CN107148192B - 热管模块及应用其的散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热管模块及应用其的散热装置，该热管模块包括至少一第一管体以及至少一第二管体。第一管体的内壁界定出一中空腔室。部分第二管体设置于中空腔室，且部分第二管体的外壁直接接触第一管体。

Description

热管模块及应用其的散热装置
技术领域
本发明涉及一种热管模块及应用其的散热装置，特别涉及一种可有效减少热阻的热管模块及应用其的散热装置。
背景技术
近年来对于如笔记型电脑、平板型终端机、智慧型手机为首的电子设备所使用的CPU、GPU、天线、电池，都要求小型化、轻型化及薄型化，并须同时实现高性能化的需求，以致搭载在所述的这些电子设备的各种发热元件放出多量的热。为了实现电子设备本体的小型暨轻型化及薄型化，散热装置也被要求需具备有相同的功能。一般对于上述电子设备的散热及冷却，是组入有外表上热传导率比铜或铝等金属还优越的热管(Heat Pipe)，但随着电子设备的小型暨轻型化及薄型化，热管本身也被要求需小型暨轻型化及薄型化。
热管是一种结构简单且具有高效能的散热单元，因此已被广泛地使用于各种散热装置内，以应用于电子产品的散热。其工作原理是凭借工作介质气、液两相间相变化的潜热来传递能量。在蒸发段(vaporization section)，工作流体凭借蒸发潜热自热源带走大量热能，其蒸汽充满原已抽真空的管内空间并在冷凝段(condensation section)凝结成液体并释放热能，而工作介质靠内部毛细结构(wick)提供的毛细力流回至蒸发段进行相变化的循环，持续而有效地将热能从热源传输至远处散出。
其中，薄型热管系属于板状热管(plate type heat pipe)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面积的传导面，且具有轻薄的高实用价值，故大量被应用在大型散热面的电子产品上。而在薄形热管的应用基础上，绝大部分的热量必须凭借热管传递至冷却单元(如散热鳍片或风扇等)。然而，随着薄型化电子设备的空间限制，冷却单元的数量往往无法配合电子设备中多数发热源而分别设置，导致电子设备无法有效处理其散热需求。另一方面，当冷却单元与发热源的距离越远，其热量的传递能力会大幅度的衰减。而散热装置的热阻也有可能降低热管的导热效率，使得后端冷却单元所能提供的散热效能大打折扣，而无法被有效利用。
因此，如何提供一种可减少热阻，并且应用于多热源的热管模块及应用其的散热装置，已成为重要课题之一。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种可减少热阻，并且应用于多热源的热管模块及应用其的散热装置。
为达上述目的，依据本发明的一种热管模块包括至少一第一管体以及至少一第二管体。第一管体的内壁界定出一中空腔室。部分第二管体设置于中空腔室，且部分该第二管体的外壁直接接触该第一管体。
在一实施例中，第二管体的外壁直接接触第一管体的内壁。
在一实施例中，第一管体的内壁的表面积大于第二管体的外壁的表面积。
在一实施例中，热管模块还包括一毛细结构。毛细结构设置于第一管体的内壁。
在一实施例中，第二管体的外壁直接接触毛细结构。
在一实施例中，毛细结构仅设置于第一管体与第二管体之间。
在一实施例中，热管模块还包括一蒸发部及一冷凝部。第二管体位于部分的蒸发部与全部的冷凝部。
在一实施例中，毛细结构设置于第一管体的内壁靠近冷凝部的一端。
在一实施例中，第一管体具有一支撑结构。支撑结构设置于毛细结构与第二管体之间。
在一实施例中，热管模块还包括复数第二管体。第二管体于第一管体内相邻排列。
在一实施例中，第一管体为热管或均温板。
在一实施例中，第二管体为热管、均温板或金属管。
为达上述目的，依据本发明的一种散热装置，其包括一热管模块以及一散热鳍片组，其中：
该热管模块又包括；
至少一第一管体，该第一管体的内壁界定出一中空腔室；及
