專利名稱：一種導熱熱柱的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及熱傳導領域，具體地，涉及一種導熱熱柱。
背景技術：
目前計算機、電子、光電等設備發(fā)展迅速，性能逐步增強，但體積逐漸減小。中央處理器等性能迅速提升，但與此同時大量的廢熱產(chǎn)生，又因為體積的縮小，產(chǎn)生了極大的熱流密度。如果熱量不能及時散發(fā)出去，高溫將會嚴重影響芯片的壽命與性能，因此必須采取有效的手段將高熱流密度的廢熱散發(fā)出去。如果電子部件的損耗熱量不及時導出，則部件上的熱量會不斷積累，導致芯片溫度迅速上升，可靠性和其他性能急劇下降。又如發(fā)光二極管(LED)的發(fā)展及應用，是當今照明的重要項目，而LED的壽命、性能無不與散熱技術的優(yōu)劣緊密相連，散熱已經(jīng)成為制約當今大功率LED燈具發(fā)展的首要難題之一。目前已開發(fā)出的散熱技術包括散熱翅片散熱、風扇散熱、熱管散熱、均溫板散熱等散熱技術。熱柱散熱也是一種較佳的散熱技術，所述熱柱是一內(nèi)含液體工質(zhì)的封閉腔體，借助工質(zhì)的汽液兩相變化以達到快速導熱的目的。熱柱是一種高效導熱裝置，一個設計優(yōu)良的熱柱溫度均勻性好，熱阻較小。其導熱能力遠遠超過了銅、鋁等金屬，能達到銅的幾百倍甚至上千倍，目前熱柱已經(jīng)在LED燈具、電子散熱等領域得到了廣泛的應用。熱柱的蒸發(fā)端在熱柱底部，液體在這里沸騰或者蒸發(fā)帶走大量熱量，蒸汽在冷凝管壁處冷凝釋放大量的汽化潛熱。需散熱部件散出的熱量經(jīng)熱柱底部傳導到熱柱冷凝管下部的沸騰強化結(jié)構(gòu)，在這里液體工質(zhì)因吸熱發(fā)生劇烈的沸騰，產(chǎn)生蒸汽，在汽化過程中蒸汽吸收了大量的汽化潛熱。液體工質(zhì)的汽化潛熱遠遠超過了其因比熱而吸收的熱量，非?？捎^。因熱蒸汽在底部產(chǎn)生，故在冷凝管內(nèi)底部汽體密度大于頂部汽體密度。由密度差的原因底部熱蒸汽克服重力沿冷凝管路上升，到達上部冷凝端，使管內(nèi)整體汽體密度趨于平衡。上部冷凝端處內(nèi)壁溫度較低，此處的蒸汽態(tài)工質(zhì)在壁面上冷凝液化，由此產(chǎn)生橫向的密度差，上部中心部位的熱蒸汽在密度差的作用下擴散到管壁處，發(fā)生冷凝。在一個穩(wěn)定的運行過程中管壁處的溫度在外界環(huán)境的影響下基本保持恒定或是緩慢地周期性變化，所以在此處源源不斷上升的熱蒸汽得以持續(xù)地冷凝液化。在冷凝的過程中，由底部吸收并被熱蒸汽帶到上部的汽化潛熱得以釋放，這些熱量經(jīng)由管壁散發(fā)到外界環(huán)境或相配套的散熱設備中。蒸汽態(tài)工質(zhì)在冷凝管內(nèi)壁上冷凝液化后，液態(tài)工質(zhì)在重力的作用下沿內(nèi)壁回流到底部蒸發(fā)端。如上所述此處的液態(tài)工質(zhì)再受熱蒸發(fā)，由此而形成一個循環(huán)，只要熱量不斷地由底部吸收，熱柱內(nèi)部就會源源不斷地發(fā)生這樣的循環(huán)。整個系統(tǒng)在運行的工程中沒有外界的驅(qū)動力，主要是上下部汽體的密度差以及重力在起動力作用。只要對熱柱底部輸入熱量，當液體工質(zhì)吸熱達到沸點后系統(tǒng)就會自動運行，當輸入熱量提高時，系統(tǒng)為達到新的動態(tài)平衡，液體流速會提高，底部液體蒸發(fā)劇烈程度會加劇，整個系統(tǒng)散發(fā)的熱量也就越大。另外，熱柱系統(tǒng)內(nèi)部沒有任何機械運動部件，液體與汽體不斷發(fā)生相變以及循環(huán)來攜帶熱量，這可以降低系統(tǒng)造價，更可以提升系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。