多级冷却热管的制作方法

供热;炉灶;通风;干燥设备的制造及其应用技术1.本发明总体上涉及电子器件冷却，更具体地涉及一种热管，该热管具有彼此不同的多种液体和相关联的沸腾温度，以实现多级冷却。背景技术：2.每当有电流流过，电子器件就会发热。发热量取决于功率、器件特性和电路设计。处理器、驱动电路、电源电路和存储器的电阻会造成一些热量和功率损失。为了避免故障或电路故障，电子器件必须运行并保持在安全温度范围内。尽管有些电路在没有额外冷却的情况下也能工作，但是也有其他电路包含散热机制。3.现有的用于电子器件的热管包括含有单一液体的细长导管。该导管具有第一端，该第一端将热量从电子部件传递到液体，使得当液体的温度达到其沸腾温度时，液体蒸发成蒸汽。该热管还包括第二端，该第二端将热量从蒸汽传递到周围环境，用于当蒸汽的温度降低至沸腾温度以下时将蒸汽冷凝成液体。热管还包括芯吸材料，该芯吸材料将第一端和第二端互连，以使冷凝液体从第二端返回到第一端。在干燥条件下，当所有液体蒸发成蒸汽时，该蒸汽不会向第二端移动而冷却，冷凝物也不会形成并返回到第一端，使得热管的冷却能力受到不利的影响。4.因此，尽管现有热管实现了其预期目的，但是仍需要一种用于电子器件的新的改进热管来解决这些问题。技术实现要素：5.根据本公开的若干方面，提供了一种热管，用于冷却印刷电路板的电子部件。该热管包括具有限定内孔的内径表面的导管，该导管沿内孔具有第一端和第二端。该热管还包括涂覆在导管的内径表面上的吸附材料。该热管还包括第一液体，该第一液体容纳在导管的内孔内且具有第一沸腾温度。该热管还包括第二液体，该第二液体被吸附材料吸附且具有高于第一液体的第一沸腾温度的第二沸腾温度。响应于导管从电子部件接收到热量以及第一液体达到第一沸腾温度，第一液体蒸发成第一蒸汽。第一蒸汽流向导管的第二端，在此处第一蒸汽通过导管散热并冷凝成第一液体。响应于第二液体和吸附材料达到低于第二沸腾温度的预定解吸温度，第二液体从吸附材料中解吸出来。响应于第二液体达到第二沸腾温度，第二液体蒸发成第二蒸汽。6.在一个方面，吸附材料配置成在第一液体全部蒸发成第一蒸汽之前将第二液体的至少一部分解吸到内孔中。7.在另一个方面，内径表面限定了在第一端和第二端之间延伸的至少一个轴向沟槽，用于通过毛细管作用将第一液体从第二端抽吸到第一端。8.在另一个方面，多个轴向沟槽在内径表面上彼此周向隔开。9.在另一个方面，吸附材料与导管的第二端间隔开，使得冷凝的第一液体从内孔流向轴向沟槽。吸附材料进一步与内管的第一端隔开，使得第一液体从轴向沟槽返回到内孔中。10.在另一个方面，第一液体是水。11.在另一个方面，第二液体是乙二醇。12.根据本公开的若干方面，电子器件冷却系统包括电子部件，该电子部件产生热量。该电子器件冷却系统还包括用于冷却电子部件的热管，并且该热管包括具有限定内孔的内径表面的导管。导管沿内孔具有第一端和第二端。热管还包括靠近第一端涂覆在导管的内径表面上的吸附材料。热管还包括第一液体，该第一液体容纳在导管的内孔内且具有第一沸腾温度。热管还包括第二液体，该第二液体被吸附材料吸附且具有第二沸腾温度。第二液体的第二沸腾温度高于第一液体的第一沸腾温度。响应于导管的第一端从电子部件接收到热量以及第一液体达到第一沸腾温度，第一液体蒸发成第一蒸汽。第一蒸汽向第二端移动，在第二端处第一蒸汽通过导管散热并冷凝成第一液体。响应于第二液体和吸附材料达到低于第二沸腾温度的预定解吸温度，第二液体从吸附材料中解吸出来。响应于第二液体达到第二沸腾温度，第二液体蒸发成第二蒸汽。该电子器件冷却系统还包括一个或多个附接到电子部件和热管中的至少一个的热电偶，用于产生与第一液体的温度相关联的第一温度信号。该电子器件冷却系统还包括电性连接到热电偶的控制器。