CN102062552A - 震荡式热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种震荡式热管，其包含一流道系统。流道系统包含多段第一流道及多段第二流道，其中所述第一流道与所述第二流道沿该流道系统交错设置，且该第一流道的横截面与该第二流道的横截面不同。

Description

震荡式热管

技术领域

本发明涉及一种热管，特别涉及一种震荡式热管。

背景技术

热管具有良好的热传性能，因此被广泛地运用在电子元件的散热，特别是在个人电脑以及笔记型电脑中几乎都可以看见热管的运用。通常，面临平面发热形式的散热需求时，设计上必须同时采用多支热管，方能满足散热的需求。可是，多支热管的使用会造成散热设计、散热模块组装与制作上的困难。因此，面对平面发热形式的散热要求时，平板型热管会是较传统热管为合适的传热元件。

运用具有毛细结构的平板型热管，其困难在于毛细结构的烧结制作，主要原因如下：1、平板型热管越是大型，毛细结构的均匀度越难以控制，因而容易导致性能不稳定；2、平板型热管越大型，用于烧结毛细结构的烧结炉也必须加大，从而导致成本增加，量产速度降低；3、退火后的平板型热管，其管壁强度大幅降低，因而可能导致其管壁不具可因应内外部压力变化所需的强度。既然因为毛细结构的烧结，会衍生出许多制作上的问题，因此不具有毛细结构的震荡式热管(pulsating heat pipe or oscillating heat pipe)便成为平面散热的另一种选择。

震荡式热管的整体结构相当简单，其是由一平滑的细管连结而成。震荡式热管的驱动力是通过较小的管径所产生的毛细力、工作液体所受的重力以及受热产生的汽泡压力来使热管产生动作。然而传统震荡式热管，其毛细力是相当有限的，因此传统震荡式热管的运行主要还是利用重力。由于传统震荡式热管的运行主要靠的是重力，因此当热管处于水平或是受热端高于散热端的状况时，热管将无法运行。此使用上的限制构成了震荡式热管运用在平面散热要求的一主要的挑战。

传统震荡式热管虽然结构简单，但由于其结构上的限制，使其难以运用在平面散热上。因此传统震荡式热管仍待进行改进。

发明内容

本发明的多个实施例揭示一种震荡式热管，其利用非均匀流道结构，对工作流体产生不对称的力量，使得当震荡式热管水平放置时，仍可发挥其散热功能。

本发明一实施例揭示一种震荡式热管，其包含一流道系统。流道系统包含多段第一流道及多段第二流道，其中所述第一流道与所述第二流道沿该流道系统交错设置，且该第一流道的横截面与该第二流道的横截面不同。

上文已经概略地叙述本发明的技术特征及优点，从而使下文的本发明详细描述得以获得较佳了解。构成本发明的权利要求书的其它技术特征及优点将描述于下文。本发明所属技术领域中具有通常知识者应可了解，下文揭示的概念与特定实施例可作为基础而相当轻易地予以修改或设计其它结构或制造方法而实现与本发明相同的目的。本发明所属技术领域中具有通常知识者亦应可了解，这类等效的建构并无法脱离权利要求书所提出的本发明的精神和范围。

附图说明

图1为例示本发明一实施例的震荡式热管的示意图；

图2为例示本发明一实施例的震荡式热管的流道系统的示意图；

图3为例示本发明另一实施例的流道系统的示意图；

图4为例示本发明又一实施例的流道系统的示意图；

图5为例示本发明再一实施例的流道系统的示意图；

图6A为例示传统震荡式热管的热阻曲线图；及

图6B为例示本发明一实施例的震荡式热管的热阻曲线图。

【主要元件符号说明】

1     震荡式热管

11    基板

12    流道系统

13    盖板

22    流道系统

32    流道系统

42    流道系统

111   表面

112   螺孔

121   第一流道

122   第二流道

123   弯流道

124   连接流道

131   开孔

132   冷却区

133   注入口

134   加热区

221   第一流道

222   第二流道

223   喷嘴结构

321   第一流道

322   第二流道

323   孔口结构

421   第一流道

422   第二流道

1211  左端处

1221  左端处

具体实施方式

图1为例示本发明一实施例的震荡式热管1的示意图，而图2例示本发明一实施例的震荡式热管1的流道系统12。参照图1与图2所示，震荡式热管1包含一基板11、一流道系统12以及一盖板13。流道系统12为于一平面上弯绕的回路式流道，其形成于该基板11的一表面111。盖板13覆盖于基板11上，盖板13被构建以密封该流道系统12，以使该流道系统12成为可使一工作流体循环流动的密封回路。盖板13上可设置多个开孔131，相对地，基板11上可设置多个螺孔112。利用多个锁固件(未绘示)分别穿越相对应的所述开孔131，并与相对应的所述螺孔112锁合，即可将盖板13与基板11锁固。此处例举的螺孔112与开孔131的设置方式，本发明不以此为限，凡其他合适的锁固方式，亦可包含于本发明之中。锁固件可为螺丝，但本发明不以此为限。基板与盖板亦可以通过焊接方式制作，而达到密封的要求。