至少一第二管体，部分该第二管体设置于该中空腔室，且部分该第二管体的外壁直接接触该第一管体；
该散热鳍片组，具有复数散热鳍片，该复数散热鳍片设置于该第二管体。
在一实施例中，第二管体的外壁直接接触第一管体的内壁。
在一实施例中，第一管体的内壁的表面积大于第二管体的外壁的表面积。
在一实施例中，热管模块还包括一毛细结构。毛细结构设置于第一管体的内壁。
在一实施例中，第二管体的外壁直接接触毛细结构。
在一实施例中，毛细结构仅设置于第一管体与第二管体接触的位置。
在一实施例中，热管模块还包括一蒸发部及一冷凝部。第二管体位于部分的蒸发部与全部的冷凝部。
在一实施例中，毛细结构设置于第一管体的内壁靠近冷凝部的一端。
在一实施例中，第一管体具有一支撑结构。支撑结构设置于毛细结构与第二管体之间。
在一实施例中，热管模块还包括复数第二管体。第二管体于第一管体内相邻排列。
在一实施例中，第一管体为热管或均温板。
在一实施例中，第二管体为热管、均温板或金属管。
承上所述，本发明的热管模块及应用其的散热装置，系通过一第一管体及一第二管体的串接，使发热源所产生的热量能够依序由第一管体传送至第一管体内的毛细结构，并进而传导至第二管体进行散热(冷却)，有效减少在热传导过程中所产生的热阻，以提升热传导的效率。
附图说明
图1A为本发明较佳实施例的热管模块的外观示意图。
图1B为图1A所示的热管模块的分解示意图。
图1C为图1A所示的热管模块的A-A截面线的截面示意图。
图2A为本发明另一较佳实施例的热管模块的外观示意图。
图2B为图2A所示的热管模块的B-B截面线的截面示意图。
图2C为本发明另一较佳实施例的热管模块的截面示意图。
图3为本发明另一较佳实施例的一种热管模块的外观示意图。
图4A为依据本发明另一较佳实施例的热管模块的外观示意图。
图4B为图4A所示的热管模块的B-B截面线的截面示意图。
图5A为依据本发明另一较佳实施例的热管模块的外观示意图。
图5B为依据本发明另一较佳实施例的热管模块的外观示意图。
图6为依据本发明较佳实施例的散热系统的外观示意图。
附图标记说明：1、1a、1’-第一管体；10-中空腔室；11-(第一管体1的)内壁；12-(第一管体1的)外壁；2、2a、2’-第二管体；22-(第二管体2的)外壁；3-毛细结构；4、4b-支撑结构；40-基部；41-顶持部；40b-骨架部；41b-支撑部；A-A、B-B、C-C-截面线；C-冷凝部；E-蒸发部；H、H’、H1、H2、H3、H4、H5-热管模块；S-散热系统；F-散热鳍片组；F1-散热鳍片。
具体实施方式
以下将参照相关图式，说明依本发明较佳实施例的一种热管模块及应用其的散热装置，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。
图1A为本发明较佳实施例的热管模块的外观示意图，图1B为图1A所示的热管模块的分解示意图，图1C为图1A所示的热管模块的A-A截面线的截面示意图，请同时参考图1A、图1B以图1C所示，于本实施例中，热管模块H具有一第一管体1、一第二管体2以及一毛细结构3，第一管体1的内壁11界定出一中空腔室10，且中空腔室10贯通第一管体1的一端。毛细结构3设置于至少部分的第一管体1的内壁11，而本实施例是以毛细结构3满布于第一管体1的内壁11为例说明。
进一步说明上述各元件之间的设置关系。同样请参考图1A至图1C所示，部分的第二管体2设置于中空腔室10内。换言之，第二管体2并非整体都设置于中空腔室10内，实际应用时，仍有部分的第二管体2外露于该第一管体1。而设置于中空腔室10(第一管体1)内的第二管体2，其至少部分地与毛细结构3接触，且毛细结构3系配置于第一管体1与第二管体2之间。当然，在实际应用时，该复数设置于第一管体1内的第二管体2的也可完全与毛细结构3接触。
关于第一管体1以及第二管体2的数量，本发明的热管模块H系以包含至少一第一管体1及至少一第二管体2为基础，且二者的数量系以搭配应用的电子设备的散热需求而加以调整选用，并非本发明限制性者。
