CN1192202C - 平板式环路型热管(一) - Google Patents

Abstract

一种平板式环路型热管，以至少一环状回路板设置于中空壳体内，让环状回路板形成具有至少一回路，回路形成为依序串联的蒸发区、蒸气通道、冷凝区、流体返回通道，壳体内充填有适量液体，流体返回通道与蒸气通道各为独立通道，环状回路板盖设有板状毛细组织，其中使蒸气通道的流阻小于流体返回通道，当蒸发区受热，冷凝区散热，使回路内所有的流体皆朝同一方向稳定流动不相冲突，且所有流体皆可流经回路各处，故回路内存在的非凝结性气体顺着回路流动，故其对回路的均温性影响不大，而使热管的均温性佳且热传量大。

Description

平板式环路型热管(一)

技术领域

本发明属于一种平板式环路型热管，特别是涉及一种热传量大、均温性佳，且对于存在板状热管内的非凝结性气体对回路系统特性影响不大的热交换结构。

背景技术

现有的热管，由于具有相当好的热传递性，已被广泛地应用于电子组件的散热组件，通常热管式的散热组件，具有一热管1，于电子组件端设有一导热块11，导热块11与热管1的一端相接，热管1的另一端能经另一导热块与热交换装置相接，或是热管1另一端直接夹设有数个散热鳍片12，在图1中所示的，即是散热鳍片12式的热管。

热管的制造，有相当高的一部份成本是用于热管内的清洁与除气的步骤，也就是热管内进行洁净与抽真空的作业，洁净度与真空度越高，所能完成的传热作用效果越好，越能确保热传导的稳定性，但是，通道中仍存在微量的非凝结性气体(non-condensing gas)，非凝结性气体在热管内的通道中，会产生积聚，其积聚的区域与受热端的蒸发区温差很大，便影响到热管作用的顺畅性。其中非凝结性气体易于累积在冷凝区通道处的末端，而使其均温性与热传功能大幅下降。

热管1于导热块11为热区的蒸发区提供蒸气流的产生，使蒸气流顺着通道朝另一端为冷区的冷凝区流动，然后在冷区的通道处使蒸气流冷凝形成冷凝液体流，再借助于通道内的毛细组织13快速地将冷凝液体流由冷区朝热区导引流动，用以补充蒸发区液体蒸发成气体的部份，以构成循环的流动。

当热管1一端受热而使热管内的液体蒸发，蒸气朝冷凝区流动，并冷凝成液体，经毛细组织使液体回流至蒸发区，由于热管的流体往返回路为设置在同一通道内，会使蒸气流与液体流的流动方向在该通道中相互冲突，而使热传量降低，且通道中残存的非凝结性气体积存于冷凝区，形成温差大的区域，降低了均温性，热传性因而也大幅降低，故传统上对热管的制造条件与保持皆严格要求，因此使成本大幅提高，售价上升，相当不符合经济性，为了提供更符合实际需求的物品，发明人乃进行研发，以解决现有热管其热传性不佳的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在于提供一种平板式环路型热管，在板状热管中形成多层式且多通道与多回路式的结构，将蒸发区、蒸气通道、冷凝区、流体返回通道依序串联成一回路，其中蒸气通道可能单一通道或两通道以上相互并联设置，流体返回通道也能以单一通道或两通道以上相互并联设置，便形成单回路式的串、并联组合的架构，即组成更有效率的热交换装置，回路主要是利用通道流阻不同的导引作用，即蒸气通道的流阻小于流体返回通道，让回路中的流体自动产生循环性且稳定的单方向且相同方向的流动。从而使板状热管几乎不会有烧干现象发生，故能产生很好的热传递性，在有限空间下可有极大的热传量。通道中所形成蒸气流与冷凝的液体流皆为顺着同一方向流动而不相互冲突：而且同一平面上的各回路能形成不均匀配置状态，以适应实际需求。

本发明另一目的在于提供一种上述的平板式环路型热管，在于以经济性的考虑的前题下，能以低成本进行板状热管的制造，但仍维持有板状热管的热传递功能，而且能产生更快速的引导，运用回路内通道热流不对称的现象与回路结构上的导引，使热交换中的蒸气通道、冷凝区、流体返回通道、蒸发区所依序串联回路成为循环状的通道，即能使壳体内所存在的非凝结性气体无法固定积聚在通道的冷凝区，而让非凝结性气体顺着通道依据设计方向不断地循环流动，大幅提高板状热管的均温性，故板状热管的壳体内即使有非凝结性气体，对板状热管的功能特性均影响不大，并能延长板状热管的使用寿命。

