CN107449303A - 热管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热管及其制作方法，热管包括毛细结构体。毛细结构体具有冷凝部、蒸发部以及连接部，其中连接部连接冷凝部及蒸发部，毛细结构体以金属编织方式成型，且蒸发部的截面大于冷凝部的截面。本发明的热管，以编织的方式易于因需求而制作不同大小、织法、纹路的截面，并能适当控制毛细结构的密度、形状、孔隙率与渗透度等，由此提升热传导效率。

Description

热管及其制作方法

技术领域

本发明主要关于一种热管及其制作方法，尤指一种包括以金属编织方式成型的毛细结构的热管。

背景技术

热管是一种具有高热传导能力的元件，现有的热管主要由一封闭金属管体以及一烧结结构组成，前述封闭金属管体包覆烧结结构。

由于热管构造简单且具有高热传导性、低热阻等优点，使热管已被广泛应用于电子装置散热与其它不同散热需求之中。然而，电子装置正持续朝可携式、轻薄化、高附加功能等趋势发展，电子装置的内部结构日益紧凑，其发热量也随之增长，使现有的热管已无法满足此薄型化、高热量与高热通量需求，因此必须进一步提升热管性能。

发明内容

本发明提供了一种热管，包括一毛细结构体，以金属编织方式成型。毛细结构体具有一蒸发部、一冷凝部以及一连接部用以连接冷凝部及蒸发部，其中蒸发部具有垂直于热管的一中心轴的第一截面，冷凝部具有垂直于中心轴的第二截面，第一截面大于第二截面。

于一实施例中，前述的热管还具有一壳体，包覆毛细结构体。

于一实施例中，前述的蒸发部、连接部及冷凝部与壳体之间形成有一气体通道。

于一实施例中，前述的热管还具有一工作流体，流通于蒸发部、连接部、或冷凝部。

于一实施例中，前述的工作流体于蒸发部由液态蒸发成气态。

于一实施例中，前述的工作流体于冷凝部由气态凝结成液态。

于一实施例中，前述的毛细结构体形成有一柱状空腔。

于一实施例中，前述的热管还具有一支撑棒，设置于柱状空腔内。

于一实施例中，前述的柱状空腔贯穿毛细结构体。

于一实施例中，前述的毛细结构体具有平纹(plain weave)、缎织(satinweave)、斜纹(twilled weave)、荷兰平纹(plain Dutch weave)或荷兰斜纹(twilled Dutch weave)编织图案。

于一实施例中，前述的冷凝部的毛细结构中，相邻且交错的条状编织线体间形成有一第一夹角以及一第二夹角，其中第一夹角小于90度，第二夹角大于90度。

于一实施例中，前述的连接部的毛细结构，相邻且交错的条状编织线体间形成有一第三夹角以及一第四夹角，其中第三夹角小于90度，第四夹角大于90度

本发明提供了一种热管的制作方法，包括制作一毛细结构体，其中毛细结构体以金属编织方式成型；将毛细结构体放入并固定于一壳体中；以及封闭壳体。

于一实施例中，前述的毛细结构体以编织机制作。

于一实施例中，前述的方法于将毛细结构体固定于壳体中的步骤前，还包括将一支撑棒设置于毛细结构体中，并使支撑棒凸出于毛细结构体的一端。

本发明至少具有如下有益效果：

本发明的热管，包括一毛细结构体，其以金属编织方式成型。以编织的方式易于因需求而制作不同大小、织法、纹路的截面，并能适当控制毛细结构的密度、形状、孔隙率与渗透度等，由此提升热传导效率。此外编织方式适合大量制作毛细结构，提高热管制作的品质与良率并同时降低成本。此外编织的毛细结构体可因需求而适度弯折以增加弯折处的结构强度，且编织结构本身具有韧性不易因弯折而造成断裂。

