一种树形结构热管的制作方法

[0001]
本实用新型涉及电子器件高效散热领域，特别是涉及一种树形结构热管。


背景技术：

[0002]
随着微机电系统技术的发展，电子器件集成化和高频化程度不断提高，特征尺寸不断减小，单位容积的发热量不断增大，设备紧凑化的设计又使得散热更加困难，因此迫切需要解决高效散热技术难题。传统的风冷和液体对流换热技术很难将大量热量及时带走，造成电子器件温度升高，大大降低其实用性和可靠性。因此，微小空间高热通量的散热技术已经成为制约信息、电子、航空航天以及国防军事技术的关键因素之一。
[0003]
热管作为一种相变换热方式，与传统的风冷和液体对流换热相比，换热系数具有显著提升且传热热阻很小，可将大量热量通过很小的截面积远距离传输而无需外加动力，是一种非常有效的散热方式。然而，目前热管的临界热流密度依然不能满足高端电子器件的散热需求，限制热管临界热流密度的主要原因有热管冷凝端的冷却速度、毛细吸液芯的回液能力、蒸汽流动阻力等，其中最主要的限制因素为毛细吸液芯的回液能力，而且传统热管比较长，冷却液全靠紧贴在管壁上的吸液芯进行回液，太长的热管进一步限制了回液速度，当蒸发段的冷却液蒸发速度大于吸液芯的回液速度时，热管将进入干烧状态，温度会迅速增加，导致热管失效，这使得目前热管的临界热流密度依然不能满足高端电子器件的散热需求。


