TW201512624A - 具脈衝式散熱之熱源裝置 - Google Patents

Abstract

一種具有脈衝式散熱之熱源裝置，其包含有：一散熱鰭片；一脈衝式熱管，其係設於該散熱鰭片的一面；以及一熱源，其係設於該散熱鰭片具有該脈衝式熱管的一面，並且該熱源係耦接於該脈衝式熱管。

Description

具脈衝式散熱之熱源裝置

一種具脈衝式散熱之熱源裝置，尤指一種利用脈衝式熱管傳遞熱能，以達到散熱效果之熱源裝置。

隨著科技的進步，各類電子產品係廣泛地被人們所應用，然現今的電子產品係朝向輕、薄、短、小的趨勢發展，如智慧型手機、筆記型電腦、數位影音播放器或燈具，但前述之電子產品於使用過程中，其皆有一高熱通量的特性，其係導致一熱點問題的日益嚴重，而該高熱通量可能導致電子產品的毀損。

為了克服熱點問題，現有的處理方式係於該熱點處加裝一高導熱裝置，以將該熱點的熱能散逸至空氣中，為了便於理解，以下係以一發光二極體燈具做為論述。

請配合參考圖1所示，現有的發光二極體燈具包含有一發光二極體組10與一散熱模組11。

發光二極體組10係設於散熱模組11的一面，散熱模組11能夠為散熱鰭片與散熱風扇之組合或散熱鰭片。發光二極體組10所產生的熱能係傳導至散熱模組11處，以散逸至空氣中。

但現有的散熱鰭片大都為以鋁製為主，雖可將熱能散逸至空氣中，然散熱鰭片因材質的問題，導致導熱能力較差，故通常以增加散熱面積而達到所需求的散熱效果，進而導致散熱模組的整體重量增加，並提升產品成本。

另外，發光二極體於發光過程中所輸入的功率只有10~36%轉換為光，約略64~90%的能量轉變為熱能，進而導致其接面溫度(Junction Temperature)升高。如同所有的半導體元件或電子裝 置，發光二極體於高溫的操作環境將對元件造成不良之影響。

而發光二極體於作動時，其易產生局部高溫，主要原因係為晶粒發熱源過於集中。若發光二極體長時間處於高溫的狀態下，發光二極體的性能係會有所影響，其係論述如下。

請配合參考圖2所示，其為一溫度與比較輸出對照表，其係以一發光二極體作為論述。

曲線A的溫度為69℃；曲線B的溫度為79℃；曲線C的溫度為85℃；曲線D的溫度為96℃；曲線E的溫度為107℃；曲線F的溫度為115℃。由曲線A至F可知，若發光二極體的溫度越高，並且使用時間越長的話，其輸出性能就越差，所以可知溫度會對發光二極體的性能產生相當程度的影響，同理，可推得若上述之熱源於長時間處於高溫的情況下，其性能亦會隨之衰退。

有鑒於上述之影響，常見的處理方式係於散熱模組中進一步加入熱管(Heat Pipe)，熱管係利用相變化方式、毛細力或重力，而使工作流體流動，以達到熱能傳遞功效。

現有的熱管中具有一蒸汽腔體(Vapor Chamber)與一毛細結構。蒸汽腔體係供一汽相流體流動。毛細結構係供一液體回流。當工作流體於熱管之蒸發端吸收熱能後，工作流體由液相變為汽相之汽相流體，該汽相流體由蒸汽腔體將該熱能傳遞至熱管之冷凝端，並於該冷凝端將該熱能釋出，而使該汽相流體回復至液相之工作流體，該工作流體再藉由毛細結構回流至蒸發端，並以此模式往復循環，而產生散熱效果。

但現有的熱管卻具有成本較高與最大的熱傳量較低之缺點。若欲提升熱傳量則要增加熱管與發光二極體組之間的接觸面積，或者增加熱管與散熱鰭片之間的接觸面積，前述之增加面積的方式，其於無形中會增加發光二極體燈具的整體重量，並降低發光二極體燈具的安全性，同時增加發光二極體燈具之材料成本。