第一管体1及第二管体2可例如由铜、银、铝、其合金或其它具有良好热传导性的金属材料制造而成。虽本实施例并不限制第一管体1及第二管体2的形状、尺寸，端视其设置的环境、空间、导热量及温度决定，然第一管体1的外壁12的表面积必须大于第二管体2的外壁22的表面积，以形成一表面积较大的热管与一表面积较小的热管串接的形式。
关于本实施例的热管模块H的制造方法详述如下。第一管体1及第二管体2于成型前是椭圆柱状或圆柱状的中空管体，图1A至图1C所示为第一管体1及第二管体2经压扁处理后的状态。经压扁处理后，接着于第一管体1内形成毛细结构3。本实施例并不限制毛细结构3的制作方式，其可例如为于第一管体1的内壁11填入金属粉末，并通过烧结的方式于第一管体1的内壁11形成一烧结形式的毛细结构。关于本实施例的毛细结构3的形成并非以上述方式为限制，于实际应用时，毛细结构3除了可为上述形成自金属烧结粉，其也可为纤维(fiber)或编织网目(mesh)，或其组合，端视制程及散热的需求而进行选用。
完成毛细结构3的设置后，将第二管体2配置于第一管体1内。由于本实施例的第一管体1与第二管体2无须通过额外的辅具(例如夹持件)，第二管体2即可紧配于第一管体1内的毛细结构3，从而具有组装上的便利性。
当以整体观的时，热管模块H具有一蒸发部E及一冷凝部C。其中，蒸发部E与冷凝部C分别靠近第一管体1及第二管体2远离的二端部，关于图1A所显示的蒸发部E及冷凝部C所涵盖的区域仅供示意而非用以限制其范围。于本实施例中，毛细结构3设置于第一管体1的内壁11靠近冷凝部C的一端。而第一管体1位于全部的蒸发部E第二管体2位于部分的蒸发部E与全部的冷凝部C。于散热过程中，系将蒸发部E(第一管体1)设置于热源处，经由第一管体1将热传导至毛细结构3，再经由毛细结构3将热量传导至第二管体2，如此不断循环以通过本实施例的热管模块H将热量传导至电子设备所配置的冷却单元(图未示)，例如为散热鳍片或风扇，以达成散热的效果。
通过本案热管模块H的配置，形成以表面积不同的热管(第一管体1及第二管体2进行串接)，能够有效减少在热传导过程中所产生的热阻，以提升热传导的效率。
本发明另提供一种热管模块H’，相较于前述实施例的热管模块H，本实施例的热管模块H’并无毛细结构的设置。请参考图2A及图2B所示，于本实施例中，热管模块H’与前述实施例的热管模块H具有大致相同的结构与特征，相同的元件及其连结关可参考前述实施例的内容，于此不再赘述。热管模块H’的第二管体2’的外壁直接接触第一管体1’，且较佳地，第二管体2’的外壁直接接触第一管体1’的内壁，同样可有效减少在热传导过程中所产生的热阻，以提升热传导的效率。
另外，如图2C所示，在另一实施例中，热管模块H”同样具有毛细结构3”，然其设置于中空腔室10”内的第二管体2”仅有部分设置于第一管体1”，而毛细结构3”则仅设置于第一管体1”与第二管体2”之间。
图3为本发明另一较佳实施例的一种热管模块的外观示意图，请参考图3所示，热管模块H1与前述实施例的热管模块H具有大致相同的结构与特征，惟热管模块H1包括二第一管体1及一第二管体2。也即，热管模块H1共包含二蒸发部E可供设置于发热源，使的整个循环系统适合应用于具有多发热源的电子设备，例如配备有中央处理器(CentralProcessing Unit,CPU)及图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)的电竞用笔记型电脑或体积轻薄的笔记型电脑。由于此类型的电子设备空间有限，热源处未必有空间可供冷凝结构设置，因此，通过于热源处仅设置用于导热的第一管体1(大热管)，以串接的方式，可将多热源配合单一冷却单元(例如体积较大的散热鳍片、风扇、以及任何可进行散热或热交换的技术手段)，以减少散热系统所占的空间。
