散热管、使用散热管传递热量的方法以及用于散热管的热传递流体与流程

本发明涉及散热管并且涉及用于或使用一根或多根散热管的方法、系统和组合物。

背景技术：

1、如本文所用，术语“散热管”是指一种热传递装置，其包括蒸发部段中的液态工作流体和冷凝部段中的蒸气状工作流体，并且其基本上仅使用蒸发的原动力来将蒸气状工作流体从蒸发部段移动到冷凝部段，并且使用很少或不使用能量输入来将液态工作流体移动回到蒸发部段。

2、图1a描绘了最常见类型的散热管中的一种，其通常被称为重力-返回-返回或重力-返回-驱动散热管或热虹吸散热管，这种散热管依靠重力-返回的力将液态工作流体从冷凝部段返回到蒸发部段。如图1a所示，在典型的配置中，散热管是竖直布置的密封容器，其中蒸发部段位于分隔件的下方，而冷凝部段位于分隔件的上方。蒸发部段包含液体形式的工作流体，该工作流体从待冷却的物品、主体或流体吸收热量，并因此沸腾以形成工作流体的蒸气。蒸发部段中的工作流体沸腾引起压力差，并且将蒸气驱动到冷凝部段中。冷凝部段中的蒸气状工作流体将热量释放到选择的散热体(例如，环境空气)，并由此被冷凝以在容器的内表面处或附近形成液态工作流体。然后，该液体在重力-返回的力的作用下返回到蒸发部段，并且与其中包含的液态工作流体汇合。如上所述，沸腾增加蒸发部段中的蒸气的质量，并且由于冷凝部段中蒸气的质量减少而产生压力差，该压力差将蒸气从沸腾部段驱动到冷凝部段，从而产生不需要能量输入(除了在冷却操作中吸收的热)以传送工作流体的连续热传递循环。

3、在一些应用中，期望水平地或以一定斜度布置散热管，并且用于这种应用的一种常见类型的散热管被称为毛细-返回散热管或芯吸散热管，其示例在图1b中示出。

4、在图1b所示类型的装置中，热量被吸收到蒸发部段(如图的左侧所示)中的工作流体中，从而引起液体沸腾，如上所述，这提供压力差以将蒸气移动到冷凝部段。然而，代替唯一地依靠重力-返回来返回冷凝液态工作流体，在容器壁附近设置芯吸结构，该芯吸结构通过毛细作用引起冷凝的工作流体从冷凝部段返回到蒸发部段的流动。

5、由于用于沸腾和冷凝的热传递系数非常高，因此散热管是非常有效的导热体。因此，散热管用于许多应用中，尤其是电子装置冷却诸如中央处理单元(cpu)冷却，能量回收诸如在冷空气和热空气之间的数据中心冷却回收，以及航天器热控制诸如卫星温度控制。

6、除了上述重力-返回-返回散热管和毛细-返回散热管之外，还存在许多其他散热管，这些散热管的特征可取决于使用很少或不使用附加能量以将工作流体冷凝物返回到蒸发部段的机构，如在下表中所总结的：

7、

8、用于毛细-返回散热管的最常用的工作流体的一种是1，1，1，2-四氟乙烷(r-134a)。尽管r-134a具有不助长臭氧损耗的期望性质，但其具有约1300的相对高的全球变暖潜能值(gwp)的不期望性质。因此，在本领域中需要一种用于毛细-返回散热管的更期望的工作流体，包括需要找到一种r-134a的替代品，其具有更合乎环境要求的性质，同时提供一种具有适于毛细-返回散热管操作的传送和热传递性质的工作流体。

9、如us 2004/0105233中所解释的，在信息技术和计算机工业中，需要提供越来越高效和有效的热去除技术的装置。例如，便携式电子装置诸如笔记本电脑、智能电话、平板电脑、i-pad等正变得更轻、更薄、更短和/或更小，而同时拥有强大的计算、通信和数据处理能力。因此，为了给用户和应用软件提供更强大的功能，在这种装置中使用的中央处理单元(cpu)和其他电子部件变得更加复杂，但这些改进是以更高的功耗为代价的，这继而又提高了这些部件的工作温度。较高工作温度可导致工作系统不稳定，尤其是在小型便携式装置中。为了保持现代cpu等的稳定性，提供有效的装置以从越来越小的装置中去除这些更高水平的热量变得越来越重要。

10、一般来讲，必须通过将热量散发到环境空气中来耗散cpu等产生的热量。通常，这是通过强制对流或自然对流将环境空气引入包含电子部件的外壳中，并且将热量散发到空气中，然后将加热的空气从装置中排出来完成的。由于笔记本电脑、平板电脑，i-pad等通常旨在用于室内和室外两种情况，因此环境状况可能会发生很大变化。随着环境温度的升高，获得对电子部件的冷却的需要和难度增加。因此，例如，即使在高环境温度状况下，系统和装置也必须能够保持稳定。因此，申请人已经认识到，用于去除热量的装置，尤其是从电子部件等去除热量的装置，优选地能够在高外部温度和部件全负载的最不利状况下，如同在更温和的环境温度状况下一样有效地或几乎一样有效地操作。

