液冷式竖直导热面热管散热器的制作方法

本发明涉及散热器领域，特别是涉及一种热管散热器。

背景技术：

利用相变和热传导原理的热管由于传热效率高，在散热器技术中应用甚多，但是现有的热管散热器，其蒸发段导热面一般要求水平放置且低于冷凝段散热面，用于需要竖直面散热且热管只能单面接触的工作对象上，往往效率不高，对于散热面为非平面曲面、或者使用重力热管的散热器尤其明显；特别是在工作对象散热量大，热管冷凝段采用液冷方式时，如果热管蒸发段的热交换能力不足，势必影响其正常工作。

技术实现要素：

本发明的目的，是提供一种用于竖直散热面且热管只能单面接触的工作对象上，能实现高效率散热的液冷式热管散热器；所述的竖直散热面包括平面和非平面曲面。

一种液冷式竖直导热面热管散热器，包括，热管、蒸发段导热块、导热附加结构或者附件、冷凝段冷却组件、安装连接组件；所述的蒸发段导热块与热管内部工质接触方向的导热面，其法线与导热面直接连接的这一段热管的轴线的夹角为38°～80°，(如果平面导热面平行于竖直面或者曲面导热面的轴线平行于竖直面，那么其法线就平行于水平面，与导热面直接连接的这一段热管轴线与水平面的夹角38°～80°；之所以明确“导热面直接连接的这一段热管的轴线”，是因为整根热管或者是直的，或者某一部分有弯曲；特别的，如果导热面是平面，其法线与热管轴线的夹角38°～80°，即其平面与热管轴线的夹角10°～52°)；不与热管内部工质接触，但是与蒸发段管壁接触的位置包覆一层与蒸发段导热块连续的导热金属层；蒸发段导热块与工作对象接触方向的导热面与工作对象散热面保持紧密接触并在接触面涂覆导热性能良好之辅料，所述的导热性能良好之辅料包括导热硅脂；这样的结构使得蒸发段导热块的一部分成为热管的管壁，有利于热量从工作对象散热面向热管工质的传导；所述的热管包括一根或者二根以上，所述的热管的垂直于轴线的横截面或者是圆形、或者是其它平面图形；所述的冷凝段冷却组件包括液冷组件；所述的液冷组件包括至少一个冷却液箱，或者一个冷却液箱和一组中继管道和一个冷却源液箱，或者一组冷却液管道和一组中继管道和一个冷却源液箱，或者还包括冷却液箱风机、液体泵、电磁阀；所述的冷却源液箱至少包括二个通过中继管道与冷却液箱或者冷却液管道的接口，冷却液从低位接口进入冷却液箱或者冷却液管道，流动同时吸收热管的热量，吸收了热量温度升高的液流从高位接口回到冷却源液箱冷却，冷却液箱风机加快冷却液箱液体的冷却，冷却源液箱风机加快冷却源液箱液体的冷却，液体泵加快冷却液体在冷却液管道中或者冷却液箱中的循环，电磁阀控制冷却液管道或者冷却液箱与冷却源液箱的通或者断，使得冷却液管道或者冷却液箱中的液体只在需要时才能流动；所述的中继管道或者是单独设置、或者是冷却液管道的一部分；所述的热管散热器配置的液冷组件的冷却方式包括，或者是热管冷凝段直接进入冷却液箱的冷却液中散热，冷却液箱中的液体通过冷却液箱的翅片散热或者风机散热；或者是热管冷凝段直接进入冷却液箱的冷却液中散热，冷却液箱中的冷却液通过中继管道与冷却源液箱连接，冷却液从低位接口进入冷却液箱，吸收热管的热量后变热上升，吸收了热量温度升高的液流从高位接口回到冷却源液箱冷却，风机加快冷却源液箱内液体的冷却，或者冷却源液箱也可以通过设置翅片散热，或者风机和散热翅片配合散热；或者是冷却液管道环绕热管冷凝段散热，冷却液管道通过中继管道与冷却源液箱连接，冷却液从低位接口进入管道，沿管道流动同时吸收热管的热量，吸收了热量温度升高的液流从高位接口回到冷却源液箱冷却，风机加快冷却源液箱内液体的冷却，或者冷却源液箱也可以通过设置翅片散热，或者风机和散热翅片配合散热。

