热管、散热器及电子设备发明专利

专利名称：热管、散热器及电子设备

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411026101.6

专利申请（专利权）人：四川力泓电子科技有限公司
权利人地址：四川省广安市华蓥市工业新城西部硅谷二期

专利发明（设计）人：张文鲁

专利摘要：本发明涉及热管、散热器及电子设备，属于散热技术领域，本发明的热管，包括管体，所述管体的一端为蒸发端，另一端为冷却端，所述管体内壁覆盖有毛细结构层；所述蒸发端内设置有封装容器，所述封装容器通过连接柱与蒸发端的内壁固定连接，封装容器外壁与蒸发端内壁之间具有间距，所述封装容器内设置有相变材料，所述相变材料的相变温度位于低于热管的最大工作温度。本发明的散热器，当蒸发端的温度升高到设定值时，转动驱动机构带动销轴转动180度，销轴带动定位板和热管转动180度，使得热管的冷却端转换为蒸发端，蒸发端转换为冷却端。本发明提可高散热效率，防止热管出现局部干烧的现象，使得热管能够长时间在较高的温度下持续有效散热。

主权利要求：
1.散热器，其特征在于：包括支架，所述支架上设置有多个热管（1），所述热管（1）包括管体（11），所述管体（11）的一端为蒸发端（2），另一端为冷却端（3），所述管体（11）内壁覆盖有毛细结构层（13）；
所述蒸发端（2）内设置有封装容器（14），所述封装容器（14）通过连接柱（15）与蒸发端（2）的内壁固定连接，封装容器（14）外壁与蒸发端（2）内壁之间具有间距，所述封装容器（14）内设置有相变材料（16），所述相变材料（16）的相变温度位于低于热管的最大工作温度；
所述热管（1）的蒸发端（2）和冷却端（3）内均设置有封装容器（14），封装容器（14）内均设置有相变材料（16）；
所述支架包括固定架（4）和定位板（5），所述定位板（5）的两端固定设置有销轴（6），所述销轴（6）可转动地安装于固定架（4），且定位板（5）一端的销轴（6）连接有驱动销轴（6）转动的转动驱动机构（7），所述热管（1）的中部均固定安装于定位板（5）；
当蒸发端（2）的温度升高后，转动驱动机构（7）带动销轴（6）转动180度，销轴（6）带动定位板（5）和热管（1）转动180度，使得热管（1）的冷却端（3）转换为蒸发端（2），蒸发端（2）转换为冷却端（3）。
2.如权利要求1所述的散热器，其特征在于：所述固定架（4）的顶部设置有排风室（8），所述排风室（8）的底部设置有多个供热管（1）端部进出的槽，排风室（8）的一端设置有进风口（9），另一端设置有排风扇（10）。
3.如权利要求1所述的散热器，其特征在于：所述热管（1）两端的外壁设置有温度传感器（18），所述温度传感器（18）连接有控制器（19），所述转动驱动机构（7）与控制器（19）相连。
4.如权利要求1所述的散热器，其特征在于：所述蒸发端（2）和冷却端（3）为球形的导热球（12），所述导热球（12）为内径大于管体（11）内径的空心球；所述封装容器（14）呈球形。
5.如权利要求4所述的散热器，其特征在于：所述导热球（12）由两个半球拼焊而成。
6.如权利要求4所述的散热器，其特征在于：所述管体（11）与导热球（12）焊接连接。
7.如权利要求1所述的散热器，其特征在于：所述封装容器（14）为厚度1至2mm的铜球。
8.电子设备，其特征在于：包括权利要求1至3任意一项权利要求所述的散热器。 说明书 : 热管、散热器及电子设备技术领域[0001] 本发明属于散热技术领域，尤其是一种热管、散热器及电子设备。背景技术[0002] 电脑、服务器、电视等电子设备运行时产生热量，热量聚集在设备内部，影响各个元件的性能，因此，通常需要再电子设备内部设置散热器。传统的散热器包括风冷扇热器、水冷散热器、热管散热器和组合式散热器，组合式散热器即将风冷、水冷和热管散热等方式进行组合的散热器。其中，热管散热器的核心为热管，热管的两端分别为蒸发端和冷却端，热管内壁设置毛细结构层和介质，蒸发端受热后，介质蒸发为气态并流动到冷却端，气态介质在冷却端预冷后液化，然后在毛细结构层的毛细作用下回到蒸发端，实现循环。热管散热器利用介质的相变进行热传递，散热效率高，且具有体积小等优点，因此常用于重要设备中。[0003] 一般来说，热管散热器固定安装在电子设备内部，热管的任意一端都可以作为蒸发端或冷却端。