传热方法及传热用的装置.pdf

一种传热装置，包括：带有能够从热源区域(54)向散热区域(56)和从散热区域(56)向热源区域(54)毛细输送液体的内通道和孔且能够使冷却剂流体毛细对流的纤维聚集体或纤维片(60)中的至少一种；供应的足量的冷却剂流体，被带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片(60)吸收或容纳；加压张紧件(70)，包括置于限定空间内的坚固的弹性结构，并对带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维聚集体或纤维片(60)施加压力，将其压在热源区域(54)和/或散热区域(56)上，其中多个波状件被设置在该加压张紧件上，其包括侧向延伸的肋或突出件(84)和突起(82)，以增强该加压张紧件所施加的压力；以及外罩，用于密封地封住上述各部件。

1.  一种传热装置，包括：
带有能够从热源区域(54，74)向散热区域(56，76)和从散热区域(56，76)向热源区域(54，74)毛细输送液体的内通道和孔的纤维聚集体或纤维片(60)中的至少一种；
供应的足量的冷却剂流体，被所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片吸收或容纳；
加压张紧件(70)，包括置于限定空间内的坚固的弹性结构，并对所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维聚集体或纤维片施加压力，将其压在所述热源区域(54，74)和/或散热区域(56，76)上，其中多个波状件(80)被设置在所述加压张紧件(70)上；以及
外罩，用于将上述各部件密封地封在限定空间内。

2.  根据权利要求1所述的传热装置，其中所述波状件(80)被设置在所述热源区域(54，74)和散热区域(56，76)中的至少一个区域处。

3.  根据权利要求1所述的传热装置，其中所述波状件(80)被设置在所述热源区域(54，74)和散热区域(56，76)之间的区域(78)处。

4.  根据权利要求1-3中任一项所述的传热装置，其中多个所述波状件(80)被设置用于增强施加的压力。

5.  根据权利要求1-4中任一项所述的传热装置，其中所述波状件是侧向延伸的突出件(84)。

6.  根据权利要求5所述的传热装置，其中所述侧向延伸的突出件是H形状的突出件(84)。

7.  根据权利要求1-4中任一项所述的传热装置，其中所述波状件是沿垂直于至少一个封闭件(50，52)的内表面的方向延伸的突起(82)。

8.  根据权利要求7所述的传热装置，其中所述突起(82)被设置成基本为钩状。

9.  根据权利要求7所述的传热装置，其中所述突起(82)被设置成基本为多边形形状，包括圆柱形形状。

10.  根据权利要求7-9中任一项所述的传热装置，其中所述突起(82)通过机械加工、铸造、模压等方法或其组合而制成。

11.  根据权利要求7-10中任一项所述的传热装置，其中所述突起的高度小于5mm。

12.  根据权利要求11所述的传热装置，其中所述各突起等距间隔约0.2～约20mm。

13.  根据权利要求11-12中任一项所述的传热装置，其中突起之间的距离与突起的平均直径的比率为7∶3。

14.  根据权利要求1所述的传热装置，其中所述加压张紧件由下列材料中的任一种或其组合制成：
金属、聚合物、陶瓷、硅、有机或无机材料，这些材料不吸收流体、是稳定的并且不与冷却剂发生反应。

15.  根据权利要求14所述的传热装置，其中所制成的加压张紧件被设置用于维持内部空间。

16.  根据权利要求1-15中任一项所述的传热装置，其中所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维聚集体或纤维片被编织在所述加压张紧件上。

17.  根据权利要求1-16中任一项所述的传热装置，其中所述加压张紧件的至少一部分压在已交织成结构层的带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片上。

18.  根据权利要求14-17中任一项所述的传热装置，其中所述加压张紧件被设置成其结构占用最小体积，从而使所述限定空间内的蒸发空间最大。

19.  根据权利要求18所述的传热装置，其中所述加压张紧件占用体积不超过30％。

20.  根据权利要求15所述的传热装置，其中被所述加压张紧件限定的内部空间包括形成蒸汽传导用的三维空间的连接通路。

21.  根据权利要求1所述的传热装置，其中所述冷却剂是取决于所施加的压力在-40℃至200℃之间液汽相变的流体。

22.  根据权利要求1所述的传热装置，其中当所述冷却剂在毛细作用下，通过所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片和/或根据权利要求20所述的由所述加压张紧件限定的连接通路形成的三维空间，从热源区域(30)向散热区域(40)和从散热区域(40)向热源区域(30)对流时所述冷却剂经历相变。

