TWI510752B - 熱管 - Google Patents

Description

熱管

本發明係有關於一種散熱器，尤其有關於一種熱管。

近代的電子產品運算速度不斷提昇，其所產生的熱量也越來越高，故以往由鋁擠型散熱器及風扇所組成的散熱裝置已不能應付目前運算器的使用需求。尤其現今電子產品的趨勢是把產品越做越小，但也因此限制了散熱的空間。在這兩個重要的因素影響之下，散熱的技術面臨嚴峻的考驗，因此開發出具有更高導熱效能的熱管，以有效地解決現階段的散熱問題，是目前的當務之急。

習知的熱管包括一管殼與一吸液芯，其中吸液芯是設置在銅管的內部側壁上，管殼包含一蒸發端與一冷凝端。此外，於管殼內部還包括有冷凝液，此冷凝液例如為水。當管殼用以散熱時，管殼的蒸發端連接一熱源，故位於其中的冷凝液吸收此處的熱量而蒸發為氣體。此時，由於壓力差的關係，冷凝液會流往冷凝端。冷凝液於冷凝端冷卻凝結後進入吸液芯的孔隙中，之後再藉由吸液芯的毛細力而回流至蒸發端。

然而習知的熱管傳熱能力會受到蒸發段徑向傳熱 能力的限制，如果蒸發段徑向熱流密度過大，則吸液芯中冷凝液的迴圈可能受到阻礙，傳熱能力受到限制。當蒸發段熱流密度過大時，吸液芯內液體沸騰，若沸騰產生的氣泡能順利地排出管芯，則傳熱可以增強；否則氣泡將堵塞毛細孔，吸液芯中液體工質迴圈受到破壞，從而吸液芯局部乾涸，使傳熱能力下降。

因此本發明的目的就是在提供一種一種熱管，其包含一管殼、一吸液芯、以及一彈性層。管殼形成一封閉腔體且包含一蒸發端以及一冷凝端。吸液芯緊密貼合於管殼的內表面，其中位於蒸發端內的吸液芯之部份外側與管殼形成至少一間隙。彈性層緊密包覆位於間隙的吸液芯外側，用以阻隔冷凝液穿透至間隙，且當冷凝液冷凝後，帶動吸液芯恢復原狀。當管殼中的冷凝液於蒸發端沸騰時，封閉腔體與至少一間隙形成一壓差，壓差作用下吸液芯向間隙拉伸，吸液芯的毛細孔變大，冷凝液沸騰產生的氣泡從毛細孔排出強化了蒸發端與冷凝端傳熱性，氣泡流向冷凝端放出熱量冷凝為冷凝液，吸液芯在彈性層作用下恢復原狀。

依據本發明另一實施例，蒸發端截面積大於冷凝端的截面積。

依據本發明另一實施例，蒸發端大於管殼其他部分的截面積。

依據本發明另一實施例，彈性層為水氣阻絕層。

依據本發明另一實施例，位於蒸發端內的吸液芯之不與熱源接觸的部份外側與管殼形成至少一間隙。

依據本發明另一實施例，管殼的材質包含銅或鋁。

依據本發明另一實施例，封閉腔體及至少一間隙為真空腔。

依據本發明另一實施例，管殼截面形狀為圓形、長方形或其他多邊形。

依據本發明另一實施例，冷凝液包含氨、甲醇、乙醇或水。

依據本發明另一實施例，吸液芯為一金屬粉末燒結結構。

習知熱管的吸液芯內冷凝液沸騰時，氣泡產生過快而無法從吸液芯的毛細孔順暢排出，從而使熱管傳熱能力下降的問題。本發明為了改善此一現象，設計的熱管能有效改善毛細孔堵塞的問題。本發明之熱管其冷凝液沸騰形成氣態時，吸液芯向間隙拉伸，於是內部之毛細孔就變大。因此，吸液芯內的氣泡得以順利被排除，從而改善了氣泡堵塞毛細孔與熱管傳熱能力下降的問題。