附图说明

图1A为本发明一实施例的热管的立体示意图。

图1B为图1A中的热管的俯视图。

图1C为图1A中沿Z1-Z1端面的剖视图。

图1D为图1C中沿X11-X11端面的剖视图。

图1E为图1C中沿X12-X12端面的剖视图。

图2为本发明另一实施例的热管的纵向剖视图。

图3A为本发明另一实施例的热管的纵向剖视图。

图3B分别为图3A中沿X31-X31端面的剖视图。

图3C分别为图3A中沿X32-X32端面的剖视图。

图3D分别为图3A中沿X33-X33端面的剖视图。

图3E为图3A中M1部分的放大图。

图3F为图3A中M2部分的放大图。

图4A为本发明一实施例的热管的制作方法示意图。

图4B为本发明一实施例的支撑棒位于柱状空腔内的示意图。

图4C为本发明一实施例的毛细结构体放入一壳体内的示意图。

图4D为本发明一实施例的热管成品示意图。

图5A为本发明另一实施例的热管的横向剖视图

图5B为本发明另一实施例的热管的横向剖视图。

【符号说明】

100、100a、100b、100c、100d、100e 热管

C 中心轴

1 壳体

W 宽度

H 厚度

11 气体通道

2 毛细结构体

2A 第一毛细结构部

2B 第二毛细结构部

S1 蒸发部

S2 连接部

S3 冷凝部

B1 柱状空腔

a1 第一夹角

a2 第二夹角

a3 第三夹角

a4 第四夹角

3 支撑棒

具体实施方式

首先请一并参阅图1A-图1E，其中图1A为本发明一实施例的热管100a的立体示意图，图1B为图1A中的热管100a的俯视图，图1C为图1A中沿Z1-Z1端面的剖视图，图1D、图1E分别为图1C中沿X11-X11、X12-X12端面的剖视图。如图1A-图1C所示，前述热管100a主要包括一壳体1以及一毛细结构体2，其中壳体1包覆或容置毛细结构体2，毛细结构体2则具有两个蒸发部S1、两个连接部S2以及一冷凝部S3，其中两个蒸发部S1分别位于该毛细结构体2的相对两端，一工作流体(未绘示)流通于蒸发部S1、连接部S2或冷凝部S3，且工作流体于蒸发部S1由液态蒸发成气态。冷凝部S3则大致位于毛细结构体2中央位置，前述工作流体于冷凝部S3由气态凝结成液态。连接部S2两端分别连接对应蒸发部S1及冷凝部S3。此外，由图1C-图1E中亦可以看出，蒸发部S1、连接部S2与冷凝部S3两侧到壳体1内侧壁面之间分别形成有一气体通道11，前述气体通道11可利于热管1内气体的流通。

如图1C所示，蒸发部S1在该热管100a的相对两端以蜿蜒的方式设置，连接部S2与冷凝部S3则大致平行于热管100a的一中心轴C，且蒸发部S1在垂直中心轴C方向上的截面大于连接部S2或冷凝部S3在垂直中心轴C方向上的截面(如图1D、图1E所示)，连接部S2与冷凝部S3两者在垂直中心轴C方向上的截面则大致相等。蒸发部S1、连接部S2以及冷凝部S3三者在平行中心轴C方向上的长度可以根据实际需求(例如发热量、热源位置等)而定。

于本实施例中，壳体1为一长条柱状的中空密封结构，且壳体1的截面形状为长方形，其中壳体1于y轴方向上的宽度W大于壳体1于z轴方向上的厚度H(如图1D、图1E所示)，且壳体1的宽度W以及厚度H尺寸沿中心轴C方向保持一致。于一实施例中，壳体1的截面形状也可为具导角的长方形、椭圆形、半圆形或圆形，壳体1的延伸路径可包括直线区段及/或弯曲区段，宽度W以及厚度H的尺寸比例亦可视设计需求而调整。

应了解的是，壳体1可具有导热性能良好的金属材质(例如铜)，且于壳体1内部填充有工作流体，例如可采用低沸点的液体(例如水、酒精)。毛细结构体2则具有金属材质，其为一体成型并以编织方式制作成型，例如可运用编织机或是3D列印技术制作立体编织物，其中毛细结构体2的疏密度、厚度、宽度、长度、孔隙率或渗透度等皆可视应用需求而以不同的编织方式制作，毛细结构体2的编织图案可具有平纹(plain weave)、缎织(satinweave)、斜纹(twilled weave)、荷兰平纹(plain Dutch weave)或荷兰斜纹(twilled Dutch weave)等编织图案。

