专利名称：一种导热热柱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及热传导领域，具体地，涉及一种导热热柱。
背景技术：
目前计算机、电子、光电等设备发展迅速，性能逐步增强，但体积逐渐减小。中央处理器等性能迅速提升，但与此同时大量的废热产生，又因为体积的缩小，产生了极大的热流密度。如果热量不能及时散发出去，高温将会严重影响芯片的寿命与性能，因此必须采取有效的手段将高热流密度的废热散发出去。如果电子部件的损耗热量不及时导出，则部件上的热量会不断积累，导致芯片温度迅速上升，可靠性和其他性能急剧下降。又如发光二极管(LED)的发展及应用，是当今照明的重要项目，而LED的寿命、性能无不与散热技术的优劣紧密相连，散热已经成为制约当今大功率LED灯具发展的首要难题之一。目前已开发出的散热技术包括散热翅片散热、风扇散热、热管散热、均温板散热等散热技术。热柱散热也是一种较佳的散热技术，所述热柱是一内含液体工质的封闭腔体，借助工质的汽液两相变化以达到快速导热的目的。热柱是一种高效导热装置，一个设计优良的热柱温度均匀性好，热阻较小。其导热能力远远超过了铜、铝等金属，能达到铜的几百倍甚至上千倍，目前热柱已经在LED灯具、电子散热等领域得到了广泛的应用。热柱的蒸发端在热柱底部，液体在这里沸腾或者蒸发带走大量热量，蒸汽在冷凝管壁处冷凝释放大量的汽化潜热。需散热部件散出的热量经热柱底部传导到热柱冷凝管下部的沸腾强化结构，在这里液体工质因吸热发生剧烈的沸腾，产生蒸汽，在汽化过程中蒸汽吸收了大量的汽化潜热。液体工质的汽化潜热远远超过了其因比热而吸收的热量，非常可观。因热蒸汽在底部产生，故在冷凝管内底部汽体密度大于顶部汽体密度。由密度差的原因底部热蒸汽克服重力沿冷凝管路上升，到达上部冷凝端，使管内整体汽体密度趋于平衡。上部冷凝端处内壁温度较低，此处的蒸汽态工质在壁面上冷凝液化，由此产生横向的密度差，上部中心部位的热蒸汽在密度差的作用下扩散到管壁处，发生冷凝。在一个稳定的运行过程中管壁处的温度在外界环境的影响下基本保持恒定或是缓慢地周期性变化，所以在此处源源不断上升的热蒸汽得以持续地冷凝液化。在冷凝的过程中，由底部吸收并被热蒸汽带到上部的汽化潜热得以释放，这些热量经由管壁散发到外界环境或相配套的散热设备中。蒸汽态工质在冷凝管内壁上冷凝液化后，液态工质在重力的作用下沿内壁回流到底部蒸发端。如上所述此处的液态工质再受热蒸发，由此而形成一个循环，只要热量不断地由底部吸收，热柱内部就会源源不断地发生这样的循环。整个系统在运行的工程中没有外界的驱动力，主要是上下部汽体的密度差以及重力在起动力作用。只要对热柱底部输入热量，当液体工质吸热达到沸点后系统就会自动运行，当输入热量提高时，系统为达到新的动态平衡，液体流速会提高，底部液体蒸发剧烈程度会加剧，整个系统散发的热量也就越大。另外，热柱系统内部没有任何机械运动部件，液体与汽体不断发生相变以及循环来携带热量，这可以降低系统造价，更可以提升系统的可靠性，使系统更加稳定。在现有的热柱设计制作过程中，热柱底座处的沸腾强化没有能够很好的解决，原因为一般热柱的制作过程都是将冷凝管与底座等各部件组合起来后再进行内部沸腾强化表面的制作，但是，沸腾强化表面在底座上较小的空间条件下很难设计加工；另外，在市场上可以看到大部分厂家的热柱都会对冷凝管内壁做强化处理，例如沟槽结构或者类似于传统热管的烧结结构，但是工艺复杂且成本较高。因此，现有的热柱的缺点为:(1)在应该强化传热得地方，没有强化；(2)制作工艺复杂、成本高。