100‧‧‧熱管

102‧‧‧管殼

102’‧‧‧管殼

104‧‧‧蒸發端

108‧‧‧冷凝端

110‧‧‧吸液芯

120‧‧‧封閉腔體

130‧‧‧間隙

140‧‧‧彈性層

150‧‧‧方向

160‧‧‧方向

210‧‧‧方向

220‧‧‧方向

500‧‧‧熱源

600‧‧‧散熱器

2-2’‧‧‧剖面線

3-3’‧‧‧剖面線

R‧‧‧不與熱源接觸的部份

R’‧‧‧不與熱源接觸的部份

第1圖係繪示本發明之熱管示意圖。

第2圖係繪示沿第1圖之熱管的剖面線2-2’的剖面圖。

第3圖係繪示沿第2圖之熱管的剖面線3-3’的剖面圖。

第4圖係繪示本發明之熱管另一實施例剖面圖。

以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。

為解決習知熱管的吸液芯內液體沸騰時，液體氣泡產生過快而無法從吸液芯的毛細孔順暢排出，從而使熱管傳熱能力下降的問題。本發明之熱管能有效改善上述毛細孔堵塞液體氣泡的問題。請參照第1圖，其係繪示本發明之熱管示意圖。本發明之熱管100具有一管殼102。管殼102包含一蒸發端104以及一冷凝端108。蒸發端104連接一熱源500，用以吸收熱源500之熱量。冷凝端108連接一散熱器600，用以將蒸發端104傳來的熱能排除。管殼102的材質一般為銅或者是鋁，使用銅材質的原因是銅具有較佳傳熱效果，而使用鋁則能降低成本。

應注意的是，以上列舉之管殼102的材質選用僅為例示，非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應視實際需要，選用適當之材質。

請參照第2圖，其繪示沿第1圖之熱管的剖面線2-2’的剖面圖。本發明之熱管100包含一管殼102、一吸液芯110、以及一彈性層140。管殼102形成一封閉腔體120且包含一蒸發端104以及一冷凝端108。吸液芯110緊密貼 合於管殼102的內表面，其中位於蒸發端104內的吸液芯110之部份外側與管殼102形成至少一間隙130。彈性層140緊密包覆位於間隙130的吸液芯110外側，用以阻隔冷凝液穿透至間隙130，且當冷凝液冷凝後，帶動吸液芯110恢復原狀。當管殼102中的冷凝液於蒸發端104沸騰時，封閉腔體120與至少一間隙130形成一壓差，壓差作用下吸液芯110向間隙130拉伸，吸液芯110的毛細孔變大，冷凝液沸騰產生的氣泡從毛細孔排出強化了蒸發端104(見第1圖)與冷凝端108(見第1圖)傳熱性，氣泡流向冷凝端108放出熱量冷凝為冷凝液，吸液芯110在彈性層140作用下恢復原狀。在本案之一實施例中，蒸發端104的截面積大於冷凝端108的截面積。在本案之另一實施例中，蒸發端104的截面積大於管殼102其他部分的截面積。管殼102的封閉腔體120內置入一冷凝液。吸液芯110位於封閉腔體120之內側，藉以吸收及傳遞冷凝液。冷凝液藉其氣液相變化以吸收或釋放熱能，將熱能從蒸發端104傳遞至冷凝端108，並在冷凝後回流至蒸發端104再次吸收熱能。有關於散熱機制，之後會有更加詳細的說明。冷凝液可以是氨、甲醇、乙醇或水，因其容易取得，且兼具成本低、流動性佳、散熱能力好等優點，固列舉以上材質，非用以限定本發明。

請同時參考第1圖及第2圖。當本發明之熱管100的蒸發端104，接觸一熱源500時，熱能會由熱源500傳導進入蒸發端104，再由蒸發端104傳導進入位於蒸發端104 的液態冷凝液，液態冷凝液吸收熱量之後，進行相變化，由液態變為氣態，形成氣態冷凝液。

請參考第2圖。蒸發端104在吸收熱量之後，液態冷凝液沸騰形成氣態冷凝液，並在吸液芯110產生液態氣泡。由於沸騰現象造成封閉腔體120壓力增加，吸液芯110循方向210向間隙130拉伸，毛細孔就變大，於是氣泡得以較順利的排除。當沸騰產生的氣泡順利排出，不存在壓差時，彈性層140以及吸液芯110便恢復之前的形狀。彈性層140為水氣阻絕層，因此液態冷凝液無法穿越到間隙130。在習知的熱管結構中，吸液芯的毛細孔的體積無法變大，因此氣泡產生過快時常無法順利排出，影響導熱能力。蒸發端104與冷凝端108之間具有微小的壓力差，使得氣態冷凝液會沿著方向150流動，將熱量帶至冷凝端108受到冷凝，再沿著方向160回到蒸發端104再進行吸熱，形成熱循環。

管殼102內的封閉腔體120及間隙130為一真空腔室，因此不但可以降低冷凝液的氣化點，使其容易進行相變化，加速整個散熱機制。另外，還能避免其他氣體干擾氣態冷凝液對流以及散佈的現象，使氣態冷凝液能快速散佈至冷凝端108。上述真空腔室一般指的是粗略真空，壓力在760~1托爾(Torr)的範圍，所屬技術領域中具有通常知識者亦可視實際需要抽成所需的真空程度。

