CN101162133A - 热管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种热管，包括管体、设于管体内壁若干微细沟槽及填充于该管体内的适量工作流体，该管体设有蒸发段及冷凝段，该蒸发段的管径小于冷凝段的管径，且位于蒸发段的沟槽的槽宽小于位于管体冷凝段的沟槽的槽宽，该热管的制造方法包括如下步骤：提供内壁设有若干微细沟槽的一管体；利用一缩管模缩小管体部分区域的管径以使该部分区域作为管体的蒸发段；抽真空并填充适量工作流体至管体内；密封该管体，得到所需的热管。该制造方法使得该热管借助于简单的机械加工方式即可实现其蒸发段具有较高径向能量密度的功效，便于量产实施。

Description

热管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种热管及其制造方法，特别是涉及一种沟槽式热管及其制造方法。
背景技术
对于桌上型电脑(Desktop computer)或笔记型电脑(Notebook computer)中央处理器(CPU)的热管散热模块(heat pipe thermal modules)，其热管操作条件一般在蒸发段(heating section)面积较小，使其蒸发段负荷的径向能量密度(radial power density)较冷却段(cooling section)高，因此如何提升热管蒸发段所能负荷的径向能量密度，使热管操作更具效率，是为目前热管亟待克服的问题。
以沟槽式热管(grooved heat pipe)而言，沟槽的齿形为影响热管性能的重要参数，该齿形的变化改变热管的性能，如何突破现有制程工艺得到较佳的齿形是一大关键技术。现有沟槽热管的沟槽齿形从蒸发段至冷却段几乎是一致的，由于热管蒸发段的沟槽毛细构造主要操控着热管的热传机制，因此陆续有相关技术进行提供热管的齿形变化，如沟槽渐进的变化等，以提高热管的工作效率。但这些技术使得热管的制程工艺困难，量产实施不易，因此需提供一种具有简便的制程工艺，并具量产性的具有较佳沟槽齿形的热管。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种蒸发段具较高径向能量密度的热管及该热管的制造方法。
一种热管，包括管体、设于管体内壁若干微细沟槽及填充于该管体内的适量工作流体，该管体设有蒸发段及冷凝段，该蒸发段的管径小于冷凝段的管径，且位于蒸发段的沟槽的槽宽小于位于管体冷凝段的沟槽的槽宽。
一种热管的制造方法，包括如下步骤：提供内壁设有若干微细沟槽的一管体；利用一缩管模缩小管体部分区域的管径以使该部分区域作为管体的蒸发段；抽真空并填充适量工作流体至管体内；密封该管体，得到所需的热管。
该热管的蒸发段具有较小的管径及槽宽，使该热管相较于一般具均一沟槽尺寸的热管而言，其蒸发段可负荷较高的径向能量密度，从而使该热管具有良好的传热性能，其制造方法使得该热管借助于简单的机械加工方式即可实现上述功效，因此便于量产实施。
附图说明
图1为本发明热管一较佳实施方式的示意图。
图2为图1所示热管沿II-II线的剖视图。
图3为图1所示热管沿III-III线的剖视图。
图4为图1所示热管的其中一制造方法的制造过程流程图。
图5为高速旋转缩管法的示意图。
图6为图5沿IV-IV线的剖视图。
图7为旋转冲击缩管法的示意图。
图8为图7沿VIII-VIII线的剖视图。
图9为本发明热管另一较佳实施方式的示意图。
具体实施方式
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明。
