CN1307398C - 半回路式热管结构 - Google Patents

Abstract

一种半回路式热管结构，包括一细长中空主管体，该中空主管体管壁的内部空间又可区分为一底段、一中段与一顶段，中空主管体于中段的管壁上又设有一凹面向顶段、用以收集沿管壁流下液体的集液槽；热管结构又可包括一外设的回流管，该回流管的上管口连通至集液槽、用以将集液槽中的液体导出，而其下管口则将所导出的液体回收至中空主管体的底段中。

Description

半回路式热管结构

技术领域

本发明涉及一种改良式单管热管结构，尤其涉及一种具有一带支路液体回流管路的半回路热管结构。

背景技术

现有技术中热管的运用，主要是利用热管中内含工作流体的蒸发与凝结二相变化，进行热管二端所处环境间的热量输送作业；请参阅图1所示，图1为一种现有技术热管1操作的剖面示意图，其中热管1以一高导热率的材料(例如铜)制成一封闭管体结构10，在其管内连通的密闭空间中，则承装有一定量的工作流体11。热管1的制作通常先将管体结构10的一端封闭、一端开放，并于开放端抽气使管内空间形成一定程度的真空后，再由开放端注入工作流体，并立即将开放端封闭。

在热管1运用中，以直立、或一高仰角的方式设置于二工作区域200、300中，位置较高的上工作区域200的环境温度低于位置较低的下工作区域300的环境温度，而热管1中工作流体11的操作沸点须低于下工作区域300的环境温度。

通常，热管1处于下工作区域300的部份称为蒸发部12，而热管位于上工作区域200的部份则称为冷凝部13；在操作时，热管1蒸发部12中的工作流体11于下工作区域中300吸热沸腾，并于密闭空间10中，以蒸气的形态上升至处于上工作区域200的冷凝部13中。此时，通过管体结构10的管壁，气态的工作流体得以释热至上工作区域200中并于管壁上凝结为液态的工作流体11，并藉重力的作用，沿管体10内壁下落回蒸发部12中；如此，通过工作流体11于热管1蒸发部12与冷凝部13间的反复蒸发与冷凝操作，得以有效将下工作区域300中的热量转移至上工作区域200中释放。

在现有技术热管结构运用中，当热管1于二工作区域200、300中设置完成后，即会自动地进行二工作区域200、300间的热交换作业，无须再进行任何启动或关闭的切换控制。只有在下工作区域300的发热量过多，以至使热管1中工作流体11于蒸发部12中蒸发或上升至冷凝部13的速度大于冷凝部13中工作流体11凝结或下滑至蒸发部12的速度时(亦即达到一临界点时)，一所谓『双逆流现象』即会产生。

在热管1双逆流现象的态势下，管体结构10空间中的气液相变化即会产生不稳定或不一致的现象，此时，冷凝工作流体11会在未回到管体结构10的底部前、即行蒸发，如此一来，将导致热管1底部中的干化现象，而热管1的底部因通常为与发热组件直接接触的加热接口，故此干化现象将迅速地导致发热组件的高温失效、甚至毁损。

请参阅图2所示，图2为一现有技术回路式热管的示意图；在此回路式热管中，其蒸发部12与冷凝部13采取远距设置，并以一蒸气管路14与另一液体管路15将热管结构成形为一回路结构。在回路式热管的运用中，蒸发部12直接设置于发热组件上，其蒸发气体以蒸气管路14输送至冷凝部13中，而于冷凝部13中凝结的液态工作流体则由液态管路15输送回蒸发部12中。

在回路式热管中，因输送蒸气与液体的管路分离，故在冷凝工作流体的回流中，不但不会有中继吸热现象，且其将液态工作流体直接输送回蒸发部12的操作，除可免除前述干化现象外，并可确保热管对发热组件的散热效果，直接保护发热组件的操作。

然而，回路式热管固可解决单管式热管的部分问题，但因其结构较为复杂、设置所需零件(如固定件等)多、且设置空间需求较大，故以回路式热管完全取代设置简单与成本低廉的单管式热管的建议，显然是绝无可能的。

