一種柔性脈動熱管裝置的制作方法

本發(fā)明涉及無源驅動的散熱冷卻技術領域，具體為一種柔性脈動熱管裝置。

背景技術：

隨著各種電子元件集成度的不斷提高，高密度、小型化發(fā)展已是不可逆轉的趨勢，能否找到針對發(fā)熱問題的有效解決方案已嚴重制約著商業(yè)電子產品的成本，并影響其投放市場的時間。近年來，由于智能移動設備、可穿戴設備以及電動汽車的發(fā)展和普及，對散熱設備的便攜性和空間適應性等提出了更高的要求。脈動熱管結構簡單、無內部毛細芯，具有小型化、成本低的優(yōu)點，非常適合于小空間內高熱流密度下的散熱冷卻。但目前的研究中，脈動熱管主要以銅、鋁等金屬材料一體成型，具有剛性結構，因此其應用也會一定程度上受工作環(huán)境的影響。

目前，在傳統(tǒng)熱管領域，柔性熱管特別是高分子聚合物柔性熱管，因其兼具高傳熱能力和柔性易彎曲的性能而受到廣泛關注。Yang等在《Applied Thermal Engineering》(2016年卷95頁碼445-453)上發(fā)表的“Fabrication and performance evaluation of flexible heat pipes for potential thermal control of foldable electronics”一文中設計了一種絕熱段使用氟橡膠管的柔性熱管裝置，在水平放置的工作模式中，所設計的熱管可以實現(xiàn)從0°到180°自由彎曲，而且在重復彎曲的情況下依然可以具有很低的熱阻。但對于傳統(tǒng)普通熱管來說，重復的彎折會造成管內吸液芯結構的破壞和脫落，從而使熱管失效。因此，設計一種新的無吸液芯柔性熱管至關重要。Ogata等在“Performance evaluation of ultra-thin polymer pulsating heat pipes”(14th IEEE Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems Conference)一文中提出一種新型超薄聚合物制作的脈動熱管，其傳熱能力與0.4mm厚的銅板相當。雖然柔性聚合物脈動熱管有了一定的發(fā)展，但仍未見能夠實現(xiàn)大角度范圍內自由彎曲的柔性脈動熱管的相關報道。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種柔性脈動熱管裝置，使其能適應復雜密閉空間內設備的散熱問題，提供高效的散熱解決方案，增強其實際應用能力。

本發(fā)明是通過以下技術手段實現(xiàn)上述技術目的。

一種柔性脈動熱管裝置，其特征在于，包括冷凝段，絕熱段，蒸發(fā)段，三通，工質；

所述冷凝段，包括n個小“U形”銅毛細管，一個大“U形”銅毛細管，銅翅片，銅翅片固定在小“U形”銅毛細管和大“U形”銅毛細管上；

蒸發(fā)段，包括n+1個小“U形”銅毛細管；

所述絕熱段，包括橡膠管，橡膠管內徑與銅毛細管外徑相同，采用氟橡膠管材料；

冷凝段，絕熱段，蒸發(fā)段通過膠結的方式依次連通，構成蛇形熱管回路，內部充注工質，大“U形”銅毛細管的兩個端口與絕熱段最外側兩根橡膠管的端口相連，形成封閉回路；

所述三通安裝在大“U形”銅毛細管上，未與大“U形”銅毛細管連接的一端端口為抽真空/工質注液口。

所述“U形”銅毛細管7，其內壁可為光滑內壁或加工成有微槽道的內壁，微槽道的橫截面形狀為矩形或三角形；

所述工質，體積充液率在30～70％以內。

所述“U形”銅毛細管的微槽道結構，“U形”銅毛細管的外直徑d_o＝4mm，“U形”銅毛細管的壁厚t_w＝0.22mm，微槽道結構內壁面齒高l_f＝0.12mm，微槽道結構齒頂角γ＝40°，微槽道結構螺旋角α＝12°，微槽道結構齒條數(shù)N＝40，微槽道結構單個齒的濕周S＝0.448mm。

本發(fā)明與現(xiàn)有脈動熱管技術相比主要還具有以下效果：除繼承傳統(tǒng)脈動熱管結構簡單、傳熱能力強的優(yōu)點外，還可實現(xiàn)大角度范圍內的彎折和變形，形成多種空間結構，且可重復多次彎折，根據(jù)散熱需求隨時調節(jié)彎折角度和自身結構。同其他高分子聚合物相比，本發(fā)明絕熱段所用氟橡膠材料可在-50至200℃溫度區(qū)間內保持性能穩(wěn)定，具有優(yōu)良的電絕緣性、氣密性和保溫性能。在蒸發(fā)段和冷凝段部位，仍采用傳統(tǒng)銅毛細管材料，從而更有利于該部分熱管內工質的流動沸騰和冷凝換熱。因此，本發(fā)明柔性脈動熱管不僅在工作過程中能夠實現(xiàn)大角度范圍內自由彎曲，對外界環(huán)境具有更強的適應性，同時仍能保證良好的傳熱性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明柔性脈動熱管裝置結構示意圖。

