CN110062562A - 具微流道的远程散热模块 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关一种具微流道的相变化的远程散热模块，包含一散热腔体是连接于一吸热腔体之顶部，形成远离热源型态，且其与吸热腔体内部所设的喷嘴形成连通型态，当工作流体吸收热源之热能时，工作流体由液体型态汽化成气体型态，利用热虹吸效应(thermosyphon)及波以尔定律(Boyle’s law)的喷嘴结构设计，经由一气体导引室向上流动，并由喷嘴高压向上喷射而迅速均匀扩散至散热腔体，又工作流体在散热腔体热交换，由气体型态凝结成液体型态后，利用微流道向下回流进行循环，使工作流体持续循环进行液态与气态的相变化(phase change)，据此形成一远程散热模块的型态。

Description

具微流道的远程散热模块
技术领域
本发明是有关一种散热模块，尤指一种具微流道的远程散热模块。
背景技术
随着科技发达，电子组件单位面积上的芯片数量越来越多，造成其使用时发热量的增加，由于热管(heat pipe)是一种简单却极有效的散热装置，因此已被广泛地应用于各种电子散热产品的需要上。其工作原理是通过工作流体气、液两相间相变化(phasechange)的潜热来传递能量，在蒸发段(vaporization section)，工作流体通过蒸发潜热自热源带走大量热能，并在冷凝段(condensation section)凝结成液体并释放热能，而工作流体通过毛细结构(wick)提供的毛细力，流回至蒸发段再进行相变化的循环，持续地将热能从热源传输至远处散出。
图1所示，是现有一种一维(1D)散热模块10，该散热模块10之热管11的尾端(冷凝区)是搭接在散热鳍片12上，其头端(蒸发区)则向外延伸与一发热组件(图未示)相贴设或接触，所以当热管11的头端吸附该发热组件产生的热量后，会将热量传送给该热管11的尾端，该热管11的尾端则会将接收的热量传导到其上所设的散热鳍片12，并通过散热鳍片12向外扩散散热。虽然此种一维(1D)散热模块10可达到一些散热功能；惟其整体散热效果明显不彰，因为该热管之尾端是为热传效率最差之部位，由于该热管因先天结构设计上的因素，其内部的工作流体于汽、液两相变化(phase change)时容易滞留于热管之最尾端处形成散热之无效端，所以实际上热管11的尾端(冷凝区)并无法很有效将热量传导至散热鳍片12上，故导致热传效率低，且散热效能实亦不佳。
图2所示，是现有一种二维(2D)散热模块20，其包括一上盖板21与一下盖板22，是于上盖板21的表面铲削形成多个间隔相邻的散热鳍片23，令各散热鳍片23与上盖板21呈一体成型的相连构造，该上盖板21与下盖板22结合后，构成一中空的内腔室24。该二维(2D)散热模块20使用时与一发热组件(图未示)相贴设或接触，所以当下盖板22吸附该发热组件产生的热量后，会经由内腔室24将热量传送至该上盖板21，该上盖板21则会将接收的热量传导到其上所设的散热鳍片23，并通过散热鳍片23向外扩散散热。虽然此种二维(2D)散热模块20的散热效果，优于上述的一维(1D)散热模块10，但因目前发光二极管的功率越来越高，并渐渐成熟，已被相关产业计划使用在大型或高功率的产品上，例如:集鱼灯、投射灯，投影机及5G维波组件…等产品上。然，上述现有的一维(1D)散热模块10或二维(2D)散热模块20，其散热效能尚无法被有效运用于此等高功率的产品上，仍有改善空间。
本发明人有鉴于上述问题点，乃积极研究开发，并经由多次的试验及修正，终有本发明之产生。
发明内容
本发明之主要目的，是在提供一种具微流道的远程散热模块，其是呈三维(3D)设计型态，使散热端远离热源端，具有提高散热效能及降低对产品环境工作影响之功效。
本发明之主要目的，是在提供一种具微流道的远程散热模块，利用热虹吸效应(thermosyphon)及波以尔定律(Boyle’s law)的喷嘴结构设计，蒸发的气体由喷嘴高压向上喷射而迅速均匀扩散至散热腔体，具有高效能散热之功效提高。
