CN1892165A - 扁平式热管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扁平式热管，包括一壳体，该壳体内形成一腔体且该腔体内设置有由发泡金属构成的毛细结构，该壳体包括一蒸发段与一冷凝段，该毛细结构的孔径沿冷凝段至蒸发段呈从大到小的顺序排布，藉此对管内冷却后的液体同时兼顾毛细作用力与回流阻力，促使液体及时回流，有效防止干烧现象发生。

Description

扁平式热管
【技术领域】
本发明涉及一种传热装置，特别是关于一种用于电子产品散热的扁平式热管。
【背景技术】
随着信息产业不断发展，带动电子元件朝向轻、薄、小且高频高速的方向演进，使电子元件产生的发热量亦不断增加。针对笔记型计算机等具有空间限制的电子产品而言，其散热问题更加突出，而热管由于具有传热速度快且占用空间少的特性，因而在这些具有狭小空间的电子产品中得到广泛应用，且由于该等电子产品空间的限制及其本身特性，使得采用的热管一般以微型热管或者扁平热管为主。
热管是利用液体在气、液两态间转变时温度保持不变而可吸收或放出大量热量之原理工作，其是于一密封低压壳体内盛装适量汽化热高、流动性好、化学性质稳定、沸点较低之液态工作流体，如水、乙醇、丙酮等，利用该工作流体受热和冷却而在气、液两态间转变时，吸收或放出大量热量而使热量由管体一端迅速传到另一端。
为便于冷凝后的液体回流，热管内一般设置有多孔毛细结构，通过该多孔毛细结构产生毛细作用力驱动冷凝后之液体回流，而热管的多孔毛细结构一般采用单一均匀孔隙的多孔构造，如烧结式粉末构造、丝网构造或者沟槽结构等。然而，在热管的所有操作极限中，毛细结构的毛细极限是制约热管性能最重要的因素，有效提高热管的毛细力并同时降低对回流液体的阻力，即成为提高热管性能的主要方式。上述结构单一之毛细结构在热导管操作之每一局部所能承受之最大热流密度几乎是一致的，无法同时兼顾较大的毛细作用力与较小的液体回流阻力。当多孔结构间的孔隙较小时，对液体回流产生较大之摩擦阻力与黏滞力，即回流阻力较大；反之，当多孔结构间的孔隙较大时，对回流液体产生之毛细作用力随之降低，即毛细驱动力不够，当液体由于回流不及时而无法迅速补充吸热端蒸发所需液体的量时，则容易引发干烧(dry out)现象而损坏热管。
【发明内容】
为解决具狭小空间限制的电子产品的散热问题以及防止热管发生干烧现象的技术问题，有必要提供一种能够促使冷凝后的液体及时回流之扁平式热管。
该扁平式热管包括一壳体，该壳体内形成一腔体且该腔体内设置有由发泡金属构成的毛细结构，该壳体包括一蒸发段与一冷凝段，该毛细结构的孔径沿冷凝段至蒸发段呈从大到小的顺序排布。
上述扁平式热管之毛细结构由于设计成在热管的纵向上由冷凝段至蒸发段呈孔径从大到小的梯度分布结构，冷凝段内由于形成为孔隙较大的多孔结构，对液体产生的回流阻力较小，便于其回流；而蒸发段内由于形成为孔隙较小的多孔结构，对流体具有较大的毛细作用力，驱动液体由冷凝段往蒸发段运动，加速液体回流，从而对管内之工作液体同时兼顾毛细作用力与回流阻力，有效防止干烧现象发生。
【附图说明】
下面参考附图，结合实施例对本发明作进一步描述。
图1是本发明扁平式热管第一实施例之剖面示意图。
图2是图1沿II-II线之剖视图。
图3是本发明扁平式热管第二实施例之剖面示意图。
图4是图3所示壳体之内部结构示意图。
图5是本发明扁平式热管第三实施例之剖面示意图。
图6是本发明扁平式热管第四实施例之剖面示意图。
【具体实施方式】
如图1至图2揭示为本发明扁平式热管之第一实施例，该热管10呈扁平状，其包括一壳体12，该壳体12内密闭形成一腔体14，该腔体14内充填有适量的工作液体(图未示)，该壳体12可由导热性能良好的材料如铜、铝等制成，其一端形成蒸发段121，而另一端形成冷凝段123，请参阅图2所示。该腔体14的中央位置设置有一毛细结构16，而该腔体14内未设置毛细结构16的左右两侧空间则形成供蒸汽流通的气道。该毛细结构16为金属泡沫(发泡金属)，其为夹设于壳体12的上下内壁之间的立体空间网状多孔结构，且在热管10的轴向上由冷凝段123至蒸发段121呈孔径从大到小的梯度分布，请参阅图2所示。
工作时，热管10的蒸发段121受热，使腔体14内的工作液体吸热汽化，产生的蒸汽沿毛细结构16两侧的气道流向冷凝段123，而蒸汽在冷凝段123释放热量给外界后冷凝成液体，并通过中部的毛细结构16驱动而返回至蒸发段121，如此实现汽液两相有效分离，不断循环而将热量从蒸发段121传递至冷凝段123并散发出去。
该毛细结构16是由金属材料如不锈钢、铜合金、铝合金等为对象经由发泡制程形成，从而在材料内部形成多孔构造。该金属泡沫之毛细结构16可于外部制作完成之后再塞入该热管10内，因此无需改变现有热管制程及设备。常用的制备发泡金属的方法主要有电铸法、铸造法、发泡法、渗流法等，其中电铸法是以高孔隙的泡沫材料(如氯化聚氨脂)为骨架经过导电预处理后，在其骨架表面电镀一层金属，经过高温焙烧去掉该泡沫材料骨架，即形成网络泡沫金属；铸造法是以泡沫材料(如氯化聚氨脂)为骨架，首先在骨架孔隙中灌入耐高温的陶瓷浆料，待浆料固化后高温焙烧去掉泡沫材料骨架，浇入金属液后抽真空，使金属液在负压下渗入多孔陶瓷体的孔隙中，凝固后将陶瓷成分去除掉，即得到孔隙均匀的泡沫金属；发泡法是在金属溶液中加入发泡济(如金属氢化物)使其在溶体中产生大量气泡，冷凝后得到含大量独立孔洞的泡沫金属；渗流法是用加压(正压或者负压)的方法将金属液体渗入预制的多孔体中，冷凝后除去多孔体材料，而获得具有独特孔隙结构的泡沫金属。
由于热管内毛细结构所具有之毛细孔径对液体回流具有重要影响，本实施例之毛细结构16设计成在热管10的纵向上由冷凝段123至蒸发段121呈孔径从大到小的梯度分布结构，其中，冷凝段123内由于形成为孔隙较大的多孔结构，回流液体在其中所受到的摩擦阻力与黏滞力较小，即对液体产生的回流阻力较小，便于其回流；而蒸发段121内由于形成为孔隙较小的多孔结构，对流体具有较大的毛细作用力，从而驱动冷凝后的液体产生由冷凝段123往蒸发段121运动的趋势，进一步加速液体回流。因此，本发明构建所得之梯度分布式毛细结构16，可对管内之工作液体同时兼顾毛细作用力与回流阻力，在整体上加速工作液体回流，有效防止干烧现象发生，并据此使管内的工作液体散热循环加速，提升热管的整体性能。
由于金属泡沫式毛细结构16具有结构紧凑及超大表面体积比的特性，在蒸发段121亦增加工作流体汽液两相产生相变的蒸发接触面积，从而为热量传递至管内建立良好的热传导路径。另外，该毛细结构16工艺制作简单，且无需改变现有热管的制程及设备，因而可有效控制热管10的制做成本。
图3至图4揭示为本发明扁平式热管之第二实施例，该热管20除在管内的中央位置设置毛细结构16之外，还在壳体22的内表面上设置由若干细小沟槽24，以进一步加强管内的毛细作用力，加速冷凝后的液体回流。该等沟槽24沿壳体22的轴向延伸排布，且还可形成为沿热管20的蒸发段221至冷凝段223具有不等宽度的结构，如图4所揭示之从冷凝段223至蒸发段221该等沟槽24的宽度即逐渐减小。藉此，该等沟槽24在冷凝段223较宽的部分可降低对冷凝后液体的流阻，而蒸发段221较窄的部分可增大对液体的毛细作用力。
图5揭示为本发明扁平式热管之第三实施例，该热管30与第二实施例不同之处在于，该金属泡沫式毛细结构16设置在管内的任一侧，而相对另一侧则形成为供蒸汽流通的气道。
图6揭示为本发明扁平式热管之第四实施例，该热管40与第二实施例不同之处在于，该金属泡沫式毛细结构16同时设置在管内的两侧，而管内中部形成为供蒸汽流通的气道。