于是，改良传统的单管式热管结构，以避免其操作可能的干化现象，显然是热管运用上一值得开发的课题。

发明内容

本发明的主要目的，是提供一种半回路式热管结构，以一外接的液体回流管路设置于一单管式热管结构上，藉以避免热管蒸发部的干化现象，确保热管运用的操作效能。

本发明半回路式热管结构，包括一内含一工作流体的细长中空主管体，此中空主管体管壁的内部空间又可区分为一底段、一中段与一顶段，其中底段与中段的部分归属于热管的蒸发部，而顶段与中段的另一部分则归属于热管的冷凝部，本发明热管结构中空主管体于中段的管壁上又设有一凹面向顶段、用以收集沿管壁流下的工作流体的集液槽，且此热管结构又可包括一外设的回流管，此回流管又包括一上管口及一下管口，其中的上管口连通至集液槽、用以将集液槽所收集的工作流体导出中空主管体，而下管口则将所导出的工作流体回收至中空主管体底段中。

在本发明的一实施例中，半回路式热管结构的集液槽可由一塞置于中空主管体内的集液环与中空主管体的管壁构成，此集液环的外缘与管壁间形成该集液槽，又包括一中心贯通孔，用以连通中空主管体的底段与顶段。

在本发明的一实施例中，半回路式热管结构的中空主管体可由一上套管及一下套管组套而成，下套管的上端以一内缩形态构成，以于组套时插置入上套管的下端，而下套管的上端则于组套完成时，即与上套管的内壁间形成本发明的集液槽。

在本发明的一实施例中，半回路式热管结构的中空主管体可由一上套管及一下套管组套而成，上套管的下端以一向管内卷入形态构成，当上套管与下套管组套完成时，上套管的下端即形成本发明的集液槽。

在本发明的一实施例中，半回路式热管结构的中空主管体可由一上套管、一集液环、及一下套管组套而成，当上套管、集液环与下套管组套完成时，集液环位于上套管内的部分，即以其外缘与上套管的内壁形成本发明的集液槽。

在本发明的一实施例中，半回路式热管结构的底段管壁又可扩大形成为一集热体，用以便利设置于一发热组件上，而回流管的下管口可连接在此集热体的顶面或侧面上。

在本发明的一实施例中，半回路式热管结构的主管体位于集液槽上方的管壁内又可铺设一毛细结构层，用以便利将冷凝的液态工作流体输送至集液槽中。

为使本发明能得到更进一步的了解与认同，兹配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为一现有技术热管操作的剖面示意图；

图2为一现有技术回路式热管的示意图；

图3为本发明半回路式热管结构第一实施例的立体示意图；

图4为第三图中实施例操作的沿a-a线剖面示意图；

图5为本发明半回路式热管结构第二实施例的剖面示意图；

图6为本发明半回路式热管结构第三实施例的剖面示意图；

图7为本发明半回路式热管结构第四实施例的剖面示意图；

图8为本发明半回路式热管结构第五实施例的立体示意图；

图9为第八图中实施例沿b-b线的剖面示意图；

图10为本发明半回路式热管结构第六实施例的立体示意图；

图11为第八图中实施例一运用的剖面示意图；以及

图12为本发明半回路式热管结构的一部分主管体管壁实施例的剖面放大示意图。

附图标记说明：

1传统热管

2半回路热管

3散热鳍片

4发热组件

10管体结构

11工作流体

12蒸发部

13冷凝部

14蒸气管路

15液体管路

20主管体

21回流管

22集液环

23集热体

200上工作区域

201底段

202中段

203顶段

204内部空间

207管壁

208毛细结构层

211上管口

212下管口

220贯通孔

221集液槽

222外缘

230顶面

231侧面

233液体室

300工作区域

具体实施方式

在以下说明中，为能求得本发明技术解说的一贯性，故在不同的实施例中，若有组件的功能相同但形状略异者，则仍使用相同的名称与附图标记。

本发明主要的手段是将单管式热管冷凝部中沿管壁流下的液态工作流体于热管较远离底端主要吸热区处先行收集，并利用一外接旁通的回流管输送回热管底端的主要吸热区再行吸热运用；藉此，得以避免冷凝的液态工作流体于滑落至热管底部前，因受到上升中的蒸气与壁面的加热，而先行蒸发，以至使热管底部因缺少液体的回补而使其加速干化，造成热管无法进行预设散热效能。

请参阅图3与图4所示，图3与图4分别为本发明半回路式热管结构第一实施例的立体与沿a-a线的剖面示意图；如图所示，本发明的半回路式热管结构2，主体为一内含一工作流体11的细长中空主管体20，此主管体20的管壁207内部空间204又可区分为一底段201、一中段202与一顶段203，其中底段201与中段202接近底段201的部分归属于现有技术热管的蒸发部(参见图1的蒸发部12)，而顶段203与中段202接近顶段203的另一部分则归属于现有技术热管的冷凝部(参见图1的冷凝部13)。