在現(xiàn)有的熱柱設計制作過程中，熱柱底座處的沸騰強化沒有能夠很好的解決，原因為一般熱柱的制作過程都是將冷凝管與底座等各部件組合起來后再進行內(nèi)部沸騰強化表面的制作，但是，沸騰強化表面在底座上較小的空間條件下很難設計加工；另外，在市場上可以看到大部分廠家的熱柱都會對冷凝管內(nèi)壁做強化處理，例如溝槽結(jié)構(gòu)或者類似于傳統(tǒng)熱管的燒結(jié)結(jié)構(gòu)，但是工藝復雜且成本較高。因此，現(xiàn)有的熱柱的缺點為:(1)在應該強化傳熱得地方，沒有強化；(2)制作工藝復雜、成本高。

實用新型內(nèi)容針對上述問題，本實用新型的主要目的是提供一種導熱性能優(yōu)良且制作簡單的導熱熱柱。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案:—種導熱熱柱，包括底座，其上表面設置有沸騰強化結(jié)構(gòu)，還包括冷凝管、封蓋及充液細管，所述充液細管一端用于插入封蓋，另一端用于密封，所述冷凝管在底座、封蓋及充液細管的配合下組裝形成密閉的中空腔體，所述中空腔體內(nèi)部充灌有適量液體工質(zhì)，且所述底座上表面的沸騰強化結(jié)構(gòu)位于冷凝管內(nèi)。進一步地，所述冷凝管的內(nèi)表面為光滑表面、溝槽表面或者噴涂有納米結(jié)構(gòu)層。進一步地，所述封蓋為彈性封蓋，采用彈性殼體結(jié)構(gòu)，其與冷凝管緊配合接觸的圓弧表面光滑無毛刺。進一步地，所述中空腔體的各組裝部件通過焊接組裝在一起。進一步地，所述沸騰強化結(jié)構(gòu)為粉末燒結(jié)毛細結(jié)構(gòu)、溝槽毛細結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絲毛細結(jié)構(gòu)、微通道或者微針肋結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:1、本實用新型對熱柱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了改造，在底座的上表面設置了沸騰強化結(jié)構(gòu)，在應該強化傳熱的地方進行了強化，即使不對冷凝管內(nèi)壁進行處理，也可以達到理想的導熱效果，大大提高了熱傳導效率。由于底座是在組裝前即進行沸騰強化結(jié)構(gòu)的加工，避免了組裝后再進行沸騰強化結(jié)構(gòu)加工存在的設計加工空間狹小的缺陷。2、冷凝管的內(nèi)表面可為光滑表面、溝槽表面或者噴涂有納米結(jié)構(gòu)層，均為現(xiàn)有材料，無需再組裝后進行內(nèi)壁的加工處理，降低了工藝的復雜性，同時降低了成本。3、本實用新型的導熱熱柱，其封蓋采用彈性封蓋的密封方式，其相對于現(xiàn)有熱柱制作簡易，大大降低了密封的難度與成本。綜上所述，本實用新型具有上述諸多優(yōu)點與實用價值，其不論在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或功能上皆有較大的改進，在技術上有顯著的進步，突出了功效以及更低的成本，具有更廣泛的產(chǎn)業(yè)利用價值。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

