技术领域
[0001] 本
发明涉及
散热和热管理技术领域，特别是涉及一种自动调节热流密度型热管。
背景技术
[0002] 随着
电子设备以及动
力设备向小型化和集成化方向发展，使得设备的单位面积散热需求急剧增加，然而，现有的自然
对流和单向
流体强制对流换热方式，已经难以满足现有电子设备以及动力设备等发热设备的高散热需求。如果不能有效控制电子设备以及动力设备等发热设备的
工作温度，将会降低电子设备以及动力设备等发热设备的使用寿命，甚至会造成设备损坏等严重后果。
[0003] 目前，热管作为一种两相
传热元件，已被广泛用于散热和热管理领域，在有效解决高散热需求方面，具有无可代替的作用。对于热管，其具有换热效率高、传热热阻小和传热温差小等性能优点，还具有结构简单、布置方便、制造成本低等使用优点，并且由于可选择的热管工质众多，其温度适用范围广泛。
[0004] 对于散热用热管，一般采用中空金属管路来连接冷源和热源，通过管路内部填充的热管工质的
蒸发和冷凝，来实现冷源和热源间的传热过程。但是，由于中空金属管路的结构固定，仍然存在因热管自身的热流密度调节能力不足所带来的问题，特别是在散热需求可能发生瞬时变化的应用场合，例如对CPU和
电池的散热。
[0005] 具体来说，当设备的散热需求瞬时提高时，由于传统热管两端的传热面积较为固定，这时很难从热管自身实现热流密度的调节，只能借助热管外部传热条件的改变，来保证热管的正常工作以及传热量的匹配，例如，可以通过改变散热
风扇的风速来改变散热量，而这一般存在一定的滞后性，因此，很难保证调节的实时性和
稳定性，并且还会进一步使热管的传热温差变得不稳定，进而影响控温
精度，甚至影响到相关设备的使用寿命。
[0006] 需要说明的是，热流密度，也称热通量，定义为单位时间内，通过物体单位横截面积上的热量。
[0007] 因此，目前需要开发一种热管，其可以在电子设备以及动力设备等发热设备的散热需求发生突变时，及时地自动地调整设备的热流密度，使冷热源间的传热量保持实时匹配，从而保证高精度的控温要求，有利于延长设备的使用寿命。
发明内容
[0008] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种自动调节热流密度型热管，其可以在电子设备以及动力设备等发热设备的散热需求发生突变时，及时地自动地调整设备的热流密度，使冷热源间的传热量保持实时匹配，从而保证高精度的控温要求，有利于延长设备的使用寿命，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
[0009] 为此，本发明提供了一种自动调节热流密度型热管，包括热管管壁，所述热管管壁的内部具有密封的中空腔体；
[0011] 所述连接口的外侧与外部大气相连通；
[0012] 所述连接口的内侧与一个中空密封的气囊相连通；
[0013] 所述气囊位于中空腔体里面；
[0014] 所述热管管壁的内壁面与气囊的外壁面之间的中空腔体中，预先注入有热管工质；
[0015] 所述热管管壁的底部与需要散热的发热设备的预设散热
位置相贴合连接。
[0016] 其中，所述气囊为采用
硅橡胶制成的气囊。
[0017] 其中，所述气囊具有弹性伸缩结构，具体为：
[0018] 所述气囊包括沿着热管管壁的轴向方向分布的多个气囊
单体部；
[0019] 所述气囊单体部为中空的结构；
[0020] 多个气囊单体部相互连通在一起。
[0021] 其中，所述气囊单体部上与热管管壁的径向同向的两端的形状为等腰三
角形。
[0022] 其中，所述气囊具有弹性的外壁面；
[0023] 所述气囊的弹性外壁面与热管管壁的内壁面紧密贴合；
[0024] 所述热管管壁包括冷凝段和蒸发段。
[0025] 其中，所述气囊与热管管壁的连接方式为用热
粘合剂粘贴后高温硫化的连接方式。
[0028] 其中，当热管为重力热管时，热管管壁为垂直分布时，所述连接口位于所述热管管壁的顶端。
[0029] 其中，当热管为毛细芯热管时，热管管壁为水平分布，所述热管管壁的内壁面贴合设置有毛细芯。
[0030] 由以上本发明提供的技术方案可见，与
现有技术相比较，本发明提供了一种自动调节热流密度型热管，其可以在电子设备以及动力设备等发热设备的散热需求发生突变时，及时地自动地调整设备的热流密度，使冷热源间的传热量保持实时匹配，从而保证高精度的控温要求，有利于延长设备的使用寿命，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
附图说明
[0031] 图1为本发明提供的一种自动调节热流密度型热管中
实施例一具有的气囊处于非收缩状态(即自然状态)时的结构示意图；