为达上述目的，本发明所采用的技术手段包含:一吸热腔体，该吸热腔体是呈直向型态，其具有一底部，用以供一热源接触，其内填充有一工作流体，其中该吸热腔体的中间设有一直向的气体导引室，该气体导引室呈现由下往上渐缩的锥状体，并于顶部形成一喷嘴型态；一散热腔体，该散热腔体是连接于该吸热腔体之顶部，形成远离该吸热腔体之底部，且其与该吸热腔体的喷嘴形成连通型态，又该散热腔体的表面上设有多数的散热鳍片；至少一微流道，是设在该吸热腔体的内周壁上，其具有一与该散热腔体连通的上端部，及一接近该吸热腔体底部的下端部；以及该工作流体吸收该热源之热能时，该工作流体由液体型态汽化成气体型态，利用热虹吸效应(thermosyphon)经由该气体导引室向上流动，并经由该喷嘴高压向上喷射而迅速均匀扩散至该散热腔体，由该散热鳍片进行散热，又该工作流体在该散热腔体热交换，由气体型态凝结成液体型态后，利用该微流道之上端部向下而回流至该下端部，使该工作流体持续循环进行液态与气态的相变化(phase change)，据此形成一远程散热模块的型态。
作为进一步改进的，该微流道是包括由一成型在该吸热腔体内周壁的管状体所构成，且该管状体接近下端部的位置，可设有一逆止阀或单向阀。
作为进一步改进的，该微流道是包括由一设在该吸热腔体内周壁的微孔隙结构层所构成。
作为进一步改进的，该气体导引室的内缘面包括设有一微结构表面。
作为进一步改进的，该气体导引室的内缘面包括设有一螺旋线结构。
作为进一步改进的，该吸热腔体的底部是包括:该吸热腔体的底缘面、该底缘面周边的壁面其中任一或其组合型态所构成。
通过上述技术手段，本发明巧妙结合热虹吸效应(thermosyphon)及波以尔定律(Boyle’s law)的喷嘴结构设计，二者相辅相成，使蒸发的气体经由一气体导引室向上流动，并由喷嘴高压向上喷射而迅速均匀扩散至散热腔体，具有高效能散热特性，特别适用于高功率的LED灯具或电子产品，有效解决其散热问题。再者，本发明是呈三维(3D)设计型态，使散热端远离热源端，具有提高散热效能及降低对产品环境工作的影响，进而可达温度控制之功效提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是现有一种一维(1D)散热模块的结构示意图。
图2是现有一种二维(2D)散热模块的结构示意图。
图3是本发明第一实施例的结构示意图。
图4是显示本发明第一实施例中，工作流体由液体汽化成气体的示意图。
图5是显示本发明第一实施例中，工作流体由气体凝结成液体后，由回流通路回流，持续循环进行液态与气体的相变化示意图。
图6A是本发明第一实施例中，喷嘴使用状态示意图。
图6B是本发明之气体导引室又一实施例示意图。
图6C是本发明之气体导引室再一实施例示意图。
图7是本发明第二实施例的结构示意图。
图8是显示本发明第二实施例中，工作流体由液体汽化成气体的示意图。
图9是显示本发明第二实施例中，工作流体由气体凝结成液体后，由回流通路回流，持续循环进行液态与气体的相变化示意图。
图10是本发明第二实施例中，回流通路使用状态示意图。
具体实施方式
在本发明说明书及后续的专利请求项当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属技术领域中具有通当知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼一个组件。本说明书及后续的专利请求项当中并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而因此组件在功能上的差异来作为区分的准则。在说明书及后续的请求项当中所提及的「包含」是为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。
首先，请参阅图3～图6所示，本发明具微流道的的远程散热模块50，其第一实施例包含有：一吸热腔体30，该吸热腔体30是呈直向型态，其具有一底部31，用以供一热源(H)接触，其内填充有一工作流体(W)，其中该吸热腔体30的中间设有一直向的气体导引室32，该气体导引室32呈现由下往上渐缩的锥状体，并于顶部形成一喷嘴33型态；本实施例中，该吸热腔体30的形状可以是圆形、多边形或其他几何形体。且该喷嘴33可直接由该气体导引室32的顶端缩小管径所构成，如本实施例中所示，当然亦可以其他形式所构成喷嘴结构。又该吸热腔体30的底部31是指包括:该吸热腔体30的底缘面、及底缘面周边的壁面其中任一位置或其组合型态所构成，而可配合不同型态的热源接触。