为达到上述目的，本发明结构为：包括一壳体与数环状回路板，以至少一环状回路板设置于中空壳体内，让环状回路板具有至少一回路，回路形成为依序串联的蒸发区、蒸气通道、冷凝区、流体返回通道，且在壳体中充填有适量液体，流体返回通道与蒸气通道是各自有其独立而不相共享的通道，且于环状回路板盖设有板状毛细组织，并使蒸气通道的流阻小于流体返回通道，当蒸发区受热，冷凝区散热，使回路内所有的流体皆朝同一方向稳定流动不相冲突，且所有流体皆可流经回路各处，故回路内存在的非凝结性气体对回路的均温性影响不大，且顺着回路流动，而使回路热板成为均温性佳，且热传量极大的热交换装置。其中蒸气通道能以二通道以上并联设置，流体返回通道能以二通道以上并联设置。

为更好地解释本发明为达到预定目的所采取的技术、手段及效果，下面结合附图详细描述的本发明的实施例，相信本发明的目的、特征与优点，可由此得以深入且具体的了解。

附图说明

图1为现有技术方案的剖视图；

图2为本发明的立体分解图；

图3为图2中第一环状回路板翻面后的上视立体图；

图4为图2中第一环状回路板未翻面的上视立体图；

图5为图2中第二环状回路板的上视图；

图6为图2中本发明组合后的剖视图；

图7为图2中第一环状回路流体的流动示意图；

具体实施例

在图2、3、4、5、6和图7中，本发明的一个实施例为一种环路型热管，具有一壳体3，壳体3其为中空封闭体，并于壳体3内充填有适量液体。液体的充填量，是指填满壳体内的毛细组织及回路内第一环状回路板各回路内通路的容积的80-90％的填入液体的容量。

具有至少一个呈娄空状的第一环状回路板5与至少一个呈娄空状的第二环状回路4，各环状回路板4、5是接设于壳体3内，并以环状回路板4在壳体3内形成具有至少一回路2，回路2是以娄空形成各通道，其中的壳体3是由顶壳31与底壳32所组成，以顶壳31的周缘与底壳32的周缘相接后密闭形成壳体3。其中环状回路板可以仅设其中的一块，或是设置成两块相叠状，可以将图3与图4所示的状态，直接相叠组成另一组合。

其中壳体3可具有另一种型式，壳体是为由一圆管压平成扁平管，且两端封闭者。

在第一环状回路板5与第二环状回路板4上开设有突起或凹陷的通道，在图3、4、图5中，该通道的设置能满足形成回路的需求；其中第一环状回路板与第二环状回路板的设置方式近似。

在图2中的第一环状回路板5和第二环状回路板4为呈方形，而且于其中分别形成四等分的使用状态，也就是以十字区分成四区，各区均形成一回路，是由各二条不相交且呈角状平行侧的区隔条50a、40a及垂直侧的区隔条50b、40b与二条角状相交的边缘条57、47相连组成，于该对角状相按的区隔条50a、50b或40a、40b间各形成一中心缺口58、48。

在一对区隔条40a及40b与一对边缘条47，或是一对区隔条50a及50b与一对边缘条57所框围的空间内，分别以四条的第一隔条41、42、43、44、51、52、53、54与区隔条40a、40b、50a、50b并列形成四条宽通道，再以一第二隔条45、55两侧分别与第一隔条44、54、平行侧的边缘条47、57并列形成二条次宽通道，在另一侧垂直侧的区隔条47、57并列有一底隔条46、56间区隔成一条较窄通道，且使底隔条46、56与第一隔条44、54相接。

在图3、图4中，第一环状回路板5的平行侧区隔条50a、第一、第二隔条51、52、53、54、55分别与相垂直相接的边缘条57处各设有一阶状凹槽59f、59a、59b、59c、59d、59e，各凹槽59设在近宽通道与次宽通道的外端，并形成宽、次宽通道横向相交的状态，以使各凹槽59成为蒸气移动的通道终点，即使第一环状回路板5的蒸气，经由第一环状回路板5宽通道的靠边部份的冷却通路，且呈左右两半间相连通的状态。