关于第一管体及第二管体之间的数量配合上也有其他应用方式。图4A为依据本发明另一较佳实施例的热管模块的外观示意图，图4B为图4A所示的热管模块的C-C截面线的截面示意图，请同时参考图4A及图4B所示，热管模块H2与前述实施例的热管模块H具有大致相同的结构与特征，惟热管模块H2包括一第一管体1a及复数第二管体2a(本实施例系以三个第二管体2a为例说明)，且各第二管体2a于第一管体1a内相邻排列，并紧配于毛细结构3。通过一第一管体1a与复数第二管体2a配合，可提供更多散热通道，以有效提升热管模块H2的散热效果及空间配置上的弹性。
图5A为依据本发明另一较佳实施例的热管模块的外观示意图，请参考图5A所示，热管模块H3与前述实施例的热管模块H具有大致相同的结构与特征，惟热管模块H3还包括一支撑结构4。支撑结构4紧贴毛细结构3而设置于中空腔室10内，支撑结构4包含一基部40、以及复数由该基部40一侧突起的顶持部41，各顶持部41内呈中空而与基部40另一侧相通。第二管体2则设置于支撑结构4的内部。通过支撑结构4的配置，能够有效地于第一管体1的打扁成形中保持预设的中空腔室10的空间，并提供热管模块H3更佳的刚性。另外，通过支撑结构4的配置，可将第一管体1内部切割为个别腔室，以分别容置第二管体2，并使不同腔室内部的蒸汽与液体可各自运作。
关于支撑结构的构造并非以上述为限，其也可如图5B所示。于本实施例中，支撑结构4b是通过一板体(如金属板)先经冲压后再弯曲成型者。支撑结构4b包含骨架部40b、以及设置于二骨架部40b之间的支撑部41b，第二管体2则设置于支撑结构4b的内部。同样地，通过支撑结构4b的配置，能够有效地于第一管体1的打扁成形中保持预设的中空腔室10的空间，并提供热管模块H4更佳的刚性。
图6为依据本发明较佳实施例的散热系统的外观示意图。请参考图6所示，散热系统S包括一热管模块H5及一散热鳍片组F。其中，热管模块H5与前述实施例的热管模块H具有大致相同的结构与特征，于此不再赘述。散热鳍片组F具有复数散热鳍片F1，且本实施例的散热鳍片F1设置于第二管体2。其中，散热鳍片组F的多个散热鳍片F1是通过彼此之间的导热段相互结合，并凭借导热段的厚度大于散热段的厚度的特性，使多个散热鳍片F1的导热段在散热鳍片组F内形成具有较大载面积的热传路径，其可提供热管所吸收的热量从靠近热源的一端迅速的传递至远离热源的一端，也就是让热量可以快速的传递至各个散热鳍片F1的散热段，并通过散热段与外界空气进行热交换，因此可大幅提升散热作用。
综上所述，本发明的热管模块及应用其的散热装置，系通过一第一管体及一第二管体的串接，使发热源所产生的热量能够依序由第一管体传送至第一管体内的毛细结构，并进而传导至第二管体进行散热(冷却)，有效减少在热传导过程中所产生的热阻，以提升热传导的效率。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (34)

1.一种热管模块，其特征在于，包括：
至少一第一管体，该第一管体的内壁界定出一中空腔室；
至少一第二管体，部分该第二管体设置于该中空腔室，且部分该第二管体的外壁直接接触该第一管体的内壁；以及
至少一紧缩部，该第一管体通过该紧缩部对应连接该第二管体。
2.根据权利要求1所述的热管模块，其特征在于，该第一管体的内壁的表面积大于该第二管体的外壁的表面积。
3.根据权利要求1所述的热管模块，其特征在于，还包括：
一蒸发部及一冷凝部，其中该第二管体位于部分的该蒸发部与全部的该冷凝部。
4.根据权利要求1所述的热管模块，其特征在于，还包括一毛细结构，设置于该第一管体的内壁，并且该第一管体具有一支撑结构，该支撑结构设置于该毛细结构与该第二管体之间。
5.根据权利要求1所述的热管模块，其特征在于，还包括：
复数第二管体，该复数第二管体在该第一管体内相邻排列。
6.根据权利要求1所述的热管模块，其特征在于，该第一管体为热管或均温板。
7.根据权利要求1所述的热管模块，其特征在于，该第二管体为热管、均温板或金属管。
8.一种热管模块，其特征在于，包括：
至少一第一管体，该第一管体的内壁界定出一中空腔室；
至少一第二管体，部分该第二管体设置于该中空腔室，且部分该第二管体的外壁直接接触该第一管体；
一支撑结构，设置于该中空腔室内，该第二管体设置于该支撑结构内部；以及
至少一紧缩部，该第一管体通过该紧缩部对应连接该第二管体。
