三维热管和具有三维热管的立式无线充电散热装置的制作方法

1.本实用新型属于散热装置技术领域，更具体地说，本实用新型涉及一种三维热管和具有三维热管的立式无线充电散热装置。


背景技术：

2.随着快充技术的不断创新，无线充电也朝着高功率方向发展。现有无线充电的充电功率已达到50-60w，未来也必将向100w甚至更高充电功率迈进。常用的无线充电采用线圈电磁感应法，充电效率约70％，相对于有线充电会产生很大的热损耗。发射端的热损耗主要产生于线圈和各类电源管理器件上，接收端的充电管理芯片和电池也会产生大量热量，且发射端和接收端往往是紧密贴合、热量相互传递，热量若不及时排出，轻则降低充电功率、影响用户体验，重则宕机甚至烧坏元器件。
3.目前，高功耗无线充电多采用发射端内部风扇直吹的散热方式，散热能力有限，且不兼顾接收端的散热问题。随着充电功率的增加，该散热方式已经无法胜任未来复杂的散热需求。
4.近年来，两相液冷散热在电子产品终端得到了很好的发展，常用的有热管和vc等。但是，一般的热管近似为一维传热，适合单点热源的定向均温。vc 等平板热管适合多热源水平二维方向内的均温散热，当量导热系数是铜的几百至上千倍，但其散热冷端的面积有限，基本上只能靠导热到其他媒介上进行散热，在冷凝端散热不充分的情况下，整体温度仍会不断上升。
5.有鉴于此，确有必要提供一种三维热管和具有三维热管的立式无线充电散热装置，以实现在多维度空间上的快速均热，减少热源温度的积聚。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于：克服现有技术的缺陷，提供一种三维热管和具有三维热管的立式无线充电散热装置，以实现在多维度空间上的快速均热，减少热源温度的积聚。
7.为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种三维热管，包括底板和固接在所述底板上的盖板，其中，所述底板包括受热面和焊接到所述受热面上的底层柱状金属丝网，所述盖板的底部设有贴合在所述底板上的中间粗孔径金属丝网，所述盖板的上端设有散热冷端，所述散热冷端设有底部平板热管和与所述底部平板热管相互贯通的多个竖向热管。
8.作为本实用新型三维热管的一种改进，所述底板焊接在所述盖板的底部。
9.作为本实用新型三维热管的一种改进，所述柱状金属丝网为柱状铜丝网，所述粗孔径金属丝网为粗孔径铜丝网。
10.作为本实用新型三维热管的一种改进，所述竖向热管设置为直肋式、树状式或辐射式。
11.作为本实用新型三维热管的一种改进，所述竖向热管中设有顶层细孔径金属丝网，中间粗孔径金属丝网上的设置的通孔与所述受热面相互垂直，所述顶层细孔径金属丝
网的通孔与所述受热面相互平行。
12.作为本实用新型三维热管的一种改进，所述顶层细孔径金属丝网位于所述竖向热管的中央，所述散热冷端设有热管壳体支架，所述热管壳体支架的横向和纵向设有连通的气体流通槽，所述底板中的工作介质受热后经所述中间粗孔径金属丝网进入气体流通槽上升，冷却后沿着所述顶层细孔径金属丝网流向所述中间粗孔径金属丝网，并经所述底层柱状金属丝网回流至所述底板。
13.为了实现上述发明目的，本实用新型还提供了一种立式风冷无线充电装置，其包括底座和可转动安装于所述底座上的背板，所述背板的正面设有进风口，背面设有出风口，内部设有热源，所述热源设有本实用新型三维热管，冷风从所述进风口进入，流经所述三维热管后，从所述出风口排出。
14.作为本实用新型立式风冷无线充电装置的一种改进，所述热源为pcb板或感应线圈，所述维热管设有受热端，所述pcb板或感应线圈与所述受热端之间设有导热垫或导热凝胶。
15.作为本实用新型立式风冷无线充电装置的一种改进，所述背板的正面设有硅胶防滑垫，底部设有防滑凹槽。
16.作为本实用新型立式风冷无线充电装置的一种改进，所述背板内设有涡轮风扇和隔离罩，所述涡轮风扇通过所述隔离罩连接所述进风口。
17.作为本实用新型立式风冷无线充电装置的一种改进，所述三维热管为双侧受热的三维热管，包括相对的两个受热面和位于所述两个受热面之间的共用冷端段。
18.相对于现有技术，本实用新型三维热管的底板上设有底层柱状金属丝网，盖板的底部设有贴合在底板上的中间粗孔径金属丝网，散热冷端设有底部平板热管和与底部平板热管相互贯通的多个竖向热管，可以在多维度空间上快速均热，减少热源温度的积聚，能够及时带走热沉的热量，为空间分布式多热源的高效散热提供有效的途径。
附图说明
19.下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型三维热管和具有三维热管的立式无线充电散热装置进行详细说明，其中：
