TWI302190B - Heat pipe - Google Patents

Description

1302190 、年月1 ή修(ΐϋ正替換頁 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於—種熱傳導裝置，尤指 【先前技術】 熱管：有超靜音、快速傳熱、高熱傳導率、重量輕、 寸： '、，、可動件、結構簡單及多用途等特性，且埶管可 ^溫度幾乎保持不變的狀況下㈣快速傳輸大量熱能 ν體角色而被廣泛應用。 ° 熱管之基本構造係在密閉管材内壁概以易吸收作動流 體之毛細結構層’而其中央之空間則為空洞狀態，並在抽 真空之密閉管㈣注人相#於毛細結構層孔隙總容積之作 動流體。熱管依吸收與散出熱量之相關位置可分為蒗發 段、冷凝段以及其間之絕熱段；其工作原理係通過工作^ 體之液、汽兩相變化之潛熱來傳遞熱量：包括在蒸發段通 過瘵發潛熱自熱源帶走大量熱量，使工作流體蒸發並使蒸 汽快速通過管内空間，到達冷凝段冷卻凝結成液體且釋放 出熱能’上述工作液體則通過貼于熱管内壁之毛細結構層 所提供之毛細力回流至蒸發段，達到持續相變化之熱能迴 圈來傳輸熱量。 熱管内毛細結構所具有之毛細作用力與其之毛細孔徑 成反比（^“^⑽^^道吖⑽…尤不表面張力沘介面接觸 角；d顆粒大小；毛細孔徑（dc)與顆粒大小（dp)關係 <=α42Α;)，而管内液體回流所遭遇之阻力與毛細結構之毛細 1302190