11、在世界上许多城市，夏季的平均温度可以达到40℃或更高。此外，装置内部必须用于散热的空气的温度通常高于外部环境空气，因为在空气从笔记本等的壳体排出之前，空气随着在外壳内部循环而变暖。因此，必须用于散热的空气的温度可以达到50℃或更高(参见us 2004/0105233)，并且现代的cpu和其他电子部件被设计成在约60℃至约90℃的最大工作温度下工作。参见例如us2002/0033247。另外，即使在电子设备旨在用于温度受控环境(例如，诸如服务器机房)的情况下，即使在这种情况下，用于保持环境空气相对冷的装置(例如，空调)也可能失效。在这种情况下，申请人已经认识到，即使在环境温度增加到50℃至100℃的范围内，用于那些和类似情况的散热管优选地可以继续有效地操作。

12、因此，申请人已经认识到，通过这样一种热去除装置可以实现显著的优点，这种热去除装置在包括高于约50℃的温度的操作温度范围内(包括在约50℃至约100℃的范围内)高效地从主体、流体或部件，特别是从用于笔记本、膝上型电脑、平板电脑、i-pad计算装置、服务器、台式计算机等的电子装置或部件去除热量。

13、另外，申请人已经认识到，可以通过发现一种工作流体来获得优势，这种工作流体比r-134a更合乎环境要求并且可以有效地用于毛细-返回散热管和重力-返回-返回散热管两者。

14、针对散热管，并且特别地毛细-返回散热管，甚至更特别地用于冷却小型电子部件的毛细-返回散热管开发替代工作流体是一项复杂、困难且不可预知的任务。这主要是因为需要在除所吸收的热量之外以很少或无能量输入情况下操作散热管，同时为操作温度范围提供高效的热传递。以举例的方式，为了使散热管有效地利用新的替代工作流体进行操作，必须解决和克服以下操作困难：

15、-对于重力-返回返回设计和毛细返回设计两者，由在相同容器中沿着相反方向移动的蒸气和液体引起的夹带(entrainment)问题，这可减少或降低工作流体冷凝物返回到蒸发器部段；

16、-对于重力-返回返回设计和毛细返回设计两者，声速流问题，这会限制从蒸发部段递送到冷凝部段的蒸气速率；

17、-对于毛细-返回设计，确保工作流体液体能够产生足够的毛细压力，以有效地将工作流体冷凝物从冷凝部段移动到蒸发器部段；

18、-对于毛细-返回设计，芯吸中工作流体的蒸气气泡的形成可在蒸发器部段中引起不希望的热点，并且阻止或阻碍液体从冷凝部段返回到蒸发器部段。

19、对于液相和气相两者，所有这些操作考虑和其他考虑涉及工作流体的热传递性质和传送性质两者，以及这些性质之间的相互关系。在获得实验数据之前，通常不能可靠地确定这些性质之间的相互关系是否允许散热管中的成功操作，特别是对于存在用于冷却小型电子部件的工作温度范围。

技术实现思路

1、本发明包括散热管，其包括密封容器，该密封容器包括：

2、(a)具有内表面的内部空间；所述内部空间包括：

3、(i)蒸发部段，该蒸发部段至少部分地由所述容器的壁形成并且包含与所述壁的内表面接触的液态工作流体，该液态工作流体包含至少约60重量％的顺式1-氯-3，3，3-三氟丙烯或基本上由其组成或由其组成，

4、(ii)冷凝部段，该冷凝部段至少部分地由所述密封容器的所述壁形成，所述蒸发部段与所述蒸发部段流体连通并且包含与所述壁的内表面接触的工作流体蒸气，该工作流体蒸气含有顺式1-氯-3，3，3-三氟丙烯；

5、(b)外表面，该外表面由形成所述冷凝部段的所述壁的至少一部分形成；和

6、(c)从所述外表面延伸的热传递增强突起部。

7、本发明还包括传递热量的方法，包括：

8、(a)提供散热管，该散热管包括蒸发部段和冷凝部段，该蒸发部段包含含有至少约60重量％的顺式1-氯-3，3，3-三氟丙烯的液态工作流体，该冷凝部段包含含有顺式1-氯-3，3，3-三氟丙烯的工作流体蒸气；

9、(b)将所述蒸发部段安置成与待冷却的主体、流体、表面等热连通；和

10、(c)将所述冷凝部段安置成与待加热的主体、流体、表面等热连通。

11、为了方便起见，有时在本文中将待加热的主体、流体、表面等称为散热体。

12、如本文所用，第一主体、流体、表面等和第二主体、流体、表面等之间的术语“热连通”意味着第一主体和第二主体仅由导热材料分开(如果存在)，以便允许热量从第一主体容易地传递到第二主体，如本领域技术人员所理解的。

13、本发明还包括热传递系统，该热传递系统用于将热量从待冷却的对象或流体传递到散热体对象或流体，所述系统包括散热管，该散热管包括：

14、(a)蒸发部段，该蒸发部段包含含有至少约60重量％的顺式1-氯-3，3，3-三氟丙烯的液态工作流体，所述蒸发部段与所述待冷却的对象或主体热传递接触；和

15、(b)冷凝部段，该冷凝部段包含含有顺式1-氯-3，3，3-三氟丙烯的工作流体蒸气，所述冷凝部段与所述散热体热传递接触。