CN110926249A - 一种能够对发热体进行恒温的散热装置及制造方法 - Google Patents

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杨常川
徐猛
李培生
陈明健
李文彬
黄逸宸
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Abstract

本发明涉及热管技术领域、金属泡沫领域和相变材料领域，更具体地，涉及一种能够对发热体进行恒温的散热装置及制造方法，包括热管管体、金属泡沫块，所述热管管体包括蒸发段、绝热段、冷凝段，所述金属泡沫块呈中空结构，其内腔填充有相变材料，所述金属泡沫块的上表面设有用于所述蒸发段嵌入的凹槽。本发明通过金属泡沫块、相变材料和脉动热管的结合，组成一种可在一定时间段和散热量内保持发热体恒温。恒温的保持应用了材料在相变时温度不变的特性，同时金属泡沫的加入可以增强在温度较低时的传热，以及增加换热面积。在两者结合的基础上增加脉动热管，增强换热，增加了恒温时间，以此使得发热体温度稳定在一定的范围内。

Description

一种能够对发热体进行恒温的散热装置及制造方法
技术领域
本发明涉及热管技术领域、金属泡沫领域和相变材料领域，更具体地，涉及一种能够对发热体进行恒温的散热装置及制造方法。
背景技术
热管具有极高的热传导率、优异的均温性能、可异形制作、运行可靠性高等特点，因此被广泛运用于能源、化工、航空航天、电子元件散热等领域。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速汽化，蒸气在热扩散的动力下流向另外一端，并在冷端冷凝释放出热量，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端，如此循环不止，直到热管两端温度相等，此时蒸汽热扩散停止。与普通热管相比，脉动热管其最大的特点是结构简单无芯，形状可以任意弯曲，当量传热系数大，体积小。脉动热管将管内抽成真空后充注部分工作介质，由于管径足够小，管内将形成气泡柱和液体柱间隔布置并呈随机分布的状态。在蒸发端，工质吸热产生气泡，迅速膨胀和升压，推动工质流向低温冷凝端。那里，气泡冷却收缩并破裂，压力下降，由于两端间存在压差以及相邻管子之间存在的压力不平衡，使得工质在蒸发端和冷凝端之间振荡流动，从而实现热量的传递。在整个过程中，无需消耗外部机械功和电功，完全是在热驱动下的自我震荡。相变材料在发生相变时会吸收大量的热量，但温度却保持不变。然而，相变材料在为固态时，其导热系数很小，因此加入泡沫金属增加其导热性能，进而加快热量的传递。
普通散热装置可以分为两类：一是通过使用能量转换装置进行散热，例如：散热扇，另一类是通过加装外部散热部件，无需额外能量，例如：加装肋片，热管等。而在使用时，我们希望使用的散热装置不消耗额外的能量，同时又达到很好的散热效果。而本次设计的组合散热器，无需额外的能量，同时又能保持发热体在较长的一段时间内都可以以很好的保持在适宜的温度范围内。并且，本次设计的组合散热器，可以随发热体的适宜温度范围进行改变合适的相变材料，以及不同的散热量来更换脉动热管（充液比，充液种类等），也可以随发热体的形状，大小等，来对冷凝段的泡沫金属等进行调整。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种能够对发热体进行恒温的散热装置及制造方法，尺寸较小又具有很好的散热效果，并且可以使发热体保持在一定温度范围内一段时间。
为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：
本发明公开了一种能够对发热体进行恒温的散热装置，包括热管管体、金属泡沫块，所述热管管体包括蒸发段、绝热段、冷凝段，所述金属泡沫块呈中空结构，其内腔填充有相变材料，所述金属泡沫块的上表面设有用于所述蒸发段嵌入的凹槽。
所述热管管体为脉动热管。
一种能够对发热体进行恒温的散热装置的制造方法，包括如下步骤：
S1：根据所需发热体的温度不同选取合适的相变材料，由所需散热的发热体的形状和大小来调整金属泡沫块的大小和相变材料的数量；
S2：使用金属泡沫进行3D打印制造出金属泡沫块，同时将热管本体的蒸发段嵌入金属泡沫块；
S3：将金属泡沫块内腔中填充相变材料；
S4：将外部包装安装于金属泡沫块与热管管体外部。
在所述步骤S4中，所述金属泡沫块与外部包装之间设有间隙。
本发明的有益效果在于：
本发明的组合散热装置无需额外的能量，同时尺寸较小又具有很好的散热效果，并且可以使发热体保持在一定温度范围内一段时间；由脉动热管的特性，本发明的组合式散热装置可以将冷凝段和蒸发段相距较远的距离，同时保证发热体的温度保持在一定范围。