实用新型内容针对上述问题，本实用新型的主要目的是提供一种导热性能优良且制作简单的导热热柱。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:—种导热热柱，包括底座，其上表面设置有沸腾强化结构，还包括冷凝管、封盖及充液细管，所述充液细管一端用于插入封盖，另一端用于密封，所述冷凝管在底座、封盖及充液细管的配合下组装形成密闭的中空腔体，所述中空腔体内部充灌有适量液体工质，且所述底座上表面的沸腾强化结构位于冷凝管内。进一步地，所述冷凝管的内表面为光滑表面、沟槽表面或者喷涂有纳米结构层。进一步地，所述封盖为弹性封盖，采用弹性壳体结构，其与冷凝管紧配合接触的圆弧表面光滑无毛刺。进一步地，所述中空腔体的各组装部件通过焊接组装在一起。进一步地，所述沸腾强化结构为粉末烧结毛细结构、沟槽毛细结构、网丝毛细结构、微通道或者微针肋结构。与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:1、本实用新型对热柱的内部结构进行了改造，在底座的上表面设置了沸腾强化结构，在应该强化传热的地方进行了强化，即使不对冷凝管内壁进行处理，也可以达到理想的导热效果，大大提高了热传导效率。由于底座是在组装前即进行沸腾强化结构的加工，避免了组装后再进行沸腾强化结构加工存在的设计加工空间狭小的缺陷。2、冷凝管的内表面可为光滑表面、沟槽表面或者喷涂有纳米结构层，均为现有材料，无需再组装后进行内壁的加工处理，降低了工艺的复杂性，同时降低了成本。3、本实用新型的导热热柱，其封盖采用弹性封盖的密封方式，其相对于现有热柱制作简易，大大降低了密封的难度与成本。综上所述，本实用新型具有上述诸多优点与实用价值，其不论在产品结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，突出了功效以及更低的成本，具有更广泛的产业利用价值。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型的导热热柱结构组合图；图2为本实用新型的导热热柱结构分解图；图3为本实用新型的导热热柱的底座结构图；图4为导热热柱制作方法中的钎焊结构示意图；[0022]图5为导热热柱制作方法中所用的加工组装冲杆示意图；图6为含有导热热柱的工况灯结构分解图；图7为含有导热热柱的工况灯中的热柱与翅片的配合图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。如图1、2、3所示，本实用新型的一种导热热柱，包括底座1，底座I的上表面设置有沸腾强化结构5，还包括冷凝管2、封盖3及充液细管4，充液细管4 一端用于插入封盖3，另一端用于密封，冷凝管2在底座1、封盖3及充液细管4的配合下组装形成密闭的中空腔体，中空腔体内部充灌有适量液体工质，且底座I上表面的沸腾强化结构5位于冷凝管2内。其中，底座I用导热系数高的纯铜制作，下表面需平整光滑，底座I上打四个固定孔，用于固定需散热的部件；在底座I上的沸腾强化结构5处，液态工质沸腾得到强化并产生大量蒸汽以汽化潜热的形式带走底部需散热部件产生的废热。冷凝管2为空心圆柱体，用导热系数高材料，如纯铜制作，工质蒸汽在管壁处冷凝并在重力作用下回流，在此过程中工质释放出大量汽化潜热，冷凝管2外管壁与空气的对流换热将热量导出。封盖3的中心设有孔洞，充液细管4的一端可插入孔洞中，充液细管4可选用外径为6_的纯铜管，其作用是方便充灌液设备对热柱进行抽真空与灌液。在上述实施例中，冷凝管2可采用现有技术中的已有材料，不做复杂的加工处理，如冷凝管2的内壁表面为光滑表面(普通的金属圆筒)、沟槽表面或者喷涂有纳米结构层。在上述实施例中，封盖3可采用弹性壳体结构，其与冷凝管2紧配合接触的圆弧表面光滑无毛刺，其制作材料为具有一定弹性且易于与冷凝管2的材质焊接或是以其他方式连接密封的材料。如选用纯铜板冲压制作，外圆弧最高处平面与冷凝管2的上表面齐平。在上述实施例中，中空腔体的各组装部件(底座1，冷凝管2、封盖3及充液细管4)可通过焊接组装在一起。在上述实施例中，所述沸腾强化结构5可采用粉末烧结毛细结构、沟槽毛细结构、网丝毛细结构、微通道或者微针肋结构。下面对上述导热热柱的制作方法进行说明，如图1-5所示，包括:(I)用铜粉烧结或其他强化沸腾结构成型工艺在底座I的上表面加工沸腾强化结构5。