本揭露係一種具有脈衝式散熱之熱源裝置，其包含有：一散熱鰭片； 一脈衝式熱管，其係設於該散熱鰭片的一面；以及一熱源，其係設於該散熱鰭片具有該脈衝式熱管的一面，並且該熱源係耦接於該脈衝式熱管。

本揭露復係一種具有脈衝式散熱之熱源裝置，其包含有：一散熱鰭片；一脈衝式熱管，其一端係設於該散熱鰭片；以及一熱源，其係耦接於該脈衝式熱管的另一端。

1‧‧‧發光二極體

11‧‧‧散熱模組

20‧‧‧散熱鰭片

200‧‧‧鰭片

201‧‧‧設置部

202‧‧‧阻隔槽

203‧‧‧管槽

21‧‧‧脈衝式熱管

22‧‧‧熱源

23‧‧‧隔熱材

30‧‧‧散熱鰭片

301‧‧‧設置部

302‧‧‧開口

303‧‧‧肋條

304‧‧‧管槽

31‧‧‧脈衝式熱管

32‧‧‧熱源

40‧‧‧散熱鰭片

400‧‧‧鰭片

401‧‧‧管槽

41‧‧‧脈衝式熱管

42‧‧‧承部

420‧‧‧管槽

43‧‧‧熱源

50‧‧‧散熱鰭片

500‧‧‧鰭片

501‧‧‧管槽

51‧‧‧脈衝式熱管

52‧‧‧熱源

A~I‧‧‧曲線

圖1為現有的發光二極體燈具之立體示意圖。

圖2為一發光二極體之溫度與比較輸出對照表。

圖3為本揭露之一種具脈衝式散熱之熱源裝置之第一實施例之立體示意圖。

圖4為本揭露之具脈衝式散熱之熱源裝置之第一實施例之立體分解示意圖。

圖5為本揭露之具脈衝式散熱之熱源裝置之第二實施例之立體示意圖。

圖6為本揭露之具脈衝式散熱之熱源裝置之第二實施例之立體分解示意圖。

圖7為本揭露之具脈衝式散熱之熱源裝置之第三實施例之立體示意圖。

圖8為本揭露之具脈衝式散熱之熱源裝置之第三實施例之立體分解示意圖。

圖9為本揭露之具脈衝式散熱之熱源裝置之第四實施例之立體示意圖。

圖10為本揭露之具脈衝式散熱之熱源裝置之第四實施例之立體分解示意圖。

圖11為一脈衝式熱管之溫度與壓力比照表。

以下係藉由特定的具體實施例說明本揭露之實施方式，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書所揭示之內容，輕易地 瞭解本揭露之其他優點與功效。

請配合參考圖3及圖4所示，本揭露之一種具脈衝式散熱之熱源裝置之第一實施例，其包含有一散熱鰭片20、一脈衝式熱管21、一熱源22與一隔熱材23。

散熱鰭片20的一面具有複數個鰭片200。散熱鰭片20進一步具有一設置部201、一阻隔槽202與一管槽203。

設置部201係設於散熱鰭片20的另一面，設置部201為一凹槽，以減輕散熱鰭片20的整體重量。

阻隔槽202係設於散熱鰭片20的另一面，並環繞於設置部201的周圍，阻隔槽202係為一環槽，該環槽係能構更進一步減輕散熱鰭片20的整體重量。

管槽203係設於散熱鰭片20的另一面，並且部分的管槽203係延伸至設置部201。

脈衝式熱管21為單管式熱管，係設於管槽203，脈衝式熱管21係為一彎折的管體，脈衝式熱管21的形狀係等同管槽203的形狀，並於脈衝式熱管21中設有一工作流體。如前所述，脈衝式熱管21為一彎折的管體所構成的元件，位於管體中之工作流體因受熱而產生有壓力差，故造成兩相之脈衝現象，所以藉由工作流體之兩相變化，以傳遞熱能，故具有較佳的熱傳導性能。本案亦可使用脈衝型多管式熱管，該脈衝式熱管之結構與製造方式係揭露於中華民國發明專利申請第102131568號「脈衝型多管式熱管」，故不再此多做贅述。