20.图1a为本实用新型三维热管的底板的结构示意图，1b为本实用新型三维热管的盖板的结构示意图，1c为本实用新型三维热管的立体示意图。
21.图2a、2b为本实用新型三维热管的其他形式的立体示意图。
22.图3为本实用新型三维热管的横向切面示意图。
23.图4为本实用新型三维热管的纵向切面示意图。
24.图5a、5b为本实用新型立式风冷无线充电装置的正面视图和背面视图。
25.图6为本实用新型立式风冷无线充电装置的剖视示意图。
26.图7为本实用新型三维热管的另一个实施方式的结构示意图。
27.其中，10
‑‑
底板；100
‑‑
底层柱状金属丝网；20
‑‑
盖板；200
‑‑
中间粗孔径金属丝网；202
‑‑
顶层细孔径金属丝网；204
‑‑
气体路径；206
‑‑
液体路径；208
‑‑
气体流通槽；210
‑‑
壳体支架；212
‑‑
液体工质；30
‑‑
立式无线充电散热装置；300
‑‑
底座； 301
‑‑
旋转轴；302
‑‑
背板；304
‑‑
进风口；306
‑‑
出风口；308
‑‑
硅胶防滑垫；310
‑‑ꢀ
防滑凹槽；312
‑‑
充电口；314
‑‑
pcb
板；316
‑‑
感应线圈；318
‑‑
隔离罩；320
‑‑
涡轮风扇；322
‑‑
隔离支架；324
‑‑
热界面材料；326
‑‑
受热面；328
‑‑
风道。
具体实施方式
28.为了使本实用新型的实用新型目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本实用新型，并非为了限定本实用新型。
29.请参照图1至图4所示，本实用新型提供了一种三维热管，包括底板10和固接在所述底板10上的盖板20，其中，所述底板10包括受热面和焊接到所述受热面上的底层柱状金属丝网100，所述盖板20的底部设有位于所述底板10上的中间粗孔径金属丝网200，所述盖板20的上端设有散热冷端，所述散热冷端设有底部平板热管和与所述底部平板热管相互贯通的多个竖向热管。
30.请参照图1所示，根据本实用新型三维热管的一个实施方式，所述底板10 焊接在所述盖板20的底部，底层柱状金属丝网100直接焊接到受热面上，一方面起到毛细芯的吸液作用，另一方面可以很好的支撑底板的内空间，减轻受压形变程度。在图示实施方式中，所述底层柱状金属丝网100为柱状铜丝网，所述中间粗孔径金属丝网200为粗孔径铜丝网，有利于气体向上扩散。散热冷端采用肋片式强迫风冷的思想，利用多重竖向热管与底部平板热管相互贯通连接形成肋片式三维热管，使得热量在x，y，z三个平面都能快速的传递。由于散热冷端的有效换热面积大，更有利于热量的快速耗散，降低受热面温度的水平。
31.散热冷端的形式可以根据实际的散热环境和条件进行改变，请参照图2所示，竖向热管的排列结构可以设置为直肋式、树状式、辐射式其中，直肋式结构适合横向风冷散热模式，树状、辐射式结构适合纵向风冷散热模式。底板10 的形状和尺寸与热源适配，例如底板10可以是圆形、方形或其他形状。
32.请参照图3所示，三维热管的内部包括三种类型的毛细芯，毛细芯采用铜丝网结构，加工工艺成熟，能满足超薄热管制作的需求。底层柱状铜丝网100 的丝网孔隙密度较小，竖向毛细抽吸力较强，能够保证液体能够及时供应到受热面，且小孔径对应的结构强度较大，能够起到支撑内部空间的作用。中间粗孔径金属丝网200的通孔与受热面相互垂直，且平均孔径较大，能够保证受热面产生的气体工质能够及时沿着气体路径204外逸，并通过气体流通槽208往纵向冷端传输。顶层细孔径金属丝网202网摆放的角度与中间粗孔径金属丝网 200相反(大致平行于受热面)，能够提供足够的毛细力，保证纵向气体流通槽208 内冷凝的液体工质212在液体路径206中被及时吸入毛细芯内部，并经丝网层与层之间的毛细力输送至下层毛细芯，形成气液循环回路。凭借工质气液相变的高效传热，实现了热量在三维空间内的高效传输。
33.具体地，在图3所示的实施方式中，所述顶层细孔径金属丝网202位于所述竖向热管的中央，所述散热冷端设有热管壳体支架210，所述热管壳体支架 210的横向和纵向设有连通的气体流通槽208，所述底板10中的工作介质受热后经所述中间粗孔径金属丝网200进入气体流通槽208上升，在远离底板10一端冷却后沿着所述顶层细孔径金属丝网202中形成的液体路径206流向所述中间粗孔径金属丝网200，并经所述底层柱状金属丝网100回流至所述底板10。