23.  根据权利要求1所述的传热装置，其中所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片由非金属的、合成的、无机和有机材料制成，这些材料是稳定的、不会释放任何形式的气体或蒸汽、不会剥离并且不与所述装置的其他部件发生反应。

24.  根据权利要求22所述的传热装置，其中纤维束的直径与长度的平均比率为＜0.05。

25.  根据权利要求1所述的传热装置，其中所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片能吸收高达其体积的90％。

26.  根据权利要求1所述的传热装置，其中所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片包括具有用于使冷却剂在纤维内毛细流动的微米或纳米级的至少一个中空管状通道的管状结构。

27.  根据权利要求26所述的传热装置，其中所述管状通道的平均直径小于1.0mm，且横截面面积小于0.79mm²。

28.  根据权利要求26所述的传热装置，其中所述管状通道至少为所述纤维体积的10％，所述纤维的壁厚小于1.0mm。

29.  根据权利要求1所述的传热装置，其中纵横比为约0.01～2.0。

30.  根据权利要求1所述的传热装置，其中所述纤维直径为约50μm～5.0mm。

31.  根据权利要求1所述的传热装置，其中所述纤维被设置成向所述热源区域会聚并向所述散热区域发散。

32.  根据权利要求1所述的传热装置，其中所述纤维被交织形成纤维束间隔为500μm的结构形状。

33.  根据权利要求1所述的传热装置，其中所述外罩包括
至少一个上封闭件(12a)，和
至少一个下封闭件(12b)，以及
所述外罩以防流体方式相互配合关闭，从而封闭其内的限定空间。

34.  根据权利要求1所述的传热装置，其中所述外罩包括具有彼此铰接的上封闭部和下封闭部的单个元件，以及所述外罩以防流体方式相互配合关闭，从而封闭其内的限定空间。

35.  根据权利要求33和34中任一项所述的传热装置，其中所述外罩由下列任一种材料制成：
具有良好热传导性的金属、无孔聚合物、陶瓷、晶体、无机或有机材料或者它们的复合物。

36.  根据权利要求33和34中任一项所述的传热装置，其中通过设置多个细长槽来增加所述外罩的内表面积。

37.  根据权利要求36所述的传热装置，其中所述多个细长槽通过湿式蚀刻、干式蚀刻、机械加工、挤压或铸造或其组合而形成。

38.  根据权利要求33和34中任一项所述的传热装置，其中所述外罩是弹性的，以增加内蒸汽压力。

39.  根据权利要求33和34中任一项所述的传热装置，其中限定所述装置的外罩不超过10.0mm，所述外罩壁厚不超过5.0mm，并且其内的限定空间不小于5.0mm。

40.  根据权利要求32-34中任一项所述的传热装置，其中所述纤维与外罩内表面的至少一部分接触，在那里进行热交换，使所述冷却剂相变。

41.  根据权利要求40所述的传热装置，其中所述纤维被置于所述加压张紧结构的至少一部分和外罩内表面的至少一部分之间，在那里进行热交换。

42.  根据权利要求40所述的传热装置，其中所述纤维位于所述加压张紧件的表面的上方和下方，且与所述热源区域和散热区域中的至少一个区域增压接触。

43.  根据权利要求1所述的传热装置，其中所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维聚集体或纤维片(60)被一体编织或制作成加压张紧件(70)的形状。

44.  一种将热量从传热装置的热源区域传递到散热区域的方法，包括以下步骤：
提供带有能够毛细输送液体的内通道和孔的多个纤维或纤维片的能够使冷却剂流体毛细对流的对流机构，其中所述对流机构以在一端与热源区域接触并在另一端与散热区域接触的形式被聚集；
供应足量的冷却剂流体，冷却剂流体被带有能够毛细输送液体的内通道和孔的导管机构的纤维或纤维片吸收和/或容纳；
利用加压张紧机构对所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的导管机构的纤维或纤维片施加压力，包括
在所述加压张紧机构上设置波状机构；以及
在密封的限定空间内运行上述机构和步骤。

