CN1300541C - 平板型热管的热传加强结构 - Google Patents

Abstract

一种平板型热管的热传加强结构，其热管蒸发端连接于发热组件上，而冷凝端则连接于散热装置，热管腔体的内表面设有毛细结构，并充填适量的工作流体，而在腔体内进行工作流体的蒸发、冷凝循环，其中，于腔体内较高温处设有若干个抵接于上、下壁面的导热柱，以作为热传的加强结构；藉此，利用导热柱的设计，即可有效降低热传路径上热阻，进而达到良好的散热及均热的目的。

Description

平板型热管的热传加强结构

技术领域

本发明提供一种于热管腔体内较高温处设有抵接上下壁面的导热柱的热传加强结构，利用该导热柱较高的热传导系数，将高温快速传导至冷凝端，达到散热及均热目的。

背景技术

产业技术的不断发展，使得电子组件走向轻薄短小的趋势，同时，在高性能、高效率的诉求下，其所代表的意义不只是工作速度的提升，其单位体积所含的电子组件也相对的增加，在性能不断提高的过程中，其发热量所造成的问题日益严重，且在电子组件发热量日益增加的同时，因电子组件效能设计的不同，使得发热的电子组件表面的热通量分布不均，也因局部温度不同，而会在表面上形成所谓的热点(hot spot)，造成局部温度过高的现象，而电子组件的操作温度又与其可靠度、使用寿命等息息相关，尤其在体积受限的笔记本型计算机等周边商品组件上，因此如何有效提升散热能力成了一个关键性的问题。为了解决前述的问题，许多被动式的散热及均热组件相继被提出，以做为下一代电子产品最有效的散热解决方案，而这些散热或均热组件均具有一相同的工作原理，即如第1图所示，在一真空腔体1内部表面设有毛细结构2，并充填部份的工作流体，因重力及毛细作用之故，液体分布于此腔体1内的毛细结构上，当腔体1接触发热源时，相对于发热源的工作流体因受热而蒸发，当蒸汽接触到较冷的部位时将会冷凝，而后因重力及冷凝液体与毛细结构所产生的毛细力，将液体导引至液体含量较少的毛细结构处(即与发热源接触蒸发的位置)，以进行下一次的蒸发冷凝循环，藉由液体不断的蒸发及冷凝过程，以极小的温差，将热由热端传至冷端；此类散热或均热组件中，其于蒸发及冷凝过程中，毛细结构为关键的必要设计，毛细结构不但提供作为液体的信道，且提供液体流动的驱动力(亦即毛细现象)，使得腔体内可使工作流体顺畅的进行液汽双相流循环；然而根据分析显示，毛细结构因其热传导系数低，却也成为一热传阻碍，使得吸附于毛细结构中的液体无法如预期般的出现液体蒸发现象，造成散热或均热效果不佳，而影响整体性能的表现。曾有一些改进结构出现，但其效果都不理想，如以下专利文献所述：

1、台湾专利申请第89210557号「平板式热管结构改良」：请参阅图2，该专利案是在一密闭的真空腔体3内填充有适量的工作流体，腔体内广布有数个抵接上、下壁面的毛细结构4，而成为该平板式热管的支撑结构，藉以增加热管结构强度，同时增加毛细结构的数量及表面积；该案是广布毛细结构，以提供支撑及冷凝水液回流导流的作用，惟因毛细结构本身热传导系数较低，在热传上反而形成热传阻碍，因此该案在热传上并无特殊的效果，尤其在针对一些发热不均，在局部形成热点(hot spot)的电子组件，该案并无法提供有效的解决方案。

2、台湾专利申请第86115415号「热管式散热器」：请参阅图3，该专利案是在一密闭的真空腔体5内填充有适量的工作流体，腔体上方设有数个散热鳍片6，腔体内设有若干个导流柱7及毛细结构区8，而借着导流柱7提供支撑及导流作用，并以毛细结构8增加液体与热源的接触面积及冷凝液的导流作用；但该案的导流柱7是广布设置，主要作用为支撑及导流，因此在热传上并无特殊效果产生，也无针对局部热点(hot spot)作特殊的热传设计，故热传效果显有不足。