当使用者要通过热管100a对一发热元件(例如中央处理器)散热时，可将壳体1对应于蒸发部S1配置位置的区段或部分与发热元件相接触，壳体1中对应于冷凝部S3配置位置的区段或部分则与散热元件(例如风扇或水冷泵)相接触，用以将蒸发部S1所吸收的热量排出，其中蒸发部S1以及冷凝部S3之间为连接两者的连接部S2。

蒸发部S1大致布满壳体1的内部空间(如图1E所示)，使得工作流体(液相)能充足地供应于蒸发部S1，工作流体(液相)在蒸发部S1吸收发热元件的热量后，温度升高至沸点并经由相变化而变成气相，然后可沿着连接部S2两侧与壳体1之间的气体通道11传输至冷凝部S3，其中连接部S2以及冷凝部S3的截面积皆比蒸发部S1的截面积小(如图1D、图1E所示)；换言之，连接部S2及冷凝部S3两侧的气体通道11于垂直该中心轴C方向上的截面积皆较连接部S2及冷凝部S3本身的截面积更大，故可有利于气体的流通。

通过冷凝部S3与散热元件进行热交换，可将热量排出至外部环境，此时工作流体(气相)在冷凝部S3降温达到凝结点并转化成液相，接着位在冷凝部S3的工作流体(液相)可利用毛细现象而沿着毛细结构体2流动至蒸发部S1，工作流体(液相)在蒸发部S1可再次吸收热量并重复以上步骤，持续地将发热元件的热量传递至外界环境，重复前述步骤以达到持续散热的目的。

接着请参阅图2，图2为本发明另一实施例的热管100b的纵向剖视图。前述热管100b主要包括一壳体1以及一毛细结构体2，其中壳体1包覆或容置毛细结构体2，毛细结构体2则具有一蒸发部S1、两个连接部S2以及两个冷凝部S3。如图2所示，本实施例与图1A的实施例的主要差别在于：本实施例中的毛细结构体2的蒸发部S1大致位于毛细结构体2的中央位置，两个冷凝部S3分别位于毛细结构体2的相对两端，连接部S2两端则分别连接对应的蒸发部S1及冷凝部S3。此外，由图2中亦可看出，毛细结构体2在热管100b中央位置以蜿蜒的方式设置且大致布满壳体1的内部空间，连接部S2、冷凝部S3则大致平行中心轴C。连接部S2、冷凝部S3两侧到壳体1内侧壁面之间分别形成有一气体通道11。

再请一并参阅图3A-图3D，其中图3A为本发明另一实施例的热管100c的纵向剖视图，图3B-图3D分别为图3A中沿X31-X31、X32-X32、X33-X33端面的剖视图。如图3A-图3D所示，前述热管100c主要包括一壳体1、一毛细结构体2以及一支撑棒3，前述壳体1包覆或容置毛细结构体2，其中毛细结构体2具有一蒸发部S1、一连接部S2、一冷凝部S3以及一柱状空腔B1(如图3B-图3D所示)，连接部S2、冷凝部S3两侧到壳体1内侧壁面之间分别形成有一气体通道11。

由图3A中可以看出，蒸发部S1位于毛细结构体2的一端，冷凝部S3则位于毛细结构体2相对的另一端，连接部S2两端分别连接蒸发部S1及冷凝部S3。如图3B-图3D所示，柱状空腔B1大致形成于毛细结构体2中央，支撑棒3则设置于柱状空腔B1内，前述蒸发部S1大致布满柱型封闭壳体1的内部空间(如图3B所示)，其中蒸发部S1于垂直中心轴C方向上的截面分别大于连接部S2以及冷凝部S3于垂直中心轴C方向上的截面，冷凝部S3的截面则大于连接部S2的截面(如图3B-图3D所示)。

于本实施例中，壳体1为一长条柱状的中空密封结构，且壳体1的截面积形状为长方形(如图3B-图3D所示)，其中，柱状空腔B1、支撑棒3于垂直该中心轴C方向上的截面形状为圆形，柱状空腔B1贯穿毛细结构体2，支撑棒3基本为棒状辅助成形治具，其材质可为金属、非金属或硬质塑胶。于另一实施例中，壳体1、毛细结构体2以及支撑棒3可具有金属导热材质，可增益热管100c效能。于另一实施例中，支撑棒3可为金属、非金属、合金材料粉末烧结(sintered powder)结构或是金属编织的网目(mesh)结构。于另一实施例中，壳体1、柱状空腔B1以及支撑棒3的截面形状为长方形、具导角的长方形、三角形、多边形、椭圆形或圆形。