所述的液冷式竖直导热面热管散热器，其所述的导热附加结构或者附件，包括表面有微结构的导热面，或者其管体的管材为导热性优良的管材，或者热管的绝热段外管周围包裹隔热材料，或者热管的冷凝段设置散热翅片；所述的微结构包括竖直方向平行的凸起或者沟槽、或者水平方向平行的凸起或者沟槽、或者倾斜方向平行的凸起或者沟槽，或者竖直方向与水平方向交叉的凸起或者沟槽，或者水平方向与倾斜方向交叉的凸起或者沟槽，或者竖直方向与倾斜方向交叉的凸起或者沟槽，或者两个不同倾斜方向互相交叉的凸起或者沟槽；所述的导热性优良的管材包括带有螺旋凸起和螺旋槽的管材，所述的带有螺旋凸起和螺旋槽的管材包括带有单头或者多头螺旋凸起和多头螺旋槽的管材；所述的散热翅片的分布方式包括平行式、辐射式、螺旋式，所述的散热翅片包括带有冲缝的散热翅片。

图1为本发明所述的热管冷凝段直接进入冷却液箱的冷却液中散热而且冷却液箱中的冷却液通过中继管道与冷却源液箱连接的一种实施方式的示意图，图1是主视图的剖视图表示、剖切平面是通过热管2的轴线和导热面102的法线的竖直平面；其中蒸发段导热块1与热管2内部的工质接触方向的导热面102的法线与热管2轴线的夹角为38°～80°；不与热管2内部工质接触，但是与蒸发段管壁接触的位置包覆一层与蒸发段导热块连续的导热金属层7、以加强蒸发段导热块1对热管2蒸发段管壁的热传导，蒸发段导热块1与工作对象接触方向的导热面101和工作对象散热结构件9的散热面保持紧密接触，并在接触面涂覆导热硅脂，蒸发段导热块1通过底固定片8与散热器座6连接；图中所示的液冷冷却方式，采取的是热管2冷凝段直接进入冷却液箱4的冷却液中散热，冷却液箱中的冷却液通过中继管道与冷却源液箱连接的一种实施方式，其中热管2穿过冷却液箱4的底部的孔所在位置以及进液中继管道5、出液中继管道3均有水密设置，为图面清晰省略没有画出，特此说明；所述的冷却液箱4主要起热交换作用，可以用于安装位置较小的情况，冷却液箱4中的液体通过中继管道与冷却源液箱(本图中未有画出，在后续实施例的图中有涉及)连接，冷却液通过进液中继管道5从低位接口进入冷却液箱4，吸收热管的热量后变热上升，吸收了热量温度升高的液流从高位接口通过出液中继管道3回到冷却源液箱冷却，风机加快冷却源液箱内液体的冷却，或者冷却源液箱也可以通过设置翅片散热，或者风机和散热翅片配合散热。

图2为本发明所述的热管的冷凝段直接进入冷却液箱的冷却液中散热的一种实施方式的示意图，图面为剖视图，剖切平面为通过热管12轴线和蒸发段导热块11与热管内部工质接触方向的导热面112的法线的平面，其中热管12的冷凝段穿过冷却液箱13的底部的孔所在位置设置有密封件，所述的密封件包括密封圈、密封垫、密封螺母等等，为图面清晰省略没有画出，特此说明；所述的冷却液箱13在安装位置允许的情况下采用较大容积，冷却液箱上方是冷却液箱风机14、风机上方有安全过滤网；蒸发段导热块11与工作对象接触方向的导热面111和工作对象散热结构件9的散热面保持紧密接触(因为紧密接触所以在图面的投影重合为同一条直线段)，并在接触面涂覆导热硅脂；热管的冷凝段包括无散热翅片或者有散热翅片，有散热翅片在冷却液箱的冷却液中散热效率更高；底座16为各配件安装的基础，支柱15固定支持冷却液箱13。