响应于控制器从热电偶接收到第一温度信号，控制器将第一液体的温度与第一温度阈值进行比较。响应于控制器确定第一液体的温度高于第一温度阈值，控制器产生第一警告通知信号。控制器电性耦接到显示设备，该显示设备用于响应于显示设备从控制器接收到第一警告通知信号，显示指示第一液体接近第一温度阈值的第一警告。13.在一个方面，热电偶产生与第二液体的温度相关联的第二温度信号。响应于控制器从热电偶接收到第二温度信号，控制器将第二液体的温度与第二温度阈值进行比较。响应于控制器确定第二液体的温度高于第二温度阈值，控制器产生第二警告通知信号。响应于显示设备从控制器接收到第二警告通知信号，显示设备显示指示第二液体的温度接近第二温度阈值的第二警告。14.在另一个方面，电子器件冷却系统还包括风扇，该风扇产生用于冷却导管的第二端和导管内的第一蒸汽的气流。15.在另一个方面，电子器件冷却系统还包括邻近导管的第二端附接到内径表面的芯吸材料，该芯吸材料与吸附材料不同。16.在另一个方面，芯吸材料是从第二端延伸到导管邻近电子部件的部分的芯吸材料层。17.在另一个方面，吸附材料包括多个凹槽，并且芯吸材料还包括从芯吸材料层延伸到吸附材料的凹槽中的多个突起，使得芯吸材料将第一液体从导管的第二端抽吸到第一端。18.在另一个方面，内径表面限定了在第一端和第二端之间延伸的多个轴向沟槽，用于通过毛细管作用将第一液体从第二端抽吸到第一端。轴向沟槽围绕内径表面在周向上彼此隔开。19.在另一个方面，吸附材料与导管的第二端间隔开，使得冷凝的第一液体从内孔流向轴向沟槽。吸附材料进一步与内管的第一端隔开，使得第一液体从轴向沟槽返回到内孔中。20.在另一个方面，热电偶包括第一热电偶，该第一热电偶附接到电子部件件并产生第一温度信号。热电偶还包括第二热电偶，该第二热电偶附接到热管并产生第二温度信号。21.根据本公开的若干方面，提供了一种操作电子器件冷却系统的方法。该电子器件冷却系统包括电子部件和附接到该电子部件的热管。热管包括具有限定内孔的内径表面的导管、涂覆在内径表面上的吸附材料、容纳在内孔内的第一液体、被吸附材料吸附的第二液体、附接到电子部件和热管中的至少一个的一个或多个热电偶，以及控制器。该方法包括在封端导管的第一端将热量从电子部件传递到第一液体的步骤。响应于第一液体从电子部件接收到热量以及第一液体达到第一沸腾温度，第一液体蒸发成第一蒸汽。第一蒸汽从封端导管的第一端流到封端导管的第二端，在第二端处第一蒸汽通过导管散热。响应于第一蒸汽通过导管散热，第一蒸汽冷凝成第一液体。响应于第二液体和吸附材料达到低于第二沸腾温度的预定解吸温度，第二液体从吸附材料中解吸出来。响应于第二液体达到第二沸腾温度，第二液体蒸发成第二蒸汽。22.在一个方面，在第一液体全部蒸发成第一蒸汽之前，第二液体的至少一部分从吸附材料中解吸出来并置于内孔中。23.在另一个方面，第一液体通过毛细管作用从第二端被抽吸到第一端，并穿过在内径表面中形成的至少一个轴向沟槽。24.在另一个方面，热电偶产生与第一液体的温度相关联的第一温度信号。响应于控制器从热电偶接收到第一温度信号，控制器将第一液体的温度与第一温度阈值进行比较。响应于控制器确定第一液体的温度高于第一温度阈值，控制器产生第一警告通知信号。响应于显示设备从控制器接收到第一警告通知信号，显示设备显示指示第一液体接近第一温度阈值的第一警告。热电偶产生与第二液体的温度相关联的第二温度信号。响应于控制器从热电偶接收到第二温度信号，控制器将第二液体的温度与第二温度阈值进行比较。响应于控制器确定第二液体的温度高于第二温度阈值，控制器产生第二警告通知信号。响应于显示设备从控制器接收到第二警告通知信号，显示设备显示指示第二液体的温度接近第二温度阈值的第二警告。25.根据本文提供的描述，其它适用领域将变得显而易见。