專利名稱：一種基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)熱裝置，特別涉及一種基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置。
背景技術(shù)：
柔性導(dǎo)熱裝置一般應(yīng)用于傳熱兩端存在相對運動的場合。比如空間衛(wèi)星運行時部分發(fā)熱元件與輻射板之間存在機(jī)械震動或運動，需要使用柔性熱管實現(xiàn)熱傳導(dǎo)(CN200610063418.2)。柔性熱管一般由一段柔性管道連接兩段剛性管道組成。為保證冷凝液體自由回流，柔性管道內(nèi)必須布置毛細(xì)結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)。然而，該毛細(xì)結(jié)構(gòu)極大的限制了管道的彎折靈活度，在彎折程度大于90度時，容易發(fā)生液體回流困難，甚至熱管失效的現(xiàn)象。除此之外，在芯片散熱領(lǐng)域，IBM公司發(fā)明了導(dǎo)熱鉸鏈裝置(US5796581)來實現(xiàn)筆 記本電腦中CPU熱量傳遞到液晶背板散熱。該裝置中，兩根熱管通過可旋轉(zhuǎn)的金屬機(jī)械鉸鏈相連接，鉸鏈一方面可以滿足兩熱管之間的熱量傳導(dǎo)要求，同時可實現(xiàn)兩熱管沿鉸鏈中心線相對旋轉(zhuǎn)，因此液晶屏的開合不受影響。然而，通過鉸鏈的熱傳導(dǎo)為固-固熱傳導(dǎo)，接觸熱阻大，傳熱效率低。而且鉸鏈僅能實現(xiàn)沿中心線的一個旋轉(zhuǎn)自由度，靈活性也比較差?？偟膩碚f，上述柔性導(dǎo)熱裝置存在以下不足(I)柔性熱管的柔性管道部分須布置毛細(xì)結(jié)構(gòu)，限制了柔性管段的彎折靈活度，在彎折程度大于90度時熱管容易失效；(2)金屬機(jī)械鉸鏈機(jī)構(gòu)僅能實現(xiàn)兩熱管之間的固-固熱傳導(dǎo)，接觸熱阻大，傳熱效率低。同時鉸鏈僅能實現(xiàn)一個旋轉(zhuǎn)自由度，靈活度較低。因此，尋找更加高效柔性導(dǎo)熱方式，獲取熱傳導(dǎo)能力強，且轉(zhuǎn)動靈活度高的柔性導(dǎo)熱器件仍然是工業(yè)界亟需解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置，即利用內(nèi)裝室溫下呈液態(tài)的低熔點金屬的柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)的兩端分別連接熱管，實現(xiàn)熱量從一端熱管經(jīng)過柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)到達(dá)另一端熱管的高效熱傳導(dǎo)；同時，充注液態(tài)金屬的柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)可保證導(dǎo)熱器件的靈活彎折，具有抗震動，可實現(xiàn)傳熱兩端自由運動的功能。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)，如圖I所示，其由N根柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)和(N+1)根熱管組成；所述N為I 9的正整數(shù)，所述的熱管連通于所述柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)的兩端；特征在于，所述的柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)的管道內(nèi)存儲有室溫下呈液態(tài)的低熔點金屬。如圖1，N = I時裝置的運行過程為與柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3 —端相連通的第一熱管I吸收熱源的熱量，隨后通過柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3的熱傳導(dǎo)，熱量到達(dá)與柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3另一端相連通的第二熱管2并最終傳遞出去，實現(xiàn)接力式的熱量搬運功能。所述第一熱管I和第二熱管2的毛細(xì)結(jié)構(gòu)可為絲網(wǎng)型、溝槽型、粉末燒結(jié)型或纖維型。粉末燒結(jié)型的熱管因為傳熱效率最高為首選。所述第一熱管I和第二熱管2的管材可為鋁、銅、不銹鋼、鎳或因康鎳合金。熱管管材的選擇和低熔點金屬的選擇相關(guān)，必須保證低熔點金屬和管材的相容性。若低熔點金屬為鎵基合金，熱管管材可選擇銅、不銹鋼、鎳或鍍鎳鋁管，鍍鎳銅管等。所述柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3的管道材料可為聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚丁烯、ABS工程塑料、聚亞胺酯、不銹鋼波紋管、不銹鋼編織帶等。所述的低熔點金屬為熔點在60°C以下的鈉、鉀、鋰、銣、銫、汞、鎵、鉛鉍合金、鎵基合金、銦基合金、秘基合金、萊基合金或鈉鉀合金。其中，鎵基合金因為熔點低、無毒、性質(zhì)穩(wěn)定、不易蒸發(fā)泄漏為最佳選擇。所述的柔性導(dǎo)熱裝置可以多根進(jìn)行順序級聯(lián)，形成具有多根熱管，多根柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)的多級柔性導(dǎo)熱裝置(見實施例2)。多級柔性導(dǎo)熱裝置可實現(xiàn)更靈活的布 置和彎折。本發(fā)明的基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置，利用第一熱管I吸收熱源的熱量，隨后將熱量釋放給液態(tài)金屬關(guān)節(jié)，經(jīng)過在液態(tài)金屬關(guān)節(jié)中的熱傳導(dǎo)，熱量最終到達(dá)第二熱管2并傳遞出去，實現(xiàn)接力式的熱量搬運功能。本發(fā)明的基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置具有如下優(yōu)點(I)導(dǎo)熱能力強。熱管和液態(tài)金屬均具有極高的熱導(dǎo)率，同時熱管和液態(tài)金屬之間的接觸為固液接觸，接觸熱阻小，可保證高效的傳熱效率；(2)靈活度高。充注液態(tài)金屬的柔性軟管可靈活移動，旋轉(zhuǎn)，彎折，滿足傳熱兩端的各種運動需求。(3)結(jié)構(gòu)簡單，易于實施。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、LED、手機(jī)、服務(wù)器等IT、光電和航天熱管理領(lǐng)域。