[0032] 图2为本发明提供的一种自动调节热流密度型热管中实施例一具有的气囊处于收缩状态时的结构示意图；
[0033] 图3为本发明提供的一种自动调节热流密度型热管中实施例二具有的气囊处于非收缩状态(即自然状态)时的结构示意图；
[0034] 图4为本发明提供的一种自动调节热流密度型热管中实施例二具有的气囊处于收缩状态时的结构示意图；
[0035] 图中，1为冷凝段；2为蒸发段；3为中空腔体；4为热管管壁；5为热管工质；6为气囊；7为毛细芯；
[0036] 10为冷凝段的有效传热部分；40为连接口；60为气囊单体部。
具体实施方式
[0037] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0038] 参见图1至图4，本发明提供了一种自动调节热流密度型热管，包括热管管壁4，所述热管管壁4的内部具有密封的中空腔体3；
[0039] 所述热管管壁4的一端开有一个连接口40；
[0040] 所述连接口40的外侧与外部大气(即外部环境，作为冷源使用)相连通；
[0041] 所述连接口40的内侧与一个中空密封的气囊6相连通；
[0042] 所述气囊6位于中空腔体3里面；
[0043] 所述热管管壁4的内壁面与气囊6的外壁面之间的中空腔体3中，预先注入有热管工质5；
[0044] 所述热管管壁4的另一端为蒸发段2，所述蒸发段与需要散热的发热设备的预设散热位置(即为热源，例如可以CPU的上表面，或者电池的两侧面)相贴合连接。
[0045] 在本发明中，具体实现上，当热管为重力热管时，此时热管管壁4为垂直分布时，所述连接口40位于所述热管管壁4的顶端。
[0046] 在本发明中，具体实现上，当热管为毛细芯热管时，此时热管管壁4为水平分布，所述连接口40位于所述热管管壁4的左端；
[0047] 此时，所述热管管壁4的内壁面贴合设置有毛细芯7。该毛细芯作为吸液芯，起到使得冷凝段冷凝成的液体，在毛细力的作用下，流回蒸发段，实现水平方向传热。
[0048] 在本发明中，具体实现上，所述气囊6优选为采用硅橡胶制成的气囊。
[0049] 在本发明中，具体实现上，所述气囊6具有弹性伸缩结构，具体为：所述气囊6包括沿着热管管壁4的轴向方向分布的多个气囊单体部60；
[0050] 所述气囊单体部60为中空的结构；
[0051] 多个气囊单体部60相互连通在一起。
[0052] 因此，气囊6可沿热管的轴向伸缩，气囊6可以随热管内部压力变化，而自动调整伸缩的长度。
[0053] 具体实现上，所述气囊单体部上与热管管壁4的径向同向的两端形状为等腰三角形。
[0054] 在本发明中，具体实现上，所述气囊6具有弹性的外壁面；
[0055] 所述气囊6的弹性外壁面与热管管壁4的内壁面紧密贴合；
[0056] 所述热管管壁4包括冷凝段1(即冷却段)和蒸发段2(即加热段)两部分；
[0057] 其中，所述蒸发段2为所述热管管壁4中靠近需要散热的发热设备的预设散热位置的预设长度部分；
[0058] 其中，所述冷凝段1为靠近外部大气(即外部环境，作为冷源使用)的热管管壁4的预设长度位置(也是靠近连接口40)；
[0059] 所述冷凝段1除去气囊6与热管管壁4相贴合部分的长度，为冷凝段的有效传热部分10的长度。
[0060] 需要说明的是，对于本发明，所述气囊6的弹性外壁面与热管管壁4的内壁面紧密贴合，可以减少热管工质5在气囊6的外壁面与热管管壁4的内壁面之间的间隙内的含量，因此，可以通过气囊6在热管管壁4轴向方向的来回伸缩，来改变冷凝段的有效传热部分10的长度和有效传热面积。
[0061] 需要说明的是，所述气囊6的内部为中空结构并与外界直接连通，从而使得气囊6伸缩的长度，可由热管内部与外界之间的压力差来进行调整。
[0062] 对于本发明，需要说明的是，在电子设备和动力设备的散热工况中，一般以外界大气作为冷源，因此，所述气囊6内部由于与外界直接连通，气囊内部的压力为一个
大气压，而所述气囊6外部的压力为热管工质5的饱和压力，因此，当热管的两端(即冷源和热源)的温度发生变化时，热管工质5的饱和压力会随温度发生相应变化，因此，会在气囊,6的表面两侧形成压力差，从而改变气囊6的伸缩长度。
[0063] 在本发明中，具体实现上，所述气囊6与热管管壁4的连接方式优选为用热粘合剂粘贴后高温硫化的连接方式，以实现中空腔体3的密封，防止热管工质5
泄漏。
[0064] 在本发明中，具体实现上，所述热管管壁4的材质为铜或铝，所述热管优选为毛细芯热管或重力热管。
[0065] 在本发明中，具体实现上，所述热管工质5为氟利昂或水，可以满足对所述热管材质无
腐蚀的要求，以及散热的温度工况需求。