(2)将封盖3置于冷凝管2的一端，并将充液细管4插封盖3中，插入深度根据工艺要求确定；具体地，其中，封盖优选弹性封盖，可采用冲压或其他工艺制作，并采用冲杆6将弹性封盖顶到冷凝管2的一端。(3)将冷凝管2的另一端放置在底座I上，使沸腾强化结构5位于冷凝管2内。(4)将各个组装部件组装形成中空腔体；如可将各组装部件的连接部位(a、b、c)进行焊接(包括各类钎焊、锡焊、氩弧焊等)以组装形成中空腔体。图4所示为使用钎焊环料的硬钎焊进行焊接。具体为，在a、b、c三处进行焊接，将整体结构放入钎焊炉中进行钎焊，按照钎焊工艺钎焊好后将热柱从钎焊炉中取出。(5)在充灌设备上通过充液细管4对中空腔体内充灌适量的液体工质。[0038](6)对中空腔体进行抽真空，然后将充液细管4外露端夹断并采用氩弧焊密封，形成密闭的中空腔体。(7)对整体热柱表面进行抛光与抗氧化处理，至此热柱加工完成。下面对导热热柱的应用实例进行阐述。本实用新型的导热热柱有广泛的应用，如可以应用在含有散热装置的电子设备或LED灯具中。下面仅就其在LED工矿灯中的应用做概略性阐述。如图6、7所示，应用方式为将热柱11插入翅片12中心的孔洞中，然后用导热胶粘或紧配合等方式与翅片12固定。LED工矿灯的其他部件分别为:翅片保护罩7，灯具上盖8，吊钩9，电源10，翅片保护罩通孔13、电源连接板14，灯罩15，密封垫圈16，大功率LED集成灯珠17，透镜组合18。本实例选用一颗大功率LED集成灯珠17作为光源，由一个大功率LED供电电源10供电。LED工矿灯散热器部分详细结构如图7所示，为太阳花翅片结构的散热装置，在太阳花的中心插入一根本实用新型中的高效导热热柱11。此散热装置作为整个灯具部件的支撑载体，其上有用于固定相邻部件的孔。在LED工矿灯中加入热柱后有多种优势。热柱与翅片紧密结合，(有紧配和焊接两种工艺)通过热柱快速把热量传导至翅片上，芯片热量得到有效控制；因为热柱本身的导热能力很强，上下温度均匀性高，所以加热柱的翅片结构温度均匀性比不加热柱的温度均匀性要高，翅片的散热能力得到了更有效的利用。最后应说明的是:以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述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。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种导热热柱，其特征在于，包括底座，其上表面设置有沸腾强化结构，还包括冷凝管、封盖及充液细管，所述充液细管一端用于插入封盖，另一端用于密封，所述冷凝管在底座、封盖及充液细管的配合下组装形成密闭的中空腔体，所述中空腔体内部充灌有适量液体工质，且所述底座上表面的沸腾强化结构位于冷凝管内。
2.根据权利要求1所述的导热热柱，其特征在于，所述冷凝管的内表面为光滑表面、沟槽表面或者喷涂有纳米结构层。
3.根据权利要求1所述的导热热柱，其特征在于，所述封盖为弹性封盖，采用弹性壳体结构，其与冷凝管紧配合接触的圆弧表面光滑无毛刺。
4.根据权利要求1所述的导热热柱，其特征在于，所述中空腔体的各组装部件通过焊接组装在一起。
5.根据权利要求1-4任一项所述的导热热柱，其特征在于，所述沸腾强化结构为粉末烧结毛细 结构、沟槽毛细结构、网丝毛细结构、微通道或者微针肋结构。
专利摘要本实用新型公开了一种导热热柱，包括底座，其上表面设置有沸腾强化结构，还包括冷凝管、封盖及充液细管，所述充液细管一端用于插入封盖，另一端用于密封，所述冷凝管在底座、封盖及充液细管的配合下组装形成密闭的中空腔体，所述中空腔体内部充灌有适量液体工质，且所述底座上表面的沸腾强化结构位于冷凝管内，本实用新型通过采用上述结构，可增强热柱的换热效果，且性能稳定，另外，还具有制作工艺简单、成本低的优点。
文档编号F28D15/04GK202974005SQ201220690189
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者李骥, 田文凯 申请人:中国科学院大学