图3为本发明所述的冷却液管道环绕热管冷凝段散热，冷却液管道通过中继管道与冷却源液箱连接的一种实施方式的示意图；冷却液管道18中的冷却液通过中继管道与冷却源液箱(本图中未有画出，在后续实施例的图中有涉及)连接，冷却液通过进液中继管道20从低位接口进入冷却液管道18，沿管道流动同时吸收热管的热量，吸收了热量温度升高的液流从高位接口通过回液中继管道19回到源液箱冷却，风机加快源液箱内冷却液的冷却，或者源液箱也可以通过设置翅片散热，或者风机和散热翅片配合散热；蒸发段导热块1与工作对象散热构件17紧密接触并在接触面涂覆导热硅脂；所述的冷却液管道18的结构包括整体式结构且接口可以安排在远离工作对象的位置，可避免冷却液系统万一泄漏对工作对象的不良影响。

进一步地，为减少热阻、提高效率，所述的液冷式竖直导热面热管散热器，其蒸发段导热块与工作对象接触方向的导热面和工作对象散热面必须保持适形紧密接触，所述的适形、是指蒸发段导热块与工作对象接触方向的导热面的形状适应工作对象散热面的形状，所述的适应工作对象散热面的形状是指蒸发段导热块与工作对象接触方向的导热面的形状和工作对象散热面的形状是相同的曲面；工作对象散热面的形状是平面、蒸发段导热块与工作对象接触方向的导热面的形状也是平面，工作对象散热面的形状是曲面、蒸发段导热块与工作对象接触方向的导热面的形状则是相同曲面；所述的适形包括单面适形或者双面适形。

图4是多根热管组成的液冷式竖直导热面热管散热器与工作对象散热面双面适形的水平截面图，其中工作对象散热面21是曲面形状，蒸发段导热块22与工作对象接触方向的导热面的形状适应散热面21的曲面形状，而且、蒸发段导热块22与热管23内部工质接触方向的导热面，和所述的蒸发段导热块与工作对象接触方向的导热面的形状(也即散热面21的曲面形状)相似且处处距离相等，热管23适应曲面分布，保持导热面壁厚均匀；图5是多根热管组成的液冷式竖直导热面热管散热器与工作对象散热面单面适形的水平截面图，虽然蒸发段导热块24与工作对象接触方向的导热面的形状适应散热面21的曲面形状，(如果这一面也都不适应散热面21的曲面形状，则径向热阻更大，效率更低)，但是、蒸发段导热块24与热管23内部工质接触方向的导热面，和所述的蒸发段导热块与工作对象接触方向的导热面的形状不相似，(这种一个导热面适形一个导热面不适形的情况好于两个导热面都不适形的情况，但是不如两个导热面都适形的情况)，导致热管23不能沿和工作对象接触方向的导热面的形状相似的曲面分布，使得导热面壁厚向两端逐步增大；图4与图5相比，显然，图5中的传导路径长得多，径向热阻大得多；图6是单根热管液冷式竖直导热面热管散热器与工作对象散热面双面适形的水平截面图，其中工作对象散热面26是曲面形状，竖直导热面热管散热器的蒸发段导热块27与工作对象接触方向的导热面的形状适应散热面26的曲面形状，而且、蒸发段导热块27与热管28内部工质接触方向的导热面，和所述的蒸发段导热块27与工作对象接触方向的导热面的形状相似且处处距离相等，适应散热面26的曲面形状，使得热管28的导热面也适应散热面26的曲面形状，保持导热面壁厚均匀；图7是单根热管液冷式竖直导热面热管散热器与工作对象散热面单面适形的水平截面图，即使蒸发段导热块29与工作对象接触方向的导热面的形状适应散热面26的曲面形状，但是、蒸发段导热块29与热管28内部工质接触方向的导热面，和所述的蒸发段导热块29与工作对象接触方向的导热面的形状不相似，(这种一个导热面适形一个导热面不适形的情况好于两个导热面都不适形的情况，但是不如两个导热面都适形的情况)，导致热管28的导热面也不能适应散热面26的曲面形状，导热面壁厚向两端逐步增大；图6与图7相比，显然，图7中的传导路径长，径向热阻大。