34.请参照图4所示，三维热管的壳体支架210的横向和纵向设置了连通的气体流通槽208，通过物理通道上的隔离，保证了气体路径和液体路径的彼此相对独立，有效减小了工质循环流动的阻力，进一步增大了该热管的传热能力。纵向冷凝段远离受热面，且散热面积大，有利于热量的快速释放，纵向和横向的尺寸可以根据实际的应用结构进行匹配设计，特别是纵向热管的高度不宜过长，以保证液体工质回流的及时性和气态工质冷凝的高效性。
35.相对于现有技术，本实用新型三维热管的底板10上设有底层柱状金属丝网 100，盖板20的底部设有位于底板10上的中间粗孔径金属丝网200，散热冷端设有底部平板热管和与底部平板热管相互贯通的多个竖向热管，可以在多维度空间上快速均热，减少热源温度的积聚，能够及时带走热沉的热量，为空间分布式多热源的高效散热提供有效的途径。
36.请参照图5至图7所示，本实用新型还提供了一种立式风冷无线充电装置，其包括底座300和可转动安装于所述底座300上的背板302，所述背板302的正面设有进风口304，背面设有出风口306，内部设有热源，所述热源设有本实用新型三维热管，冷风从所述进风口304进入，流经所述三维热管后，从所述出风口306排出。
37.请参照图5所示，背板302与底板300的夹角可通过旋转轴301调节，以匹配个人的使用习惯。背板302的正面设有涡轮风扇的进风口304，表面配备一定的硅胶防滑垫308，硅胶防滑垫308即可以起到固定设备的作用，又可以保留出设备与背板302之间的空隙，避免热量的相互传递。此外，通过进风口304 的负压引流作用，在间隙区域内形成了强迫对流，通过冷空气同时带走了设备表面的热量，提高了接收端设备的散热强度。背板302的底部设有防滑凹槽310，用于固定接收端设备。背板302的背面设有出风口306，用于疏散设备内的高温气体。底座300设有适配器充电口，充电口的形式可以是多样的，例如type-c， lighting，micro-usb等，以满足不同适配器的使用需求。
38.请参照图6和图7所示，接收端设备与无线充电装置通过硅胶防滑垫308 接触，两者之间留有一定的空间间隙，保证进风口304进气的通畅性，并通过进风口304的负压抽吸作用，扰动了该层空间内的气流组织，通过强迫风冷的方式带走了接收端设备与无线充电装置表面的热量。在图示实施方式中，进风口304的下方通过隔离罩318与涡轮风扇320相连，隔离罩318的主要作用是隔离无线充电装置内部的气流空间，防止风扇吸入内部的热空气。
39.可以理解的是，无线充电装置内部主要的热源是感应线圈316和pcb板 314，但受限于结构空间的大小，两者往往不处于同一水平面，且pcb板314 上还可以根据需要设置各种分布式点热源，为此采用了双侧三维热管的散热形式，将感应线圈316和pcb板314的热量都往同一个冷凝段传送，然后通过风扇的强迫风冷作用带走冷凝端的热量，最终从出风口306排除热风。由于感应线圈316和pcb板314的表面都是高低不平的，为此感应线圈316、pcb板314 与三维热管的受热端通过热界面材料324相连。根据实际需要，热界面材料324 可以是导热垫或导热凝胶等。
40.请特别参照图7所示，双侧受热三维热管的结构可以近似看成两对称的单侧受热三维热管堆叠而成，中间共用一个冷端段-风道328。由于高温气体会自发的向低温低压区流动并冷凝放出热量，从而达到均温的效果。由于采用肋片式的结构设计，有效增加了冷端的散热面积，能够高效带走冷凝段的热量，从而降低三维热管整体的温度水平，相应的热源的温度也得到了改善。从图7所示的局部剖面图也可以看出，其毛细芯结构与之前所述三维
热管的毛细芯结构基本一致，只不过共用了同一个冷凝端，相应的冷凝端的毛细芯相互连通，而上方的受热面326由于处于逆重力状态，液体工质无法自由铺展到受热面，因此在该表面烧结了一层较薄的丝网毛细芯，通过毛细芯的毛细抽吸力为受热面提供充足的液态工质，循环工质可以选择超纯水/甲醇/乙醇/丙酮等价格便宜且饱和压力低的工质，保证使用的安全性。
41.相对于现有技术，本实用新型高功率立式无线充电装置通过结构的合理设置，阻隔了接收端设备和无线充电装置表面之间的直接导热，并在风道上进行合理优化，利用强迫风冷的方式同时带走了接收端设备与无线充电装置表面的热量。根据需要，在无线充电装置内部采用双侧受热式三维热管，解决了感应线圈316和pcb板314热源空间上分布不均匀造成的散热难题，纵向冷凝段热管采用肋片式的结构设计，有效增加了冷端的散热面积，能够高效带走冷凝段的热量，显著降低无线充电装置内部空间的温度水平。
42.根据上述原理，本实用新型还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。