45.  根据权利要求44所述的传热方法，在传热装置内实施。

46.  根据权利要求44所述的传热方法，在根据权利要求1-43中任一项所述的传热装置内实施。

47.  一种产生热量的装置，包括半导体器件，与根据权利要求1-43中任一项所述的传热装置热接触，并任选地与另一个散热装置如散热风扇一起运行。

48.  一种带有根据权利要求1-43中任一项所述的传热装置的芯片集、电路板或电子部件。

49.  一种包括根据权利要求1-43中任一项所述的传热装置的器具或机器。

50.  一种加热装置，用于根据权利要求1-43中任一项所述在诸如烫发器等中快速和可控地加热。

传热方法及传热用的装置
技术领域
本发明公开一种用于将热量从热源区域传递至散热区域的传热装置。该传热装置特别适用于电子部件的热管理，包括微处理器、液晶显示器(LCD)、微机电系统(MEMS)、照明或辐射等装置，其中这些部件的运行会产生需要传递出去的过多热量，或者该传热装置作为快速和可控加热器用的加热元件。
背景技术
许多装置由于它们的运行和通量而产生热量，热量积聚起来，并且如果不将热量导出并散去就会对装置的持续性能产生不利影响。对于半导体器件，如处理器(处理不断增大的VLSI、处理速度和数据字节量)、液晶显示器(LCD)、照明装置(如发光二级管(LED))等，情况尤其如此，在这些装置中目前采用各种传热装置进行热管理。
显著进步之一是关于可用在例如美国专利No.6,446,706(ThermalCorp.)中公开的包括多个叠层的可变形结构中的热管，如图1a和图1b所示(现有技术)。可变形热管包括密封外罩26和使用可变形的多孔材料形成的毛细层24，外罩26包括聚丙烯层28、通过第一粘合层30与聚丙烯层28连接的第一金属箔层32、通过第二粘合层34与第一金属箔层32连接的第二金属箔层12。
该热管还包括支承毛细层24使得毛细层24与外罩26保持紧密接触并允许蒸汽在外罩内沿多个方向流动的隔层18。隔层18通过由聚丙烯制成的网筛来实现。毛细层24由铜毡材料制成。铜毡包括直径为20微英寸且长度为0.2英寸的微纤维和按照毛细结构总体积计以20％～60％的量填入毛细结构内的铜粉。
虽然叠层的可变形性允许其贴附并整合到将要冷却的装置上，但是各叠层和可变形热管之间的接触面会受到可变形材料和结构的影响，从而影响有效的热传导。
图2(现有技术)示出根据韩国专利未经审查公开No.10-2004-18107的板式传热装置。该传热装置包括上板200和置于上板200下方的下板100，上板200和下板100之间具有间隙，其中下板100的下表面对应于蒸发部P1并与热源接触。该传热装置还包括被设置成因液体冷却剂的表面张力而与下板100的上表面紧密接触的毛细板120，以及用于维持下板100与毛细板120之间距离的隔板110。
液体冷却剂在蒸发部P1和冷凝部P2之间循环。也就是说，液相冷却剂依靠在它和下板之间产生的毛细作用力不断流向蒸发部P1，在蒸发部P1处变成汽相，在汽相状态下流向冷凝部P2，并且在冷凝部P2处冷凝。隔板110用于利用下板100和毛细板120之间产生的表面张力来维持它们的间距。
图3示出在韩国未经审查的专利申请No.10-2004-91617中公开的平板式传热装置的第三现有技术。图3所示的传热装置包括上金属板300、下金属板350、加压支承结构310以及多个薄板320和322，加压张紧结构310和薄板320和322被置于上板300与下板350之间。每一个薄板都具有通过微加工方法形成的相互平行的直通图案。加压张紧结构310由具有足够密度通孔的多孔材料如网筛制成，使得因热源与下板350的下表面接触使冷却剂蒸发而产生的蒸汽可以沿垂直方向移动。
加压张紧结构310在组装时对薄板320和322的至少一部分平行图案加压。由于来自加压支承板310的压力，因此薄板320和322的平行图案与下板350的上表面紧密接触，从而形成比初始状态下的图案的间隙更小的微小间隙。微小间隙形成了通过诸如蚀刻或机械加工等加工方法难以实现的几微米的细小冷却剂通道。
发明内容
技术问题
第一现有技术(美国专利No.6,446,706)存在一些局限性。首先，难以制造出具有复杂内部结构的热管。由于毛细层24由铜毡制成，所以极难维持外罩的内表面与毛细层24之间一致且紧密的接触。这样，毛细层24内形成的微小通路是不一致的，从而导致驱动流体的毛细作用力不一致。这会产生削弱毛细作用力的强流阻。因此，当冷却剂在热源周围剧烈蒸发时，汽相冷却剂的流动会被阻断。此外，不同点的热传导率是不同的。因此，该传热装置的再现性很差。另一个局限性是铜毡的厚度。由于难以制造薄的铜毡，因此热管的总厚度受到铜毡厚度的限制。
