得到所需的熱管。
該熱管的蒸發段的溝槽具有較小的槽寬，使該蒸發段具有更強的毛細作 用力，該脈管可進一步補足該熱管的毛細作用力及增加流體輸送能力，并且 在壓扁折彎成型過程中因不易受到損壞而能保持原有的功能，從而使該熱管 具有良好的傳熱性能，其制造方法使得該熱管借助于簡單的機械加工方式即 可實現上述功效，因此便于量產實施。
圖1為本發明熱管一較佳實施方式的示意圖。
圖2為圖i所示熱管沿n-n線的剖-見圖。 圖3為圖i所示熱管沿in-in線的剖視圖。
圖4為高速;^走轉縮管法的示意圖。 圖5為圖4沿V-V線的剖-見圖。 圖6為旋轉沖擊縮管法的示意圖。 圖7為圖6沿VII-VII線的剖浮見圖。
圖8為本發明熱管另一較佳實施方式于冷凝I5:的徑向剖示圖。 圖9為本發明熱管又一較佳實施方式于冷凝段的徑向剖示圖。
具體實施例方式
下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步說明。
圖1至圖3所示為本發明熱管10的一較佳實施例，該熱管10包括一管體 11、設于管體11內的毛細結構14以及填充于該管體11內的適量工作流體(圖 未示)。
該管體ll為一由銅、鋁等具良好導熱性的材料制成的封閉狀的中空金屬 管，該管體11的橫截面為圓環，其厚度T沿管體11的軸向保持不變。該管 體11沿軸向包括分別位于管體11兩端的蒸發段15與冷凝段16,及連接于蒸 發段15與冷凝段16之間的絕熱段17。該蒸發段15的管徑(內徑與外徑)小 于該冷凝段16的管徑。該絕熱段17靠近冷凝段16部分的管徑與冷凝段16
相同，靠近蒸發段15的部分管徑朝向蒸發段15方向逐漸縮小，形成錐形的連 接部171。
該工作流體為水、酒精、曱醇等具較低沸點的物質，且管體ll內被抽成 真空，使該工作流體易于由管體11的蒸發段15處吸熱蒸發，蒸汽帶著熱量向 冷凝段16移動，在冷凝段16放熱后凝結成液體，將熱量釋放出去，冷凝后的 液體經由毛細結構14又回流至蒸發段15進行下一次吸熱-放熱循環，從而完成 對發熱元件持續有效地散熱。
該毛細結構14包括沿管體11內壁軸向延伸的若干微細的溝槽142、 143 及一與溝槽142、 143相貼設的脈管145，其中溝槽143位于熱管10的蒸發段 15，溝槽142位于熱管10的冷凝段16,所述溝槽142、 143具有相同的槽深 H,但溝槽143的齒頂角Al(grooveapexangle)大于溝槽142的齒頂角A2，溝 槽143的齒頂寬度W!及齒根寬度W2分別小于溝槽142的齒頂寬度\￥3及齒 根寬度W4，也就是說，位于蒸發段15的溝槽143的槽寬小于位于冷凝段16 的溝槽142的槽寬。該脈管145為由若干銅絲、鋁線、不銹鋼絲或纖維束等材 料制成的絲線編織后形成的可繞性(flexible)的管體結構，管壁1451上形成有 若干細小的孔隙，內部形成一中心通道1452，該管壁1451上的孔隙與中心通 道1452相互連通。該務K管145的形狀為圓形并沿其軸向延伸，從熱管10的冷 凝段16延伸至蒸發段15，脈管145對應于絕熱段17的連接部171的位置順 沿管體11彎折，使得管壁1451可分別與管體11的蒸發段15與冷凝段16貼 合，該管壁1451的厚度沿軸向保持不變。該中心通道1452的直徑可從0.5mm 擴展至數毫米以上，其最大值可依不同的工作流體作適當調整，以純水為工作 流體為例，該中心通道1452的直徑的較佳范圍為0.5mm至2mm之間，使得 脈管145對工作流體輸送的方向具有單一性，即可將冷凝段16放熱冷凝后形 成的液態純水直接輸送至蒸發段15,而在蒸發段15吸熱蒸發汽化的蒸汽則從 脈管145與管體11之間的通道擴散至冷凝段16， /人而避免脈管145的中心通 道1452內汽液混合而影響其對流體的輸送功能。該脈管145的外徑遠小于管 體11內孔的直徑，管壁1451沿軸向與管體11內壁的溝槽142、 143相貼合， 管壁161上的孔隙與溝槽142、 143相連通，脈管145與溝槽142、 143共同形 成復合式的毛細結構14。脈管145的頂側遠離溝槽142、 143的頂端，因此， 該脈管145的管壁1451除與溝槽142、 143相貼合的底側部分之外，其余部分 則暴露于管體11的內孔內，增大毛細結構14與工作流體的接觸面積。