电子设备内部发热时，蒸发端内的介质逐渐蒸发，当电子设备内部温度升高到一定值时，蒸发端内的介质蒸发量达到最大，此时热管的热效率达到最高，如果电子设备内的温度继续升高，会导致蒸发端内的介质全部蒸发，同时冷凝端液化的介质不能及时回到蒸发端，此时蒸发端出现局部干烧现象，散热失效，且热管容易损坏。为了提高热管能够正常散热的最高温度，通常需要增加热管的体积，增加填充的介质量，导致整个散热器的重量增加。发明内容[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种热管，可防止蒸发端出现局部干烧。[0005] 还提供了一种散热器，提高散热效率，进一步防止热管出现局部干烧的现象，使得热管能够长时间在较高的温度下持续有效散热。[0006] 为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：热管，包括管体，所述管体的一端为蒸发端，另一端为冷却端，所述管体内壁覆盖有毛细结构层；[0007] 所述蒸发端内设置有封装容器，所述封装容器通过连接柱与蒸发端的内壁固定连接，封装容器外壁与蒸发端内壁之间具有间距，所述封装容器内设置有相变材料，所述相变材料的相变温度位于低于热管的最大工作温度。[0008] 进一步地，所述蒸发端和冷却端为球形的导热球，所述导热球为内径大于管体内径的空心球；所述封装容器呈球形。[0009] 进一步地，所述导热球由两个半球拼焊而成。[0010] 进一步地，所述管体与导热球焊接连接。[0011] 进一步地，所述封装容器为厚度1至2mm的铜球。[0012] 散热器，包括支架，所述支架上设置有多个上述热管。[0013] 进一步地，所述热管的蒸发端和冷却端内均设置有封装容器，封装容器内均设置有相变材料；[0014] 所述支架包括固定架和定位板，所述定位板的两端固定设置有销轴，所述销轴可转动地安装于固定架，且定位板一端的销轴连接有驱动销轴转动的转动驱动机构，所述热管的中部均固定安装于定位板；[0015] 当蒸发端的温度升高后，转动驱动机构带动销轴转动180度，销轴带动定位板和热管转动180度，使得热管的冷却端转换为蒸发端，蒸发端转换为冷却端。[0016] 进一步地，所述固定架的顶部设置有排风室，所述排风室的底部设置有多个供热管端部进出的槽，排风室的一端设置有进风口，另一端设置有排风扇。[0017] 进一步地，所述热管两端的外壁设置有温度传感器，所述温度传感器连接有控制器，所述转动驱动机构与控制器相连。[0018] 电子设备，包括上述散热器。[0019] 本发明的有益效果是：[0020] 1、相变材料在相变的过程中，其温度保持固定。本发明通过在热管的蒸发端内设置相变材料，热管工作时，当热管蒸发端的温度升高到相变材料的相变温度时，相变材料会产生相变（通常为液态变为固态），并吸收热量，由于相变材料在相变过程中温度保持不变，因此使得热管蒸发端的温度也稳定处于相变温度，或略高于相变温度，且由于相变材料的相变温度位于低于热管的最大工作温度，在相变材料相变完成之前，即可以使热管蒸发端的温度始终低于最大工作温度，从而避免热管蒸发端出现局部干烧的情况。最大工作温度是指热管能够正常运行的最高温度，当蒸发端的温度大于最大工作温度时，蒸发端出现局部干烧情况。[0021] 2、本发明的散热器安装在电子设备内部，且热管的蒸发端位于电子设备发热元件附近，热管的冷却端位于远离发热元件、温度较低的位置，当发热元件发热时，可以有效对发热元件进行散热。随着发热元件的温度升高，蒸发端的温度不断升高。当发热元件的产热量大于热管的散热量时，蒸发端内的介质的蒸发量不断增大，蒸发端内的介质不断减少，而此时冷却端的介质不断液化，数量会不断增加，因此，当蒸发端的温度升高后，将热管转动180度，使得热管的蒸发端转移到温度较低的位置，而冷却端转移到温度较高的位置，即热管的冷却端转换为蒸发端，蒸发端转换为冷却端。转换后，新的蒸发端温度低，与周围环境的温差大，可以快速吸热，吸热速度增加，同时，新的蒸发端内具有足够的液态介质，能够维持较高的蒸发量，防止蒸发端出现局部干烧，而新的冷却端温度高，也与周围环境的温差大，可以快速散热，散热速度也增加。可见，本发明通过有序地转动热管，使得蒸发端和冷却端不断转换，可以提高散热效率，同时又能够避免蒸发端出现局部干烧而导致热管受损的情况。