第二现有技术(韩国专利未经审查公开No.10-2004-18107)也存在局限性。需要微机械加工来制造插在上板和下板之间的薄且复杂的结构，因而限制了批量生产。因此，可以将装置的外壳厚度加工成不薄于几个毫米。根据液体冷却剂在设置于毛细板120内的平面吸液芯之间形成的间隙内或者毛细板120与下板之间形成的间隙内的流动来设计该装置的结构。由于该装置包括用于连接下板和上板上形成的突起或连接平面吸液芯的微型结构，如桥，因此为了形成一致间隙并安装到装置限定的外壳内，微型结构是复杂的且为几毫米厚，所以难以精确地机械加工出这样的微型结构。此外，不一致的间隙会导致液相冷却剂在蒸发部干涸，从而导致该传热装置的致命性故障。特别地，因为这种微型结构如此复杂并且会出现机械加工误差，因而这种微型结构的批量生产变得更加困难。
第三现有技术(韩国未经审查的专利申请No.10-2004-91617)存在以下局限性。如图4a和图4b所示，薄金属板或网筛因材料的性质和其设计而不具有可湿性或吸液性。这样会排斥冷却剂，从而会发生干涸现象。此外，由于制造困难使得维持细小通道非常困难，从而增加了制造成本。减小金属板或网筛的厚度对于减小该装置和应用该装置的电子器件的厚度是至关重要的，但是这种加工过程很难并且会引发额外费用。
技术方案
因此希望有一种克服上述局限性和缺点的传热装置，为此，作为一般实施例，本发明提出一种传热装置，包括带有能够从热源区域向散热区域和从散热区域向热源区域毛细输送液体的内通道和孔的纤维聚集体或纤维片中的至少一种；供应的足量的冷却剂流体，被所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片吸收或吸附；加压张紧件，包括置于限定空间内的坚固的弹性结构，并对所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维聚集体或纤维片施加压力，将其压在所述热源区域和/或散热区域上，其中多个波状件被设置在所述加压张紧件上；以及外罩，用于将上述各部件密封地封在限定空间内。
在本发明的第一方面中，所述波状件被设置在所述热源区域和散热区域中的至少一个区域处。可选择地，所述波状件被设置在所述热源区域和散热区域之间的区域处。上述波状件优选被设置用于增强施加的压力。
在本发明的具体实施例中，所述波状件被设置成侧向延伸的突出件。优选地，所述侧向延伸的突出件是H形状的突出件。
在另一个具体实施例中，所述波状件可优选被设置成沿垂直于至少一个封闭件的内表面的方向延伸的突起，其中所述突起被设置成通过机械加工、铸造、模压等方法或其组合而制成的基本为钩状、多边形形状，包括圆柱形形状。所述突起的高度小于5mm，并且等距间隔约0.2～约20mm，突起之间的距离与突起直径的比率至少为7∶3。
在本发明的第二方面中，所述加压张紧件由金属、聚合物、陶瓷、硅、有机或无机材料制成，这些材料是稳定的，在工作温度范围内不会释放出任何形式的气体或蒸汽，不会剥离并且不与冷却剂发生反应，并且所述加压张紧件被设置用于维持内部空间。被所述加压张紧件限定的内部空间可优选地包括形成蒸汽传导用的三维空间的连接通路。
所述加压张紧件的具体实施例被设置成所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维聚集体或纤维片被编织在所述加压张紧件或所述加压张紧件的至少一部分上，使得所述加压张紧件压在已交织成结构层的带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片上。优选地，所述加压张紧件被设置成其结构占用不超过30％的最小体积，从而使所述限定空间内的蒸发空间最大，至少为70％。
本发明的另一个方面涉及冷却剂，所述冷却剂是取决于所述加压张紧件的至少一个波状件施加的压力在-40℃至200℃之间液汽相变的流体。还优选的是，当所述冷却剂在毛细作用下，通过所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片和/或由所述加压张紧件限定的连接通路形成的三维空间，从热源区域向散热区域和从散热区域向热源区域对流时所述冷却剂经历相变。
本发明的另一个方面涉及所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片，所述纤维或纤维片优选地由非金属的、合成的、无机和有机材料如碳纳米管制成，这些材料是稳定的并且不与所述装置的其他部件发生反应，纤维束的直径与长度的平均比率为小于0.05，并且优选的是能吸收高达其体积的90％。