圖2(a)，(b)和(c)分別為本發(fā)明柔性脈動熱管的三種不同結構示意圖。

圖3為微槽道橫截面局部放大圖示意圖。

圖4為階梯型、倒“U”型和“N”型三種不同結構的柔性脈動熱管的熱阻隨加熱功率的變化曲線

圖5為微槽道沿熱管長度方向局部剖視圖。

其中，1、冷凝段，2、絕熱段，3、蒸發(fā)段，4、三通，5、銅翅片，6、橡膠管，7、“U形”銅毛細管，d_o、外直徑，t_w、壁厚，l_f、內壁面齒高，γ、齒頂角，α、螺旋角。

具體實施方式

為了更好的說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結合附圖是實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

如圖1所示，一種柔性脈動熱管裝置，其特征在于，包括冷凝段1，絕熱段2，蒸發(fā)段3，三通4，工質；所述冷凝段1，包括n個小“U形”銅毛細管7，一個大“U形”銅毛細管7，銅翅片5，銅翅片(5)固定在小“U形”銅毛細管7和大“U形”銅毛細管7上；蒸發(fā)段3，包括n+1個小“U形”銅毛細管7，n為大于等于1的正整數(shù)；所述絕熱段2，包括橡膠管6，橡膠管6內徑與銅毛細管外徑相同，采用氟橡膠管材料；冷凝段1，絕熱段2，蒸發(fā)段3通過膠結的方式依次連通，構成蛇形熱管回路，內部充注工質，大“U形”銅毛細管7的兩個端口與絕熱段2最外側兩根橡膠管6的端口相連，形成封閉回路；所述三通4安裝在大“U形”銅毛細管7上，未與大“U形”銅毛細管7連接的一端端口為抽真空/工質注液口；所述“U形”銅毛細管7，其內壁可為光滑內壁或加工成有微槽道的內壁，微槽道的橫截面形狀為矩形或三角形。

實施例1

如如圖1和圖2(a)所示。其中蒸發(fā)段3和冷凝段1主要由內壁面加工有微槽道結構的“U形”銅毛細管7組成，所用“U形”銅毛細管7的外直徑為4mm，壁厚0.3mm，絕熱段2所用材料為氟橡膠管，橡膠管6內外徑分別為4mm和6mm,通過室溫固化膠與蒸發(fā)段3和冷凝段1的具有微槽道結構的“U形”銅毛細管7相連。三通4用以實現(xiàn)抽真空和工質的注入，并高溫膠結的方法與“U形”銅毛細管7的兩端口連接成整體，構成熱管回路。熱管蒸發(fā)段3、絕熱段2和冷凝段1的長度分別為80mm、870mm和120mm，并充注有50％體積分數(shù)的去離子水作為工質。如圖1所示，在充注工質前，需通過三通4對所述柔性脈動熱管裝置進行抽真空處理，待內部不凝性氣體充分排除后，方可充注一定量的去離子水，然后將三通4的注液口密封。

實施例2

同實施例1，所不同的是，柔性脈動熱管裝置蒸發(fā)段3、絕熱段2和冷凝段1的相對位置分別如圖2(b)、2(c)所示，具有多種不同的空間結構，如圖2所示，可為倒“U”型，階梯形或“N”型，具體結構形狀可根據(jù)散熱需求和外界環(huán)境而定。如圖4所示,倒“U”型，階梯形、“N”型三種柔性脈動熱管均具有良好的啟動特性，啟動功率低于20W。其中，對于“階梯型”柔性脈動熱管，在加熱功率為192W時，熱阻下降至0.32W/℃，且仍未發(fā)生燒干現(xiàn)象，表現(xiàn)出良好的傳熱性能。三種柔性脈動熱管的傳熱能力從高到低依次為“階梯型”、“倒U型”和“N型”。

實施例3

同實施例1和實施例2，所不同的是柔性脈動熱管裝置蒸發(fā)段3和冷凝段1所用“U形”銅毛細管7的內壁面加工有微槽道結構，如圖3和5所示。所用“U形”銅毛細管7的外直徑d_o＝4mm，“U形”銅毛細管7的壁厚t_w＝0.22mm，“U形”銅毛細管7的微槽道結構的內壁面齒高l_f＝0.12mm，“U形”銅毛細管7的微槽道結構的齒頂角γ＝40°，“U形”銅毛細管7的微槽道結構沿熱管長度方向，微槽道與熱管軸線所呈的螺旋角α＝12°，“U形”銅毛細管7的微槽道結構的齒條數(shù)N＝40，通過簡單的幾何計算可得出，“U形”銅毛細管7內部過流橫截面積A＝9.2995mm²，“U形”銅毛細管7的微槽道結構的單個齒的濕周S＝0.448mm，通過公式得到由此形成的“U形”銅毛細管7水力直徑D_h約為2.0mm。

實施例4

同實施例3，所不同的是，柔性脈動熱管的內部微槽道結構橫截面的形狀為矩形或三角形。

上例詳細說明是針對本發(fā)明可行的實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍。其中，柔性脈動熱管裝置的蛇形熱管回路的“U形”銅毛細管7數(shù)可根據(jù)實際需要進行調整，蒸發(fā)段3和冷凝段1也可采用內部光滑金屬毛細管，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應包含于本案的專利范圍中。