CN2656925Y - 热管 - Google Patents

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林志泉
陈杰良
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Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure

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Abstract

本实用新型涉及一种热管，该热管包括管壳、毛细吸液芯以及密封在管壳内的适量工作流体，其中毛细吸液芯紧贴于管壳内壁，其包含一碳纳米管层；工作流体为悬浮液，其包括一种液体以及悬浮在液体中的具有高导热性的纳米级颗粒，该纳米级颗粒包括纳米碳球或高导热性金属粉体，其中纳米碳球内部可填充有高导热性金属以进一步提高工作流体的导热性能。本实用新型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】
本实用新型涉及一种导热结构，特别涉及一种热管。
【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组件，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，而热管技术以其优良导热性能，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)以及密封于管内的工作流体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(加热段)，另一端为冷凝段(冷却段)，根据应用需要可在蒸发段与冷凝段之间布置绝热段。当热管10蒸发段受热时吸液芯12中工作流体13蒸发气化形成蒸气14，蒸气14在微小压力差作用下流向热管10的冷凝段，凝结成工作流体13并放出热量，工作流体13再依靠毛细作用沿吸液芯12流回蒸发段。如此循环，热量15由热管10的蒸发段不断地传至冷凝段，并被冷凝段一端的冷源吸收。
为使热管10正常有效地工作，通常要求吸液芯12的毛细性能好，能使工作流体13均匀分布于热管10内，并能使工作流体13迅速冷凝与回流，同时要求工作流体13气化热高、导热系数大。
2002年11月12日公告的美国专利第6,478,997号揭露一种热管，该热管采用碳纤维作毛细吸液芯。碳纤维导热能力强，成本低。但是，该专利并没有揭露碳纤维的尺寸，而粗碳纤维毛细性能不理想，不利于热管工作流体快速冷凝与回流，从而导致热管工作液体回流速度慢，热管导热效率降低。
对于热管工作流体，传统技术一般采用普通液体作为工作流体，但一般液体导热系数较小，使得热量传递较慢，从而使得热管导热效率较低，特别在蒸发段还有可能产生局部过热。
因此，提供一种吸液芯毛细性能好、工作流体导热效率高之热管实有必要。
【实用新型内容】
为解决现有技术中热管毛细吸液芯的毛细性能不理想、工作流体导热效率低的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种吸液芯毛细性能好、工作流体导热效率高的热管。
本实用新型所提供的热管包括管壳、毛细吸液芯以及密封在管壳内的适量工作流体。其中毛细吸液芯形成于热管内壁，其包括一碳纳米管层；工作流体为一种悬浮液，其包括一种液体及悬浮于液体中的纳米级颗粒，该纳米级颗粒具有高导热性能，包括纳米碳球或铜等高导热性金属粉体，该纳米碳球是由多层石墨层以球中球结构所组成的多面体碳簇，其内部可以填充有高导热性金属。
与现有技术相比，本实用新型所提供的热管具有以下优点：热管毛细吸液芯包括碳纳米管层，碳纳米管导热能力强，尺寸小，毛细性能好，有利于工作流体快速冷凝与回流；热管的工作流体中包含具有高导热性能的纳米级颗粒，由于重力、布朗力(Brown force)以及与液体之间的摩擦力作用，纳米级颗粒与液体相对滑移速度不为零，因而在液体中作无规则运动，同时纳米级颗粒具有高导热性，从而提高热管工作流体的导热能力，进而提高热管的导热效率。
【附图说明】
图1是现有技术热管的工作原理示意图。
图2是本实用新型热管结构径向截面示意图。
图3是本实用新型热管工作流体中添加的纳米碳球结构示意图。
图4是制备本实用新型热管的管壳材料示意图。
【具体实施方式】
下面结合图示来说明本实用新型所提供的热管实施方式：
如图2所示，本实用新型所提供的热管20包括管壳21、毛细吸液芯22以及密封于管壳内的适量工作流体(图未标示)。
本实用新型的管壳21为径向截面为矩形(长10毫米、宽5毫米)、管长为80毫米的铜管。
根据不同需要，管壳21也可以为钢管、铝管、碳钢管、不锈钢管、铁管、镍管、钛管或其合金管。管壳21径向截面可以为标准圆形，亦可以为其他形状，如椭圆形、正方形、三角形、矩形等。
管壳21管径一般为2毫米～200毫米，管长可从几毫米至数十米。
毛细吸液芯22紧贴形成于管壳内壁，其包括一碳纳米管层，其中碳纳米管层含有单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合，厚度为100纳米～100微米。
如图3所示，本实施方式采用纯水作为工作流体，并添加纳米碳球30以提高其导热性能，其中纳米碳球30是由多层石墨层31以球中球结构所组成的多面体碳簇，且纳米碳球30内部填充金属32，金属32包括铜、铝、金、银等具有高导热能力的金属。纳米碳球30粒径范围为20纳米～60纳米，在纯水中的质量含量为1.0％～3.0％，均匀分散并悬浮于纯水中。
纳米碳球30也可采用金属32的纳米级粉体或内部未填充金属32的纳米碳球或其组合替代。
另外，热管亦可采用氨水、甲醇、丙酮或庚烷等常规工作流体，添加纳米碳球30或高导热性金属的纳米粉体以提高其导热性能。
如图4所示，本实施例所提供的热管的制备方法包括：
选取二块具有相同尺寸的矩形铜片41，且该相同铜片41各具有沿相对两边向下延展而成的两侧壁42；
在铜片41的内壁43上涂布一层碳纳米管；
将二块铜片41相对应的侧壁42沿图中所示方向相互对准并紧贴抵靠，用纳米级铜粉烧结接合为一体，形成完整的管壳21，其内壁43紧贴一层碳纳米管毛细吸液芯22，径向截面为矩形；
将管壳21内抽成真空，在管壳21内注入适量添加有纳米碳球的工作流体，并将管壳21密封。
本实用新型的热管20的毛细吸液芯22含有碳纳米管，碳纳米管导热能力强，尺寸小，毛细性能好，有利于工作流体快速冷凝与回流；热管20的工作流体中包含具有高导热性的纳米级颗粒，由于重力、布朗力(Brown force)以及与液体之间的摩擦力作用，纳米级颗粒与液体相对滑移速度不为零，因而在液体中作无规则运动，同时纳米级颗粒具有高导热性，从而提高了热管工作流体的导热能力，进而提高热管的导热效率。。

Claims (9)

1.一种热管，包括
一中空的管壳；
一紧贴形成于该管壳内壁的毛细吸液芯；及密封于管壳内的工作流体；
其特征在于，该毛吸吸液芯包含一碳纳米管层；该工作流体为一种悬浮液，其包括一种液体及分散悬浮于液体中的纳米级颗粒。
2.如权利要求1所述的热管，其特征在于该碳纳米管层含有单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其混合物。
3.如权利要求1所述的热管，其特征在于该碳纳米管层厚度为100纳米～100微米。
4.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水、氨水、甲醇、丙酮或庚烷。
5.如权利要求1所述的热管，其特征在于该工作流体中的纳米级颗粒包括纳米碳球或高导热性金属粉体。
6.如权利要求5所述的热管，其特征在于该工作流体中的纳米碳球是由多层石墨层以球中球结构所组成的多面体碳簇，其内部填充有高导热性金属。
7.如权利要求1所述的热管，其特征在于该工作流体中的纳米级颗粒质量含量为1.0％～3.0％。
8.如权利要求5或6所述的热管，其特征在于高导热性金属包括铜、铝、金或银。
9.如权利要求1所述的热管，其特征在于纳米级颗粒粒径范围为20～60纳米。
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