該熱管10可以由以下步驟制得提供內壁設有若干微細溝槽142的一直
徑大小均勻的管體ll,此時，溝槽142軸向延伸并均勻設置于管體11的整個 內壁面上，所述溝槽142沿軸向具有同樣的大小和形狀；縮小管體ll作為蒸 發段15部分的管徑，此時，對應蒸發段15部分的溝槽由于管徑減小而形成為 具有較小槽寬的溝槽143,靠近蒸發段15的部分形成槽寬過渡變化的連接部 171,而其余部分的溝槽142槽寬不變；提供一呈直線狀的脈管145，將該脈 管145置于管體11內并使之沿管體11軸向延伸，然后進行高溫燒結，以將脈 管145固定并使之變形而與管體11相貼合；抽真空及在管體11內填充適量工 作流體；密封，得到所需熱管10。其中，該管體11內壁的溝槽142可通過沿 管體11軸向在內壁抽制形成；該脈管145采用線徑約0.05mm的純銅絲線編 織形成，其壁部1451的厚度約為0.2mm,中心通道1452的直徑約為lmm， 該脈管145置入管體11后，利用高溫使脈管145與管體11產生健合作用，從 而使兩者固定連結為一體，且該過程中脈管145對應于熱管IO連接部171的 部位彎折變形，從而使兩端分別與管體11的兩端相貼合；縮小管體11的蒸發 段15部分管徑可以采用高速旋轉縮管法或旋轉沖擊縮管法完成。
如圖4及圖5所示，該高速旋轉縮管法進行縮管的步驟主要通過一高速旋 轉縮管模20來完成，該高速旋轉縮管模20為一中空的管狀體，沿軸向包括一 導引部21、 一漸縮部22及一細管部23。該導引部21的內徑與冷凝段16的外 徑相等，該漸縮部22從導引部21的末端向內減縮形成，其內徑與所需形成的 連接部171的外徑相對應，該細管部23的內徑與所需形成的蒸發段15的外徑 相等。在縮管的過程中，首先用一固定工具50將管體11固定至一工作臺40 上；驅動旋轉縮管模20高速運轉并沿熱管10的軸向由管體11的一端逐漸向 另一端運動至一定長度，該導引部21導引旋轉縮管模20逐漸向前運動，旋轉 縮管模20的漸縮部22與待縮管部分的管體11相擠壓，使該部分管徑逐漸縮 小，分別形成錐形的連接部171及管徑較小的蒸發段15。
如圖6及圖7所示，該旋轉沖擊縮管法進行縮管的步驟主要通過一旋轉沖 擊縮管模30來完成，該旋轉沖擊縮管模30包括至少兩個分模31,每一分模 31具有一圓弧形的內表面32，沿軸向包括一導引部34、 一漸擴部35及一細 管部36。當這些分模31組合時，其圓弧形的內表面32可均勻分布于一特定 的圓周面33上，其中，該細管部36對應形成的圓周面與所需形成的蒸發段 15的外表面相對應，該漸擴部35 ^v細管部36的一端向外漸擴形成，其對應 形成的圓周面與所需形成的連接部171的外表面相對應，該導引部34位于漸 擴部35開口較大的一端，其形成的圓周面與冷凝段16的外表面相對應。在縮
管的過程中，首先用固定工具50將管體11固定至工作臺40上；驅動沖擊縮 管模30的各分模31高速旋轉并逐漸沿管體11徑向向管體11逐漸靠近，并使 漸擴部35及細管部36與待縮管部分的管體11相沖擊，以形成所需的熱管10 的蒸發段15及連接部171。另外，為制得長度足夠長的蒸發段15，在沖擊縮 管模30沿管體11的徑向運動的同時，還可一并驅動沖擊縮管模30沿管體11 的軸向運動。可以理解地，利用旋轉沖擊縮管法可對位于管體11中間的任何 區域進行縮管，例如對于"U"型熱管，可將管徑較小的蒸發段設置于熱管中 間區域，而管體的兩端均形成冷凝段，以適用各種應用的需要。
該熱管10的制作方法通過縮小管體11的蒸發段15管徑的步驟，使獲得 的熱管10的蒸發段15的內部溝槽143的槽寬變窄及齒頂角增大，因此，相較 于一般具均一溝槽尺寸的熱管而言，該熱管10的蒸發段15內有較小的溝槽尺 寸，提高了熱管10的蒸發段15的毛細作用力并降低了熱阻值，進而提升整體 熱管10的毛細輸送能力(capillary force)及所相對的最大毛細傳熱限制。該熱管 10借助于簡單的機械加工方式即可實現上述功效，因此便于量產實施。且熱 管10內利用脈管145壁部1451形成具有細小的孔隙的多孔結構，產生毛細作 用力吸附冷凝后的工作流體，并通過脈管145內較小的中心通道1452直接輸 送至蒸發段15,避免冷凝后的工作流體因重力作用容易聚積于冷凝段16而導 致熱阻增加，進而增強了工作流體在管體11內的循環，補足原熱管IO的毛細 作用力及流體輸送能力，增強熱管10的蒸發段15與冷凝段16之間的熱交換。 且脈管145具可繞性，在高溫制程中沿其延伸的方向僅一側與管體11相接觸， 該脈管145在熱管IO壓扁或折彎成型后仍能保有其現有功能，整體提升該熱 管10的傳熱性能。