3、台湾专利申请第88210055号「热管均热板」：请参阅图4，该专利案是在一腔体9的上板面10设有若干个凸起柱11，下板面12设有毛细结构13，该毛细结构13并与上板面10的凸起柱11抵接，借着利用毛细结构13作冷凝水液的回流导流，并与凸起柱11抵接，以形成支撑作用；该案以毛细结构13与凸起柱11抵接，而提供支撑作用，在毛细结构13因热传导系数低反而形成热传阻碍下，与毛细结构13抵接的凸起柱11，并无法提供热传的作用，尤其在局部热点(hot spot)的电子组件使用上，将无法提供有效的散热及均热效果。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种平板型热管的热传加强结构，其是在一密闭的真空腔体内填充适量的工作流体，腔体内表面设有毛细结构，以进行工作流体的液汽双相流循环，其中，在腔体内较高温处还设有抵接上、下内壁面的导热柱，以作为热传加强结构；藉此，利用导热柱提供高温区有效的热传递路径，以降低热传路径上的热阻，达到良好的散热及均热效果。

本发明的另一目的是提供一种平板型热管的热传加强结构，其中该抵接于上、下内壁面的导热柱，是由高导热系数材料制成，而具有高热传效果，并在高温区分布设置，可针对局部的高温作快速的热传，以达到良好的均温性及散热性。

本发明的又一目的是提供一种平板型热管的热传加强结构，其中，在导热柱的周侧还可置入具有导流能力的毛细结构，该导热柱周侧的毛细结构为金属弹簧状、网状或以烧结金属粉粒所成型的多孔质结构；且该导热柱周侧的毛细结构，还可以是导热柱本体周侧直接成型出的沟槽状或多孔状结构，使得液体的蒸发现象可伴随发生在此路径上，以促进蒸发及冷凝的循环过程，且在利用导热柱降低热阻的同时，还可因液体蒸发而提供良好的扩散效果，以达到均热的要求，而降低整个装置的热阻。

本发明的目的是这样实现的：一种平板型热管的热传加强结构，其是为一密闭的真空腔体，腔体蒸发端外部连接发热组件，冷凝端外部则连接散热装置，腔体内表面设有毛细结构，并充填有适量的工作流体，以进行双相流的蒸发、冷凝循环；其主要特征是在于该腔体内设有数个抵接于上、下壁面的导热柱。