又，本发明工作流体(W)可包括选自:纯水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷等液态工作流体，也可以进一步在液态工作流体中添加悬浮于液态工作流体中之导热材料微粒，增强工作流体之传热性能；其中该导热材料微粒包括铜粉、碳纳米管、巴基球或内部填充有纳米级铜粉之碳纳米管、巴基球等，但不限定于此。
一散热腔体40，该散热腔体40是连接于该吸热腔体30之顶部35，形成远离该吸热腔体30之底部31，且其与该吸热腔体30的喷嘴33形成连通型态，又该散热腔体40的表面上设有多数的散热鳍片41；本实施例中，该散热腔体40的形状是配合该吸热腔体30的形状所构成；可以是圆形、多边形或其他几何形体所组成。
至少一微流道34，是设在该吸热腔体30的内周壁上，其具有一与该散热腔体40连通的上端部341，及一接近该吸热腔体30底部的下端部342；本实施例中，该微流道34是由一成型在该吸热腔体30内周壁的管状体34a所构成，且在一较佳实施例中，该管状体34a接近下端部342的位置，可设有一逆止阀或单向阀343，但不限定于此。该逆止阀或单向阀343，可确保由气体(V)型态凝结成液体(L)由上而下回流，而不会由下往上；然在本发明利用热虹吸效应(thermosyphon)及波以尔定律(Boyle’s law)的设计结构中，可由该喷嘴33的位置形成高压向上喷射气体(V)以进行循环，因此由该微流道34逆流该工作流体(W)的机会不大。
基于上述构成，该工作流体(W)吸收该热源(H)之热能时，该工作流体(W)由液体(L)型态汽化成气体(V)型态，如图4所示，利用热虹吸效应(thermosyphon)经由该气体导引室32向上流动，并经由该喷嘴33高压向上喷射而迅速均匀扩散至该散热腔体40，由该散热鳍片41进行散热，又该工作流体(W)在该散热腔体40热交换，由气体(V)型态凝结成液体(L)型态后，利用地心引力或毛细作用，由该微流道34之上端部341向下而回流至该下端部342进行循环，使该工作流体(W)持续循环进行液态(L)与气态(V)的相变化(phase change)，据此形成一远程散热模块的型态50a。
再者，上述所谓热虹吸效应(thermosyphon)是利用热源(H)加热使该工作流体(W)液体部分汽化，形成汽液混合物，密度变小，利用密度差作为推动力来完成的过程。顾名思义以热为动力产生的虹吸现象。工作流体(W)被加热后，体积膨胀，密度变小变轻，会上升，周围冷的液体来补充，形成循环，利用气相和液相的密度差做为推动力进行循环。
又，依据气体的可压缩性原理及波以尔定律(Boyle’s law)：可压缩性气体的体积与施加的压力成反比，即P1V1＝P2V2，当体积变小则压力增大，而液体(L)具有不可压缩性，但液体(L)蒸发成气体(V)时则变为可压缩性；而该喷嘴33之缩小出口管径对于向上流经该气体导引室32的气体(V)而言，就是一个自然的气体压缩器。因此本发明利用该喷嘴33之缩小出口管径所构成之体压缩器功能，使上述利用热虹吸效应(thermosyphon)经由该气体导引室32向上流动导入之气体(V)，因受到压缩而体积变小，再于流出该喷嘴33时，利用内、外压力差变化而瞬间膨胀变大，据以增加该气体(V)之扩散力。申言之，上升之气体(V)流经该喷嘴(33)之缩小出口管径，使的气体(V)流速加快而压力增大，上升之气体(V)因受压力压缩而体积变小，当受压力压缩的气体(V)流至出口端时，四周的压力变小；因此形成如图6所示，受压力压缩的气体(V)体积，随压力变小而瞬间膨胀变大；因此，可由该喷嘴33的位置形成高压向上喷射气体(V)，迅速均匀扩散至该散热腔体40，由该散热鳍片41进行散热，以达最佳散热效能。
图6B是本发明之气体导引室32又一实施例示意图，该气体导引室32的内缘面可进一步设有微结构表面321，例如:粗糙面、微孔隙等结构；如此可使气体(V)在穿过该气体导引室32时，可使气流更顺畅，使气体(V)自喷嘴33喷出后，可达迅速均匀扩散，以达散热效能之提高。