附图说明
下面结合附图和实施案例对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图中：1热管管体，2金属泡沫块，3相变材料，11蒸发段，12绝热段，13冷凝段。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
参见图1。
本发明公开了一种能够对发热体进行恒温的散热装置，包括热管管体1、金属泡沫块2，所述热管管体1包括蒸发段11、绝热段12、冷凝段13，所述金属泡沫块2呈中空结构，其内腔填充有相变材料3，所述金属泡沫块2的上表面设有用于所述蒸发段11嵌入的凹槽，相变材料3融化时，会吸收大量的热量，而温度保持不变，同时，发热体停止产生热量后，相变材料3包含的大量热量会使得发热体依然在一段时间内保持一定的温度范围；通过金属泡沫块2、相变材料3和热管管体1的结合，组成一种可在一定时间段和散热量内保持发热体恒温；恒温的保持应用了材料在相变时温度不变的特性，同时金属泡沫的加入可以增强在温度较低时的传热，以及增加换热面积；在两者结合的基础上增加脉动热管，增强换热，增加了恒温时间，以此使得发热体温度稳定在一定的范围内；相变材料3是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质，具有以下特性1熔化潜热高，使其在相变中能贮藏或放出较多的热量；2相变过程可逆性好、膨胀收缩性小、过冷或过热现象少；3有合适的相变温度，能满足需要控制的特定温度；4导热系数大，密度大，比热容大；5相变材料无毒，无腐蚀性，成本低，制造方便。
所述热管管体1为脉动热管，结构简单无芯，形状可以任意弯曲，当量传热系数大，体积小，能够使得本散热装置尺寸较小又具有很好的散热效果。
工作原理：当发热体开始产生热量，和它接触的外壳将热量传递给金属泡沫和相变材料3，相变材料3开始吸热融化，同时金属泡沫也将热量传递给脉动热管和其他位置的相变材料3，当相变材料3完全融化后，液态的材料也将热量传递到脉动热管，脉动热管的蒸发段11受热，其内液体汽化，与绝热段12和冷凝段13产生压差推动脉动热管内部物质流动，到达冷凝段13后冷凝，以此往复循环,；在相变材料3融化时，会吸收大量的热量，而温度保持不变，同时，发热体停止产生热量后，相变材料3包含的大量热量会使得发热体依然在一段时间内保持一定的温度范围。
一种能够对发热体进行恒温的散热装置的制造方法，包括如下步骤：
S1：根据所需发热体的温度不同选取合适的相变材料3，由所需散热的发热体的形状和大小来调整金属泡沫块2的大小和相变材料3的数量；
S2：使用金属泡沫进行3D打印制造出金属泡沫块2，同时将热管本体1嵌入；
S3：将金属泡沫块2内腔中填充相变材料3；
S4：将外部包装安装于金属泡沫块2与热管管体1外部。
在所述步骤S3中，所述金属泡沫块2与外部包装之间设有间隙，能够防止金属泡沫块2内的相变材料3在融化过程中膨胀造成泄漏。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种能够对发热体进行恒温的散热装置，其特征在于：包括热管管体（1）、金属泡沫块（2），所述热管管体（1）包括蒸发段（11）、绝热段（12）、冷凝段（13），所述金属泡沫块（2）呈中空结构，其内腔填充有相变材料（3），所述金属泡沫块（2）的上表面设有用于所述蒸发段（11）嵌入的凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种能够对发热体进行恒温的散热装置，其特征在于：所述热管管体（1）为脉动热管。
3.一种能够对发热体进行恒温的散热装置的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：根据所需发热体的温度不同选取合适的相变材料（3），由所需散热的发热体的形状和大小来调整金属泡沫块（2）的大小和相变材料（3）的数量；
S2：使用金属泡沫进行3D打印制造出金属泡沫块（2），同时将热管本体（1）的蒸发段（11）嵌入金属泡沫块（2）；
S3：将金属泡沫块（2）内腔中填充相变材料（3）；
S4：将外部包装安装于金属泡沫块（2）与热管管体（1）外部。
4.根据权利要求3所述的一种能够对发热体进行恒温的散热装置的制造方法，其特征在于：在所述步骤S3中，所述金属泡沫块（2）与外部包装之间设有间隙。
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