优选地，所述的液冷式竖直导热面热管散热器，其在与工作对象散热面接触的安装位置一定的条件下，在垂直于工作对象散热面(亦即蒸发端导热块与工作对象接触方向的导热面)的平面内热管截面形状一定的条件下，采用在该剖切平面内垂直于工作对象散热面在该平面内的投影的法线的方向的尺寸大于其它方向尺寸的热管，特别是单根热管；图8是采用单根横截面形状为中间矩形、两端半圆形的热管32和蒸发段导热块31、冷凝段散热筋33、冷凝段散热翅片34组成的热管散热器的主视示意图，(其侧视图方向蒸发段导热块31与热管32的配合情况与图1中蒸发段导热块1与热管2的配合情况相同)；图10是图8中热管32管体的横截面图；图9是采用多根圆形截面热管36和蒸发段导热块35、冷凝段散热筋37、冷凝段散热翅片38组成的热管散热器的主视示意图，(其侧视图方向蒸发段导热块35与热管36的配合情况与图1中蒸发段导热块1与热管2的配合情况相同)，细点阴影部分为它们各自的蒸发段导热块与热管内部工质接触方向的直接接触的导热面面积的投影，显然图8中的直接接触导热面积比图9中的直接接触导热面积大，即使图9中的热管一根紧挨一根，图8中的直接接触导热面积也要比图9中的直接接触导热面积大。

所述的液冷式竖直导热面热管散热器，当其配置的热管为封闭式重力热管时，所述的封闭式重力热管的绝热段的轴线与水平面的夹角为为45°～75°。

图11为所述的液冷式竖直导热面热管散热器，其核心单元蒸发段导热块1与热管组件的加工中间配件示意图，所述的竖直导热面热管散热器，其制造必须精心施工、严格要求，其制造方法包括机械加工、清洗、配件制作、清洗、焊接、检漏、除气、检漏、抽真空、充液灌装工质、封装、烘烤、检验等程序；其核心单元热管的蒸发端导热块1与热管组件的关键部分、蒸发段导热块1与热管的结合面形成的竖直导热面(不仅是蒸发段导热块1的形状，还有包括热管管壁环面206形状与蒸发段导热块1的贴合程度以及水密和气密连接质量)的制造，不是通过对已有热管材料通过变形大的压力加工来制造成形所需的竖直导热面(容易破坏热管的微结构，成形也不够精确)，而是通过变形小的方法来制造，所述的变形小的方法，包括，使用合适方法制造符合要求的蒸发段导热块1，对已有管材进行小应力切削制造出符合角度要求的与蒸发段导热块1配合表面吻合的热管端配合环面206，再使二者可靠地进行水密和气密连接，所述的可靠地进行水密和气密连接包括焊接或者粘结；所述的配件制作包括对热管上端封装帽201加装焊接一个与抽真空机管嘴和充液灌装机管嘴匹配的小管道202和阀门，而且、在除气、检漏合格后，小管道202必须先经过阀门与抽真空机管嘴连接可靠后、再进行抽真空，在抽真空完成之后、先关紧阀门、然后才使抽真空机管嘴解脱与阀门的连接；再使充液灌装机管嘴与阀门可靠连接后、然后进行充液灌装，充液灌装完成后、先关紧阀门，才再使充液灌装机管嘴解脱与阀门的连接；然后再对小管道202进行可靠封装，再然后才能卸下阀门；所述的可靠封装，包括采用接触电阻焊机使小管道完全可靠封闭；所述的充液灌装机，是具有精密计量功能的充液灌装机。