附图说明[0022] 图1是本发明实施例一的热管剖视示意图；[0023] 图2是本发明实施例二的散热器剖视示意图；[0024] 图3是本发明实施例三的散热器剖视示意图；[0025] 图4是本发明实施例三的热管剖视示意图；[0026] 附图标记：1—热管；2—蒸发端；3—冷却端；4—固定架；5—定位板；6—销轴；7—转动驱动机构；8—排风室；9—进风口；10—排风扇；11—管体；12—导热球；13—毛细结构层；14—封装容器；15—连接柱；16—相变材料；18—温度传感器；19—控制器。具体实施方式[0027] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。实施例一[0028] 本实施例提供了一种热管，如图1所示，包括管体11，管体11的一端为蒸发端2，另一端为冷却端3，管体11内壁覆盖有毛细结构层13。管体11采用目前常用的铜管即可，毛细结构层13采用现有工艺制备即可。[0029] 蒸发端2内设置有封装容器14，封装容器14通过连接柱15与蒸发端2的内壁固定连接，封装容器14外壁与蒸发端2内壁之间具有间距，封装容器14内设置有相变材料16，相变材料16的相变温度位于低于热管的最大工作温度。[0030] 封装容器14为密闭的容器，用于封装相变材料16。封装容器14通过连接柱15固定在蒸发端2的内部，确保封装容器14外壁与蒸发端2内壁之间具有适当的间距，以保证蒸发端2内部的介质蒸发后能够快速流动到冷却端3。热管的最大工作温度是指热管能够正常运行的最高温度，当蒸发端的温度大于最大工作温度时，蒸发端出现局部干烧情况。[0031] 相变材料16的特性在于，在相变的过程中，其温度保持固定。热管工作时，如果电子设备的发热量较大，热管蒸发端2的温度会逐渐升高。本发明通过在热管的蒸发端2内设置相变材料16，当热管蒸发端2的温度升高到相变材料的相变温度时，相变材料16会产生相变（通常为液态变为固态），并吸收热量，由于相变材料16在相变过程中温度保持不变，因此使得热管蒸发端2的温度也稳定处于相变温度，或略高于相变温度。且由于相变材料16的相变温度位于低于热管的最大工作温度，在相变材料16相变完成之前，即可以使热管蒸发端2的温度始终低于最大工作温度，从而避免热管蒸发端2出现温度过高、局部干烧的情况，有利于保证热管的稳定工作，防止热管受损。[0032] 相变材料16采用现有材料即可，根据具体的应用场景，确定热管的最大工作温度，然后根据最大工作温度选择具有合适箱变温度的相变材料16即可。[0033] 蒸发端2和冷却端3为球形的导热球12，导热球12为内径大于管体11内径的空心球；封装容器14呈球形。导热球12为空心球，其内腔与管体11内腔连通，且导热球12内壁的毛细结构层13连接管体11内壁的毛细结构层13。球形的蒸发端2和冷却端3可以增大换热面积，从而提高散热效率。此外，当蒸发端2和冷却端3采用球形的导热球12时，蒸发端2和冷却端3内部的空间较大，能够容纳封装容器14，此时封装容器14可以采用厚度较薄的空心铜球，具体厚度可以是1至2mm，封装容器14的中心与导热球12的中心重合，使得封装容器14外壁到导热球12内壁的间距均衡。[0034] 为了便于在导热球12内壁制备毛细结构层13，导热球12由两个半球拼焊而成。管体11与导热球12焊接连接，连接强度高，密封性好。制备时，可以将一个半球与管体11焊接为一体，然后在管体11和该半球内壁设置毛细材料，毛细材料可以是铜粉，然后在另一个半球内壁喷涂毛细材料，接着进行烧结，形成毛细结构层13，然后将连接柱15的一端焊接到封装容器14外壁，连接柱15的另一端焊接到其中一个半球的内壁，最后将两个半球焊接为一体。实施例二[0035] 本实施例提供了一种散热器，如图2所示，包括支架，支架上设置有多个如图1所示的热管1，热管1固定安装在支架上，支架固定安装在电子设备内。实施例三[0036] 本实施例提供了一种散热器，如图3所示，包括支架，支架上设置有多个如图4所示的热管1。[0037] 其中，支架用于支撑热管1，并能够与电子设备机箱等部件相连，从而将散热器整体安装到电子设备内。支架具体包括固定架4和定位板5，固定架4用于与电子设备的机箱等部件固定连接，安装后位置不发生变化；定位板5用于支撑热管1，多个热管1的中部均固定安装于定位板5，使得热管1相对于定位板5的位置保持固定。具体地，可以在定位板5上设置多个通孔，每个通孔内插入一根热管1，然后将热管1中部外壁点焊在定位板5上。或者在定位板5侧壁设置锁紧螺钉，锁紧螺钉的轴向与通孔的径向一致，将热管1插入通孔后，拧紧锁定螺钉，利用锁紧螺钉压紧热管1外壁。