9.根据权利要求8所述的热管模块，其特征在于，该第一管体的内壁的表面积大于该第二管体的外壁的表面积。
10.根据权利要求8所述的热管模块，其特征在于，还包括：
一毛细结构，设置于该第一管体的内壁。
11.根据权利要求10所述的热管模块，其特征在于，该第二管体的外壁直接接触该毛细结构。
12.根据权利要求10所述的热管模块，其特征在于，该毛细结构仅设置于该第一管体与该第二管体接触的位置。
13.根据权利要求10所述的热管模块，其特征在于，还包括：
一蒸发部及一冷凝部，其中该第二管体位于部分的该蒸发部与全部的该冷凝部。
14.根据权利要求13所述的热管模块，其特征在于，该毛细结构设置于该第一管体的内壁靠近该冷凝部的一端。
15.根据权利要求8所述的热管模块，其特征在于，还包括：
复数第二管体，该复数第二管体在该第一管体内相邻排列。
16.根据权利要求8所述的热管模块，其特征在于，该第一管体为热管或均温板。
17.根据权利要求8所述的热管模块，其特征在于，该第二管体为热管、均温板或金属管。
18.一种散热装置，其特征在于，包括一热管模块以及一散热鳍片组，其中：
该热管模块又包括；
至少一第一管体，该第一管体的内壁界定出一中空腔室；
至少一第二管体，部分该第二管体设置于该中空腔室，且部分该第二管体的外壁直接接触该第一管体的内壁；及
至少一紧缩部，该第一管体通过该紧缩部对应连接该第二管体；
该散热鳍片组，具有复数散热鳍片，该复数散热鳍片设置于该第二管体。
19.根据权利要求18所述的散热装置，其特征在于，该第一管体的内壁的表面积大于该第二管体的外壁的表面积。
20.根据权利要求18所述的散热装置，其特征在于，该热管模块还包括：
一蒸发部及一冷凝部，其中该第二管体位于部分的该蒸发部与全部的该冷凝部。
21.根据权利要求18所述的散热装置，其特征在于，还包括一毛细结构，设置于该第一管体的内壁，并且该第一管体具有一支撑结构，该支撑结构设置于该毛细结构与该第二管体之间。
22.根据权利要求18所述的散热装置，其特征在于，该热管模块还包括：
复数第二管体，该复数第二管体于该第一管体内相邻排列。
23.根据权利要求18所述的散热装置，其特征在于，该第一管体为热管或均温板。
24.根据权利要求18所述的散热装置，其特征在于，该第二管体为热管、均温板或金属管。
25.一种散热装置，其特征在于，包括一热管模块以及一散热鳍片组，其中：
至少一第一管体，该第一管体的内壁界定出一中空腔室；
至少一第二管体，部分该第二管体设置于该中空腔室，且部分该第二管体的外壁直接接触该第一管体；
一支撑结构，设置于该中空腔室内，该第二管体设置于该支撑结构内部；以及
至少一紧缩部，该第一管体通过该紧缩部对应连接该第二管体；
该散热鳍片组，具有复数散热鳍片，该复数散热鳍片设置于该第二管体。
26.根据权利要求25所述的散热装置，其特征在于，该第一管体的内壁的表面积大于该第二管体的外壁的表面积。
27.根据权利要求25所述的散热装置，其特征在于，该热管模块还包括：
一毛细结构，设置于该第一管体的内壁。
28.根据权利要求27所述的散热装置，其特征在于，该第二管体的外壁直接接触该毛细结构。
29.根据权利要求27所述的散热装置，其特征在于，该毛细结构仅设置于该第一管体与该第二管体接触的位置。
30.根据权利要求27所述的散热装置，其特征在于，该热管模块还包括：
一蒸发部及一冷凝部，其中该第二管体位于部分的该蒸发部与全部的该冷凝部。
31.根据权利要求30所述的散热装置，其特征在于，该毛细结构设置于该第一管体的内壁靠近该冷凝部的一端。
32.根据权利要求25所述的散热装置，其特征在于，该热管模块还包括：
复数第二管体，该复数第二管体于该第一管体内相邻排列。
33.根据权利要求25所述的散热装置，其特征在于，该第一管体为热管或均温板。
34.根据权利要求25所述的散热装置，其特征在于，该第二管体为热管、均温板或金属管。
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