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。

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，其法线与导热面连接的这一段热管轴线的夹角为30°～85°，(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为30°～85°；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为30°～85°，即其平面与热管轴线的夹角为5°～60°)；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，这部分是蒸发段导热块的必要组成部分；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；热管的绝热段外管周围包裹隔热材料；所述的导热附加结构或者附件包括冷凝段散热筋、冷凝段散热翅片，热管冷凝段插入冷凝段散热筋的孔中、并保持良好的热接触，所述的良好的热接触包括焊接为一体、或者紧密配合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，冷凝段散热翅片与冷凝段散热筋为紧密接触连接或者为一体连接，所述的一体连接包括制造为一体或者焊接为一体；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风冷组件或者液冷组件。

所述的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，或者其管体的材料为导热性优良的材料，或者其结构为导热性优良的结构，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筋和散热翅片；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；所述的结构为导热性优良的结构的管材、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、包括带有多头螺旋凸起和多头螺旋槽的管材；所述的散热翅片包括带有冲缝的散热翅片或者针状散热翅片。

图1为所述的竖直导热面热管散热器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101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101的法线与热管2轴线的夹角为30°～85；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、这部分是蒸发段导热块的必要组成部分，可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102和工作对象散热面(图中未有画出)保持紧密接触，并在接触面涂覆导热硅脂；热管2的绝热段外管周围包裹隔热材料207，(特别是当热管绝热段处于冷却气流经过的位置时，热管绝热段外管周围设置有隔热材料，对提高热管的效率作用明显)；热管2的冷凝段插入冷凝段散热筋3的孔中、并保持良好的热接触，所述的良好的热接触包括焊接为一体、或者紧密配合并在接触面涂覆导热硅脂，冷凝段散热翅片4与冷凝段散热筋3为一体连接，所述的翅片包括带有冲缝的翅片；所述的热管其管体203的管材包括带有多头螺旋凸起和多头螺旋槽的管材；蒸发段导热块1通过底固定片8与散热器座6连接，冷凝段散热筋3通过上固定片(被散热翅片4遮住、图中没有显示)与保护罩5连接，保护罩5对蒸发段导热块1、热管2、冷凝段散热筋3、冷凝段散热翅片4起保护支持作用，保护罩5或者通过连接结构与散热器座6连接、或者与散热器座6一体制造，散热器座6中间的中继风道10为往上送风的风道的一部分，其底部接口连接风机或者风扇的来风通道(风机或者风扇或者来风通道本图中均未画出，在后续实施例的图中有涉及)，上接口连接保护罩5的附设的上送风风道13。

图2为所述的竖直导热面热管散热器的又一种实施方式的示意图，图2是主视图的局部剖视图表示、剖切平面是通过热管2的轴线和导热面101的法线的竖直平面，出液中继管道14以上部分没有剖切，因为其位置在剖切平面前方，采用局部剖视，才能使其成为可见；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101的法线与热管2轴线的夹角为30°～85；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、这部分是蒸发段导热块的必要组成部分，可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102和工作对象散热结构件23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9连接；与图1所示的实施方式不同之处是图1所示的冷却方式为风冷，图2所示的冷却方式为液冷；采取的是冷却液管道12环绕热管冷凝段，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的冷却方式，所述的冷却液管道12主要起热交换作用，可以用于安装位置较小的情况，冷却液管道12中的液体通过中继管道与冷却源液箱(图2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11从低位进入冷却液管道12，沿管道流动的同时吸收热管的热量，吸收了热量温度升高的液流从高位通过出液中继管道14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；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23的散热面(因为紧密接触所以在图面的投影重合为同一条直线段)保持紧密接触，并在接触面涂覆导热硅脂；冷却液管道采用整体式管道，接口在工作场所外，以避免对工作场所产生泄漏污染。

进一步地，为减少热阻、提高效率，所述的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3是多根热管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15是曲面形状，竖直导热面热管散热器的蒸发段导热块16与工作对象接触方向的导热面的形状适应散热面15的曲面形状，而且、蒸发段导热块16与热管17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15的曲面形状)相似，热管17适应曲面分布，保持导热面壁厚均匀；图4是多根热管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18与工作对象接触方向的导热面的形状适应散热面15的曲面形状，(如果这一面也都不适应散热面15的曲面形状，则径向热阻更大，效率更低)，但是、蒸发段导热块18与热管17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17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3与图4相比，显然，图4中的传导路径长得多，径向热阻大得多；图5是单根热管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19是曲面形状，竖直导热面热管散热器的蒸发段导热块20与工作对象接触方向的导热面的形状适应散热面19的曲面形状，而且、蒸发段导热块20与热管21内部工质接触方向的导热面，和所述的蒸发段导热块20与工作对象接触方向的导热面的形状相似，适应散热面19的曲面形状，使得热管21的导热面也适应散热面19的曲面形状，保持导热面壁厚均匀；图6是单根热管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22与工作对象接触方向的导热面的形状适应散热面19的曲面形状，但是、蒸发段导热块22与热管21内部工质接触方向的导热面，和所述的蒸发段导热块22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21的导热面也不能适应散热面19的曲面形状，导热面壁厚向两端逐步增大；图5与图6相比，显然，图6中的传导路径长，径向热阻大。

优选地，所述的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(亦即蒸发段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7是采用单根横截面形状为中间矩形、两端半圆形的热管72和蒸发段导热块71、冷凝段散热筋73、冷凝段散热翅片74组成的热管散热器的主视示意图；图9是图7中热管72管体的横截面图；图8是采用多根圆形截面热管82和蒸发段导热块81、冷凝段散热筋83、冷凝段散热翅片84组成的热管散热器的主视示意图，细点阴影部分为它们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7中的直接接触导热面积比图8中的直接接触导热面积大，即使图8中的热管一根紧挨一根，图7中的直接接触导热面积也要比图8中的直接接触导热面积大。