所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片的优选实施例包括具有用于使冷却剂在纤维内毛细流动的微米或纳米级的至少一个中空槽管状通道的管状结构，所述管状通道的直径小于1.0mm或至少为所述纤维体积的10％，纤维的壁厚小于1.0mm，管状通道的横截面面积小于0.79mm²。优选的纵横比为约0.01～2.0，所述纤维直径为约50μm～5.0mm 。
根据下面实施例，所述纤维被设置成向所述热源区域会聚并向所述散热区域发散，其中所述纤维被交织形成纤维束间隔小于500μm的结构形状。
在本发明的另一个方面中，所述外罩可优选地包括上封闭件和下封闭件，以及所述外罩以防流体方式相互配合关闭，从而封闭其内的限定空间；外罩包括具有彼此铰接的上封闭部和下封闭部的单个元件，以及所述外罩以防流体方式相互配合关闭，从而封闭其内的限定空间。优选地，所述外罩由具有良好热传导性的金属、无孔聚合物、陶瓷、晶体、无机和有机材料制成，所述外罩的内表面不以任何形式与内部材料如所述冷却剂和/或所述加压张紧结构发生反应，通过设置多个细长槽来增加所述外罩的内表面积，所述多个细长槽通过湿式蚀刻、干式蚀刻、机械加工、挤压或铸造或其组合而形成，并且所述外罩是弹性的，以增加内蒸汽压力。
因此，限定所述装置的外罩不超过10.0mm，所述外罩壁厚不超过5.0mm，并且其内的限定空间不小于5.0mm。优选地，纤维与外罩内表面接触使所述冷却剂相变，并且所述纤维被置于所述加压张紧结构和外罩元件内表面之间。所述纤维位于所述加压张紧件表面的上方和下方，且与所述热源区域和散热区域中的至少一个区域增压接触。
本发明还公开一种将热量从所述装置的热源区域传递到散热区域的方法，所述方法包括以下步骤：提供能够使冷却剂流体毛细对流的多个液体吸收和保持机构，其中所述对流机构以在一端与热源区域接触并在另一端与散热区域接触的形式被聚集；供应足量的冷却剂流体，冷却剂流体被带有能够毛细输送液体的内通道和孔的导管机构的纤维或纤维片吸收和/或吸附；利用加压张紧机构对所述带有能够毛细输送液体的内通道和孔的导管机构的纤维或纤维片施加压力，包括在所述加压张紧机构上设置波状机构；以及在密封的限定空间内运行上述机构和步骤。
该方法优选地在传热装置、与传热装置热接触的包括半导体器件的产生热量的装置、包括传热装置的芯片集、电路板或电子部件和/或器具或机器内实施。
附图说明
以下的详细说明和附图，作为具体或优选实施例的非限制性和示例性说明，可使本发明得到更好的和进一步的理解，在附图中：
图1(现有技术)包括图1a和图1b，分别示出热管结构设置在可变形叠层中的US 6,446,706的立体图和剖视示意图；
图2(现有技术)示出根据KR-10-2004-0018107(未经审查公布)的板式或平板式传热装置的分解图；
图3(现有技术)示出根据KR-10-2004-91617(未经审查申请)的另一种板式或平板式传热装置的分解图；
图4(现有技术)包括图4a和图4b，分别示出图3中现有技术装置的层320和层322之间的水吸附和吸收特性的对比照片；
图5包括图5a和图5b，分别示出根据本发明的非金属纤维片在一秒前和后的可湿性状态；
图6包括图6a和图6b，示出本发明的第一和第二实施例的未组装视图；
图7包括图7a和图7b，示出图6a中第一实施例的剖视图；
图8包括图8a和图8b，示出本发明的第三和第四实施例的各自未组装立体图；
图9包括图9a、图9b、图9c和图9d，其中图9a和图9b示出图8a中第三实施例的剖视图，图9c和图9d示出突起的其他实施例；
图10示出在内表面上形成有细长槽的外罩元件的立体图、放大图和剖视图；
图11示出根据本发明装置的管状实施例的敞开端部的立体图；
图12示出图11的管状实施例呈打开的蛤壳结构的剖视图；
图13包括图13a和图13b，示出本发明中使用的带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片的两个实施例的部视端面图，分别地在示意图中示出两个管状通道，在扫描电子显微镜照片中示出四个管状通道；
图14包括图14a和图14b，分别示出具有单个管状通道的纤维束和纤维聚集体的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
通过图5a所示的干的非金属纤维片和图5b所示的与液体接触经过约一秒之后的纤维片的可湿性状态，可以证实用于本发明装置中的可湿性表面材料的效果。
下面一起参照图6a、图6b、图7a和图7b。根据本发明装置的典型的一般实施例包括收容在大致限定该装置外部尺寸的外罩50内的以下3个部分或部件。该外罩在其限定空间内密封地封住这些部分或部件。