熱源22係設於設置部201，並且熱源22係貼附脈衝式熱管21，舉例而言，熱源22能夠為一電子零件、一半導體元件、一發光二極體、一家電製品或一爐體，該電子零件係能夠為一中央處理器，該家電製品能夠為一烤箱、一電冰箱或一電鍋。為了便於論述本揭露，本揭露之圖式與說明，僅以發光二極體作為代表，特先陳明。

隔熱材23係設置於阻隔槽202，並位於熱源22與脈衝式熱管21之間，隔熱材23能夠為一隔熱材料或一空氣層，該隔熱材料能 夠為岩棉、玻璃棉或聚氨酯發泡材(Polyurethane，PU)。

如上所述，當熱源22因作動而產生一熱能時，該熱能係傳導至脈衝式熱管21，再由脈衝式熱管21傳導至散熱鰭片20，該熱能係均勻地傳導至散熱鰭片20，散熱鰭片20係將熱能散逸至空氣中。

當熱能由熱源22傳導至脈衝式熱管21，隔熱材23係能阻隔該熱能於該傳導過程中散逸至空氣中。

若無隔熱材23，則阻隔槽202亦具有空氣，其係能避免熱源22直接將熱能傳導至散熱鰭片20，而使熱能集中於散熱鰭片20的一特定區域之設置部201內。

請配合參考圖5與圖6所示，本揭露之具脈衝式散熱之熱源裝置之第二實施例，其包含有一散熱鰭片30、一脈衝式熱管31、與一熱源32。

散熱鰭片30的一面具有複數個鰭片300。散熱鰭片30進一步具有一設置部301、複數個開口302、複數個肋條303與一管槽304。

設置部301係設於散熱鰭片30的另一面，設置部301為一凹槽，其能夠減輕散熱鰭片30的整體重量。

該些開口302係設於設置部301的周圍。該些肋條303係位於該些開口302與設置部301之間。該些開口302與該些肋條303係能夠視為上一實施例所述之阻隔槽，該些開口302係貫穿該散熱鰭片30，故該些開口302係能夠更進一步減輕散熱鰭片30的整體重量。

該些開口302的數量係多於該些肋條303的數量，或者該些開口302的面積係大於該些肋條303的面積。該些貫穿的開口302除了能夠減輕散熱鰭片30的重量外，更因該些開口302中具有空氣，故能避免熱源32直接將熱能傳導至散熱鰭片30，而使熱能集中於散熱鰭片30的一特定區域之設置部301內，該熱源30係見於下述。

管槽304係形成於散熱鰭片30的另一面，並且部分的管槽304係延伸至設置部301。

脈衝式熱管31係設於管槽304中。

熱源32係設於設置部301，並且熱源32係耦接於脈衝式熱管31。

如上述之第一實施例，當熱源32產生一熱能時，該熱能係傳導至脈衝式熱管31，脈衝式熱管31再將熱能均勻地傳導至散熱鰭片30，散熱鰭片30係將熱能散逸至空氣中。該些開口302係避免該熱能於傳導過程中，未透過脈衝式熱管31，而直接傳導至散熱鰭片30處。