請參考第3圖，其繪示沿第2圖之熱管的剖面線3-3’的剖面圖。由圖上可看到管殼102截面形狀為圓形。一 般圓形之管殼102係以吹製法製成，其成本低廉，製造快速，因此廣受業界使用。本實施例中吸液芯110為金屬粉末燒結結構，因其製作良率高且穩定，因此被業界所接受。由本圖可以看出，位於蒸發端104的管殼102之不與熱源接觸的部份R與吸液芯110之間形成至少一間隙130。因此與熱源500所接觸之管殼102，其內部的吸液芯110與管殼102直接接觸，使得吸液芯110內部之液態冷凝液得以有效地吸收來自熱源500的熱量。當液態冷凝液沸騰形成氣態冷凝液，並在吸液芯110產生液態氣泡。由於沸騰現象造成封閉腔體120壓力增加，吸液芯110循方向210向間隙130拉伸，毛細孔就變大，於是氣泡得以較順利的排除。當沸騰產生的氣泡順利排出，不存在壓差時，彈性層140以及吸液芯110便恢復之前的形狀。彈性層140為水氣阻絕層，因此液態冷凝液無法穿越到間隙130。

應注意的是，以上列舉管殼102截面形狀為圓形之設計僅為例示，非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應視實際需要，選用適當之設計安排。

請參考第4圖，第4圖係繪示本發明之熱管另一實施例剖面圖。由圖上可看到管殼102’截面形狀為長方形，一般長方形之管殼102’截面，係為了能與方形之熱源500做緊密接觸，以達到最佳的傳熱效果。其管殼102’亦可視需求製成多邊形。位於蒸發端104的管殼102之不與熱源接觸的部份R’內側與吸液芯110之間形成至少一間隙130。吸液芯110內部之液態冷凝液吸收來自熱源500的熱 量之後，液態冷凝液沸騰形成氣態冷凝液，並在吸液芯110產生液態氣泡。由於沸騰現象造成封閉腔體120壓力增加，吸液芯110循方向220向間隙130拉伸，毛細孔就變大，於是氣泡得以較順利的排除。當沸騰產生的氣泡順利排出，不存在壓差時，彈性層140以及吸液芯110便恢復之前的形狀。彈性層140為水氣阻絕層，因此液態冷凝液無法穿越到間隙130。

習知熱管的吸液芯內冷凝液沸騰時，氣泡產生過快而無法從吸液芯的毛細孔順暢排出，從而使熱管傳熱能力下降的問題。本發明為了改善此一現象，設計的熱管能有效改善毛細孔堵塞的問題。本發明之熱管其冷凝液沸騰形成氣態時，吸液芯向間隙拉伸，於是內部之毛細孔就變大。因此，吸液芯內的氣泡得以順利被排除，從而改善了氣泡堵塞毛細孔與熱管傳熱能力下降的問題。

100‧‧‧熱管

102‧‧‧管殼

104‧‧‧冷凝端

108‧‧‧蒸發端

110‧‧‧吸液芯

120‧‧‧封閉腔體

130‧‧‧間隙

140‧‧‧彈性層

150‧‧‧方向

160‧‧‧方向

210‧‧‧方向

3-3’‧‧‧剖面線

Claims (10)

1. 一種熱管，包含：一管殼，形成一封閉腔體且包含一蒸發端以及一冷凝端；以及一吸液芯，緊密貼合於該管殼的內表面；其中，位於該蒸發端內的該吸液芯之部份外側與該管殼形成至少一間隙，一彈性層緊密包覆位於該至少一間隙的吸液芯外側，用以阻隔冷凝液穿透至該間隙，且當冷凝液冷凝後，帶動該吸液芯恢復原狀；當該管殼中的冷凝液於該蒸發端沸騰時，該封閉腔體與該至少一間隙形成一壓差，壓差作用下該吸液芯向該至少一間隙拉伸，該吸液芯的毛細孔變大，該冷凝液沸騰產生的氣泡從該毛細孔排出，藉以強化蒸發端與冷凝端傳熱性，該氣泡流向該冷凝端放出熱量冷凝為該冷凝液，該吸液芯在該彈性層作用下恢復原狀。
2. 如請求項1所述之熱管，其中該蒸發端截面積大於該冷凝端的截面積。
3. 如請求項1所述之熱管，其中該蒸發端大於該管殼其他部分的截面積。
4. 如請求項1所述之熱管，其中該彈性層為水氣阻絕層。
5. 如請求項1所述之熱管，其中位於該蒸發端的該管殼之不與熱源接觸的部份內側與該吸液芯之間形成至少一該間隙。
6. 如請求項1所述之熱管，其中該管殼的材質包含銅或鋁。
7. 如請求項1所述之熱管，其中該封閉腔體及該至少一間隙為真空腔。
8. 如請求項1所述之熱管，其中該管殼截面形狀為圓形、長方形或其他多邊形。
9. 如請求項1所述之熱管，其中該冷凝液包含氨、甲醇、乙醇或水。
10. 如請求項1所述之熱管，其中該吸液芯為一金屬粉末燒結結構。