第一部分或部件是带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维聚集体或纤维片60。“聚集体”指包括可被聚集、编织、纺织等物理处理的纤维的任何合适的结构、形式、形状或图案。
纤维具有使流体(包括冷却剂流体)毛细对流的性能。纤维的这种毛细性能对于冷却剂流体从热源区域到散热区域以及从散热区域到热源区域的对流是必要的。应注意的是，热源区域或散热区域通常是装置或外罩的相对部分或端部，如外罩50的顶面51和底面52，或外罩50的近端54和远端56，使得在热源区域和散热区域之间形成热梯度。
该装置的第二部件是供应的足量的冷却剂流体，冷却剂流体被带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片吸收或吸附。这是通过由纤维或纤维片内的通道和孔形成的空腔实现的。
该装置的第三部件是基本上为坚固的弹性片结构的加压张紧件70。它用于维持外罩的内部空间，支承外罩以防由于外部压力、外部力或由于过多冷却剂蒸发导致内部压力减小等而压扁或压破。
加压张紧件70被置于外罩50的限定空间内，并且被设置成对带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维聚集体或纤维片60施加压力，将纤维聚集体或纤维片60压在所述热源区域和/或散热区域上，为便于说明，热源区域被表示为外罩的近端54，散热区域被表示为外罩的远端56。
加压张紧件70的独特特征在于多个波状件80设置在加压张紧件70上。波状件80可优选地设置在热源区域54和散热区域56中的一个或两个区域处，请记住，这两个区域也可以是外罩50的相对两侧51、52。
波状件也可以设置在热源区域74、54和散热区域76、56之间，如图6b所示的连接两个区域的一排等距突起82。
所述波状件被设置成根据波状件图案基本上能增强施加在带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片上的压力(与现有技术所施加的一致压力相比)，下面进一步说明两种具体类型的波状件，然而可以从这两种类型衍生出许多其他类型的波状件。
第一种类型可被描述为侧向延伸的突出件84，在图6b中示出为从加压张紧件70的两侧对称排列的多个侧肋延伸件。根据传热装置的结构，波状件分布和加压张紧件70的设计可以是对称的或不对称的。在图中肋延伸件可被视为H形突出件84。肋延伸件也可被设置成从加压张紧件70除了所示的带有突出件84的长度方向两侧之外的端部延伸(图未示)。由于H形突出件84被设置在带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维聚集体或层或纤维片的上方或下方，因此可以沿波状件在纤维上产生波动压力。
第二种类型的波状件可被描述为设置成从加压张紧件70的顶面或底面沿垂直方向延伸的突起82。对于呈长方体或板形的外罩而言，突起82可被设置成从加压张紧件的表面垂直延伸。对于各部件被设置成符合外罩的内表面曲率的管状、多边形或圆柱形外罩而言，突起可被设置成沿垂直于外罩内表面的方向延伸。
如图所示，突起82的优选实施例基本为钩状。突起的其他可选形状包括多边形，多边形突起包括柱形突起。所有这些突起可优选通过机械加工、铸造、模压等方法或这些方法的组合来形成。钩状突起例如可以通过模压加压张紧件的适当部分制成。
突起的高度优选小于5mm，突起优选以约0.2～约20mm彼此等距放置。突起之间的距离与突起直径的比率优选为7∶3。
加压张紧件70优选可以由金属、聚合物、陶瓷、硅、有机或无机材料制成，这些材料是稳定的，使得在给定的工作温度范围内不会释放任何形式的气体或蒸汽或者剥离，并且不与冷却剂发生反应。
虽然这里所有的附图均示出了带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片被集合、编织或纺织成与加压张紧件70或外罩整合的隔层60，使得加压张紧件70的至少一部分压在已交织成结构层60的带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片上，然而如图8a、图9b、图11和图12的各结构所示，纤维还可以编织到具有覆盖波状件(即，突出件84或突起82)的一定厚度的纤维的加压张紧件上，使得增强的压力仍可以施加在纤维上。