在图5中，第二环状回路板4的平行侧区隔条40、第一、第二隔条41、42、43、44、45分别与相垂直相接的边缘条47处各设有一贯穿横槽49，形成宽、次宽通道间为平行设置；其需经由第二板状毛细组织7的传递，如图6所示。

各回路板4、5上的各回路形成由宽通道、次宽通道、较窄通道的连通形状。但上述的结构仅为一较佳实施例。其中以宽通道形成蒸气通道22，以较窄通道形成液体返回通道24，中心缺口48处为蒸发区21，以次宽通道所在的板边缘处为冷凝区23，充填于壳体3内的液体其流向在图7中所示。且宽通道靠冷凝区部份已具有为冷凝区的功能和作用。

回路2由依序串联的蒸发区21、蒸气通道22、冷凝区23、流体返回通道24所组成，在回路2中充填有适量的液体，液体的充填量是指由填满毛细组织至填满回路内的90％的体积。其中流体返回通道24与蒸气通道22是不相共享的通道，也就是蒸气通道22是一独立的通道，流体返回通道24也是一独立的通道，这是不同于现有传统热管的蒸气通道与流体返回通道共享同一通道的结构。

本发明的回路2的区域，在上、下方各形成两组回路2，且上分或下方的一对回路为左右对称设置，即形成中间的蒸发区21与周边的冷凝区23，使蒸气进入四条宽通道所并联组成的蒸气通道22，然后进入冷凝区23的次宽通道，冷凝成的液体顺着较窄通道所形成的流体返回通道24回到蒸发区21，便完成一次的循环动作，而回路的形状能配合需求设置，图中是将蒸发区设置在中心位置，也能为偏心的状态，或是在角落处，均可应用本发明的方式，形成多种的形状。

另外，在图2中是形成各自独立的四组并朕式的单一回路设置，仅使液体于中心缺口处汇流，若有需要亦能在环状回路板上形成串联式的数回路组合，以使本发明能顺序地以不同接点接触热源，形成另一种型态的热管结构。

且本发明使在流体返回通道24内的流阻大于蒸气通道22，此是刻意造成壳体通道内热流的不平衡，以形成壳体3通道内流体流动的不对称结构，使由蒸发区21形成的蒸气很容易且自然稳定地单方向朝冷凝区23流动，并在冷徽区23冷凝形成冷凝液体流，让冷凝的液体流与非凝结性气体，连同未冷凝的蒸气流，在回路的流阻不同作用下与通道结构的引导下，一齐朝向流体返回通道24稳定地单方向流动，且经流体返回通道24回流至蒸发区21。

本发明所指的蒸发区21就是回路2受热位置部份，其能以一热源8，如图6中所示，与壳体3的至少一端面(底面)中心处相接，而热源是指电子组件的易发热表面，通常是指中央处理器，但不局限于该组件。所以，蒸发区与欲散热的热交换装置相接，欲散热的热交换装置可为热源的传热块、受热鳍片组、受热水套或如本发明另一组回路的冷凝区，其中的另一组回路是指本发明两回路的串接型式。

此外，本发明冷凝区23就是回路散热的位置，此部份为主要的散热区域，当然通道的本身也是良好的散热结构，能使冷凝区与一热交换装置9相接，如图6所示，也就是冷凝区23的至少另一端面(顶面)与作为散热的热交换装置相接，热交换装置为一体式的散热器、散热鳍片组、冷却水塔或本发明另一组回路的蒸发区。所以，壳体能以至少一端面的的蒸发区更与一热源相接，以进行热交换，壳体其余端面的局部至全部再与一热交换装置相接，以进行散热。

另外，在图2中所示的蒸气通道22为多个通道，也就是说能设有一或两条以上相互并联的蒸气通道22，以使各蒸气通道的流阻总和小于流体返回通道，其中的流阻控制为改变回路总截面积或总长度或其组合，以形成蒸气通道内的流阻小、流速大的状态，而流体返回通道内的流阻大、流速小的状态，使回路中刻意形成的热流不对称，促使流动方向的确定；且，流体返回通道24在图2中为多个通道，但也能设有两条以上相互并联的流体返回通道，只要符合前述的具有较大流阻条件，并且使冷凝液体只能经过流体返回通道返回蒸发区，即自然产生回路的导引流动，且此种流动的现象为稳定的单方向流动，且被刻意限制的，仅能朝设计的方向流动，不会发生违反设计的随意流动。