应当理解的是，该描述和具体实例仅用于说明目的，而非用于限制本公开的范围。附图说明26.图1是具有电子部件和用于冷却该电子部件的热管的电子器件冷却系统的一个实例的透视图；27.图2是沿线2-2截取的图1中的热管的一个实例的剖视图；28.图3是沿线3-3截取的图2中的热管的剖视图，示出了该热管具有限定多个轴向沟槽的内径表面，该多个轴向沟槽用于将冷凝的第一液体从热管的第二端抽吸到热管的第一端；29.图4是示出了图1中的热管中的多种液体冷却印刷电路板的电子部件的曲线图；30.图5是图1中的热管的另一个实例的剖视图，示出了该热管包括内径表面没有轴向沟槽的芯吸材料；31.图6是沿线6-6截取的图5中的热管的剖视图，示出了涂覆在内径表面上的吸附材料；32.图7是沿线7-7截取的图5中的热管的剖视图，示出了涂覆在内径表面上的芯吸材料；33.图8是图1中的热管的又一个实例的剖视图；34.图9是沿线9-9截取的图8中的热管的剖视图，示出了涂覆的芯吸材料具有多个突起，该多个突起从整个芯吸材料层延伸到吸附材料的相关凹槽中；35.图10是沿线10-10截取的图8中的热管的剖视图，示出了整个芯吸材料层。36.图11是图1中的热管的又一个实例的剖视图，示出了吸附材料层的厚度小于芯吸材料层的厚度。37.图12是操作图2中的印刷电路板的方法的一个实例的流程图。具体实施方式38.以下描述本质上仅是示例性的，而非旨在限制本公开、应用或使用。39.一种示例性的电子器件冷却系统包括热管，该热管具有吸附材料以分离和重新结合两种或多种液体，用于冷却一个或多个电子部件。如下文中的具体实例所述，热管包括具有两种不同沸腾温度的两种液体，一种液体储存在热管的内孔中，另一种液体储存在吸附材料中。这两种液体提供了双重主动热区(或一定工作温度范围)，热管在该双重主动热区内将热量从电子部件散除。工作温度范围可以在两种液体的最低冰点与两种液体的最高沸点之间。在该范围内，液体从电子部件接收热量，从而提高了液体的温度。本领域的技术人员将理解的是，可以通过从热源散除热量并使热量流向另一种物质(例如，液体)来传递热量，同时会或不会使液体达到其沸腾温度。仅举一个实例，只有水的热管的工作温度在32华氏度(冰点)至212华氏度(海平面的沸点)之间。蒸发是在水/空气表面上的蒸发，并且在保持热管正常工作的同时，在1个大气压下，蒸发可以在冰点和沸点之间的任何温度下发生。可以设想，热管可以包括两种以上的工作液体，并且吸附材料可以相对于电子部件设置在任何位置，以调节热管来选择用于冷却的每种液体的百分比。此外，下文详细描述的系统的实例是一种开环被动系统，其具有重力供给的封端导管，该封端导管具有邻近电子部件的第一封闭端和邻近冷却风扇的第二封闭端。然而，可以设想，该系统的其他实例可以是闭环主动系统，包括形成回路的导管以及将冷凝物泵送通过回路以返回到电子部件的泵。此外，下文描述的吸附材料的实例靠近电子部件，可以设想吸附材料与电子部件轴向隔开，并形成具有任何合适厚度的吸附材料层，以实现相关的冷却特性。在其他实例中，吸附材料的不同区段可以最初储存具有彼此不同的相关沸腾温度的不同液体，这些液体在相关温度下从吸附材料的相关区段解吸出来，以从电子部件中散除热量。40.参见图1和图2，电子器件冷却系统100的一个实例包括电子部件104，该电子部件响应于电流流过电子部件104而产生热量。电子部件可以是处理器、驱动电路、电源电路、存储器或响应于接收到电流而产生热量的任何其他电子部件。41.如图2和图3最佳所示，系统100还包括用于冷却电子部件104的热管106。热管106包括具有限定内孔112的内径表面110的导管108，导管108沿内孔112具有第一端114和第二端116(图2)。