图1至图3所示为本发明热管10的一较佳实施例，该热管10包括一管体11、设于管体11内的若干微细沟槽12、13以及填充于该管体11内的适量可冷凝性工作流体(图未示)。
该管体11为一由铜、铝等具良好导热性的材料制成的中空金属管，该金属管的横截面为环形，其厚度T沿管体11的轴向保持不变。该管体11包括分别位于管体11两端的蒸发段15与冷凝段14，及位于蒸发段15与冷凝段14之间的绝热段17。该蒸发段15的管径小于该冷凝段14的管径。该绝热段17在靠近蒸发段15的一端具有一直径渐缩的过渡段16，该过渡段16的管径由绝热段17向蒸发段15逐渐减小，使该过渡段16大致呈锥形。
该工作流体为水、酒精、甲醇等具较低沸点的物质，且通常管体11内被抽成真空，使该工作流体易于由管体11的蒸发段15处吸热蒸发，蒸汽带着热量向冷凝段14移动，在冷凝段14放热后凝结成液体，将热量释放出去，冷凝后的液体经由上述沟槽12、13形成的毛细构造回流至蒸发段15。
这些沟槽12、13沿管体11的内壁轴向直线延伸，其中位于蒸发段15的沟槽12与位于冷凝段14的沟槽13具有相同的槽深H，且位于蒸发段15的沟槽12的齿顶角Al(groove apex angle)大于位于冷凝段14的沟槽13的齿顶角A2。位于蒸发段15的沟槽12的齿顶宽度W1及齿根宽度W2分别小于位于冷凝段14的沟槽13的齿顶宽度W3及齿根宽度W4，也就是说，位于蒸发段15的沟槽12的槽宽小于位于冷凝段14的沟槽13的槽宽。
请参照图4，该热管10由以下步骤制得：提供内壁设有若干微细沟槽的一管体11；缩小管体11的部分区域管径，以使该部分区域作为管体11的蒸发段15；抽真空及在管体11内填充适量工作流体；密封，得到所需热管10。其中，该管体11内壁的沟槽可通过沿管体11轴向在管体11内壁抽制形成。
请参照图5及图6，该管体11的蒸发段15可由高速旋转缩管法制得。一用于该高速旋转缩管法的高速旋转缩管模20为一中空的管状体，该管状体具有分别对应于热管10的过渡段16、冷凝段14及蒸发段15的渐缩部21、导引部22及细管部23。其中，该导引部22位于最前端，该渐缩部21由导引部22的尾端向内减缩形成，该细管部23与渐缩部21的尾端相连。该导引部22的内径与冷凝段14的外径相等；该细管部23的内径与该热管10的蒸发段15所预期得到的外径相等；该渐缩部21在缩管的过程中使蒸发段15的外径逐渐减小，并在缩管后形成热管10的过渡段16。
高速旋转缩管法的缩管过程包括：借助于至少一固定工具50将管体11固定至一工作台40上；驱动旋转缩管模20高速运转并沿热管10的轴向由管体11的一端逐渐向另一端运动至一定长度，在该过程中，旋转缩管模20的导引部22导引旋转缩管模20逐渐向前运动，同时，旋转缩管模20的渐缩部21与待缩管部分的管体11相挤压，使其管径逐渐缩小，以得到所需的热管10的蒸发段15。
请参照图7及图8，该管体11的蒸发段15可由旋转冲击缩管法制得。一用于该旋转冲击缩管法的旋转冲击缩管模30包括至少两个分模31，这些分模31各自具有一圆弧形的内表面32，这些圆弧形的内表面32均匀分布于一假想圆周33上。每一分模31具有与热管10的过渡段16、冷凝段14及蒸发段15分别对应的渐扩部34、导引部35及细管部36，该渐扩部34由细管部36的一端向外渐扩形成，而该导引部35则由渐扩部34的前端延伸形成。
旋转冲击缩管法的缩管过程包括：借助于固定工具50将管体11固定至工作台40上；驱动冲击缩管模30的各分模31高速旋转并逐渐沿管体11径向向热管10的管体11逐渐靠近，以使渐扩部34及细管部36与待缩管部分的管体11相冲击，得到所需的热管10的过渡段16及蒸发段15。另外，为使制得的蒸发段15的长度足够长，在冲击缩管模30沿管体11的径向运动的同时，还可一并驱动冲击缩管模30沿管体11的轴向运动。