[0038] 定位板5的两端固定设置有销轴6，销轴6采用常规的轴即可，销轴6可转动地安装于固定架4，具体可以在固定架4上设置轴孔，销轴6伸入轴孔并与轴孔内壁间隙配合，使得销轴6能够绕自身的中心线转动。定位板5一端的销轴6连接有驱动销轴6转动的转动驱动机构7。转动驱动机构7可以采用精度较高的步进电机，通过联轴器等连接件与销轴6相连，当步进电机带动销轴6转动时，销轴6可带动定位板5同步转动。[0039] 当蒸发端2的温度后，转动驱动机构7带动销轴6转动180度，销轴6带动定位板5和热管1转动180度，使得热管1的冷却端3转换为蒸发端2，蒸发端2转换为冷却端3。[0040] 本发明的散热器通过固定架4安装在电子设备内部，且热管1的蒸发端2位于电子设备的发热元件附近，发热元件产生的热量可以快速传递到蒸发端2，促使蒸发端2内的介质蒸发，热管1的冷却端3位于远离发热元件、温度较低的位置，以便于快速散热而促进介质冷却液化。一般来说，散热器安装后热管1处于竖直或者倾斜状态，热管1的下端作为蒸发端2，上端作为冷却端3，介质在冷却端3冷却后，不仅可以利用毛细结构层13的毛细作用力回流，还能够在自重的作用下回流，从而提高回流速度。[0041] 当发热元件发热时，热管1对发热元件进行散热，随着发热元件的温度升高，蒸发端2的温度不断升高。当发热元件的产热量大于热管1的散热量时，蒸发端2内的介质的蒸发量不断增大，蒸发端2内的介质不断减少，而此时冷却端3的介质不断液化，液化介质的回流速度低于蒸发端2介质的蒸发速度，使得冷却端3的介质数量会逐渐增加。因此，当蒸发端2的温度升高到设定值时，将热管1转动180度，使得热管1的蒸发端2转移到温度较低的位置，而冷却端3转移到温度较高的位置，即热管1的冷却端3转换为蒸发端2，蒸发端2转换为冷却端3。转换后，新的蒸发端2温度低，与周围环境的温差大，可以快速吸热，吸热速度增加，同时，新的蒸发端2内具有足够的液态介质，能够维持较高的蒸发量，防止蒸发端2出现局部干烧；而新的冷却端3温度高，也与周围环境的温差大，可以快速散热，散热速度也增加。可见，本发明通过有序地转动热管1，使得蒸发端2和冷却端3不断转换，可以提高散热效率，同时又能够避免蒸发端2出现局部干烧而导致热管1受损的情况。[0042] 如果只在热管1的一端设置封装容器14和相变材料16，当冷却端3和蒸发端2转换后，新的蒸发端2内部则不具备相变材料16，无法对热管1进行保护。因此，本实施例的热管1如图4所示，在热管1的蒸发端2和冷却端3内均设置有封装容器14，封装容器14内均设置有相变材料16。无论热管1的哪一端作为蒸发端2，都可以限制蒸发端2的温度，防止蒸发端2的温度过高而出现局部干烧。[0043] 在散热器运行过程中，可以定时转动热管1，例如电子设备开机的同时散热器运行，然后每隔5min或10min转动驱动机构7运行一次，带动热管1转动180度。为了根据电子设备实际的发热情况灵活地控制热管1转动，本发明在热管1两端（即蒸发端2和冷却端3）的外壁设置有温度传感器18，温度传感器18连接有控制器19，转动驱动机构7与控制器19相连。利用温度传感器18实时检测蒸发端2和冷却端3的温度并将检测信号传输至控制器19，当蒸发端2的温度升高到设定值时，控制器19控制转动驱动机构7运行，带动热管1转动180度。具体地，当蒸发端2的温度升高到相变材料16的相变温度时，控制器19控制转动驱动机构7运行，或者蒸发端2的温度升高到相变材料16的相变温度并持续一段时间，例如持续3至5min时，控制器19控制转动驱动机构7运行。可以在部分热管1的两端设置温度传感器18，也可以在所有热管1的两端设置温度传感器18，温度传感器18还可以设置在蒸发端2附近的固定架4上。[0044] 为了促进冷却端3的冷却散热，本发明在固定架4的顶部设置有排风室8，排风室8的底部设置有多个供热管1端部进出的槽，排风室8的一端设置有进风口9，另一端设置有排风扇10。进风口9与电子设备外界的空间连通，散热器运行时，排风扇10启动，将排风室8内的空气排出，使得排风室8内的气压降低，外界的冷空气则可以通过进风口9进入排风室8，促进热管1冷却端3的快速冷却，提高散热效率。[0045] 本发明的电子设备，包括图2所示的散热器。[0046] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：四川

专利申请日期：2024-07-30

专利公开日期：2024-10-01

专利公告号：2024-10-01