图6C是本发明之气体导引室32再一实施例示意图，该气体导引室32的内缘面可进一步设有一螺旋线结构322，此一螺旋线结构322犹如枪管内的螺旋膛线一样，本发明通过螺旋线结构322，可使气体(V)在穿过该气体导引室32时产生纵轴自转，使气体(V)自喷嘴33螺旋转动喷出，通过陀螺仪效应保持角动量守恒，可达迅速均匀扩散，以达散热效能之提高。
请续参阅图7～图10所示，其显示本发明三维相变化的远程散热模块50第二实施例，其相同于第一实施例中的结构以相同图号表示，其差异仅在于:该微流道34是包括由一设在该吸热腔体30内周壁的微孔隙结构层34b所构成。如图10之微流道34放大示意图所示，本实施例中，该微流道34是由该微孔隙结构层34b所构成，该微孔隙结构层34b因此烧结等方式使其形成众多微孔隙344，其功能与第一实施例中的管状体34a的功能相同，亦即使气体(V)在该散热腔体40热交换，由气体(V)型态凝结成液体(L)型态后，利用地心引力及毛细作用，由该微流道34之上端部341向下而回流至该下端部342进行循环，使该工作流体(W)持续循环进行液态(L)与气态(V)的相变化(phase change)，据此形成一远程散热模块的型态50b。因此，本实施例的微孔隙结构层34b与第一实施例中的管状体34a，具有异曲同工之效能，且制程上更为便捷。
通过上述技术手段，本发明三维相变化的远程散热模块50(50a、50b)，巧妙结合热虹吸效应(thermosyphon)及波以尔定律(Boyle’s law)的喷嘴33结构设计，二者相辅相成，使被热源(H)蒸发的气体(V)经由该气体导引室32向上流动，并由喷嘴33高压向上喷射而迅速均匀扩散至散热腔体40，具有高效能散热特性，特别适用于高功率的LED灯具或电子产品，有效解决其散热问题。再者，本发明是呈三维(3D)设计型态，使散热端远离热源(H)端，具有提高散热效能及降低对产品环境工作的影响，进而可达温度控制之功效提高。
上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具微流道的远程散热模块，其特征在于，包含:
一吸热腔体，该吸热腔体是呈直向型态，其具有一底部，用以供一热源接触，其内填充有一工作流体，其中该吸热腔体的中间设有一直向的气体导引室，该气体导引室呈现由下往上渐缩的锥状体，并于顶部形成一喷嘴型态；
一散热腔体，该散热腔体是连接于该吸热腔体之顶部，形成远离该吸热腔体之底部，且其与该吸热腔体的喷嘴形成连通型态，又该散热腔体的表面上设有多数的散热鳍片；
至少一微流道，是设在该吸热腔体的内周壁上，其具有一与该散热腔体连通的上端部，及一接近该吸热腔体底部的下端部；以及
该工作流体吸收该热源之热能时，该工作流体由液体型态汽化成气体型态，经由该气体导引室向上流动，并经由该喷嘴高压向上喷射而迅速均匀扩散至该散热腔体，由该散热鳍片进行散热，又该工作流体在该散热腔体热交换，由气体型态凝结成液体型态后，利用该微流道之上端部向下而回流至该下端部，使该工作流体持续循环进行液态与气态的相变化，据此形成一远程散热模块的型态。
2.如权利要求1所述的远程散热模块，其特征在于，该微流道是包括由一成型在该吸热腔体内周壁的管状体所构成。
3.如权利要求2所述的远程散热模块，其特征在于，该管状体接近下端部的位置，设有一逆止阀或单向阀。
4.如权利要求1所述的远程散热模块，其特征在于，该微流道是包括由一设在该吸热腔体内周壁的微孔隙结构层所构成。
5.如申请专利范围第1项所述之具微流道的远程散热模块，其中，该气体导引室的内缘面包括设有一微结构表面。
6.如权利要求1所述的远程散热模块，其特征在于，该气体导引室的内缘面包括设有一螺旋线结构。
7.如权利要求1所述的远程散热模块，其特征在于，该吸热腔体的底部是包括:该吸热腔体的底缘面、及底缘面周边的壁面其中任一位置或其组合型态所构成，而可配合不同型态的热源接触。
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