其中，该抵接于上、下内壁面的导热柱，分布于高温区或热点处，并可具有不同的尺寸或形状，以达到良好的均温性及散热性。

其中，该导热柱是由高导热系数材料制成，而具有高热传效果。所述的高导热系数材料，是指如固体银、铜、铝、钻石、石墨、纳米碳管等具有高热传导系数的材料，

其中，该导热柱的周侧设置有毛细结构。

其中，该导热柱周侧的毛细结构为金属弹簧状、网状或以烧结金属粉粒所成型的多孔质结构。

其中，该导热柱周侧的毛细结构，是于导热柱本体周侧直接成型出的沟槽状或多孔状。

附图说明

图1是一般散热器冷凝循环的示意图。

图2是台湾专利申请第89210557号「平板式热管结构改良」的示意图。

图3是台湾专利申请第86115415号「热管式散热器」的示意图。

图4是台湾专利申请第88210055号「热管均热板」的示意图。

图5是本发明腔体的示意图(一)。

图6是本发明热传加强结构的分布示意图。

图7是本发明腔体的示意图(二)。

图8是本发明腔体的示意图(三)。

组件编号：

现有技术部份：

真空腔体1；毛细结构2；真空腔体3；毛细结构4；真空腔体5；散热鳍片6；导流柱7；毛细结构8；腔体9；上板面10；凸起柱11；下板12；毛细结构13。

本发明部份：

腔体20；毛细结构201；导热柱202；毛细结构203；支撑柱204；散热装置21；发热组件22。

具体实施方式

请参阅图5，本发明的热管腔体20为一密闭的真空腔体，该腔体20为铜、铝或其它导热良好的材质所制成，于腔体20的外部上方装设有散热装置21，下方则连结一发热组件22上，腔体20的内部表面设有毛细结构201，并充填有适量的工作流体，该工作流体一般为纯水、氨水或有机溶液如甲醇、乙醇或丙酮等利于蒸发散热的流体，并可视需要添加不同比例的金属或非金属固体粉末，因重力及毛细作用之故，工作流体分布于毛细结构的位置，当接触发热源时，接触区域的工作流体因受热而蒸发，当蒸汽上升至上方较冷的部位时，将会冷凝并因重力及冷凝液体与毛细结构201接触所产生的毛细力，将液体导引至液体含量较少的毛细结构处(即与热端接触蒸发的位置)，以进行液汽双相流的循环，然而由于毛细结构201因热传导系数低，实际上较不易作为热传的介质，为了使高温区具有更佳的散热及均热效果，本发明于腔体20内设有抵接于上、下壁面的导热柱202，该导热柱202是由如固体银、铜、铝，钻石、石墨、纳米碳管等高导热系数的材料制成，而具有高热传效果，且其抵接于上、下壁面，故在降低热阻下，可快速而有效的将发热组件22上的热能，传导至上方的冷凝端，而形成一热传的加强结构。请参阅图6，由于导热柱202具有较佳的热传效果，因此在电子组件上，可针对其高温区或热点(hot spot)作分布设置，以将高温快速传送至冷凝端，达到良好的均温性及散热性，且视高温区或热点(hot spot)的分布需求，导热柱202可作各种不同尺寸或形状的设计，以达到最佳化的热传效果。请参阅图7，本发明的热传加强结构，可在导热柱202的周侧设置毛细结构203，该毛细结构203可为金属弹簧状、网状或以烧结金属粉粒所成型的多孔质结构，由于在导热柱202周侧设置毛细结构203，不但可使得液体蒸发现象伴随发生在导热柱202的热传路径上，以促进蒸发及冷凝的循环过程，且可因液体的蒸发而提供良好散热的扩散效果，以达到均热的要求，再者毛细结构203亦具有导流能力，其可将冷凝端的水液导流回流至高温区，以进行工作流体的循环；此外，于导热柱202本体的周侧，亦可直接成型出沟槽状或多孔状的毛细结构203，而相同具有毛细结构促进吸附、蒸发及冷凝循环的效果。请参阅图8，本发明的腔体20由于是为真空腔体，为避免大气压力所造成的结构破坏及变形，于腔体内另设置数个支撑柱204，以支持腔体中空部位所受的应力。

Claims (6)

1、一种平板型热管的热传加强结构，其是为一密闭的真空腔体，腔体蒸发端外部连接发热组件，冷凝端外部则连接散热装置，腔体内表面设有毛细结构，并充填有适量的工作流体，以进行双相流的蒸发、冷凝循环；其特征在于该腔体内设有数个抵接于上、下壁面的导热柱。

2、依权利要求1所述的平板型热管的热传加强结构，其中，该抵接于上、下内壁面的导热柱，分布于高温区或热点处，并具有不同的尺寸或形状，以达到良好的均温性及散热性。

3、依权利要求1所述的平板型热管的热传加强结构，其中，该导热柱是由固体银、铜、铝、钻石、石墨或者纳米碳管制成。

4、依权利要求1所述的平板型热管的热传加强结构，其中，该导热柱的周侧设置有毛细结构。

5、依权利要求4所述的平板型热管的热传加强结构，其中，该导热柱周侧的毛细结构为金属弹簧状、网状或以烧结金属粉粒所成型的多孔质结构。

6、依权利要求4所述的平板型热管的热传加强结构，其中，该导热柱周侧的毛细结构，是于导热柱本体周侧直接成型出的沟槽状或多孔状。

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