CN102042777A - 平板式热管 - Google Patents

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Abstract

一种平板式热管，包括一板状的密封壳体、形成于壳体内壁的毛细结构、容置于壳体内的工作介质，所述壳体包括一上盖及与上盖密封连接的一下盖，所述毛细结构包括贴设于上盖的一第一毛细体及贴设于下盖的一第二毛细体，所述第一毛细体自上盖的下表面朝向下盖凸伸且设置有间隔的通孔，工作介质的热传导路径中，第一毛细体设置有通孔的部分的热阻小于未设置通孔部分的热阻，第一毛细体未设置通孔部分的工作介质的回流速度大于设置有通孔部分的回流速度。

Description

平板式热管
技术领域
本发明涉及一种平板式热管，特别是指一种性能稳定的平板式热管。
背景技术
为解决高速计算机的高密度散热问题，目前业界普遍采用利用相变化原理进行散热或者传热的技术，比如目前常用的热导管(Heat Pipe)、回路式热管(Loop Heat Pipe)以及平板式热管(Vapor Chamber)等产品。就热导管而言，其因体积小、利用相变潜热作用能快速输送大量热能、温度分布均匀、构造简单、重量轻、无需外加作用力、寿命长、低热阻、远距传输等特性，符合目前计算机等领域的散热需求，因此被广泛用来解决散热问题。
平板式热管属于热管的一种，其工作原理与传统式热管相同，因具有比传统式热管更大的热传导面积，且更符合“轻、薄、短、小”的高实用价值，而被大量应用在大型散热面的电子产品上。平板式热管通常是利用上下两平板形成一密闭空间且在两平板的内壁上形成等厚度的毛细结构，并填充工作介质。但依据热传导原理：热通过多孔毛细结构的金属颗粒间热传导最后至实心金属板，其间因毛细结构为点接触故其热传面积减少且路径增加，因此其总热阻为毛细层厚度的热阻及实心金属壳热阻之和，故其热阻远高于直接通过实心金属壳的传热方式，所以减少毛细结构的厚度是降低热阻最直接的方法。若平板式热管的冷却端无毛细结构则其散热虽然很好但其工作介质的回流将完全依赖重力作用回流至蒸发端，同时冷却端内侧金属板将积聚若干个小水珠，形成水膜进而导致散热能力降低。因此，如何在增加工作介质回流速率及提升热传能力取得最佳设计是一重要课题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种兼顾工作介质回流至蒸发区及提升散热效率的平板式热管。
一种平板式热管，包括一板状的密封壳体、形成于壳体内壁的毛细结构、容置于壳体内的工作介质，所述壳体包括一上盖及与上盖密封连接的一下盖，所述毛细结构包括贴设于上盖的一第一毛细体及贴设于下盖的一第二毛细体，所述第一毛细体自上盖的下表面朝向下盖凸伸且设置有间隔的通孔，工作介质的热传导路径中，第一毛细体设置有通孔的部分的热阻小于未设置通孔部分的热阻，第一毛细体未设置通孔部分的工作介质的回流速度大于设置有通孔部分的回流速度。
与现有技术相比，本发明平板式热管的工作介质的热传导路径中，第一毛细体设置有通孔的部分的热阻小于未设置通孔部分的热阻，第一毛细体未设置通孔部分的工作介质的回流速度大于设置有通孔部分的回流速度，使平板式热管在顾工作介质回流的同时及提升其散热效率。
下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1是本发明第一实施例中平板式热管的剖视图。
图2是图1中上盖及贴设其上的第一毛细体的立体图。
图3是图1中上盖及贴设其上的第一毛细体的剖视图。
图4是本发明第二实施例中上盖及贴设其上的第一毛细体的剖视图。
图5是本发明第三实施例中上盖及贴设其上的第一毛细体的剖视图。
图6是本发明第四实施例中上盖及贴设其上的第一毛细体的剖视图。
具体实施方式
请参照图1及图2，本发明第一实施例中的平板式热管包括一壳体10、形成于壳体10内壁的一毛细结构30及容置于壳体10内的适量工作介质。在本实施例中，该壳体10大致呈矩形板状，可以理解地，在其他实施例中，所述平板式热管可以呈圆形板状等其他适合的形状。
壳体10采用导热性能良好的材料(例如，铜、铝)制成，其包括一纵长的上盖11及与上盖11密封连接的一碗状下盖13。该壳体10内的压力低于大气压力。该下盖13作为本发明的蒸发部，用于吸收热源的热量。该上盖11作为本发明平板式热管的冷凝部，用于将工作介质吸收的热量散发出去，令工作介质蒸汽冷凝成液态。
