CN1328567C - 热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热管，该热管包括管壳、紧贴管壳内壁的毛细吸液芯以及充满毛细吸液芯并密封于管壳内的适量工作流体，该管壳包括一普通材质层以及一纳米碳材层，其中该纳米碳材层形成于该普通材质层的外表面。纳米碳材降低管壳热阻，增大管壳传热面积，从而提高热管导热能力。本发明所提供的热管导热效率高，适合应用于电子器件的散热装置中。

Description

热管

【技术领域】

本发明涉及一种导热结构，特别涉及一种纳米材料改性的热管。

【背景技术】

热管是依靠自身内部工作流体相变实现导热的导热元件，其具有高导热性、优良等温性等优良特性，导热效果好，应用广泛。

近年来电子技术迅速发展，电子器件的高频、高速以及集成电路的密集及微型化，使得单位容积电子器件发热量剧增，热管技术以其高效、紧凑以及灵活可靠等特点，适合解决目前电子器件因性能提升所衍生的散热问题。

如图1所示，典型热管10由管壳11、吸液芯12(毛细结构)以及密封在管内的工作流体13组成。热管10的制作通常先将管内抽成真空后充以适当工作流体13，使紧贴管壳11内壁的吸液芯12中充满工作流体13后加以密封。热管10的一端为蒸发段10a(加热段)，另一端为冷凝段10b(冷却段)，根据应用需要可在蒸发段10a与冷凝段10b之间布置绝热段。当热管10蒸发段10a受热时吸液芯12中工作流体13蒸发气化形成蒸汽14，蒸汽14在微小压力差作用下流向热管10的冷凝段10b，凝结成工作流体13  放出热量15，工作流体13再靠毛细作用沿吸液芯12流回蒸发段10a。如此循环，热量15由热管10的蒸发段10a不断地传至冷凝段10b，并被冷凝段10b一端的冷源吸收。

热管10在实现导热过程中，包含以下六个相互关联的主要过程：

(1)热量15从热源通过热管管壳11和充满工作流体13的吸液芯12传递给工作流体13；

(2)工作液体13在蒸发段10a内液-气分接口上蒸发；

(3)蒸汽14从蒸发段10a流到冷凝段10b；

(4)蒸汽14在冷凝段10b内气-液分接口上凝结；

(5)热量15从气-液分接口通过吸液芯12、工作液体13及管壳11传给冷源；

(6)在吸液芯12内由于毛细作用使冷凝后工作流体13回流到蒸发段10a。

从上述过程(1)以及过程(5)看出，管壳11在导热过程中起到重要作用。

现有技术中热管管壳材质通常为铜、铝、钢、碳钢、不锈钢、铁、镍、钛或其合金。

然而，电子技术的迅速发展，要求热管导热效率尽可能提高，从而要求热管管壳热阻尽可能降低，以便利于热管能迅速将电子元件散发的热量传导到空气中，确保电子元件正常运行。

但是，普通金属或合金热阻减小空间较小，不利于热管导热效率进一步提高，普通金属直接作为热管管壳材质制成的热管，不能满足近年来电子元件散热的需要。

因此，提供一种管壳热阻小、导热效率高的热管非常必要。

【发明内容】

为解决现有技术中热管管壳热阻减小的空间较小，不利于热管导热效率进一步提高的技术问题，本发明目的在于提供一种管壳热阻小、导热效率高的热管。

本发明所提供的热管包括一中空的管壳、紧贴管壳内壁的毛细吸液芯以及充满毛细吸液芯并密封在管壳内的工作流体，其中该管壳包括一普通材质层以及一纳米碳材层，该纳米碳材层形成于该普通材质层的外表面。

与现有技术相比，本发明所提供的热管有以下优点：热管的管壳包括纳米碳材层，由于纳米碳材的高比表面积和高导热性，可降低管壳的热阻，增大管壳导热面积，从而提高热管导热效率。

【附图说明】

图1是现有技术热管工作原理示意图。

图2是本发明热管内部结构径向截面示意图。

【具体实施方式】

下面结合图示来说明本发明所提供的热管实施方式：

如图2所示，本发明所提供的热管20包括管壳21、毛细结构吸液芯22以及工作流体(未标示)，该管壳21包括普通材质层211以及纳米碳材层212，该纳米碳材层212形成于普通材质层211的外表面。