该热管10利用旋转冲击缩管法或高速旋转缩管法等机械加工方式，仅将热管10蒸发段15的直径缩小，即可使获得的热管10的蒸发段15的内部沟槽12的槽宽变窄及齿顶角增大，因此，相较于一般具均一沟槽尺寸的热管而言，该热管10的蒸发段15内有较小的沟槽尺寸，不仅可以提升整体沟槽式热管10的毛细输送能力(capillary force)及所相对的最大毛细传热限制，同时也因为蒸发段15的热传面积致密度的提升，进而提高了热管10的蒸发段15所能负荷的径向能量密度或径向传热限制，相对的亦降低热管10的蒸发段15的热阻值。该热管10借助于简单的机械加工方式即可实现上述功效，因此便于量产实施。
可以理解地，该热管10的蒸发段15也可位于热管10中间等任意区域，如图9所示，可利用旋转冲击缩管法对位于管体11a中间区域的蒸发段15a进行缩管，以达到蒸发段15a具有较佳毛细输送能力及提升所能负荷的径向能量密度的功效，而管体11a的两端则形成为冷凝段14a，并在蒸发段15a与冷凝段14a之间形成过渡段16a。为使蒸发段15a与每一冷凝段14a之间均形成过渡段16a，可将图7所示的旋转冲击缩管模30设计成于细管部36的两端均设有渐扩部34与导引部35的形式。该热管10还可折弯形成为L型或U型或其它弯折形状，同时，该热管10于缩管完成后还可以进行打扁操作，以适用于空间有限的笔记型电脑中进行散热应用。

Claims (14)

1.一种热管，包括管体、设于管体内壁若干微细沟槽及填充于该管体内的适量工作流体，该管体设有蒸发段及冷凝段，其特征在于：该蒸发段的管径小于冷凝段的管径，且位于蒸发段的沟槽的槽宽小于位于管体冷凝段的沟槽的槽宽。
2.如权利要求1所述的热管，其特征在于：所述沟槽沿管体轴向直线延伸。
3.如权利要求1所述的热管，其特征在于：位于蒸发段的沟槽的齿顶角大于位于冷凝段的沟槽的齿顶角。
4.如权利要求1所述的热管，其特征在于：该蒸发段设于管体的一端。
5.如权利要求1所述的热管，其特征在于：该蒸发段设于管体的中部。
6.如权利要求1所述的热管，其特征在于：该热管被打扁而成扁平状。
7.一种热管的制造方法，包括如下步骤：
提供内壁设有若干微细沟槽的一管体；
利用一缩管模缩小管体部分区域的管径以使该部分区域作为管体的蒸发段；
抽真空并填充适量工作流体至管体内；
密封该管体，得到所需的热管。
8.如权利要求7所述的热管的制造方法，其特征在于：所述沟槽是沿管体轴向在管体内壁抽制形成。
9.如权利要求7所述的热管的制造方法，其特征在于：该缩管模为一高速旋转缩管模，该缩小管径的步骤包括驱动该高速旋转缩管模沿热管的轴向由管体的一端逐渐向另一端运动。
10.如权利要求9所述的热管的制造方法，其特征在于：该高速旋转缩管模为一中空的管状体，该管状体设有挤压管体以使管体的管径逐渐缩小的一渐缩部及导引高速旋转缩管模沿管体轴向运动的一导引部。
11.如权利要求7所述的热管的制造方法，其特征在于：该缩管模为一旋转冲击缩管模，该缩小管径的步骤包括驱动该旋转冲击缩管模沿管体径向逐渐向管体运动以缩小其管径。
12.如权利要求11所还的热管的制造方法，其特征在于：该旋转冲击缩管模在沿管体径向靠近管体运动的同时，还沿管体的轴向运动。
13.如权利要求11或12所述的热管的制造方法，其特征在于：该旋转冲击缩管模包括至少两个分模，这些分模各自具有一圆弧形的内表面，这些内表面均匀分布于一假想圆周上。
14.如权利要求13所还的热管的制造方法，其特征在于：每一分模具有一细管部及设于该细管部一端的一渐扩部。
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