再请一并参阅图3E、图3F，其中图3E为图3A中M1部分的放大图，图3F为图3A中M2部分的放大图。如图3E、图3F所示，蒸发部S1中的毛细结构具有不同的疏密程度，例如外侧较疏且内侧较密，使工作流体在毛细结构体2上产生毛细现象，且工作流体(液相)在蒸发部S1会沿着第3E图中虚线箭头所指方向流动，使得工作流体(液相)能被有效集中到热管100上靠近发热元件的部分。此外，在冷凝部S3的毛细结构中，相邻且交错的条状编织线体间形成有一第一夹角a1以及一第二夹角a2(如图3F所示)，其中第一夹角a1为小于90度的夹角(亦即锐角)，第二夹角a2为大于90度的夹角(亦即钝角)，由此可引导工作流体(液相)以特定方向流动，例如使得工作流体(液相)在冷凝部S3上会沿着图3F中虚线箭头所指方向流动。同理，在连接部S2的毛细结构，亦可适当调整以导引工作流体(液相)以特定方向流动，例如相邻且交错的条状编织线体间形成有第三夹角(a3)为小于90度的夹角(亦即锐角)，第四夹角a4为大于90度的夹角(亦即钝角)。

请参阅图4A，图4A为本发明的一实施例热管100的制作方法示意图。该制作方法包括：首先，制作一毛细结构体2(步骤S10)，接着将毛细结构体2放入并固定于壳体1中(步骤S20)，最后再封闭壳体1(步骤S30)，使壳体1内部及其包覆或容置的毛细结构体2及工作流体与外部环境隔绝而不渗漏。前述步骤S20中，可于毛细结构体2放入壳体1时，于毛细结构体2外侧空间置入芯棒(未绘示)，使毛细结构体2编织结构更稳固连接壳体2，并于进行步骤S30前将芯棒移除，形成后来的气体通道11，此说明。

如图4A所示，在步骤S10中，首先制作具有编织图案的毛细结构体2，前述毛细结构体2以金属编织方式成型，例如可运用编织机或是3D列印技术制作立体编织物，前述编织物的编织图案则例如为平纹、缎织、斜纹、荷兰平纹或荷兰斜纹。此外，若最后的热管成品结构上有折弯的处理，则毛细结构体2对应于折弯处的结构强度会较其他部分更大，该处即可利用双线缠绕编织或是利用多层或较厚的编织图案(如斜纹编织)制作，以避免热管折弯时造成毛细结构体2受损或断裂，进而影响热传效率。

接着请一并参阅图4B-图4D，兹将前述热管100的制作方法详述如下：首先将支撑棒3插入柱状空腔B1内，或是将毛细结构体2卷设于支撑棒3上，此时支撑棒3位于毛细结构体2中形成的柱状空腔B1内(如图4B所示)，并凸出于毛细结构体2的一端，以方便制作人员组装时握持并移动毛细结构体2(步骤S10)；接着，将包覆有支撑棒3的毛细结构体2自壳体1的一入口端放入尚未完全密封的壳体1中(如图4C所示)，并固定毛细结构体2在壳体1内的一预设位置(步骤S20)；最后，再将壳体1的入口端密封(步骤S30)，以完成热管100的制作(如图4D所示)。于另一实施例中，将毛细结构体2放入壳体1之后，制作人员亦可将柱状空腔B1中的支撑棒3抽取出来，即本发明并不限定热管100的中必须设置支撑棒3。