附圖I為基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置示意圖；附圖2為應(yīng)用于筆記本電腦的低熔點金屬柔性導(dǎo)熱裝置示意圖；附圖3為基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的多級柔性導(dǎo)熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。實施例I :本發(fā)明提供的基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置可用于筆記本電腦、手機(jī)等電子器件的散熱。圖2展示了低熔點金屬柔性導(dǎo)熱裝置將筆記本電腦CPU熱量傳導(dǎo)至液晶背板進(jìn)行散熱的結(jié)構(gòu)示意。由圖I可知，本發(fā)明的基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置，其由N根柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)和(N+1)根熱管組成；所述N為I 10的正整數(shù)，所述的熱管連通于所述柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)的兩端；柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)的管道內(nèi)存儲有室溫下呈液態(tài)的低熔點金屬。圖I所示的實施例中，N=I,即本實施例的基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置由一根柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3和連通于該柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3兩端的第一熱管I和第二熱管2組成；所述柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3的管道內(nèi)存儲具有高熱導(dǎo)率且在室溫下呈現(xiàn)液態(tài)的低熔點金屬。圖2為應(yīng)用于筆記本電腦的低熔點金屬柔性導(dǎo)熱裝置示意圖，由圖2可知，第一熱管I吸收CPU 4的熱量，隨后將熱量釋放給柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3，經(jīng)過其中的液態(tài)金屬的熱傳導(dǎo)，熱量最終到達(dá)第二熱管2并傳遞到液晶背板5進(jìn)行散熱。因為充注低熔點金屬的柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3彎折自由度高，液晶背板的開合不受影響，開關(guān)自由。第一熱管I和第二熱管2的毛細(xì)結(jié)構(gòu)可為絲網(wǎng)型、溝槽型、粉末燒結(jié)型或纖維型。本實施例中采用粉末燒結(jié)型熱管。所述第一熱管I和第二熱管2的管材可為鋁、銅、不銹鋼、鎳或因康鎳合金。本實施例中采用銅管材。所述柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3的管道材料可為聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚丁 烯、ABS工程塑料、聚亞胺酯、不銹鋼波紋管、不銹鋼編織帶等。本實施例中采用聚乙烯作為柔性軟管材料。所述的低熔點金屬為熔點在60°C以下的鈉、鉀、鋰、銣、銫、汞、鎵、鉛鉍合
金、鎵基合金、銦基合金、秘基合金、萊基合金或鈉鉀合金。本實施例中選擇鎵基合金Ga61In25Sn13Zn1 (質(zhì)量百分比為 61% Ga, 25% In, 13% Sn, 1% Zn)。利用圖2中的低熔點金屬柔性導(dǎo)熱裝置，可實現(xiàn)=(I)CPU熱量到液晶背板的高效輸運；(2)液晶屏的自由開合不會受到影響。實施例2:如圖3所示，本發(fā)明提供的基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置可進(jìn)行順序級聯(lián)，形成具有多根熱管，多根柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)的多級柔性導(dǎo)熱裝置；多級柔性導(dǎo)熱裝置可實現(xiàn)更靈活的布置和彎折。本實施例中N =2，即三根熱管(第一熱管I，第二熱管2，第三熱管4)和二根柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)(第一柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3，第二柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)5);第一熱管I、第一柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3、第二熱管2、第二柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)5和第三熱管4依次相連通組成三段式柔性導(dǎo)熱裝置。第一柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3的管道內(nèi)及第二柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)5的管道內(nèi)均存儲具有高熱導(dǎo)率且在室溫下呈液態(tài)的低熔點金屬。