本发明所述的液冷式竖直导热面热管散热器，其结构方面的改进使得蒸发端导热块的一部分成为热管的管壁因而减短传导路径、减少径向热阻，而且增大工质与蒸发端导热块的接触面积，提高了热量从工作对象散热面向热管工质传导的效率，加上竖直导热面热管散热器采用与工作对象散热面适形的方式，特别是双面适形，使蒸发段效率进一步提高，液冷则提高冷凝段效率，多种提高效率的特征共同作用，使效率得到显著提高；本发明的结构用于网目式热管、烧结式热管、纤维式热管、微沟槽式热管、螺旋式热管、多头螺旋式热管时，不会破坏所述的热管的微结构，用于重力热管，能够保证重力热管正常工作的条件；当使用重力热管用于需要竖直面散热且热管只能单面接触的工作对象上，而且工作对象的散热面是非平面曲面时，优点尤其显著，不仅材料成本低，制造加工方便，而且效率高，与现有技术相比，能够起到提高运行效率，节约能源，保护环境的有益效果。

附图说明

图1是热管冷凝段直接进入冷却液箱的冷却液中散热而且冷却液箱中的冷却液通过中继管道与冷却源液箱连接的一种实施方式的示意图。

图2是所述的热管的冷凝段直接进入冷却液箱的冷却液中散热的一种实施方式的示意图。

图3是冷却液管道环绕热管冷凝段散热，冷却液管道通过中继管道与冷却源液箱连接的一种实施方式的示意图。

图4是多根热管组成的液冷式竖直导热面热管散热器与工作对象散热面双面适形的水平截面图。

图5是多根热管组成的液冷式竖直导热面热管散热器与工作对象散热面单面适形的水平截面图。

图6是单根热管液冷式竖直导热面热管散热器与工作对象散热面双面适形的水平截面图。

图7是单根热管液冷式竖直导热面热管散热器与工作对象散热面单面适形的水平截面图。

图8是采用单根横截面形状为中间矩形、两端半圆形的热管组成的热管散热器的主视示意图。

图9是采用多根圆形截面热管组成的热管散热器的主视示意图。

图10是图8中热管32管体的横截面图。

图11是液冷式竖直导热面热管散热器，其核心单元蒸发段导热块与热管组件的加工中间配件示意图。

图12是实施例1的示意图。

图13是实施例2的示意图。

图14是图12的A-A剖视图。

图15是实施例3的示意图。

具体实施方式

实施例1，图12是实施例1的示意图，图面为剖视图，剖切平面为通过容器40中轴线平行于图面的竖直平面；容器40内部需要散热，为此在容器顶部空间42设置了散热通风设备，容器外壳上部还设置了散热翅片41，但是由于容器比较高，且热量比较大，容器底部还需要利用容器的竖直侧面43进行散热；为此采用液冷式竖直导热面热管散热器，本图中散热器总成10是包括图2中热管组件所有零件的组合，容器40的散热面43和散热器总成10蒸发段导热块的与工作对象接触方向的导热面保持全面积紧密接触，并在接触面涂覆导热硅脂；由于发热元件热量较大，为加强散热效果，采用液冷式竖直导热面热管散热器10(散热器总成)进行散热，其中散热器总成10的热管冷凝段或者通过设置冷却翅片散热，或者设置为螺旋式热管、包括多头螺旋式热管以加强散热；冷却液箱13、冷却液箱风机14、及风机上方有安全过滤网，均如前所述，支柱、底座等安装附件作用明确均不再赘述；工作时，在热管内部，发热元件的热量通过散热面和蒸发段导热块传导到热管蒸发区的液态工质，使液态工质汽化，蒸汽携带热量上升至热管冷凝段，与冷却液13中的冷却液交换热量，冷凝为液态，在重力作用下回到蒸发区；或者冷却液箱13还可以通过设置翅片散热，或者风机和散热翅片配合散热。