如图所示，本发明热管结构2的中空主管体20于中段202的管壁207上又设有一凹面向顶段203、用以收集沿管壁207流下的工作流体11的集液槽221，且此热管结构2又可包括一外设的回流管21，此回流管又包括一上管口211及一下管口212，其中上管口211连通至集液槽221、用以将集液槽221所收集的工作流体11导出中空主管体20，而下管口212则将由上管口211所导出的工作流体11回收至中空主管体20的底段201中，藉此，使液态工作流体11的回流得避开底段201与中段202的高温主管体20部分，而直接馈送至主要吸热操作的主管体20底端，避免热管操作可能的「干化现象」。

在第一实施例中，半回路式热管结构2的集液槽221由一塞置于中空主管体20中段202内的集液环22与中空主管体20的管壁207构成，此集液环22的外缘222与管壁207间所形成的环形凹面空间，即定义为本发明的集液槽221；如图所示，此锥形集液环22又包括一中心贯通孔220，用以连通中空主管体20内部空间204的底段201与顶段203，使气态的工作流体11得于中空主管体20内自由上升。

本发明中，回流管21与主管体20的连通形成，可为主管体20钻孔后再将回流管21的两端焊合或螺合，或是通过另一连接件进行回流管21于主管体20上的连通作业，此类管体旁通过程为本领域中的普通技术人员所熟知，故在此不再特别予以图示详述。

本发明中，支路回流管21可为铜管、金属管、亦或是适当配置的塑料管(须配合一现有技术双通管连接件连接至金属制的主管体20)。

请参阅图5，图5所示为本发明半回路式热管结构2第二实施例的剖面示意图；与图5所示的第一实施例比较，在此第二实施例中，半回路式热管结构2的中空主管体20由一上端封闭的上套管20a及一下端封闭的下套管20b组套而成，下套管20b的上端以一内缩形态构成(亦即将前述集液环22与下套管20b制作成一体成形件)，以于组套时插置入上套管20a的下端，而下套管20b的上端则于组套完成时，即与上套管20a的内壁207间形成本发明的集液槽221；至于回流管21的配置，则与前述第一实施例相同。

请参阅图6，图6为本发明半回路式热管结构2第三实施例的剖面示意图；与第四图所示的第一实施例及图5所示的第二实施例比较，在此第三实施例中，半回路式热管结构2的中空主管体20由一上套管20a、一具中心贯通孔220的集液环22、及一下套管20b分段组套而成，当上套管20a、集液环22与下套管20b组套完成时，集液环22位于上套管20a内的部分(图示的上端部分)，即以其外缘222与上套管20a的内壁207形成本发明的集液槽221；至于回流管21的配置，则与前述各实施例相同。

在第三实施例中，集液环22与上套管20a及下套管20b间的连接可为焊合、紧密套合、或是螺合等方式，若是使用螺合时，集液环22外环面可分别制作成一外螺纹面，而上套管20a及下套管20b的相对应管内壁则制作成匹配的内螺纹，当然在组装时，适当的阻封件(如O形环、止水带等)仍是必需的，由于此类管接运用为本领域中的普通技术人员所熟知，故在此不再赘叙。

请参阅图7，图7为本发明半回路式热管结构2第四实施例的剖面示意图；与图4所示的第一实施例及图5所示的第二实施例比较，在此第四实施例中，半回路式热管结构2的中空主管体20虽同由一上套管20a及一下套管20b组套而成，但上套管20a的下端是以一向管内卷入的形态构成(亦即将前述的集液环22与上套管20a制作成一体成形件)，藉此直接形成为本发明的集液槽221；至于回流管21的配置，则与前述的各实施例相同。

请参阅图8与图9，图8与图9分别为本发明半回路式热管结构第五实施例的立体与沿b-b线的剖面示意图；如图所示，在此实施例中，半回路式热管结构2的底段201管壁207又可扩大形成为一具较大液体室233的集热体23，用以便利设置于一发热组件(图中未示出)上，而回流管21的下管口212则由集热体23的顶面230连通至主管体20的内部空间204(亦为液体室233)中。

如图所示，在第五实施例中，主管体20虽与图5所述第二实施例同为「二管20a、20b套合、且集液槽221由下套管20b的顶端与上套管20a的内缘面207形成」的模式，但其上套管20a的底端则延长套合至集热体23的顶面230。

请参阅图10，图10为本发明半回路式热管结构第六实施例的剖面示意图；与图8所示的第五实施例比较，在第六实施例中，其回流管21的下管口212则由集热体23的侧面231连通至主管体20的集热体23中。