使用時，第一熱管I吸收熱源的熱量，隨后將熱量釋放給第一柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3內(nèi)的液態(tài)金屬，繼而熱量傳遞到第二熱管2和第二柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)5，并最終傳遞到第三熱管4 ;因為存在兩段柔性管道，該裝置的靈活程度更高，可滿足多次彎折的需求。第一熱管1，第二熱管2和第三熱管4的毛細(xì)結(jié)構(gòu)可為絲網(wǎng)型、溝槽型、粉末燒結(jié)型或纖維型；本實施例中采用溝槽型熱管。第一熱管1，第二熱管2和第三熱管4的管材可為鋁、銅、不銹鋼、鎳或因康鎳合金；本實施例中采用不銹鋼管材。第一柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)3及第二柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)5的管道材料可為聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚丁烯、ABS工程塑料、聚亞胺酯、不銹鋼波紋管、不銹鋼編織帶等；本實施例中采用聚亞胺酯作為柔性軟管材料。低熔點金屬為熔點在60°C以下的鈉、鉀、鋰、銣、銫、汞、鎵、鉛鉍合金、鎵基合金、銦基合金、鉍基合金、汞基合金或鈉鉀合金；本實施例中選擇鈉鉀合金Na22K78 (質(zhì)量百分比為22% Na, 78% K)。依次類推，N可為I 9 ;可以組成多級柔性導(dǎo)熱裝置，由于多段柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)的存在，使得本發(fā)明的基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置的靈活程度更高，可滿足多次彎折的需求。本發(fā)明對于低熔點金屬材料的選擇是這樣的鈉、鉀、鋰、銣、銫、汞、鎵、鉛鉍合金、鎵基合金、銦基合金、鉍基合金、汞基合金或鈉鉀合金均可適用。其中，鎵基合金、銦基合金和鉍基合金因為無毒，性質(zhì)穩(wěn)定，不易蒸發(fā)泄漏等優(yōu)點為最優(yōu)選擇。鈉、鉀、鋰、銣、銫及鈉鉀合金化學(xué)性質(zhì)較活潑，必須在良好封裝隔絕空氣和水情況下應(yīng)用。汞及其合金成本低，但因為存在一定毒性，因此也必須進(jìn)行良好封裝后方能使用。最后應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的 權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置，其由N根柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)和(N+1)根熱管組成；所述N為I 9的正整數(shù)，所述的熱管連通于所述柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)的兩端；其特征在于，所述的柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)的管道內(nèi)存儲有室溫下呈液態(tài)的低熔點金屬。
2.按權(quán)利要求I所述的基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置，其特征在于，所述熱管的毛細(xì)結(jié)構(gòu)為絲網(wǎng)型、溝槽型、粉末燒結(jié)型或纖維型。
3.按權(quán)利要求I或2所述的基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置，其特征在于，所述熱管的材質(zhì)為鋁、銅、不銹鋼、鎳或因康鎳合金。
4.按權(quán)利要求I所述的基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置，其特征在于，所述柔性 管道式液體金屬關(guān)節(jié)的管道材質(zhì)為聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚丁烯、ABS工程塑料或聚亞胺酯。
5.按權(quán)利要求I所述的基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置，其特征在于，所述的室溫下呈液態(tài)的低熔點金屬為熔點在60°C以下的鈉、鉀、鋰、銣、銫、汞、鎵、鉛鉍合金、鎵基合金、銦基合金、秘基合金、萊基合金或鈉鉀合金。
全文摘要
一種基于低熔點金屬關(guān)節(jié)的柔性導(dǎo)熱裝置，其由N根柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)和(N+1)根熱管組成；所述N為1～9的正整數(shù)；所述熱管連通于所述柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)的兩端；柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)內(nèi)存儲具有高熱導(dǎo)率且在室溫下為液態(tài)的低熔點金屬；運行過程中，熱量順序經(jīng)過間隔排列的逐根熱管和逐根柔性管道式液體金屬關(guān)節(jié)，實現(xiàn)熱量的傳輸。因為低熔點金屬具有高的熱導(dǎo)率，因此裝置可實現(xiàn)高效的傳熱性能；同時，柔性液態(tài)金屬連接可保證整根導(dǎo)熱器件靈活彎折；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，導(dǎo)熱性能優(yōu)秀，彎折靈活度高，可應(yīng)用于筆記本電腦、手機(jī)、服務(wù)器等IT及航天熱管理領(lǐng)域。
文檔編號F28D15/04GK102748971SQ20111009586
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者劉靜, 鄧月光 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所