内径表面110限定了在第一端114和第二端116之间延伸的一个或多个轴向沟槽118，用于通过毛细管作用将第一液体120从第二端116抽吸到第一端114，如下文详细描述。如图3最佳所示，轴向沟槽118围绕内径表面110以均匀的距离在周向上彼此隔开。可以设想，沟槽可以围绕内径表面以各种均匀或不均匀的距离在周向上彼此隔开。42.热管106还包括涂覆在导管108的内径表面110上并与导管108的第一端114和第二端116间隔开的吸附材料122。换句话说，除了紧邻第一端114的部分和紧邻第二端116的另一部分，吸附材料122涂覆在内径表面110的整个长度上。吸附材料122配置成在第一液体120全部蒸发成第一蒸汽126之前将第二液体124的至少一部分解吸到内孔112中。可以设想，吸附材料可以涂覆在内径表面的任何部分上。吸附材料选自沸石、硅胶和金属有机骨架。然而，在其他实例中，吸附材料可以包括用于解吸和吸附第二液体的其他合适的材料。43.第一液体120容纳在导管108的内孔112内且具有第一沸腾温度。响应于导管108和第一液体120从电子部件104接收到热量以及第一液体120达到第一沸腾温度，第一液体120蒸发成第一蒸汽126。第一蒸汽126从第一端114向第二端116移动，在第二端116处第一蒸汽126通过导管108散热并冷凝成第一液体120。44.热管106还包括第二液体124，该第二液体被吸附材料122吸附且具有高于第一液体120的第一沸腾温度的第二沸腾温度。响应于第二液体124达到第二沸腾温度，第二液体124从吸附材料122解吸出来并蒸发成第二蒸汽128。在该实例中，第一液体120是沸腾温度为212华氏度的水，第二液体124是沸腾温度为387华氏度的乙二醇。然而，可以预期，第一液体和第二液体可以是具有相关沸腾温度的其他合适的液体。如图4所示，在冷却的第一阶段130期间，第一液体120接收热量，这导致第一液体120的温度升高到第一沸腾温度bt1并蒸发。在冷却的第二阶段132期间，吸附材料122和第二液体124从电子部件104接收热量，直到吸附材料122和第二液体124的温度升高到预定解吸温度。预定解吸温度低于第二液体124的第二沸腾温度。更具体地，在该实例中，预定解吸温度低于第一液体120的第一沸腾温度和第二液体124的第二沸腾温度。因此，在第一液体120全部蒸发之前，响应于吸附材料122和第二液体124的温度达到预定解吸温度，第二液体124从吸附材料122释放出来。响应于第二液体124的温度达到第二沸腾温度bt2，第二液体124蒸发。45.在一个实例中，吸附材料122可以释放出第二液体124以与第一液体120结合，使得所得混合物的沸腾温度可以取决于混合物的浓度。乙二醇在水中的沸腾温度和浓度的实例可以包括下表中的值。[0046][0047]溶液的浓度或重量百分比可以通过以下至少一种方式来控制：使用具有相关沸点的预定液体，将保持这些液体的吸附材料相对于电子部件放置在预定位置，以及将吸附材料形成具有预定厚度的吸附材料层。[0048]再次参见图2，系统100还包括附接到电子部件104和热管106中的至少一个的一个或多个热电偶134，热电偶134产生与第一液体的温度相关联的第一温度信号和与第二液体124的温度相关联的第二温度信号。更具体地，在该实例中，至少一个热电偶134包括第一热电偶136，该第一热电偶附接到电子部件104并产生第一温度信号。至少一个热电偶134还包括第二热电偶138，该第二热电偶附接到热管106并产生第二温度信号。在其他实例中，系统包括单个热电偶，该单个热电偶设置在导管的内孔内或设置在任何其他位置，并附接到热管或电子部件的任何部分。[0049]系统100还包括电性连接到热电偶134的控制器140。响应于控制器140从热电偶134接收到第一温度信号，控制器140将第一液体120的温度与第一温度阈值进行比较。