技术实现要素：

[0004]
鉴于上述技术缺陷和应用需求，本实用新型实施例提供一种树形结构热管，用以克服传统热管受吸液芯回液能力所限导致临界热流密度难以升高的缺陷。
[0005]
为解决上述问题，本实用新型提供一种树形结构热管，包括：热管外壳、毛细吸液芯、冷却液和若干个树形结构；
[0006]
所述热管外壳为密封壳体，所述热管外壳内设有蒸发段和冷凝段；所述蒸发段与所述冷凝段相互连通；所述树形结构依次穿过所述蒸发段和所述冷凝段，依附在所述热管外壳的内壁上；
[0007]
其中，所述蒸发段内设有所述毛细吸液芯和所述冷却液，所述毛细吸液芯与所述树形结构连通；所述冷凝段内除所述树形结构所占的区域外，其它区域为超疏液表面区；所述树形结构为超亲液表面区。
[0008]
进一步地，所述热管外壳内还设有绝热段；所述绝热段设置在所述蒸发段和所述冷凝段之间，所述蒸发段通过所述绝热段与所述冷凝段连通；所述树形结构依次穿过所述蒸发段、所述绝热段和所述冷凝段。
[0009]
进一步地，所述绝热段内除所述树形结构所占的区域外，其它区域为所述超疏液表面区。
[0010]
进一步地，所述冷凝段、所述绝热段和所述蒸发段从上至下依次连通。
[0011]
进一步地，所述树形结构竖直或倾斜依附在所述热管外壳的内壁上。
[0012]
进一步地，所述树形结构从所述蒸发段开始，逐渐向上并进行分支，各所述分支的通道逐渐减小，直至所述冷凝段。
[0013]
进一步地，各所述分支的通道均沿水平方向以上设置。
[0014]
进一步地，所述分支的通道的最小尺寸为微米级或纳米级。
[0015]
进一步地，所述毛细吸液芯设置在所述蒸发段的内壁上。
[0016]
进一步地，所述热管外壳为长方体结构或圆柱体结构。
[0017]
本实用新型提供的树形结构热管，通过采用树形结构配合超疏液与超亲液相间方式，利用超疏液表面来加快冷却速度，超亲液表面则来吸引超疏液表面上冷凝的液珠，使得液珠能够沿着超亲液表面平铺，从而使该树形结构热管能够实现冷却液的快速传输，有效阻止液珠对超疏液表面的换热影响。同时，树形结构能够降低冷却液在超亲液表面的流动阻力，使冷却液能快速回流至热管蒸发段，提高热管的临界热流密度。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]
图1为本实用新型实施例提供的树形结构热管的截面示意图；
[0020]
图2为本实用新型实施例提供的树形结构热管的俯视图；
[0021]
附图标记说明：1、热管外壳；2、毛细吸液芯；3、冷却液；4、超疏液表面区；5、超亲液表面区；6、树形结构。
具体实施方式
[0022]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0023]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0024]
本实用新型实施例提供一种树形结构热管，如图1所示，该树形结构热管包括：热管外壳1、毛细吸液芯2、冷却液3和若干个树形结构6。热管外壳1为密封壳体，热管外壳1内设有蒸发段和冷凝段。蒸发段与冷凝段相互连通。树形结构6依次穿过蒸发段和冷凝段，树形结构6依附在热管外壳1内。蒸发段内设有毛细吸液芯2和冷却液3，毛细吸液芯2与树形结构6连通。冷凝段内除树形结构6的区域外，其它区域为超疏液表面区4，树形结构为超亲液
表面区5，即在冷凝段内树形结构6周围的其他区域均为超疏液表面区4。毛细吸液芯2用于在蒸发段分配冷却液3。
[0025]
本实施例提供的树形结构热管正常工作时，热管外壳1内的蒸发段与热源紧密贴合，热管外壳1的蒸发段从热源吸取热量，并将热量传导到蒸发段内的毛细吸液芯2中，进而传递到浸没毛细吸液芯2的冷却液3中，使冷却液3沸腾蒸发，蒸汽向上运动，在冷凝段的超疏液表面区4快速冷凝成液珠，冷凝的微小液珠在树形结构6的超亲液表面区5的吸引力下，向超亲液表面区5移动，并在超亲液表面区5内汇聚，之后由于超亲液表面区5的特性，会迅速在超亲液表面区5平铺，从而使冷却液珠不断地被吸附到树形结构6中，在通过树形结构6输送回蒸发段的毛细吸液芯2中再次用于吸热蒸发，完成整个换热循环。
[0026]
其中，蒸发段内填充的冷却液，具有一定的真空度，充液率和真空度可根据实际使用需求确定。冷凝段的冷却可以采用外部强迫风冷或者液冷方式，若要加快冷凝段的冷却，可选用液冷的方式。
[0027]
本实用新型实施例提供的树形结构热管，通过采用树形结构配合超疏液与超亲液相间方式，利用超疏液表面来加快冷却速度，超亲液表面则来吸引超疏液表面上冷凝的液珠，使得液珠能够沿着超亲液表面平铺，从而使该树形结构热管能够实现冷却液的快速传输，有效阻止液珠对超疏液表面的换热影响。同时，树形结构能够进一步降低冷却液在超亲液表面的流动阻力，使冷却液能快速回流至热管蒸发段，提高热管的临界热流密度。
[0028]
基于上述实施例，在一个优选的实施例中，如图1所示，热管外壳内还设有绝热段。绝热段设置在蒸发段和冷凝段之间，蒸发段通过绝热段与冷凝段连通。树形结构6依次穿过蒸发段、绝热段和冷凝段，设置在热管外壳内。绝热段段作为绝热段与冷凝段的中间端，主要用于传输热量。
[0029]
本实施例为使得绝热段内的部分冷凝液珠也能够快速被吸附到树形结构6中，绝热段内除树形结构6的区域外其它区域为超疏液表面区4，即绝热段和冷凝段均采用树形结构6配合超疏液与超亲液相间的设计方式，绝热段内树形结构6周围的其他区域则为超疏液表面区4，使得在进入绝热段的部分蒸汽液珠也能够向树形结构6的超亲液表面区5汇聚。
[0030]
由于本实施例采用了树形结构6，该形结构热管不太适用于平卧方式使用，主要适用于倾斜和竖直方式使用。为此本实施例中，冷凝段、绝热段和蒸发段从上至下依次连通。树形结构6则竖直或倾斜依附在热管外壳1中。
[0031]
其中，树形结构6从蒸发段开始，逐渐向上并进行分支，各分支的通道逐渐减小，直至冷凝段。分支的通道的尺寸最小甚至可到达微米级或纳米级。树形结构6从热管蒸发段开始，可以设置若干条主通道，即同时在热管周向上布置多个树形结构6，并以每条主通道为基础进行树状分支。
[0032]
进一步地，树形结构的分支方向整体为向上，即各分支的通道均沿水平方向以上设置，不宜出现向下的分支的通道发展，这是因为分支的通道作用主要是将其内的冷却液输送到其上一级通道中，最终汇聚在主通道内并回流至蒸发段。若分支的通道出现向上发展，则可以利用重力的作用进一步提高回流速度，反之则会降低回液速度。
[0033]
如图2所示，本实施例中，热管外壳1为圆柱体结构，针对不同的散热需求，热管外壳1也可采用长方体结构，具体形状也可以根据需要自行设计。
[0034]
为保证整个蒸发段壁面的冷却液分配均匀，毛细吸液芯2可设置在蒸发段的内壁
上，用于将回流至蒸发段的冷却液在蒸发段的壁面上传输。
[0035]
本实施例提供的树形结构热管正常工作时，热管外壳1内的蒸发段与热源紧密贴合，热管外壳1的蒸发段从热源吸取热量，并将热量传导到蒸发段内的毛细吸液芯2中，进而传递到浸没毛细吸液芯2的冷却液3中，使冷却液3沸腾蒸发，蒸汽向上运动，在冷凝段的超疏液表面区4快速冷凝成液珠，冷凝的微小液珠在树形结构6的超亲液表面区5的吸引力下，向超亲液表面区5移动，并在超亲液表面区5内汇聚，之后由于超亲液表面区5的特性，会迅速在超亲液表面区5平铺，而使冷却液珠不断地被吸附到树形结构6的超亲液表面区5，进入分支的通道中，并一级级地快速输送到树形结构6的主通道上进行汇聚，从而使冷却液珠不断地被吸附到树形结构6中，在通过树形结构6输送回蒸发段的毛细吸液芯2中再次用于吸热蒸发，完成整个换热循环。由于树形结构6的通道使流体流动阻力减小，超疏液表面区4的珠状冷凝提高了冷却能力，超亲液表面区5的液体快速平铺特性加快了冷却液3的回液速度，从而有效提高了热管的临界热流密度。
[0036]
综上所述，本实用新型实施例提供的树形结构热管，通过采用树形结构配合超疏液与超亲液相间方式，利用超疏液表面来加快冷却速度，超亲液表面则来吸引超疏液表面上冷凝的液珠，使得液珠能够沿着超亲液表面平铺，从而使该树形结构热管能够实现冷却液的快速传输，有效阻止液珠对超疏液表面的换热影响。同时，树形结构的设计能够进一步降低冷却液在超亲液表面的流动阻力，使冷却液能快速回流至热管蒸发段，提高热管的临界热流密度。
[0037]
此外，本实用新型实施例提供的树形结构热管区别于传统热管，本实用新型的一种树形结构热管除了在蒸发段的内壁面上还设置有毛细吸液芯外，绝热段和冷凝段的内壁面上不需要再设置毛细吸液芯，取而代之的是树形结构的超亲液-超疏液相间设计。
[0038]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离实用新型各实施例技术方案的精神和范围。