请参阅图11，图11为图8中实施例运用的剖面示意图；如图所示，半回路式热管结构2的集热体23设置于一发热组件4上，以直接接触的方式将发热组件4的产热导引至主管体20中、沸腾液体室233中的工作流体11，蒸发后的气态工作流体顺着主管体20的内部空间204自然上升至热管结构2的冷凝部(亦即顶段203与部分的中段202)，再与管壁207热交换后凝结成液态的工作流体11，此液态的工作流体11并沿管壁207流下至主管体20的中段202部分，而为集热槽221所收集，集热槽221中的工作流体11再由外接的回流管21馈送回集热体23中，进行再次之的吸热蒸发。

如图所示，为加速热管结构2冷凝部(亦即顶段203与部分的中段202)的热量散逸，乃于热管结构2的冷凝部上配合设置适当构形的散热鳍片3(可再配合一散热风扇)，以加速主管体20中的热量扩散导出。

本发明中，集热体23的构形可为如图所示的圆碟体、方型体、中空薄板体、或是其它配合发热组件运用的构形。

请参阅图12，图12为本发明半回路式热管结构的一部分主管体管壁实施例的剖面放大示意图，其中，在主管体20集液槽221上方(亦即前述上套管20a相对位置)的管壁207上铺设有一毛细结构层208，用以便利将热管冷凝部内部空间204中液态工作流体输送至集液槽221中；此一毛细结构层208的设计亦常见于现有技术技艺中，所不同的是在现有技术热管技术中，毛细结构层208的铺设用以将冷凝的液态工作流体顺利地沿管壁导流至热管的底端(而非本发明的集液槽221)，故以图1所示的现有技术热管1为例，当其热管1的管体结构10内加设一毛细结构层(图中未示出)时，其铺设即是以全管体结构10内铺设为主。

本发明中，半回路式热管结构通过外接的回流管设置，得以于单管式热管结构上，设置一降低主管体吸热影响的液体回路，藉此，有效避免热管蒸发部的干化现象，并可确保热管运用的操作效能。

以上利用一优选实施例详细说明本发明，然而，这并非要限制本发明的范围，而且本领域中的技术人员皆能明了，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，当然可以对本发明做出一些改变及调整。

Claims (8)

1.一种半回路式热管结构，包括一内含一工作流体中空主管体，所述中空主管体管壁内的空间又区分为一底段、一中段与一顶段，其特征在：所述中空主管体位于所述中段的所述管壁上又设有一凹面向所述顶段、用以收集沿所述管壁流下的所述工作流体的集液槽，所述热管结构又包括一外设的回流管，所述回流管的上管口连接至所述集液槽、而下管口则连接至所述底段，用以将所述集液槽中的所述工作流体导引至所述底段中。

2.如权利要求1所述的半回路式热管结构，其中所述集液槽由一塞置于所述中空主管体内的集液环与所述管壁构成，所述集液环的外缘与所述管壁形成所述集液槽，又包括一贯通孔，用以连通所述底段与所述顶段。

3.如权利要求1所述的半回路式热管结构，其中所述中空主管体由一上套管及一下套管组套而成，所述下套管的上端以内缩型态构成，以于组套时插置入所述上套管的下端，而所述下套管的所述上端于组套完成时，即与所述上套管的内壁形成所述集液槽。

4.如权利要求1所述的半回路式热管结构，其中所述中空主管体由一上套管及一下套管组套而成，所述上套管的下端以向管内卷入型态构成，当所述上套管与所述下套管组套完成时，所述上套管的所述下端即形成所述集液槽。

5.如权利要求1所述的半回路式热管结构，其中所述中空主管体由一上套管、一集液环、及一下套管组套而成，当所述上套管、所述集液环与所述下套管组套完成时，所述集液环位于所述上套管内的部分即与所述上套管的内壁形成所述集液槽。

6.如权利要求1所述的半回路式热管结构，其中所述底段的所述管壁又扩大形成为一集热体，用以设置于一发热组件上，而所述回流管的所述下管口连接在所述集热体的一顶面。

7.如权利要求1所述的半回路式热管结构构，其中所述底段的所述管壁又扩大形成为一集热体，用以设置于一发热组件上，而所述回流管的所述下管口连接在所述集热体的一侧面。

8.如权利要求1所述的半回路式热管结构，其中所述主管体位于所述集液槽上方的管壁内又铺设有一毛细结构层。

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