Ιρ%2·月1 %獻更)正替換頁I 孔徑成反比，既毛细孔 ------1 流阻力赭+ "'越小，毛細作用力越強、液體回 仙阻力越大。不同形式之 徑，其中，董摊4' , 〜構具有大小不同之毛細孔 作用力小且ί: 構具有較大之毛細孔徑，其毛細 毛細結構體回流阻力亦較小；錢結粉末與絲網式 秤，對，栌J均形成多孔構造’因此具有更小之毛細孔 ;液=，更大之毛細作用力，惟，隨著孔隙變小， ==:Γ，這係因為毛細孔徑越小，流體所 又〗之厚擦阻力與黏滯力亦越大。 ri^rAt習Τ熱管之軸向剖面示意圖’該熱管包括金屬 :二庐设於殼體1〇内之毛細結構20，該熱管-端形成 又40另-端形成冷凝段6〇，且根據應用需要可在兩 ^中間佈魏熱段5〇,該蒸發段4㈣於純外界熱源之孰 里，並且把熱量傳遞給管内之工作液體（圖未示），使其蒸 發’絕熱段5〇主要係負責傳輸蒸汽，並擔負著與外界絕敎 2作用，該冷凝段60之作關使汽態之蒸汽冷凝，並把熱 =通過，壁傳導至管外再以散熱系統導至大氣中。使用 ^熱g之蒸發段40置於高溫熱源處，密閉金屬殼體 二之工作液體叉熱而瘵發成氣態，該蒸汽經由殼體1〇内蒸 汽通道流向冷凝段60後放出熱量而冷凝成液態，該冷凝液 體在金屬殼體10内壁毛細結構之吸附力下經由絕熱段5〇 决速返回蒸發段4〇並繼續下一次工作迴圈，如此將熱量從 —處傳遞至另一處，以達到熱管散熱之目的。 該熱管内部從蒸發段40至冷凝段60均採用單一形式之 毛細結構，如單一溝槽式結構、.單一燒結粉末式結構或單 T30?1QO !— UV/i 丄 QlR 〇 1 ~——一…——一·…·. ft* A2叫咖編丨 一絲網式結構，故’在埶 大埶流密产幾丰# #”、、s作之母—局部所能承受之最 X熱飢在度成手係—致之，該結構 眭善鉬妒，丨々4 Μ 之毛細結構無法同 牯兼顧車乂小之流體回流阻力與較大之毛 能同時在外界熱源與管内# ’、 路徑。 5内工作液體之間提供有效之熱傳導 【發明内容】 有鑒於此’有必要提供-種熱傳效率高之埶管。 一種熱管，包括： … 之殼體’其㈣設有毛細結構，並封入殼體内 L里工作液體’該熱管包括—冷凝段及_蒸發段，該墓 發段殼體㈣在殼體至内腔中心、之徑向上Μ : 結構’該等毛細結構之毛細孔徑在殼體至⑽徑向 上依序遞增。 該熱官與習知技術相比具有如下優點··上述蒸發段毛 細結構之毛細孔徑由殼體至内腔中心之徑向上遞增，相應 1毛細力則由殼體至内腔中心之徑向上逐層遞減，亦即越 靠近殼體之毛細結構之毛細力越大。當冷凝段之液離工作 液體回流至蒸發段時，基本上係停留在靠近殼體之杨結 構中，並且當遠離殼體之毛細結構中内含有液態工作流體 時，由於其毛細力小於靠近殼體之毛細結構之毛細力，而 容易被吸入靠近殼體之毛細結構中，使得遠離殼體之毛細 結構之毛細孔不會被液態工作流體賭塞。當該熱管蒸發段 文熱時，靠近殼體之毛細結構中的液態工作液體最先受熱 1302190 , 蒸發成氣體，該氣體順利地從遠離殼體之毛細結構之毛細 :·，孔穿過，進入熱管内腔中，並回流到冷凝段進行，如此往 '復循環，達到快速傳輸熱量之目的。 【實施方式】 圖2和3分別係本發明熱管之第一實施例之軸向剖面 及其瘵發段400之截面示意圖。該熱管係以直型熱管來舉 例，其主要包括殼體100、設置於殼體1〇〇内壁之毛細結構 以及封入到殼體100内之適量工作液體（圖未示）。殼體 100可由銅、鋁等導熱性良好之金屬材料製成，其内一般被 抽成真空或接近真空，以利於工作液體之受熱蒸發。工作 液，-般為水、酒精、氨水及其混合物等潛熱較高1液體。 熱&内之毛細結構包括溝槽式毛細結構200、燒結粉末式毛 細結構210以及絲網式毛細結構22〇。 該熱管按魏m分有·段_、絕熱段和冷 —00 _個σρ刀’該絶熱段5⑽位於熱管中間連接其兩 之蒸發段4GG和冷凝段_。此外，該絕熱段·盘冷凝 =〇〇兩部分之殼體内壁分職置之—層溝槽式毛細 該蒸發段_部分之殼體⑽内壁設置一層溝槽 在該溝槽式毛細結構2001溝槽間填充陶 屬粉體等粉末顆粒並進行燒結，形成溝槽與燒 5式毛細結構，同時，在該層溝槽式毛細結構· 圈^-層燒絲末式毛細結構训，祕賴結粉末 =結構210内圈設置-層絲網式毛細結構跡該等毛 。構200、210及220中央之空間則為蒸汽通道，該溝槽 1日修(更)正替換頁 、燒結粉末式毛細結構210及 100至殼體100内腔中心依序 1302190 與燒結粉末複合式毛細結構 絲網式毛細結構220由殼體 .排歹！ ’匕們之毛細孔徑大小依序遞增。 ，之工作液體回流到蒸發段400更為順暢、迅速。同時在 春I x ’又4〇〇 口I5刀之设體1〇〇内壁之溝槽内填充粉體除可以 增加毛細結構之強度外，還可以形成細小之毛細孔徑，以 上述熱管在絕熱段500及冷凝段600可以設置溝槽式 ，細結構200’係因為溝槽式毛細結構2〇〇之毛細孔徑相對 最大，由冷凝段6〇〇回流到蒸發段4〇〇之阻力最小，故冷 -增加其毛細力，確保在絕熱段5〇〇及冷凝段6〇〇冷卻之工 ，作液體被快速且有效地吸引至蒸發段4〇〇。在徑向上，熱管 ’’、、毛I又400 δ又置燒結毛細結構21〇具有細小之毛細孔徑及 數里龐大之孔隙分佈以利於形成沸騰熱傳之成核點，從而 加速工作液體蒸發作用之發生，同時該燒結粉末式毛細結 構210之内圈设置絲網毛細結構22〇，既可以將沸騰氣泡再 馨-人刀告彳以形成更多之微氣分子，亦可以在熱管製造過程中 改善其蕊棒脫膜性之不良，以增加其量産性。 圖4為本發明另一實施例之熱管蒸發段400之截面示 意圖，其較第一實施例而言，主要差異在於其不同形式之 毛細結構之排列方式不同。本實施例由金屬殼體咖表面 至腔體中心其毛細結構組合依序為溝槽式毛細結構2⑽、絲 網式毛細結構220及燒結粉末式毛細結構21〇，同時其孔徑 大小由，屬殼體1GG表面至腔體中心依序遞減。其主要功 能在熱管之轴向方向具有低流阻之溝槽式毛細結構勘將 13 02190 r—一—~ ~ — 4 %修(更)正替換頁 冷凝段600或絕熱段5〇〇所冷凝之工作蒸 f端400,在蒸發端_因腔體中心毛細結構之毛細作用力 退大於其他形式之毛細結構，同時工作液體受熱形成蒸汽 而膨脹有-在控向方向之分力作用，兩種作用力之具有相 加相成,效果因此可以有效將經相變作用所産生之蒸汽快 速經由瘵汽通道傳輸至冷凝段6〇〇。 可以理解’在本發明實施例中，熱管絕熱段500可以 根據需要加設，且該絕熱段設置之毛細結構可以與冷 凝& 600或条發段權相同，或者設置毛細孔徑介於蒸發 段400與冷凝段_之間之毛細結構，如此則從冷凝^ 議、絕熱段至蒸發段彻所設毛細結構之毛細孔徑依 次逐漸減小，使回流液體回流更順暢。 綜上収，本㈣符合發明專㈣件，絲法提出專 射請。惟，以上所述者僅為本㈣之較佳實施例，舉凡 1=本案技藝之ί士’在爰依本發明精神所作之等效修飾 s’”化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 之軸向剖面示意圖。 一實施例之轴向剖面示意圖。 實細例蒸發段橫截面示意圖。 二實施例蒸發段橫截面示意圖。 圖1係習知技術中熱管 圖2係本發明熱管之第 圖3係本發明熱管之第 圈4係本發明熱管之第 【主要元件符號說明】 [習知] 11