图10为所述的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段导热块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，而且、在除气、检漏合格后，小管道202必须先经过一个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，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。

所述的风冷组件包括空气自冷或者强制风冷，或者两种以上冷却组件的组合；所述的强制风冷组件包括风机和风道的组合或者风扇和风道的组合，所述的风机包括离心式风机或者轴流式风机、风扇包括离心式风扇或者轴流式风扇；所述的风冷组件的冷却方式包括从冷凝段散热翅片下方向上送风，或者从冷凝段散热翅片相同高度水平向冷凝段散热翅片送风抑或抽风，或者从冷凝段散热翅片斜下方位置向斜上方的冷凝段散热翅片送风，或者从冷凝段散热翅片斜上方位置向斜上方对冷凝段散热翅片抽风，或者从冷凝段散热翅片上方对冷凝段散热翅片抽风；热管绝热段外管周围设置有隔热设置，特别是当热管绝热段处于冷却气流经过的位置时。

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源液箱冷却，冷却液箱风机加快冷却液箱或者源液箱内液体的冷却，液体泵加快冷却液体在冷却液管道中的循环，电磁阀控制冷却液管道与冷却源液箱的通或者断，使得冷却液管道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，冷却液箱中的液体可以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源液箱冷却，风机加快源液箱内液体的冷却，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；或者是冷却液管道环绕热管冷凝段，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源液箱冷却，风机加快源液箱内液体的冷却，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。

特别的，所述的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45°～75°。

本发明所述的竖直导热面热管散热器，通过结构改进使得蒸发段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段导热块的接触面积，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，使效率进一步提高；这种结构用于有微结构的热管，不会破坏所述的热管的微结构，所述的有微结构的热管，包括，网目式热管、烧结式热管、纤维式热管、微沟槽式热管、螺旋槽式热管；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是竖直导热面热管散热器的一种实施方式的示意图。

图2是竖直导热面热管散热器的又一种实施方式的示意图。

图3是多根热管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4是多根热管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5是单根热管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6是单根热管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7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8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9是图7中热管72管体的横截面图。

图10是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11是实施例1的示意图。

图12是实施例2的示意图。

图13是图12的左视示意图。

图14是实施例3的示意图。

图15是图14的C-C剖面图。

具体实施方式

实施例1，图11是实施例1的示意图，其中散热器总成32是包括图1中所有零件的组合，电路板34竖直安装(其上的其它元器件省略没有画出)，蒸发段导热块1的与工作对象接触方向的导热面的面积≥发热元件散热面33的面积，并保持全面积紧密接触，及在接触面涂覆导热硅脂；多件相同的电器设备安装板34竖直平行安装(图中只画了2组，其余省略)，电器设备安装板之间的空间有限，由于发热元件热量较大，而且底座36内有空间可以安装下鼓风机，因此采用从上抽风的方式加从下鼓风协同的方式进行风冷，设置支撑架加通风孔38、风机37、出风口加保护网39和下鼓风机；气流在风机37在上方的强力抽吸、和下鼓风机在下方的强力鼓送下，快速通过风机风道31、中继风道10、上送风风道13形成的通道集中往冷凝段散热翅片4送风冷却，然后通过通风孔38、风机37、出风口39进入外界大气中，把热量释放；格栅孔35为进风孔；在热管内部，发热元件的热量通过散热面32和蒸发段导热块1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、通过热管管壁、散热筋、散热翅片与风道内流动的空气交换热量，冷凝为液态，在重力作用下回到蒸发区。

实施例2，图12是实施例2的示意图，图13是图12的左视示意图；图12中的电器柜40工作在比较恶劣的环境中，例如户外，因此外壳45采用全封闭结构以加强保护；电器设备安装板41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，散热面为竖直方向，因此采用竖直导热面热管散热器，散热器总成44是包括图2中除冷却液箱12外所有零件的组合，其中蒸发段导热块43的与工作对象接触方向的导热面的面积≥发热元件散热面42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46，冷却液管道46由整根无缝管道组成，包括从电器柜40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12中其投影被遮住所以没有显示，图13中可见)都是一个整体，接口在电器柜40机箱外部；冷却液管道46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；图13中、冷却源液箱50内部上方有冷却风机及保护网，或者外周还有散热翅片；控制箱51中包括控制电路分箱、水泵、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32和蒸发段导热块1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45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46，流动的同时与散热器总成44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14是实施例3的示意图，图15是图13的C-C剖面图(不是剖视图)、显示了热管组件的剖面和容器散热面的剖面的良好配合情况；工作情况是；容器61内部需要散热，但是容器盖62上面不能安装热管散热器，容器底部也不合适，只能利用容器的竖直侧面进行散热；采用竖直导热面热管散热器，图中散热器总成64是包括图1或者图2中除热管组件外所有零件的组合、热管组件采用图5所示的单根热管双面适形的竖直导热面热管散热器的热管组件，容器61的散热面19和蒸发段导热块20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；为加强散热效果，使用了4组竖直导热面热管散热器；为避免通过散热翅片的热风反馈热量给容器61，设置了隔热罩63；底座65内部设置主风道66，把风机67发出的风力汇聚引导到各散热器的中继风道10再通过上送风风道13集中往冷凝段散热翅片4送风冷却；底盖68上开有大量格栅孔，以保证进风通畅；这套装置，采用竖直导热面热管散热器配合通风冷却的方法，比只采用通风冷却，效果更好而且还节约能量消耗。

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。