响应于控制器140确定第一液体120的温度高于第一温度阈值，控制器140产生第一警告通知信号。在该实例中，第一温度阈值是第一液体的第一沸腾温度，诸如与水相关联的212华氏度。响应于控制器140从热电偶134接收到第二温度信号，控制器140将第二液体124的温度与第二温度阈值进行比较。响应于控制器140确定第二液体124的温度高于第二温度阈值，控制器140产生第二警告通知信号。继续前面的实例，第二温度阈值是第二液体124的第二沸腾温度，诸如与乙二醇相关联的387华氏度。[0050]控制器140还电性耦接到显示设备142，该显示设备142用于响应于从控制器140接收到第一警告通知信号，显示指示第一液体120接近第一温度阈值的第一警告。响应于显示设备142从控制器140接收到第二警告通知信号，显示设备142还显示指示第二液体124的温度接近第二温度阈值的第二警告。[0051]系统100还包括风扇144，该风扇在导管108的第二端116和从导管108延伸的散热片117(图2)的上方产生气流，以从导管108散热。[0052]参见图5至图7，热管206的另一个实例类似于图2中的热管106，并且包括由增加了100的相同附图标记标识的相同部件。尽管图2和图3中的热管106具有轴向沟槽118，用于使第一液体120从第二端116返回到第一端114，但是热管206的内径表面210没有沟槽。热管206包括芯吸材料250，该芯吸材料涂覆在内径表面210上且与吸附材料222不同。芯吸材料250从内径表面210邻近第二端216的部分延伸到内径表面210邻近电子部件204的部分。在第一蒸汽226从第一端214行进到第二端216之后(在此处，第一蒸汽226通过导管208散热并冷凝成第一液体220，使得芯吸材料250从第二端216向第一端214抽吸第一液体220)，芯吸材料250吸收第一液体220。尽管图2中的热管106包括具有从靠近第一端114的一部分延伸到靠近第二端116的另一部分的吸附材料122的导管108，但是热管206包括仅涂覆在紧邻第一端214的部分上的吸附材料222。整个吸附材料222和电子部件204的一部分沿着导管208相对于彼此的延伸范围相同，电子部件204的另一部分轴向延伸超过吸附材料222。[0053]参见图8至图10，热管306的另一个实例类似于图5至图7中的热管206，并且包括由增加了100的相同附图标记标识的相同部件。图4至图6中的整个吸附材料222和仅一部分的电子部件204沿着导管208相对于彼此的延伸范围相同，而整个电子部件304和吸附材料322的一部分沿着导管308相对于彼此的延伸范围相同，吸附材料322的另一部分轴向延伸超过电子部件304。与图5至图7中的热管206相比，热管306包括吸附材料322相对于电子部件304的布置方式，该布置方式能够以比图5至图7中的热管206更快的速率将热量传递给更多的第二液体324。此外，吸附材料322包括多个凹槽352，并且芯吸材料350包括从吸附材料322延伸到第二端316的芯吸材料层354，多个突起358从芯吸材料层354延伸到吸附材料322的凹槽352中，使得第一液体320可以从导管308的第二端316被抽吸到第一端314。[0054]参见图11，热管406的另一个实例类似于图8至图10的热管306，并且包括由增加了100的相同附图标记标识的相同部件。然而，图8至图10的整个电子部件304和仅一部分的吸附材料322相对于彼此的延伸范围相同，而整个电子部件404和整个吸附材料422相对于彼此的延伸范围相同。此外，图8至图10的吸附材料322和芯吸材料350各自形成彼此厚度相等的吸附材料层和芯吸材料层，而吸附材料422形成的吸附材料层458的厚度小于芯吸材料450的芯吸材料层454的厚度。