或让流体返回通道中充满液体以形成液封，其能干流体返回通道中完全置满一毛细组织以形成，亦能缩小气体通过空间以达成上述的液封效果，其中的液封是指流道断面缩小或以毛细组织封闭流道，即以增加流阻的不对称性的方式所形成，而使流体循环更稳定朝设计方向流动，但此时因液体返回通道会影响非凝结气体的通过性，使该实施的均温性较差，可以透过对回路的除气程序，以消除非凝结气体，提高均温性。

由于回路2已被设置成串联式，且有顺序的单方向循环流动，使存在于回路的非凝结性气体没有积聚停留的空间与时间，只能顺着蒸气流流动或冷凝液体流在回路中流动，所以，本发明在回路内可以形成蒸气通道空间内含有大部份蒸气流的气体与少部份冷凝后液体流的液体与非凝结性气体，而流体返回通道空间内大部份为冷凝的液体与少部份蒸气流的气体与非凝结性气体，构成快速地单方向循环流动。使热管内所有流体皆朝向同一方向流动，不相冲突，且所有流体任何时间都能通过系统内任何通道，故热传性佳，热传量大，且温差小。

本发明在相叠的第一环状回路板5、第二环状回路板4之外分别贴置有一第一板状毛细组织6、一第二板状毛细组织7，板状毛细组织6、7，其长宽约与环状回路板4、5等大，但板状毛细组织上仅相对于宽通道的位置设有沟槽61、71，且沟槽比宽通道为短，沟槽处为允许蒸气流通的区域，于是前述的横槽49即是透过毛细组织7与流体返回通道相接，运用毛细组织将冷凝的液体吸引并引导至流体返回通道。在图2中，为同大覆盖式的毛细组织，其能以至少一板状毛细组织设于单独一块的环状回路板的一面或两面，以形成堆栈状的结构。而板状毛细组织亦比与环状回路板小，或是设置在两环状回路板间。

由于毛细组织为多孔性，很容易成为液体的过道，使毛细组织不仅设置及于冷凝液体流所在的流体返回通道的长度，使其内通道变小且流阻变大，或单独延伸至蒸发区或单独延伸至冷凝区，或同时延伸至蒸发区及冷凝区，或更能在整个回路内设有毛细组织，但要符合蒸气通道的流阻小于流体返回通道。其中毛细组织为陶瓷、烧结粉末、发泡金属、编织网、烧结网、沟槽状板、纤维束或螺旋线。其中流体返回通道更要设有空间让蒸气与非凝结性气体通过。且毛细组织能为条状置于通道中或由板状毛细组织上突出伸出至通道通，板状毛细组织不大于环状回路板。如在第一环状回路板的阶状凹槽嵌有一毛细组织，以毛细组织形成流体返回通道与蒸气通道间的连通。

在图7中，更圈设有各作用区域的标示，中间为凝结液蒸发区21，在蒸气通道22靠内半部通道为蒸发流的蒸发区，即是广义的蒸发区域25，且于蒸气通道22靠外半部通道为蒸气流冷凝区，也与原冷凝区23组合成广义的冷凝区域27，其两侧各为凝结液流与非凝结气流返回区，又在蒸气通道22与流体返回通道24间设有连通的通道，但广义而言，为设有一连接区域26，含有前述连通的通道、阶状凹槽、贯穿横槽等的冷凝区23，也就是使连接区域界于蒸发区域25与冷凝区域27间。

综上所述的结构，本发明运用独立的分流机构，并构成蒸气通道与流体返回通道间流阻不相等的架构，配合所产生的热流不平衡、毛细现象等的原理，形成串联式的顺序单方向流体循环结构，而且蒸气通道与流体返回通道也能各自形成多通道并联式的结构，只要在流体返回通道24内的流阻大于蒸气通道22的大前题下，便能产生连通环状回路，如此，本发明于制作过程中，不需经过除气的程序，亦能操作传热，若壳体内回路经除气程序后，则热传导性更佳，且操作温度范围更广；如此，使回路更容易组成，在实际使用上与现有热管相比较，其热传导流动的速度快于现有的热管，热均温性高，热传递性佳，则热传量更大、更快，故本发明不需除气制程，且清洗的洁净制程亦不重要，使其制程简单，则成本低，售价亦能降低，具有更好的经济性，且功能特性更佳，所以本发明能提供很好的使用性，本发明与现有热管为完全不同的机构。

以上所述为本发明的较佳实施例的详细说明与图附，并非用来限制本发明，本发明的所有范围应以专利权利书要求保护的范围为准，凡与本发明的设计思想及其类似变化的实施例、近似结构，都应包含于本发明的专利保护范围之中。