請配合參考圖7與圖8所示，本揭露之具脈衝式散熱之熱源裝置之第三實施例，其具有一散熱鰭片40、一脈衝式熱管41、一承部42與一熱源43。

散熱鰭片40具有複數個鰭片400與一管槽401。該些鰭片400係位於散熱鰭片40的一面。管槽401係位於散熱鰭片40的另一面。

脈衝式熱管41的一端係設於管槽401。

承部42係位於散熱鰭片40的一端，兩者係分離設置，承部42的一面具有可供脈衝式熱管41的另一端設置的管槽420。

熱源43係設於承部42具有管槽420的一面，熱源43係貼附脈衝式熱管43。

因熱源43未設置於散熱鰭片40處，所以散熱鰭片40能夠以一較小的體積進行設計，進而能夠降低製造散熱鰭片40的材料，以及降低散熱鰭片40的整體重量，當熱源43產生一熱能時，熱能係傳導至脈衝式熱管41，脈衝式熱管41再將熱能均勻地傳導至散熱鰭片40，以散逸至空氣中。

當熱能傳導至脈衝式熱管41時，部分的熱能係傳導至承部42，該熱能係藉由承部42，以散逸至空氣中。

請配合參考圖9與圖10所示，本揭露之鉅脈衝式散熱之熱源裝置之第四實施例，其具有一散熱鰭片50、一脈衝式熱管51與一熱源52。

散熱鰭片50具有複數個鰭片500與一管槽501。該些鰭片500係位於散熱鰭片50的一面。該管槽501係位於散熱鰭片50的另一 面。

脈衝式熱管51的一端係設於管槽501。

熱源52係位於散熱鰭片50的一端，並且熱源52係耦接於脈衝式熱管51的另一端。

當熱源52產生一熱能時，熱能係傳導至脈衝式熱管51，再由脈衝式熱管51將熱能均勻地傳導至散熱鰭片50處，以散逸至空氣中。

如上述之本揭露的多個實施例，脈衝式熱管(Pulsating Heat Pipes)亦被稱為振盪式熱管(Oscillating Heat Pipes)，其為一具有複數個彎曲管路之元件，其係利用管路中的工作流體受熱所產生的壓力差，以造成兩相流脈衝的現象，其係論述如下。

請配合參考圖11所示，其為一溫度與一壓力比照表，如上所述之脈衝式熱管中具有工作流體；曲線G係代表工作流體為九氟丁基甲醚；曲線H係代表工作流體為甲醇；曲線I係代表工作流體為水。九氟丁基甲醚的工作溫度係低於等於60℃。甲醇的工作溫度係介於60~80℃之間；水的工作溫度係大於等於80℃。

若以曲線H進行論述，脈衝式熱管係處於△T1的溫差，可獲得之△P1差壓推動力，但若將脈衝式熱管提升至△T2的溫差，其可將壓力差大幅提高至△P2，利用此創造出之較大飽和壓力差以推動工作流體使脈衝式熱管成功作動，有效創造出可使脈衝式熱管啟動條件。

請再配合參閱圖3與圖4所示，本揭露之第一實施例所述之設置部201為一凹槽，該凹槽之設計係可使散熱鰭片20之局部厚度削減，並縮減一固體熱傳導面積，而使熱能限制於一特定區域內，該特定區域係為熱源22與脈衝式熱管21所結合的區域，再利用隔熱材23或阻隔槽202將該熱能限制於設置部201，藉以形成一局部絕熱區域，並且能夠縮減散熱鰭片20的整體重量，進而降低熱源裝置的整體重量，並提升熱源裝置的安全性，以及降低熱源裝置的材料成本。

如上所述之脈衝式熱管，當熱源所產生的熱能傳導至脈衝式 熱管時，脈衝式熱管之壓力差係提升至足以推動工作流體，而使脈衝式熱管作動。

如圖7至圖10所示，本揭露之第三實施例與第四實施利的散熱鰭片未具有如第一實施例與第二實施例所述之設置部，故本揭露之第三實施例與第四實施利的散熱鰭片的體積係縮減至本揭露之第一實施例或第二實施例的散熱鰭片之體積的一半或小於，而如上述之脈衝式熱管的作動，本揭露之第一實施例至第四實施例的熱源皆能夠使脈衝式熱管產生一一壓力差，而使脈衝式熱管作動，再進一步達到散熱的功效，而且能夠縮減該熱源裝置的整體體積，提升熱源裝置的安全性，以及降低熱源裝置的材料成本。