管壳21的普通材质层211一般为铜，也可根据不同需要采用不同材料，如铝、钢、碳钢、不锈钢、铁、镍、钛等及其合金或导热性高分子材料(柔韧性较好)。

管壳21的纳米碳材层212中纳米碳材包括中空碳纳米管、中空碳纳米球以及内包覆高热传导材料的碳纳米管或碳纳米球中任意一种或多种的组合，其中该高热传导材料包括铜、铝、金、银或其合金。

普通材质层211成型之后，毛细结构吸液芯22形成于其内壁表面，纳米碳材层212形成于其外壁表面。该纳米碳材可添加于陶瓷或高分子材料等粘结剂或稳固剂中，混合后涂覆在该普通材质层211的外壁表面。

纳米碳材比表面积大，导热性能远高于铜等导热性能强的金属，因此，纳米碳材层212可增大管壳21的传热面积以及提高管壳21的导热能力，从而提高热管导热效率。

管壳21径向截面可以为标准圆形，也可以为异型，如椭圆形、正方形、矩形、三角形等。管径为2毫米～200毫米，管长可从几毫米至数十米。

本实施方式热管管壳21的普通材质层211为铜，成型为圆柱形管，管径为4毫米，长50毫米，其纳米碳材层212为中空碳纳米管层，涂覆在铜管外壁表面。

吸液芯22可以为丝网型、沟槽型或烧结型。

丝网型吸液芯比较容易制作，在市场购置定型网目数的丝网，其材料一般为铜、不锈钢、铁丝网，可根据热管工作流体的兼容性来选定。丝网买来后经过清洗及必要的处理后卷制成所需要的形状***热管。吸液芯紧贴管壳内壁非常重要，特别在蒸发段，如果出现吸液芯贴合管壳内壁不均匀，将出现局部过热。

沟槽型吸液芯为轴向沟槽或环向沟槽形式。轴向沟槽通过挤压和拉削而成；环向沟槽一般为加工方便而刻成螺纹型。

烧结型吸液芯孔隙率一般为40～50％，是将大量填充用金属粉末粒子烧结而成。适当选择金属粉末粒子粒度，烧结后可得到不同空隙尺寸的吸液芯。烧结温度一般比烧结材料溶点低100～200℃。

本实施方式采用铜粉末烧结吸液芯，烧结的大致方法为在铜管中央***一根芯棒(可用不锈钢芯棒)，棒粗细代表将来蒸汽腔内径的大小，然后在芯棒和管壁所形成的环型空间中填入待烧结的金属铜粉末，将芯棒用支架固定后送入加热炉，在氢气保护下烧结约半小时，烧结温度为810℃～880℃。将管子从炉中取出，待冷却后抽出芯棒，并再次放入炉中烧结约一小时。

热管可采用纯水、氨水、甲醇、丙酮或庚烷等液体作为工作流体，亦可在液体中添加导热材料的微粒，如铜粉、纳米碳材等，以增加工作流体的导热性能。本实施方式采用纯水作为工作流体。

与现有技术相比，本发明所提供的热管有以下优点：热管的管壳包括纳米碳材层，由于纳米碳材具有高表面积及高导热性，可降低管壳的热阻，增大管壳的导热面积，从而提高热管导热效率。

Claims (10)

1.一种热管，其包括：

一中空管壳；

一紧贴在管壳内壁上的毛细吸液芯；以及

密封在管壳内的适量工作流体；

其特征在于该管壳包括一普通材质层及一纳米碳材层，该纳米碳材层形

成于该普通材质层的外壁表面。

2.如权利要求1所述的热管，其特征在于该纳米碳材层包括中空碳纳米管、中空碳纳米球以及内包覆高热传导材料之碳纳米管或碳纳米球中任意一种或多种的组合。

3.如权利要求2所述的热管，其特征在于该高热传导材料包括铜、铝、金、银或其合金。

4.如权利要求1所述的热管，其特征在于该普通材质层包括铜、铝、钢、铁、镍、钛或其合金或导热性高分子材料。

5.如权利要求1所述的热管，其特征在于该管壳径向截面包括标准圆形、椭圆形、正方形、矩形或三角形。

6.如权利要求1所述的热管，其特征在于该毛细吸液芯为沟槽型、丝网型或烧结型。

7.如权利要求1所述的热管，其特征在于该工作流体中的液体包括纯水、氨水、甲醇、丙酮或庚烷。

8.如权利要求7所述的热管，其特征在于该工作流体进一步包括悬浮于液态工作流体中的导热材料微粒。

9.如权利要求8所述的热管，其特征在于该导热材料微粒包括铜粉、纳米碳材。

10.如权利要求1所述的热管，其特征在于该普通材质层包括碳钢或不锈钢。