熱管10內也可以同時設置多個脈管145,所述脈管145可在管體ll內間 隔排列或者相互貼合，分別如圖8及圖9所示，該多個脈管145可進一步補足 熱管IO的毛細作用力及流體輸送能力，避免冷凝后的工作流體因重力作用容 易聚積于冷凝段16而導致熱阻增加，且在熱管10折彎形成為"L"型或"U，， 型或其它彎折形狀，或者在熱管IO縮管完成并打扁操作之后，該脈管145而 仍能保持現有功能，從而整體提升該熱管IO的傳熱性能。
權利要求
1.一種熱管，包括管體、設于管體內的毛細結構及填充于該管體內的工作流體，該管體設有蒸發段及冷凝段，該毛細結構包括設于管體內壁的若干微細的溝槽，其特征在于該蒸發段的管徑小于冷凝段的管徑，位于蒸發段的溝槽的槽寬小于位于冷凝段的溝槽的槽寬，該毛細結構還包括貼設于管體內壁的至少一脈管，所述脈管的管壁上形成若干細小孔隙，脈管的一側與溝槽相接觸。
2. 如權利要求l所述的熱管，其特征在于所述脈管為由若干銅絲、鋁 線、不銹鋼絲或纖維束編織后形成的管體結構。
3. 如權利要求l所述的熱管，其特征在于所述脈管的外徑小于管體內 孔的直徑，內部為中心通道，脈管的管壁上的孔隙與中心通道相連通。
4. 如權利要求l所述的熱管，其特征在于該管徑內設置多個脈管，所 述多個脈管于管體內間隔排列或者相互貼合。
5. 如權利要求l所述的熱管，其特征在于位于蒸發段的溝槽的齒頂角 大于位于冷凝段的溝槽的齒頂角。
6. 如權利要求l所述的熱管，其特征在于該蒸發段位于熱管的一端或 者位于熱管的中間區域。
7. —種熱管的制造方法，包括如下步驟 提供內壁設有若干微細溝槽的一管體； 利用一縮管模縮小管體部分區域的管徑作為該熱管的蒸發段； 在縮管后的管體內置入至少一脈管； 抽真空并填充適量工作流體至管體內；密封該管體，得到所需的熱管。
8. 如權利要求7所述的熱管的制造方法，其特征在于所述溝槽是在管 體內壁沿管體軸向抽制形成。
9. 如權利要求7所述的熱管的制造方法，其特征在于所述脈管由若干 銅絲、鋁線、不銹鋼絲或纖維束編織形成中空的管體結構，且所述脈管的外 徑小于管體內孔的直徑。
10. 如權利要求7所述的熱管的制造方法，其特征在于還包括于脈管置 入管體后，將管體置于高溫中燒結將脈管固定于管體上。
11. 如權利要求7所述的熱管的制造方法，其特征在于該縮管模為一高 速旋轉縮管模，該高速旋轉縮管模為一中空的管狀體，該管狀體設有擠壓管 體以使管體的管徑逐漸縮小的一漸縮部及導引該高速旋轉縮管模沿管體軸向 運動的一導引部，該縮小管徑的步驟包括驅動該高速旋轉縮管模沿熱管的軸 向由管體的一端逐漸向另一端運動。
12. 如權利要求7所述的熱管的制造方法，其特征在于該縮管模為一旋 轉沖擊縮管模，該旋轉沖擊縮管模包括至少兩個分模，這些分模各自具有一 圓弧形的內表面，這些內表面均勻分布于同一圓周面上，每一分模包括一細 管部，該縮小管徑的步驟包括驅動該旋轉沖擊縮管;f莫沿管體徑向逐漸向管體 運動以縮小其管徑。
13. 如權利要求12所述的熱管的制造方法，其特征在于該旋轉沖擊縮 管模在沿管體徑向靠近管體運動的同時，還沿管體的軸向運動。
全文摘要
一種熱管，包括管體、設于管體內的毛細結構及填充于該管體內的工作流體，該管體設有蒸發段及冷凝段，該毛細結構包括設于管體內壁的若干微細的溝槽，該蒸發段的管徑小于冷凝段的管徑，位于蒸發段的溝槽的槽寬小于位于冷凝段的溝槽的槽寬，該毛細結構還包括貼設于管體內壁的至少一脈管，所述脈管的管壁上形成若干細小孔隙，脈管的一側與溝槽相接觸，該熱管的毛細結構提供較強的毛細作用力同時液體回流阻力小，從而提升熱管的傳熱性能，本發明還提供一種熱管的制造方法，便于量產實施。
文檔編號F28D15/04GK101349520SQ20071007609
公開日2009年1月21日 申請日期2007年7月20日 優先權日2007年7月20日
發明者劉睿凱, 張長生, 王肇浩, 白先聲 申請人:富準精密工業(深圳)有限公司;鴻準精密工業股份有限公司