热导管及其制作方法技术

本发明专利技术公开说明热导管及其制作方法。热导管包括蒸发部、隔热部、冷凝部及多孔烧结粉末毛细管。为增加毛细管结构物的气孔度和透过率，在蒸发部、隔热部、冷凝部配置适合各自要求条件的不同物质、形状或粒子大小的多孔烧结粉末毛细管结构。另一特点为，为配置不同物质、形象或粒子大小的多孔烧结粉末毛细管结构，将此粉末混合烧结，气孔分布为二重，为此热导管具有沿径向、非对称端面形状。粒度大的粉末也易于添入，制作容易，并热传导度比过去不偏心的结构。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的涉及热传导、冷却及放热用热导管，尤其涉及微型热导管的内部结构及其制作方法。附图说明图1所示的上述热导管的内部结构端面图。如图1所示，热导管由外壁、进行热输送的驱动流体经过的通道、两者之间用以在上述驱动流体在没有动力的情况下，具有连续产生热输送功能的多孔型毛细管组成。并且，如图1所示，上述热导管沿长度方向分为蒸发部、隔热部及冷凝部。上述热导管的驱动原理是，在蒸发部饱和于毛细管内的驱动工作流体，自外部热源加热蒸发，由于蒸汽产生的压差，使蒸汽向冷凝部方向移动，进行热输送。在冷凝部中重新冷却凝缩、放热。此时，凝缩的驱动工作流体吸收于冷凝部毛细管中，由于冷凝部和蒸发部的毛细管间压差，回归于冷凝部，上述驱动工作流体的移动及回归过程循环运作，从而从蒸发部不断向冷凝部持续性的移动热量。一般驱动工作流体的移动主要依赖于，热传导量、毛细管的管压、毛细管内对于驱动工作流体的流向的阻力透过率。上述毛细管压(PC)由如下数学公式1决定，其中do是平均直径，σ表示表面张力参数，θ表示毛细管的角度。(数学公式1)Pc=4σcosθd0]]>但是其中的毛细管压具有下面的关系。其中Pl、Pv、Pg分别表示各液体通道压力损失、蒸汽通道压力损失及引力阻力。(数学公式2)Pc＝Pv+Pl+Pg上述的各液体通道压力损失、蒸汽通道压力损失根据Darcy和Polselle定律，分别表现为数学公式3及数学公式4。(数学公式3)Pl=QμllefplLSξd0v]]>(数学公式4)Pv=128QμvlefπDch4pvL]]>并且，引力阻力的压力损失如下，其中g表示万有引力常数。(数学公式5)Pg＝ρlglsinφ并且，毛细管内决定驱动工作流体移动阻力的透过率K与毛细管的气孔度∏具有如下的数学公式6，其中D表示为粒子直径。(数学公式6)k=f(Π)βD2]]>由于热工作流体流动的热输送量(Qmax)，根据下面的假设为前提所求。热导管中的毛细管的大小固定，工作流体饱和于烧结粉末毛细管，蒸发部和冷凝部的热流速是固定的，隔热部蒸汽通道中移动温度为Ts的饱和蒸汽，液体和蒸汽的流动是表现为Navier-Stocks式的非压缩性工作流体的流通，蒸汽内没有热源或冷却源，多孔毛细管内液体流动根据Darcy定律，蒸汽-液体界面的磨擦力比毛细管内液体动阻力十分小，可忽视，蒸发部表面中发生驱动工作流体的汽化现象。上述假设为前提，热导管的热输送量Q如下计算。(数学公式7)Q=πL4lef4σcosθd0-pglsinφμlpl(Dp2-Dch2)ξd0v+32μvD4pv]]>另外，一般的热导管由粘性限制、毛细管压限制、传输或溢流限制、音速限制及沸腾限制，其性能受到限制。所以，设计热导管时，考虑此之间的驱动限制而决定各设计参数。一般在200℃以下使用的低温用热导管中尤其考虑粘性限制和沸腾限制，热导管的热性限制条件中为提高驱动能力，根据热导管蒸发部过热产生干燥现象时，应考虑恢复能力和时间。上述的干燥，是指热导管中输入的热量超过最大热输送量，蒸发部的驱动工作流体蒸发量比冷凝部中向蒸发部回归的量多时，在任意的时间段内完全成为干燥状态的情况。此时，蒸发部的温度急速上升，根据向毛细管内的驱动工作流体的回归，温度再次下降，热导管的能力恢复，但是此能力的恢复功能缓慢的时候，热导管的温度控制能力被消失，达到输入的热量无法使用该热导管的限制。如图1所示，热导管沿长度方向的端面可分为蒸发部、隔热部、冷凝部等。