圖1為本實用新型的導熱熱柱結(jié)構(gòu)組合圖；圖2為本實用新型的導熱熱柱結(jié)構(gòu)分解圖；圖3為本實用新型的導熱熱柱的底座結(jié)構(gòu)圖；圖4為導熱熱柱制作方法中的釬焊結(jié)構(gòu)示意圖；[0022]圖5為導熱熱柱制作方法中所用的加工組裝沖桿示意圖；圖6為含有導熱熱柱的工況燈結(jié)構(gòu)分解圖；圖7為含有導熱熱柱的工況燈中的熱柱與翅片的配合圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖1、2、3所示，本實用新型的一種導熱熱柱，包括底座1，底座I的上表面設置有沸騰強化結(jié)構(gòu)5，還包括冷凝管2、封蓋3及充液細管4，充液細管4 一端用于插入封蓋3，另一端用于密封，冷凝管2在底座1、封蓋3及充液細管4的配合下組裝形成密閉的中空腔體，中空腔體內(nèi)部充灌有適量液體工質(zhì)，且底座I上表面的沸騰強化結(jié)構(gòu)5位于冷凝管2內(nèi)。其中，底座I用導熱系數(shù)高的純銅制作，下表面需平整光滑，底座I上打四個固定孔，用于固定需散熱的部件；在底座I上的沸騰強化結(jié)構(gòu)5處，液態(tài)工質(zhì)沸騰得到強化并產(chǎn)生大量蒸汽以汽化潛熱的形式帶走底部需散熱部件產(chǎn)生的廢熱。冷凝管2為空心圓柱體，用導熱系數(shù)高材料，如純銅制作，工質(zhì)蒸汽在管壁處冷凝并在重力作用下回流，在此過程中工質(zhì)釋放出大量汽化潛熱，冷凝管2外管壁與空氣的對流換熱將熱量導出。封蓋3的中心設有孔洞，充液細管4的一端可插入孔洞中，充液細管4可選用外徑為6_的純銅管，其作用是方便充灌液設備對熱柱進行抽真空與灌液。在上述實施例中，冷凝管2可采用現(xiàn)有技術中的已有材料，不做復雜的加工處理，如冷凝管2的內(nèi)壁表面為光滑表面(普通的金屬圓筒)、溝槽表面或者噴涂有納米結(jié)構(gòu)層。在上述實施例中，封蓋3可采用彈性殼體結(jié)構(gòu)，其與冷凝管2緊配合接觸的圓弧表面光滑無毛刺，其制作材料為具有一定彈性且易于與冷凝管2的材質(zhì)焊接或是以其他方式連接密封的材料。如選用純銅板沖壓制作，外圓弧最高處平面與冷凝管2的上表面齊平。在上述實施例中，中空腔體的各組裝部件(底座1，冷凝管2、封蓋3及充液細管4)可通過焊接組裝在一起。在上述實施例中，所述沸騰強化結(jié)構(gòu)5可采用粉末燒結(jié)毛細結(jié)構(gòu)、溝槽毛細結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絲毛細結(jié)構(gòu)、微通道或者微針肋結(jié)構(gòu)。下面對上述導熱熱柱的制作方法進行說明，如圖1-5所示，包括:(I)用銅粉燒結(jié)或其他強化沸騰結(jié)構(gòu)成型工藝在底座I的上表面加工沸騰強化結(jié)構(gòu)5。(2)將封蓋3置于冷凝管2的一端，并將充液細管4插封蓋3中，插入深度根據(jù)工藝要求確定；具體地，其中，封蓋優(yōu)選彈性封蓋，可采用沖壓或其他工藝制作，并采用沖桿6將彈性封蓋頂?shù)嚼淠?的一端。(3)將冷凝管2的另一端放置在底座I上，使沸騰強化結(jié)構(gòu)5位于冷凝管2內(nèi)。(4)將各個組裝部件組裝形成中空腔體；如可將各組裝部件的連接部位(a、b、c)進行焊接(包括各類釬焊、錫焊、氬弧焊等)以組裝形成中空腔體。圖4所示為使用釬焊環(huán)料的硬釬焊進行焊接。具體為，在a、b、c三處進行焊接，將整體結(jié)構(gòu)放入釬焊爐中進行釬焊，按照釬焊工藝釬焊好后將熱柱從釬焊爐中取出。(5)在充灌設備上通過充液細管4對中空腔體內(nèi)充灌適量的液體工質(zhì)。[0038](6)對中空腔體進行抽真空，然后將充液細管4外露端夾斷并采用氬弧焊密封，形成密閉的中空腔體。(7)對整體熱柱表面進行拋光與抗氧化處理，至此熱柱加工完成。下面對導熱熱柱的應用實例進行闡述。