参照图2所示，基板11的表面111可为一下凹表面，本发明不以此为限。基板11可包含金属，而流道系统12可铣制于基板11的表面111上，本发明不以此铣制加工方式为限。在一实施例中，基板11的材料可为铜或铝，本发明不以此为限。流道系统12可包含多段第一流道121和多段第二流道122，其中所述第一流道121与所述第二流道122可沿流道系统12交错设置。各该第一流道121与各该第二流道122可分别为一均匀流道，第一流道121的横截面与第二流道122两者的横截面不同。换言之，第一流道121的横截面与第二流道122的横截面可分别具有不同的截面积，本发明不以此为限；第一流道121的横截面与第二流道122的横截面可分别具有不同的形状，本发明不以此为限；或者，第一流道121的横截面与第二流道122的横截面可分别具有不同的水力直径(Hydraulic Diameter)，本发明不以此为限。第一流道121与第二流道122横截面的不同可使位于其内的工作流体具有不同的毛细力。流道系统12内的工作流体由基板11上的注入口133注入，当工作流体注入完毕后，再将注入口133封住。工作流体注入前，需从注入口133将流道系统12抽真空。

就本实施例言，第一流道121与第二流道122在垂直于表面111的方向上可具相同的管深，而在第一流道121在横向上可具有较窄的管宽；而第二流道122在横向上可具有较宽的管宽，但本发明不以此为限。又，所述第一流道121与所述第二流道122可平行设置，且相邻的第一流道121与第二流道122的两端处，分别以一弯流道123连接，但本发明不以此为限。位于流道系统12相对两侧(图2中上下两侧)上端的第一流道121左端处1211与下端第二流道122的左端处1221间，可利用一连接流道124连接，由此形成一循环回路流道，其中该第一流道左端处1211可为入口处，而该第二流道左端处1221的可为出口处。

由于第一流道121的管宽较第二流道122的管宽微小，使得工作流体在第一流道121内的毛细力较在第二流道122内为大，因此当工作流体的两端分别位于第一流道121与第二流道122时，工作流体将被拉向第一流道121。当加热区134受热时，工作流体会蒸发而增加蒸汽压力，进而推动工作流体的流动。高温高压的工作流体将会流至冷却区132，亦即将热由高温的加热区134送至低温的冷却区132，以达到热量传递的效果。该加热区134在连接流道124的另一端，而冷却区132与连接流道124同一端。另，当工作流体受到蒸发流体的压力挤压时，由于工作流体流往第二流道122的流阻较小，因此工作流体可较易被推向第二流道122流动。本发明由于流道系统12内因具有非均匀的流道结构，而使在流道系统12内的工作流体可受到不对称的力量，由此促进震荡式热管1的初始启动运行，从而使震荡式热管1可水平放置操作。

图3为例示本发明另一实施例的流道系统22的示意图。流道系统22包含多段第一流道221及多段第二流道222，其中所述第一流道221与所述第二流道222沿该流道系统22交错设置。第二流道222可为一均匀流道，而第一流道221可包含一喷嘴结构223，由此使第一流道221与第二流道222可分别具有不同的横截面，以让工作流体于流道系统22内因毛细力或流阻的差异在受热启动时容易流动。在本实施例中，第一流道221与第二流道222可平行交错设置，本发明不以此为限。

图4为例示本发明又一实施例的流道系统32的示意图。流道系统32形成于一基板11上，其包含多段第一流道321及多段第二流道322，第一流道321分别设置于第二流道322之间。第二流道322可为一均匀流道，而第一流道321可包含一孔口结构323，亦即第一流道321的截面积较第二流道322的截面积小，由此使第一流道321与第二流道322可分别具有不同的横截面，以让工作流体于流道系统32内因毛细力或流阻的差异在受热启动时容易流动。

图5为例示本发明再一实施例的流道系统42的示意图。除依前述在基板11上加工形成的流道系统(12至32)的形式外，主要流道系统42为一密封弯折的金属管所形成。流道系统42包含多段压扁的管段423，而所述压扁的管段423可间隔形成，由此在各压扁的管段423上形成一第一流道421，而于各未压扁或压扁程度不同于第一流道421的管段形成一第二流道422等截面不同的流道。金属管亦可设置于基板11的表面111上，以增加传热面积，金属管与基板11的表面111可利用导热膏或焊锡等形成热耦接，本发明不以此为限。