加压张紧件70可优选地设置成其结构的总体积在外罩内占据最小体积，这样使外罩的限定空间内的蒸发空间最大。因此，为了使加压张紧件的加压张紧部分最大，可以在压力应该增强的区域使肋延伸件的配置最大，如加压张紧件或外罩在热源区域74、54上的部分或在散热区域76、56上的相应部分。因此，如图6a和图6b所示，加压张紧件在区域78内的结构优选最小化。加压张紧件所占空间应优选限制在不超过限定空间总体积的30％，从而获得更多空隙或空的空间用于冷却剂蒸发。该空隙有利于形成为用于热区域的蒸汽传导、冷凝或冷却剂液体蒸发的三维连接通路。
该装置用的理想冷却剂是在-40℃～200℃内发生液汽相变的流体。正如大多数流体那样，蒸发点和冷凝点会受到压力影响。本发明装置可以提供两种压力，即波状件施加的增强的压力，以及由于加压张紧件的波状件结构产生的三维空隙通路网络而在限定空间内蒸发的冷却剂量所产生的蒸汽压力。根据汽相冷却剂的量、空隙内的温度和通路的类型，即盲端通道或连接通道，在热源区域和散热区域之间会出现蒸汽压梯度。这可能会有助于提供合适的温度和压力范围，以产生有效热传导所需的冷却剂相变。
对装置内冷却剂相变的整个循环说明如下。热源区域64处的冷却剂流体吸收热量，直到足够熵能使流体相变并蒸发。冷却剂蒸汽通过外罩内由加压张紧件的突起82和突出件84的结构限定的空隙扩散。蒸汽距热源区域越远，根据热梯度温度越低。
在散热区域温度最低，由于熵较小，因此蒸汽趋于更密集，从而导致蒸汽压力增大，因而有助于冷却剂蒸汽冷凝成液相。冷却剂液体被带有内通道和孔的纤维或纤维片吸附和吸收，并通过毛细作用被引导穿过纤维返回至热源区域。
为完成这样的任务，带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片优选地由非金属的、合成的、无机和有机材料制成，这些材料是稳定的，在给定的工作温度范围内不会释放任何形式的气体或蒸汽或剥离，并且不与装置的其他部件如外罩内表面和加压张紧件发生反应。一种特别优选的材料是碳纳米管。对于这种材料，纤维的管状结构在工业上可以制造成其内具有微米或纳米级的一个以上的中空管状通道，从而使液相冷却剂在纤维内部有效地毛细流动。
关于带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片的物理尺寸，每一束纤维的直径与长度的平均比率优选小于0.05。带有内通道和孔的理想纤维或纤维片应该能吸收或含有高达其体积90％的液体。优选的管状通道直径小于1.0mm，且横截面面积小于0.79mm²。管状通道理想地应占据至少10％的纤维体积，纤维的壁厚应小于1.0mm。总的来说，带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片的理想直径为约50μm～5.0mm。
槽的深度必须小于500微米，横截面面积必须小于2.5mm²，纵横比小于2.0且大于0.01。
带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片可以以任何合适的方式集合，以形成密度范围可以是从松散到密集形式的结构。可以通过适当的处理如编织、纺织、铺叠、水平排列或简单植入等使纤维束从热源区域纵向设置到散热区域来获得聚集。例如，可以交织纤维，以形成纤维束间隔至少为500μm的结构形状。由于纤维束这样近距离地设置在一起，当冷却剂流体被吸收或含在纤维内时，除了通过每根纤维内的中空管状通道的纤维束内毛细作用之外，纤维束外表面对冷却剂流体的吸附和容纳也可以促进密集设置的相邻纤维的纤维间或纤维束间的毛细作用，这是因为纤维表面对冷却剂流体的吸附或亲合性。
优选的是，以向热源区域会聚并向散热区域发散的方式来设置纤维。
图6a所示未组装的具体实施例包括一层带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片60，如图7a和图7b的剖视图所示，当组装该传热装置时，加压张紧件70被置于带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片60的层的上方，突起82的下表面压在纤维60上。突起82是除了侧肋或突出件84之外另设置的。具体而言，突起被设置在突出件84的侧面上。因此，突起82形成压在带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片60的层上的压力点。
如图7a和图7b的剖视图所示，突起82还可以被设置成从加压张紧件70的底面突出。由于一层带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片60被置于加压张紧件70的下面，因而下突起82形成压在带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片60上的压力点。