本實用新型的導熱熱柱有廣泛的應用，如可以應用在含有散熱裝置的電子設備或LED燈具中。下面僅就其在LED工礦燈中的應用做概略性闡述。如圖6、7所示，應用方式為將熱柱11插入翅片12中心的孔洞中，然后用導熱膠粘或緊配合等方式與翅片12固定。LED工礦燈的其他部件分別為:翅片保護罩7，燈具上蓋8，吊鉤9，電源10，翅片保護罩通孔13、電源連接板14，燈罩15，密封墊圈16，大功率LED集成燈珠17，透鏡組合18。本實例選用一顆大功率LED集成燈珠17作為光源，由一個大功率LED供電電源10供電。LED工礦燈散熱器部分詳細結(jié)構(gòu)如圖7所示，為太陽花翅片結(jié)構(gòu)的散熱裝置，在太陽花的中心插入一根本實用新型中的高效導熱熱柱11。此散熱裝置作為整個燈具部件的支撐載體，其上有用于固定相鄰部件的孔。在LED工礦燈中加入熱柱后有多種優(yōu)勢。熱柱與翅片緊密結(jié)合，(有緊配和焊接兩種工藝)通過熱柱快速把熱量傳導至翅片上，芯片熱量得到有效控制；因為熱柱本身的導熱能力很強，上下溫度均勻性高，所以加熱柱的翅片結(jié)構(gòu)溫度均勻性比不加熱柱的溫度均勻性要高，翅片的散熱能力得到了更有效的利用。最后應說明的是:以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種導熱熱柱，其特征在于，包括底座，其上表面設置有沸騰強化結(jié)構(gòu)，還包括冷凝管、封蓋及充液細管，所述充液細管一端用于插入封蓋，另一端用于密封，所述冷凝管在底座、封蓋及充液細管的配合下組裝形成密閉的中空腔體，所述中空腔體內(nèi)部充灌有適量液體工質(zhì)，且所述底座上表面的沸騰強化結(jié)構(gòu)位于冷凝管內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1所述的導熱熱柱，其特征在于，所述冷凝管的內(nèi)表面為光滑表面、溝槽表面或者噴涂有納米結(jié)構(gòu)層。
3.根據(jù)權利要求1所述的導熱熱柱，其特征在于，所述封蓋為彈性封蓋，采用彈性殼體結(jié)構(gòu)，其與冷凝管緊配合接觸的圓弧表面光滑無毛刺。
4.根據(jù)權利要求1所述的導熱熱柱，其特征在于，所述中空腔體的各組裝部件通過焊接組裝在一起。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的導熱熱柱，其特征在于，所述沸騰強化結(jié)構(gòu)為粉末燒結(jié)毛細 結(jié)構(gòu)、溝槽毛細結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絲毛細結(jié)構(gòu)、微通道或者微針肋結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型公開了一種導熱熱柱，包括底座，其上表面設置有沸騰強化結(jié)構(gòu)，還包括冷凝管、封蓋及充液細管，所述充液細管一端用于插入封蓋，另一端用于密封，所述冷凝管在底座、封蓋及充液細管的配合下組裝形成密閉的中空腔體，所述中空腔體內(nèi)部充灌有適量液體工質(zhì)，且所述底座上表面的沸騰強化結(jié)構(gòu)位于冷凝管內(nèi)，本實用新型通過采用上述結(jié)構(gòu)，可增強熱柱的換熱效果，且性能穩(wěn)定，另外，還具有制作工藝簡單、成本低的優(yōu)點。
文檔編號F28D15/04GK202974005SQ201220690189
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權日2012年12月13日
發(fā)明者李驥, 田文凱 申請人:中國科學院大學