实验范例

在本实验范例中，分别以图2实施例的结构制作一传统震荡式热管与一本发明的震荡式热管。在本发明的震荡式热管的基板11上，第一流道121与第二流道122分别平行且交错形成，其中第一流道121的宽度为1毫米而第二流道122的宽度为2毫米；而在传统震荡式热管的基板上，仅形成宽度为2毫米的均匀流道。接着，以盖板13分别密封本发明的震荡式热管与传统震荡式热管并抽真空，然后再个别填充约占总流道系统体积的百分之60的工作流体。接着，再对本发明的震荡式热管与传统震荡式热管分别施以不同的热量(Qin)，并调整本发明的震荡式热管与传统震荡式热管的角度，以量测本发明的震荡式热管与传统震荡式热管的受热端(T_H)与散热端(T_L)通过的温度，最后通过热阻(R_th)计算公式：

R_th＝(T_H-T_L)/Q_in

计算在各操作角度下，本发明的震荡式热管与传统震荡式热管的热阻与加热量间的曲线，藉以比较两者的性能。

图6A与6B分别例示传统震荡式热管与本发明一实施例的震荡式热管的热阻曲线图，横坐标为加热瓦数(W)，纵坐标为热阻(℃/W)。从图6A可发现，传统震荡式热管在水平放置，即操作角度为0度时，不论加热量大小，其热阻甚无变化且均在1.5℃/W以上。由此显示，传统震荡式热管在水平放置时，无法发挥其散热功能。相较地，本发明的震荡式热管在水平放置时，其热阻低于1.5，且随加热量的增加，热阻亦随着降低。因此，由图6B显示可得知，本发明的震荡式热管即便以水平放置，仍能发挥其应有的散热功能。

综上所述，本发明的震荡式热管由于具有非均匀的流道结构，因而可让其内的工作流体受到不对称的毛细力及流阻。当震荡式热管受热时，工作流体同时受加热蒸汽的推动及不对称的毛细力与流阻的影响，而往一方向上流动。因此，本发明的震荡式热管的非均匀的流道结构可促进流道系统内的工作流体的初始启动运行，而使其可水平放置操作。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本技术的人士仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的那样，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为权利要求书所涵盖。

Claims (20)

1.一种震荡式热管，其特征在于，包含：

一流道系统，包含多段第一流道及多段第二流道，其中所述第一流道与所述第二流道沿该流道系统交错设置，且该第一流道的横截面与该第二流道的横截面不同。

2.根据权利要求1所述的震荡式热管，其特征在于，该第一流道与该第二流道的水力直径不同。

3.根据权利要求1所述的震荡式热管，其特征在于，该流道系统弯绕于一平面上。

4.根据权利要求1所述的震荡式热管，其特征在于，该第一流道包含一喷嘴结构。

5.根据权利要求1所述的震荡式热管，其特征在于，该第一流道包含一孔口结构。

6.根据权利要求1所述的震荡式热管，其特征在于，还包含一基板，其中该流道系统形成于该基板的一表面上。

7.根据权利要求6所述的震荡式热管，其特征在于，所述第一流道与所述第二流道平行设置。

8.根据权利要求7所述的震荡式热管，其特征在于，该基板的材料为铜或铝。

9.根据权利要求8所述的震荡式热管，其特征在于，还包含一盖板，该盖板被构建以密封该流道系统。

10.根据权利要求1所述的震荡式热管，其特征在于，该流道系统为一金属管所形成，该金属管包含间隔形成的多段压扁管段及未压扁的多段管段。

11.根据权利要求10所述的震荡式热管，其特征在于，该金属管的材料为铜。

12.根据权利要求10所述的震荡式热管，其特征在于，还包含一基板，其中该金属管热耦接于该基板的一表面。

13.根据权利要求12所述的震荡式热管，其特征在于，该基板的材料为铜或铝。

14.根据权利要求1所述的震荡式热管，其特征在于，还包含一工作流体，其中该工作流体填充于该流道系统的填充量介于50％与60％之间。

15.根据权利要求1所述的震荡式热管，其特征在于，该第一流道与该第二流道相互交错设置。

16.根据权利要求1所述的震荡式热管，其特征在于，所述第一流道分别设置于所述第二流道之间。

17.根据权利要求16所述的震荡式热管，其特征在于，该第一流道的截面积小于该第二流道的截面积。

18.根据权利要求1所述的震荡式热管，其特征在于，该流道系统的一端为加热区，而另一端为冷却区。

19.根据权利要求1所述的震荡式热管，其特征在于，该第一流道的入口处与该第二流道的出口处设置一连接流道。

20.根据权利要求1所述的震荡式热管，其特征在于，该流道系统设置一盖板，该盖板与该流道系统封成一体。

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