以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本揭露之特點及功效，而非用於限定本揭露之可實施範疇，於未脫離本揭露上揭之精神與技術範疇下，任何運用本揭露所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

20‧‧‧散熱鰭片

200‧‧‧鰭片

201‧‧‧設置部

202‧‧‧阻隔槽

203‧‧‧管槽

21‧‧‧脈衝式熱管

22‧‧‧熱源

23‧‧‧隔熱材

Claims (15)

1. 一種具有脈衝式散熱之熱源裝置，其包含有：一散熱鰭片；一脈衝式熱管，其係設置於該散熱鰭片的一面；以及一熱源，其係設於該散熱鰭片具有該脈衝式熱管的一面，並且該熱源係耦接於該脈衝式熱管。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有脈衝式散熱之熱源裝置，其中該散熱鰭片具有複數個鰭片、一設置部、一阻隔槽與一管槽；該些鰭片係位於該散熱鰭片的另一面；該設置部係位於該散熱鰭片的一面，該設置部係供該熱源設置；該阻隔槽係設於該散熱鰭片的一面，並環繞該設置部；該管槽係供該脈衝式熱管設置，該管槽係位於該散熱鰭片的一面，並且部分的管槽係延伸至該設置部。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有脈衝式散熱之熱源裝置，其中該脈衝式熱管為脈衝型單管式或多管式熱管。
4. 如申請專利範圍第2項所述之具有脈衝式散熱之熱源裝置，其中該設置部為一凹槽。
5. 如申請專利範圍第2項所述之具有脈衝式散熱之熱源裝置，其中該阻隔槽為一環槽，該環槽係環設該設置部。
6. 如申請專利範圍第2項所述之具有脈衝式散熱之熱源裝置，其中該阻隔槽為複數個開口與複數個肋條，該些開口係位於該設置部的周圍，該些肋條係位於該些開口與該設置部之間。
7. 如申請專利範圍第2項所述之具有脈衝式散熱之熱源裝置，其進一步具有一隔熱材，該隔熱材係設於該阻隔槽，並位於該熱源與該脈衝式熱管之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具有脈衝式散熱之熱源裝置，其中該隔熱材為一隔熱材料或一空氣層。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具有脈衝式散熱之熱源裝置，其中該熱源為一電子零件、一半導體元件、一發光二極體、一家電 製品或一爐體。
10. 一種具有脈衝式散熱之熱源裝置，其包含有：一散熱鰭片；一脈衝式熱管，其一端係設於該散熱鰭片；以及一熱源，其係耦接於該脈衝式熱管的另一端。
11. 如申請專利範圍第10項所述之具有脈衝式散熱之熱源裝置，其中該散熱鰭片具有複數個鰭片與一管槽，該些鰭片係位於該散熱鰭片的一面，該管槽係供該脈衝式熱管設置，該管槽係位於該散熱鰭片的另一面。
12. 如申請專利範圍第10項所述之具有脈衝式散熱之熱源裝置，其中該熱源為一電子零件、一半導體元件、一發光二極體、一家電製品或一爐體。
13. 如申請專利範圍第10項所述之具有脈衝式散熱之熱源裝置，其進一步具有一承部，該承部係設固定於該脈衝式熱管的另一端。
14. 如申請專利範圍第13項所述之具有脈衝式散熱之熱源裝置，其中該承部具有一可供該脈衝式熱管設置之管槽。
15. 如申請專利範圍第10項所述之具有脈衝式散熱之熱源裝置，其中該脈衝式熱管為脈衝型單管式或多管式熱管。