接着请参阅图5A，该图为本发明另一实施例的热管100d横向剖视图。如图5A所示，热管100d主要包括一壳体1以及一以金属编织成型的毛细结构体2，其中壳体1包覆或容置毛细结构体2。与图1D、图1E所示的实施例不同的是，毛细结构体2具有第一毛细结构部2A以及第二毛细结构部2B，其中第一毛细结构部2A为中空且具有一长方形截面，第一毛细结构部2A的外侧壁面贴合于壳体1的内侧壁面；第二毛细结构部2B具有一椭圆形截面并于相对两侧至少各有一部分连接第一毛细结构部2A的内侧壁面。因第一毛细结构2A与壳体1连接，且与第二毛细结构2B部分连接，可更强化热传导效率。应了解的是，本发明并不限定第二毛细结构部2B必须为椭圆形截面，其截面亦可为长方形、具导角的长方形、三角形、多边形或圆形。

再请参阅图5B，该图为本发明另一实施例的热管100e横向剖视图。如图5B所示，热管100e主要包括一壳体1以及一以金属编织成型的毛细结构体2，其中壳体1包覆或容置毛细结构体2，毛细结构体2则具有ㄇ字型的第一毛细结构部2A以及第二毛细结构部2B，其中第一毛细结构部2A的外侧壁面贴合壳体1对应的内侧壁面；第二毛细结构部2B则具有一椭圆形截面，并有至少一部分连接第一毛细结构部2A对应的内侧壁面，及有至少另一部分与壳体1对应的内侧壁面连接。于此实施例，考量发热元件及/或散热元件若仅贴合于热管100e一侧(如图5B示意的壳体下缘)，此配置方式相对于前述图5A示意的实施例，可达到节省成本效果。

综上所述，本发明提供一种热管，包括一毛细结构体，其以金属编织方式成型。以编织的方式易于因需求而制作不同大小、织法、纹路的截面，并能适当控制毛细结构的密度、形状、孔隙率与渗透度等，由此提升热传导效率。此外编织方式适合大量制作毛细结构，提高热管制作的品质与良率并同时降低成本。此外编织的毛细结构体可因需求而适度弯折以增加弯折处的结构强度，且编织结构本身具有韧性不易因弯折而造成断裂。

本发明虽以各种实施例揭露如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的为准。

Claims (15)

1.一种热管，包括：

一毛细结构体，以金属编织方式成型，具有：

一蒸发部，具有垂直于该热管的一中心轴的第一截面；

一冷凝部，具有垂直于该中心轴的第二截面，其中该第一截面大于该第二截面；以及

一连接部，连接该冷凝部及该蒸发部。

2.如权利要求1所述的热管，还具有一壳体，包覆该毛细结构体。

3.如权利要求2所述的热管，其中该蒸发部、该连接部及该冷凝部与该壳体之间形成有一气体通道。

4.如权利要求3所述的热管，还具有一工作流体，流通于该蒸发部、该连接部、或该冷凝部。

5.如权利要求4所述的热管，其中该工作流体于该蒸发部由液态蒸发成气态。

6.如权利要求4所述的热管，其中该工作流体于该冷凝部由气态凝结成液态。

7.如权利要求1所述的热管，其中该毛细结构体形成有一柱状空腔。

8.如权利要求7所述的热管，还具有一支撑棒，设置于该柱状空腔内。

9.如权利要求7所述的热管，其中该柱状空腔贯穿该毛细结构体。

10.如权利要求1所述的热管，其中该毛细结构体具有平纹(plainweave)、缎织(satin weave)、斜纹(twilled weave)、荷兰平纹(plain Dutchweave)或荷兰斜纹(twilled Dutch weave)的编织图案。

11.如权利要求10所述的热管，其中该冷凝部的毛细结构中，相邻且交错的条状编织线体间形成有一第一夹角以及一第二夹角，其中该第一夹角小于90度，该第二夹角大于90度。

12.如权利要求11所述的热管，其中该连接部的毛细结构，相邻且交错的条状编织线体间形成有一第三夹角以及一第四夹角，其中该第三夹角小于90度，该第四夹角大于90度。

13.一种热管的制作方法，包括如下步骤：

制作一毛细结构体，其中该毛细结构体以金属编织方式成型；

将该毛细结构体固定于一壳体中；以及

封闭该壳体。

14.如权利要求13所述的方法，其中该毛细结构体以编织机制作。

15.如权利要求13所述的方法，其中于将该毛细结构体固定于该壳体中的步骤前，还包括：

将一支撑棒设置于该毛细结构体中，并使该支撑棒凸出于该毛细结构体的一端。