此时，热导管的蒸发部中设置，可改善毛细管压和热传导度的毛细管结构，隔热部中应设置可提高透过率的毛细管结构，冷凝部中设置可提高透过率和热传导度的毛细管接结构。一般的热导管，为具备上述的条件的毛细管结构，具有如下的4种状态及此的复合状态，或变形状态构成的毛细管结构。比较它们之间的优、缺点为如下。烧结粉末毛细管的毛细管压大，因此对于引力阻力的工作流体输送能力卓越，根据多孔烧结粉末的夹子效果，热传导度好，由于沸腾限制的渐进性产生，不产生急速的温度上升现象。由于透过率小，驱动工作流体移动时压力损失大。凹槽毛细管的透过率大，驱动工作流体移动时压力损失小。尤其是，单纯凹槽毛细管制作热导管管壁时，可一体成型，价格上有优势。但是，毛细管的直径大，毛细管压小，在部分过热干燥状态中，驱动能力处于劣势，由于沸腾限制的急速发生，产生急速的温度上升现象。微细纤维毛细管虽然毛细管压大，但热阻力也大；因透过率小而驱动工作流体移动时压力损失大，在部分过热干燥状态中驱动能力处于劣势。隔屏毛细管的毛细管压为中间程度，透过率小而驱动工作流体时压力损失大，热阻力也大的特点。这样的基本毛细管结构各有优点和缺点，根据使用目的，为补充缺点而进行结构变化，所以不能按照一律的标准进行比较。但是，热导管的基本性能中的热输送和引力阻力对应能力方面中，烧结粉末毛细管比其他的毛细管较受欢迎，烧结粉末毛细管的结构粒子和粒子之间十分稠密，比凹槽毛细管或隔屏毛细管毛细管压大，比隔屏毛细管热传导度高的优点，可显示比较高的热流速性能。但是，比凹槽及隔屏方式等其他毛细管结构，烧结粉末毛细管对于引力阻力的驱动能力优秀，由于液体有动阻力的增大，在最大热传导量中不能成为比较首位的问题。过去烧结粉末毛细管中适用的结构一般采取的是单一的气孔分布结构。所以，采用微型热导管时，为增大毛细管的透过率，要求使用比较大粒度的金属粉末，由于毛细管内部结构及制作工程上的问题，无法将毛细管气孔的大小最佳化，烧结粉末毛细管的基本比较首位无法充分体现。所以，为上述的毛细管最佳化状态，过去美国登记的申请专利第6,056,044号，利用MEMS工程，提供利用多重毛细管的毛细管结构，提出具有大小不同的粒子的毛细管结构，改善毛细管压和透过率。但是上述结构，制作工程相当难，所以制作单价上升的问题。即，盖上隔屏MSCH，进行黏结后，重新将隔屏MSCH卷完插入的多重管的制作，具有相当的困难。为了解决这样的问题，不使用二重管结构，各功能部的毛细管结构物具有不同的气孔大小、气孔形状、热传导度及驱动工作流体吸收能力，但此时，将大小不同的粒度的粉末混合，构成气孔二重分布的毛细管，在现实中有很多的困难。这是因为，考虑过去微型热导管的外壁内径的大小有限制时，插入粒度大的粉末是相当困难的问题。与此同时，本专利技术在热导管热性限制条件下，为提高驱动能力，根据热导管蒸发部的过热发生干燥现象时，为改善恢复能力和时间而提出此方法。并且，本专利技术在此种过热干燥状态中，迅速恢复热导管功能的方式，将烧结粉末毛细管的气孔大小达到最佳化，并驱动工作流体中添加氢氧化物，形成蒸发部毛细管表面的吸着覆膜的方法。并且，为了本专利技术正确的实例而突出的，为改善毛细管内性能的最佳条件，为此记录其方法。本专利技术为了改善烧结粉末毛细管的性能，设计分析多孔媒体的毛细管压、透过率及气孔容量和驱动工作流体的热流动之间的关系，将通过此体现最佳的气孔大小，为此导出金属粉末本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热导管及其制作方法，其特征在于：多孔烧结粉末构成的毛细管结构，在热导管各功能部（蒸发部、隔热部及冷凝部）中配置不同物质、或粒子大小烧结粉末毛细管结构，提高热导管热传导度、热输送量及温度控制性能。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴世民，伦纳德L瓦西里耶夫，
申请(专利权)人：三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]