Claims (27)

1.一种平板式环路型热管，其特征在于：包括：

一壳体，其为中空封闭体，其内充填有适量液体，及

至少一呈娄空状的环状回路板，其设于壳体内，并于其上设有至少一回路，回路依序由蒸发区、至少一蒸气通道、冷凝区及至少一流体返回通道串朕所组成，其中蒸气通道、流体返回通道为各自独立的通道，且位于流体返回通道内的流阻大于蒸气通道，使回路形成不对称的导引效应，蒸气通道与流体返回通道之间有相连通的通道，回路是以娄空形成各通道；

当液体由蒸发区受热形成的蒸气流，流至冷凝区形成冷凝的液体流，让冷凝的液体流，并同回路内所具有的非凝结性气体，连同未冷凝的部份蒸气流，在回路的通道热流不对称导引下，一齐朝向流体返回通道以单一同方向流动，而回流至蒸发区，再流入蒸发通道，形成回路的循环流动。

2.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的壳体是由一对顶壳与底壳所组成。

3.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的壳体至少一端面的蒸发区与一热源相接，以进行热交换，壳体其余端面的局部至全部再与一热交换装置相接，以进行散热。

4.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的壳体为呈扁平管状，且两端封闭。

5.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的液体的填充量，是指填满壳体内的毛细组织及回路内第一环状回路板各回路内通路的容积的80-90％的填入液体的容量。

6.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的的环状回路板是由两板相叠组成。

7.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的环状环路板的蒸发区为偏心设置。

8.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的环状环路板的蒸气通道为以两通道以上相互并联设置。

9.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的环状环路板的流体返回通道的流阻大于蒸气通道是指使流体返回通道的通道断面积减小或使通道长度增长或其组合。

10.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的环状环路板的流体返回通道是以液体形成液封。

11.如权利要求10所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的液封是指流道断面缩小或以毛细组织封闭流道。

12.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的环状环路板的流体返回通道为以两通道以上相互并联设置。

13.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的环状回路板为具有毛细作用或多孔的材质所制成。

14.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的环状回路板上各回路间为串联或并联设置。

15.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的环状回路板上具有一中心缺口，且以中心缺口成为各回路的蒸发区。

16.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的环状回路板为第一环状回路板，第一环状回路板由数隔条所组成，其中隔条具有阶状凹槽，形成流体返回通道与蒸气通道间的连通。

17.如权利要求16所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的第一环状回路板的阶状凹槽嵌有一毛细组织，以毛细组织形成流体返回通道与蒸气通道间的连通。

18.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的环状回路板为第二环状回路板，第二环状回路板由多个隔条所组成，其中以隔条形成有各自独立的通路，在隔条与边间的板面具有一贯穿横槽。

19.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的环状环路板由第一环状回路板与第二环状回路板组成，第一环状回路板由多个隔条所组成，其中隔条具有阶状凹槽，形成流体返回通道与蒸气通道间的连通，第二环状回路板由多个隔条所组成，其中以隔条形成有各自独立的通路，于隔条与边间的板面具有一贯穿横槽。

20.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的环状回路板为第二环状回路板，第二环状回路板由数隔条所组成，其中隔条具有独立的通道，设有一毛细组织，第二环状回路板与毛细组织相叠，以毛细组织形成流体返回通道与蒸气通道间的连通。

21.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于：还设有至少一板状毛细组织，其设置在环状回路板与壳体之间。

22.如权利要求21所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的板状毛细组织其设置的形状可与环状回路板相同或不相同。

23.如权利要求21所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的板状毛细组织为陶瓷、烧结粉末、发泡金属、编织网、烧结网、沟槽状板、纤维束或螺旋线所形成。

24.如权利要求21所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的板状毛细组织形成流体返回通道的流阻大于蒸气通道，并同时导引环状回路板冷凝液体返回蒸发区。

25.如权利要求21所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的板状毛细组织延伸至环状回路板的蒸发区及/或冷凝区。

26.如权利要求21所述的平板式环路型热管，其特征在于所述的板状毛细组织延伸至环状回路板整个回路内，以利液体返回环状回路板的蒸发区，但流体返回通道的流阻仍需大于蒸气通路。

27.如权利要求1所述的平板式环路型热管，其特征在于：还设有至少一板状毛细组织，其设置在一对环状回路板间。

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