该下盖13包括一纵长的吸热部131、自吸热部131相对两端倾斜向上、向外延伸的二过渡部133、自二过渡部133边缘水平向外延伸的二延伸部134及自二延伸部134竖直向上延伸的二侧壁135。侧壁135的顶端与上盖11的边缘抵顶并密封连接，从而形成所述壳体10。
可以理解地，在其他实施例中，上盖11及下盖13之间可以设置其相对两端分别抵顶上盖11及下盖13的至少一支撑体(图未示)，以增强壳体10的强度。
所述毛细结构30可以是金属粉体烧结或是编织网毛细结构，其包括贴设于上盖11下表面的一第一毛细体31及贴设于下盖13上表面的一第二毛细体33。
该第二毛细体33包括一纵长的第一毛细部331、自第一毛细部331相对两端倾斜向外、向上延伸的二第二毛细部333、自每一第二毛细部333水平向外延伸的一第三毛细部335及自每一第三毛细部335竖直向上延伸的一第四毛细部337。第一毛细部331较第二毛细部333薄，其贴设于下盖13吸热部131的上表面，以便工作时位于第一毛细部331内的工作介质能够快速地蒸发。该二第二毛细部333分别贴设于下盖13二过渡部133的上表面，且其厚度与第三毛细部335相等。该二第三毛细部335贴设于下盖13延伸部134的上表面。该二第四毛细部337分别贴设于下盖13的侧壁135的内表面及侧壁135与延伸部335的连接处，并将该连接处填平。每一第一毛细部337的纵截面大致呈三角形，其厚度自中部向相对两侧逐渐递减。如此设置，一方面可缩短工作介质回流的路径，加速工作介质的回流，另一方面可以避免在平板式热管内部因空间矮小故其蒸汽作用力相互抵消而形成的一迟滞区域，从而防止在下盖13周围造成无效区域。
请同时参阅图3，所述第一毛细体31为一板状体，其沿上盖11的长度及宽度方向上形成有若干等距离间隔设置、整齐排列的通孔313。第一毛细体31自上盖11下表面向下凸设，用以引导上盖11下表面的工作介质回流，从而加速工作介质的回流速度。这些第一毛细体31的下表面与第二毛细体33的第一、第二及第三毛细部331、333及335的上表面之间形成有间隔，使工作液体蒸发时能够快速地扩散至壳体的整个空间。同时，由于第一毛细体31上设置有若干通孔313，使上盖11对应通孔313的下表面暴露在蒸汽中而直接与蒸汽交换热量，从而减小工作介质的热阻，增强了平板式热管的散热效果。可以理解地，这些第一毛细体31的纵截面可以是方形、圆形、多边形、三角形、菱形，同时其排列方式可以是数组排列、螺旋排列、渐进线排列或选择性排列。
可以理解地，当第一毛细体31为编织网毛细结构，其通孔313的尺寸远大于编织网毛细结构中形成毛细力的毛细孔的孔径。
可以理解地，因本发明的平板式热管的冷凝端既设置有自上盖11下表面凸设的第一毛细体31又使上盖11的下表面保留有未设置第一毛细体31的裸露部分，减小工作介质热阻、使工作介质迅速将热传递至上盖11上表面后迅速经由第一毛细体31的毛细力回流至蒸发端，以此改善平板式热管的性能。
请参阅图4，本发明第二实施例中平板式热管的结构与第一实施例中平板式热管的结构相似，其主要区别在于：第一毛细体31顶端、与通孔313对应处设置有一厚度为第一毛细体31厚度1/10～4/5的第三毛细体34。每一第三毛细体34贴设于上盖11的下表面且边缘连接通孔313各顶端边缘的第一毛细体31。由于第三毛细体34较薄，从而可相对于第一毛细体31缩短蒸汽的热传导路径，提高散热效率；另一方面，由于第三毛细体34的存在，从而使蒸汽冷却成液态后自第三毛细体34流向其相对两侧的第一毛细体31，进一步加速工作介质回流。
请参阅图5，本发明第三实施例中平板式热管的结构与第二实施例中平板式热管的结构相似，其主要区别在于：第一毛细体31顶端、与通孔313对应处设置有一厚度自一端向相对另一端逐渐减小的梯形体的第三毛细体35。可以理解地，每一第三毛细体35的排列方式相同，即每一第三毛细体35的厚度均沿同一方向变化；或相邻二第三毛细体35的排列方式相反，即同一方向上二相邻的第三毛细体35厚度较小或较大的一端相对且分别连接第一毛细体31相对两侧的上端，从而引导第三毛细体35内的工作介质有梯度的流向其一侧的第一毛细体31。
请参阅图6，本发明第四实施例中平板式热管的结构与第二实施例中平板式热管的结构相似，其主要区别在于：第一毛细体31顶端、与通孔313对应处设置的第三毛细体36为厚度自中部向相对两端递增的内凹弧形体。可以理解地，该第三毛细体36的纵截面可以为三角形、棱形等其他适合的形状。
可以理解地，在上述第二至第四实施例中，因本发明的平板式热管冷凝端的第一毛细体与第三毛细体之间具有厚度差，使其在引导工作介质回流的同时，减小了蒸汽的热传导路径，从而达到兼顾工作介质回流及提升散热效率的功效。