Claims (11)

1.一种扁平式热管，包括一壳体，该壳体包括一蒸发段与一冷凝段，该壳体内形成一腔体，该腔体内设置有由发泡金属构成的毛细结构，该毛细结构由蒸发段延伸至冷凝段，其特征在于：该毛细结构的孔径沿冷凝段至蒸发段呈从大到小的顺序排布。
2.如权利要求1所述的扁平式热管，其特征在于：该毛细结构位于与上述延伸方向相垂直所得截面之腔体中央位置，该腔体的两侧形成为气体通道。
3.如权利要求1所述的扁平式热管，其特征在于：该毛细结构位于与上述延伸方向相垂直所得截面之腔体任一侧，该腔体的相对另一侧形成为气体通道。
4.如权利要求1所述的扁平式热管，其特征在于：该毛细结构位于与上述延伸方向相垂直所得截面之腔体两侧，该腔体的中央形成为气体通道。
5.如权利要求1所述的扁平式热管，其特征在于：该毛细结构夹设于壳体的上下内表面之间。
6.如权利要求1所述的扁平式热管，其特征在于：该壳体的内壁上设置有由若干微细沟槽。
7.如权利要求6所述的扁平式热管，其特征在于：该等沟槽沿冷凝段至蒸发段呈从宽到窄的不等宽结构。
8.一种扁平式热管，包含一毛细结构置于一壳体内，该热管具有一蒸发段与一冷凝段，该毛细结构的孔径之大小沿冷凝段至蒸发段呈顺序排布。
9.如权利要求8所述的扁平式热管，其特征在于：该壳体的内壁上设置有若干微细沟槽。
10.如权利要求9所述的扁平式热管，其特征在于：该等沟槽沿冷凝段至蒸发段呈从宽到窄的不等宽结构。
11.如权利要求8或9所述的扁平式热管，其特征在于：该毛细结构小于该壳体内空间，并设置于壳体内适当位置，其剩于空间则形成为气体通道。
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