ΐ{1 _________ 1302190 殼體 10 毛細結構20 1 « . 蒸發段 40 絕熱段 50 冷凝段 60

[本發明] 殼體 100 燒結式毛細結構210 蒸發段 400 冷凝段 600 溝槽式毛細結構 200 絲網式毛細結構 220 絕熱段 500 C S ) 12

Claims (1)

1302190 十、申請專利範圍： ["f » ¥修⑵正替換頁 1 · 一種熱管，包括： ; 一密封之殼體，其内壁設有毛細結構，並封入殼體内 - 之適1工作液體，該熱管包括一冷凝段及一蒸發段， 其改良在於：該蒸發段殼體内壁在殼體至内腔中心之 徑向上設置有三層毛細結構，該等毛細結構之毛細孔 徑在殼體至内腔中心之徑向上依序遞增。 • 2.如申請專利範圍第1項所述之熱管，其中該等三層毛 細結構，依序為溝槽與燒結粉末複合式毛細結構Y燒 結粉末式毛細結構以及絲網式毛細結構。 " 3.如巾請專利_第1項所述之熱管，其中該熱管進一 步包括介於冷凝段和蒸發段之間之絕熱段，該絕執段 殼體内壁之毛細結構之毛細孔徑之大小介於所述冷 凝段和蒸發&殼體内壁之毛細結構之毛細孔徑之間。 馨 4·如申請專利範圍第i項所述之熱管，其中該絕執μ 體内壁毛細結構之毛細孔徑大小與冷凝段或蒸發段 、 殼體内壁之毛細結構相同。 ^ 5.如^請專利範圍帛4項所述之熱管，其中該凝段和絕熱 奴设體内壁設置之毛細結構均^溝槽式毛細結構。 13 1302190

七 、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（2 )圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 殼體 100 構槽式毛細結構200 絲網式毛細結構220

八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵之化學式：