实施例2，图13是实施例2的示意图，图14是图13的A-A剖视图；图中的电器柜60工作在比较恶劣的环境中，例如户外，因此外壳65采用全封闭结构以加强保护；电路板61竖直安装(其上的其它元器件省略没有画出)，由于发热元件热量较大，因此采用液冷式竖直导热面热管散热器64(散热器总成)进行散热，其中蒸发段导热块63的与工作对象接触方向的导热面的面积≥发热元件散热面62的面积，并保持全面积紧密接触，及在接触面涂覆导热硅脂；热管冷凝段环绕螺旋形冷却液管道66，冷却液管道66由整根无缝管道组成，包括从电器柜60机箱后壁穿墙而过伸出到机箱外部的进液管道52和出液管道53(图13中可见，图14中其投影被遮住所以没有显示)都是一个整体，接口在电器柜60机箱外部；冷却液管道66的截面为矩形(四角为工艺圆角)，以使与热管冷凝段的接触面最大，接触面间涂覆导热硅脂；支持保护板67，散热器安装座68，电器柜底座69为适应安装固定保护需要的附件；冷却源液箱50内部上方有冷却风机及保护网，外周还有散热翅片；控制箱51中包括控制电路分箱、液体泵、电磁阀、管道接头、密封材料等附件及辅助材料；工作时，在热管内部，发热元件的热量通过散热面和蒸发段导热块传导到热管蒸发区的液态工质，使液态工质汽化，蒸汽携带热量上升至热管冷凝段，与冷却液管道66中的冷却液交换热量，冷凝为液态，在重力作用下回到蒸发区；在液冷系统内，相对低温的液体从进液管道52进入螺旋形冷却液管道66，流动的同时与散热器总成64的热管冷凝段的工质交换热量，升温后的相对高温液体从出液管道53流回冷却源液箱50。

实施例3，图15是实施例3的示意图，图面为剖视图，剖切平面为通过热管74的中轴线平行于图面的竖直平面，其外部设备与图12所示相同；图中的电器柜70工作在比较恶劣的环境中，例如户外，因此外壳75采用全封闭结构以加强保护；电路板71竖直安装(其上的其它元器件省略没有画出)，由于发热元件热量较大，因此采用液冷式竖直导热面热管散热器74(散热器总成)进行散热，其中蒸发段导热块73的与工作对象接触方向的导热面的面积≥发热元件散热面72的面积，并保持全面积紧密接触，及在接触面涂覆导热硅脂；热管74的冷凝段穿过冷却液箱76的底部的孔所在位置以及进液中继管道、出液中继管道(进液中继管道、出液中继管道均从外壳75后壁穿墙而过伸出到机箱外部)均有水密设置，为图面清晰省略没有画出，特此说明；冷却液箱76中的液体通过中继管道与冷却源液箱(参见图12)连接，冷液通过进液中继管道52从低位接口进入冷却液箱76，吸收热管的热量后变热上升，吸收了热量温度升高的液流从高位接口通过出液中继管道53回到源液箱冷却，从电器柜70机箱后壁穿墙而过伸出到机箱外部的进液管道52和出液管道53(参见图12)的接口在电器柜70机箱外部；支持保护板77，散热器安装座78，电器柜底座79为适应安装固定保护需要的附件；工作时，在热管内部，发热元件的热量通过散热面和蒸发单导热块传导到热管蒸发区的液态工质，使液态工质汽化，蒸汽携带热量上升至热管冷凝段，与冷却液箱76中的冷却液交换热量，冷凝为液态，在重力作用下回到蒸发区；在液冷系统内，相对低温的液体从进液管道52进入冷却液箱76，与散热器总成74的热管冷凝段的工质交换热量，吸收热管的热量变热的液体上升，吸收了热量温度升高的液流从高位接口通过出液管道53回到源液箱50冷却；热管冷凝段或者设置为螺旋式热管、包括多头螺旋式热管以加强散热，在安装位置足够时、热管冷凝段或者通过设置冷却翅片散热。

为详细说明本发明，本说明书举例描述了一些具体结构和数据，这些都仅仅是为了说明而非限定，在本发明权利要求的基本思想范围内所做的各种改变、替换和更改所产生的全部或部分等同物，都在本发明权利要求的保护范围内。