突起82的分布还可以按照最有利于热传导的方式设置。在图6a中，示出的突起82以集中方式设置于两个区域内，即热源区域74和散热区域76。在这种分布形式中，在热源区域对带有内通道和孔的纤维或纤维片加压，使接触表面积最大，从而最大化地将热量从热源传导到纤维并导出。在散热区域，压在突起82上的带有内通道和孔的纤维或纤维片将使接触表面积最大化，并最大化地将热量从纤维传导到散热区域。
图6b示出突起82分布的另一个例子，其中突起82呈直线设置并连接热源区域74和散热区域76，使得在两个区域之间或连接两个区域的带有内通道和孔的纤维或纤维片在加压张紧件的压力点上被加压，从而具有更大的接触表面积，因此在两个区域之间进行更有效的热传导。
在该装置的另一实施例中，如图8a、图8b、图9a和图9b共同示出的，可以设置多层带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片60a、60b，即在加压张紧件70的顶面和底面各有一层。在加压张紧件70的上面和下面设置的突起82分别对上层60a和下层60b加压。可预期到，这样的结构对于被配置成热源和散热区域在外罩50a、50b的相对两侧的传热装置是有利的。
图9c和图9d示出制造加压张紧结构的不同方式。加压张紧结构是由与输送液体用的带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片60相同的材料制成，通过或者将独立的纤维片彼此叠置，或者按压纤维或纤维片使之形成该结构，或者从厚的纤维片机械加工成该结构，或者将上述方式组合起来。
关于外罩的内表面，优选的是下外罩元件的内部设有如图6a、图6b、图8a、图8b所示的纵向肋55。可选择地，如图10所示，设有多个细长槽57。可以通过湿式蚀刻、干式蚀刻、机械加工、挤压或铸造或其组合来形成这些细长槽57。
纵向肋55按照与加压张紧件的波状件相同的方式提供压力点，同时增加了热传导的表面。细长槽57也增加了热传导的表面积，同时增强了毛细作用。
虽然通常认为，传热装置的外罩50可以包括以防流体方式或密封方式相互配合关闭以封闭其内的限定空间的上封闭件50a和下封闭件50b，然而也可以提供包括具有通过沿外罩纵向设置的铰链部58彼此铰接的上封闭部53a和下封闭部53b的单个元件的外罩。上封闭部53a和下封闭部53b以防流体方式相互关闭以封闭其内的限定空间，图11示出封闭的管状外罩，而图12示出呈蛤壳状铰接结构打开的管状外罩。
外罩可以由具有良好热传导性的金属、无孔聚合物、陶瓷、晶体、无机或有机材料或它们的复合物制成。优选地，所选材料可制成有弹性以增加内蒸汽压力的外罩。装置的尺寸主要由外罩尺寸限定，由于可实现的原因，外罩的尺寸不应超过10.0mm。外罩的壁厚不应超过5.0mm，而封闭在外罩内的限定空间小于5.0mm。
带有能够毛细输送液体的内通道和孔的纤维或纤维片的物理特征都显示在图13a、图13b、图14a和图14b中。图14b示出带有内通道和孔的纤维聚集体或纤维片的扫描电子显微镜照片，图14a示出一束纤维的敞开端部的SEM照片。显示了带有一个中空管状通道的纤维。图13a和13b示出了具有多个管状通道的纤维，其中分别以示意图和SEM照片的形式示出两个和四个管状通道。
简而言之，该传热装置通过实施按照以下步骤将热量从装置上的热源区域传递到散热区域的方法来工作，该步骤包括：
-提供带有能够毛细输送液体的内通道和孔的多个纤维或纤维片的能够使冷却剂流体毛细对流的机构，其中所述对流机构以在一端与热源区域接触并在另一端与散热区域接触的形式被聚集；
-供应足量的冷却剂流体，冷却剂流体被所述带有内通道和孔的导管机构的纤维或纤维片吸收和/或吸附和/或容纳；
-利用加压张紧机构对所述带有内通道和导管机构的纤维或纤维片施加压力，包括
-在所述加压张紧机构上设置波状机构；以及
-在密封的限定空间内运行上述机构和步骤。
工业实用性
该装置的上述结构和方法可以用在将要与另一个装置或物件(特别是半导体器件、芯片集、电路板或电子部件)热接触的设备内，用于传热，该设备内必须要除去所产生的过多热量以获得最佳性能或需要快速和可控的加热。
因此，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不背离该传热装置的上述方法或基本特征的前提下，可以对许多的上述部件进行改进、修改或用等同部件或零件来替换。这些替换、选择或改变将被认为落入所附权利要求书的范围和字面含义内。