[0055]参见图12，提供了一种操作图2中的系统100的方法500。方法500始于步骤502，电子部件104通过导管108将热量传递给第一液体120。当电子部件接收到电流时，电子部件或该系统的其他部分会产生热量。[0056]在步骤504，响应于第一液体120从电子部件104接收到热量且第一液体120达到第一沸腾温度，第一液体120蒸发成第一蒸汽126。[0057]在步骤506，第一热电偶136产生与第一液体的温度相关联的第一温度信号。[0058]在步骤508，响应于控制器从第一热电偶136接收到第一温度信号，控制器140将第一液体120的温度与第一温度阈值进行比较。在该实例中，第一温度阈值是第一沸腾温度。然而，可以预期，第一温度阈值可以高于或低于第一沸腾温度。例如，为了提供第一液体120变干的额外警告，第一温度阈值可以是低于第一液体120的第一沸腾温度的温度。如果第一液体120的温度低于第一温度阈值，则该方法重复步骤508。如果第一液体120的温度高于第一温度阈值，该方法进入步骤510。[0059]在步骤510，响应于控制器140确定第一液体120的温度高于第一温度阈值，控制器140产生第一警告通知信号。[0060]在步骤512，响应于显示设备从控制器140接收到第一警告通知信号，显示设备142显示指示第一液体120接近第一温度阈值的第一警告。[0061]在步骤514，第一蒸汽126流向第二端116和散热片117，在此处第一蒸汽126通过导管108和散热片117散热。[0062]在步骤516，响应于第一蒸汽126通过导管108的第二端116散热，第一蒸汽126冷凝成第一液体120。[0063]在步骤518，第一液体120通过毛细管作用经由形成在内径表面110中的轴向沟槽118从第二端116被抽吸到第一端114。[0064]在步骤520，响应于第二液体124达到第二沸腾温度，第二液体124从吸附材料122解吸出来并蒸发成第二蒸汽128。在该实例中，在第一液体120全部蒸发成第一蒸汽126之前，第二液体124的至少一部分从吸附材料122解吸到内孔112中。这可以通过提供预定沸点的液体、相对于电子部件以多种布置方式设置的吸附材料以及具有任何合适厚度的吸附材料层来实现。[0065]在步骤522，第二热电偶138产生与第二液体124的温度相关联的第二温度信号。[0066]在步骤524，响应于控制器140从第二热电偶138接收到第二温度信号，控制器140将第二液体124的温度与第二温度阈值进行比较。在该实例中，第二温度阈值是第二沸腾温度。然而，可以预期，第二温度阈值可以高于或低于第二沸腾温度。例如，为了提供第二液体124变干的额外警告，第二温度阈值可以小于第二液体124的第二沸腾温度。如果第二液体124的温度低于第二温度阈值，则该方法重复步骤524。如果第二液体124的温度高于第二温度阈值，该方法进入步骤526。[0067]在步骤526，响应于控制器140确定第二液体124的温度高于第二温度阈值，控制器140产生第二警告通知信号。[0068]在步骤528，响应于显示设备从控制器140接收到第二警告通知信号，显示设备142显示指示第二液体的温度接近第二温度阈值的第二警告。在该实例中，第二温度阈值是第二沸腾温度。然而，可以预期，第二温度阈值可以高于或低于第二沸腾温度。例如，为了提供第二液体124变干的额外警告，第二温度阈值可以是低于第二沸腾温度的温度。[0069]本公开的描述实质上仅为示例性的，并且未脱离本公开一般意义的改变都包括在本公开的范围内。这些改变不应视为脱离了本公开的精神和范围。









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