Claims (10)

1.一种平板式热管，包括一板状的密封壳体、形成于壳体内壁的毛细结构、容置于壳体内的工作介质，所述壳体包括一上盖及与上盖密封连接的一下盖，所述毛细结构包括贴设于上盖的一第一毛细体及贴设于下盖的一第二毛细体，其特征在于：所述第一毛细体自上盖的下表面朝向下盖凸伸且设置有间隔的通孔，工作介质的热传导路径中，第一毛细体设置有通孔的部分的热阻小于未设置通孔部分的热阻，第一毛细体未设置通孔部分的工作介质的回流速度大于设置有通孔部分的回流速度。
2.如权利要求1所述的平板式热管，其特征在于：所述上盖下表面仅设置有烧结的第一毛细体。
3.如权利要求1所述的平板式热管，其特征在于：第一毛细体顶端、与通孔对应处设有一第三毛细体，所述第三毛细体贴设于上盖的下表面。
4.如权利要求3所述的平板式热管，其特征在于：所述第三毛细体的各边缘分别连接通孔顶端各边缘的第一毛细体。
5.如权利要求3所述的平板式热管，其特征在于：所述第三毛细体较第一毛细体薄。
6.如权利要求5所述的平板式热管，其特征在于：所述第三毛细体的纵截面呈矩形、梯形或厚度自中部向相对两端递增的内凹弧形、三角形或棱形。
7.如权利要求1所述的平板式热管，其特征在于：所述下盖包括一吸热部及位于吸热部相对两端且与上盖边缘密封连接的二侧壁，所述第二毛细体包括一贴设于吸热部的第一毛细部。
8.如权利要求7所述的平板式热管，其特征在于：所述第二毛细体进一步包括贴设于二侧壁的二第二毛细部，所述第二毛细部较第一毛细部厚。
9.如权利要求8所述的平板式热管，其特征在于：所述第二毛细部进一步贴设于侧壁与吸热部的连接处，并将该连接处填平，且其纵截面大致呈三角形，其厚度自中部向相对两侧逐渐递减。
10.如权利要求1所述的平板式热管，其特征在于：一支撑体夹设于上盖及下盖之间且其相对两端分别抵顶上盖及下盖。
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