[0066] 需要说明的是，对于本发明，其工作原理为：在冷源、热源的温度稳定的情况下，所述气囊具有一定的长度，所述冷凝段的有效传热部分10(即没有被气囊贴合遮挡的部分)的长度也相应固定，所述蒸发段内的热管工质吸收来自热源(即发热设备的发热位置)的热量后，蒸发为气体并扩散到冷凝段，气体工质在与冷凝段的壁面发生换热后，会冷凝为液体，随后在重力或毛细力作用下，回到蒸发段，完成一个循环。
[0067] 对于本发明，在冷源、热源温度发生瞬时变化的情况下，热管工质的压力随温度变化发生相应变化，此时，气囊内部的压力仍为一个大气压，因此会在气囊的表面两侧形成压力差，进而在压力差的作用下，气囊会相应地伸展或收缩，从而改变冷凝段的有效传热部分10的长度，使得冷凝段的有效传热部分10的长度和传热面积发生变化，相应地改变了冷凝段内气体工质与热管壁面间的传热条件，使传热量增大或缩小，从而实现实时自动地调节热流密度的功能，以使冷源、热源的温度保持稳定。
[0068] 需要说明的是，对于本发明，不仅可以把重力热管作为一个实施例，而且，还可以把毛细芯热管作为一个实施例，也就是说，本发明的技术方案在应用于重力热管上之外，还可以把应用于毛细芯热管上，而毛细芯热管不同于重力热管，是可以应用于水平方向传热的。
[0069] 为更加清楚地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例，来对本发明进行说明。
[0070] 实施例1。
[0071] 当本发明的热管为重力热管时，热管管壁4为垂直分布。参见图1、图2所示，当热管顶部冷源与底部热源温度稳定时，气囊6具有一定的长度，所述冷凝段1的长度也相应固定，所述蒸发段2内的液态热管工质5吸收来自热源的热量后蒸发为气体并扩散到冷凝段1，气体的热管工质5在与冷凝段1的壁面发生换热后冷凝为液体，随后在重力作用下，回到蒸发段2，完成循环。
[0072] 当热管底部相
接触的热源的温度瞬间升高时，冷凝段1散出的热量与蒸发段2吸收的热量不相等，从而使得热管工质5的温度随之升高，相应地热管工质5的压力会升高，从而在气囊6的内外表面(即上下两侧表面)形成压力差，使气囊6向上收缩，而气囊6在向上收缩后，会增大冷凝段1内表面的传热面积，进而增大冷凝段1的传热量，最终在热管工质5的压力调节下，气囊6会达到新的另一个平衡长度，完成调节过程，在这个过程中，一方面增大了冷凝段1的热流密度，另一方面，保证了冷凝段1与蒸发段2的传热量相等。
[0073] 实施例2。
[0074] 当本发明的热管为毛细芯热管时，热管管壁4为水平分布，用于水平方向传热。参见图3、图4所示，当热管左端冷源与右端热源温度稳定时，气囊6具有一定的长度，所述冷凝段1的长度也相应固定，所述蒸发段2内的液态热管工质5吸收来自热源的热量后蒸发为气体并扩散到冷凝段1，气体的热管工质5在与冷凝段1的壁面发生换热后冷凝为液体，随后在重力作用下，回到蒸发段2，完成循环。
[0075] 当热管右端相接触的热源的温度瞬间升高时，冷凝段1散出的热量与蒸发段2吸收的热量不相等，从而使得热管工质5的温度随之升高，相应地热管工质5的压力会升高，从而在气囊6的内外表面(即左右两侧表面)形成压力差，使气囊6向左收缩，而气囊6在向左收缩后，会增大冷凝段1内表面的传热面积，进而增大冷凝段1的传热量，最终在热管工质5的压力调节下，气囊6会达到新的另一个平衡长度，完成调节过程，在这个过程中，一方面增大了冷凝段1的热流密度，另一方面，保证了冷凝段1与蒸发段2的传热量相等。
[0076] 因此，基于以上技术方案可知，本发明通过设置了一个固定在热管冷凝段端口处的硅橡胶气囊，把气囊作为冷凝段传热面积的调节机构，通过气囊表面两侧的压力差，来实现气囊的伸缩，进而在热管两端(如上下两端)的冷源和热源的温度发生变化时，利用热管工质的压力所发生的变化，来调节冷凝段的传热面积，从而方便地调整热流密度，实现冷源和热源的高精度
温度控制，有效解决了在散热过程中遇到的散热需求瞬时变化，而导致的热管自身调节能力不足的问题，能够有效延长需要散热的发热设备的使用寿命。
[0077] 综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种自动调节热流密度型热管，其可以在电子设备以及动力设备等发热设备的散热需求发生突变时，及时地自动地调整设备的热流密度，使冷热源间的传热量保持实时匹配，从而保证高精度的控温要求，有利于延长设备的使用寿命，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
[0078] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
