CN209588785U - 复合式热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种复合式热管，包含有一工作流体、一第一毛细结构、一第二毛细结构以及一管体。该第一毛细结构具有一平滑面。该第二毛细结构具有多个沟槽。该管体用以容置该工作流体。其中该管体包括一第一区段以及一第二区段。该第一区段具有一第一内壁，而该第一毛细结构形成于该第一内壁上。该第二区段连接于该第一区段，该第二区段具有一第二内壁，而该多个沟槽相应于一轴向形成于该第二内壁上。本实用新型能够使气态的工作流体有较大的流动空间并可提升液态的工作流体的回流速度。

Description

复合式热管

技术领域

本实用新型是有关于一种复合式热管，尤其是关于一种具有毛细结构的复合式热管。

背景技术

一般的散热设计包括以气冷式、水冷式机制或是以特殊材质的散热单元进行贴附而可采用传导或对流等不同方式进行降温，除此之外，热管(或可称热导管)(Heat Pipe)亦是一种有效而常见的散热设计。

所谓的热管，是一种中空而两端封闭的金属管体，且于管体的腔内填充有适量的一工作流体。热管的散热原理是藉由工作流体的二相变化，也就是工作流体会先在管体一端的一加热段所相应的热源上进行吸热形成汽化，而从液态相变成气态，并于管体内扩散与传递热量至管体另一端的一冷凝段，再透过相关的外部散热机制进行热交换而将热量排出。

其次，于管体的内壁上设置有一毛细结构。当气态的工作流体因热交换而释出热量后会形成冷凝，而从气态又相变回液态，此时毛细结构能透过重力或毛细力将液态的工作流体再加以回流到该加热段上。如此，藉由重复的液气二相循环变化，工作流体便可在管体的加热段与冷凝段之间不断地往返传输直至两端趋向均温，故能达到持续导热与散热的效果。

然而，这种现有的热管结构仍存在着许多待改进的技术缺陷。举例来说，由于液态的工作流体与气态的工作流体在管体内的流动方向是相反的，且两者是处于相同的腔室之内，故容易对彼此的传输造成干扰而降低了扩散或回流的速度，进而对整体的导热与散热效能产生影响。

是以，目前常见的改善方式是在管体的内壁上加工、开设出相关的纹路或沟槽结构再来搭配毛细结构，以期提升回流效果。但这样的设计势必会限缩气态的工作流体在管体内的流动空间，特别是管径愈小的热管其改善的效果愈有限。再者，热管在后续的制程上常需要做进一步的弯曲或压折加工，如此势必会损坏到管体内壁上的相关沟槽结构或毛细结构，从而影响了回流的效果。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种复合式热管，能够使气态的工作流体有较大的流动空间并可提升液态的工作流体的回流速度。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种复合式热管，包含有工作流体、第一毛细结构、第二毛细结构以及管体。该第一毛细结构具有一平滑面。该第二毛细结构具有多个沟槽。该管体用以容置该工作流体。其中该管体包括第一区段以及第二区段。该第一区段具有一第一内壁，而该第一毛细结构形成于该第一内壁上。该第二区段连接于该第一区段，该第二区段具有一第二内壁，而该多个沟槽相应于一轴向形成于该第二内壁上。

较佳地，该管体具有一壳体厚度，该第二毛细结构具有一第二平均厚度，且该第二平均厚度大于该壳体厚度。

较佳地，该壳体厚度在0.1毫米(mm)至0.4毫米(mm)之间。

较佳地，该第二平均厚度在0.3毫米(mm)至1.5毫米(mm)之间。

较佳地，该第一毛细结构具有一第一平均厚度，该第一平均厚度大于该第二平均厚度。

较佳地，该第一平均厚度在0.3毫米(mm)至2.5毫米(mm)之间。

较佳地，该第一毛细结构具有一第一平均厚度，该第一平均厚度小于或等于该第二平均厚度。

较佳地，该多个沟槽呈现出规则性排列。

较佳地，该多个沟槽呈现出不规则性排列，且该多个沟槽中的至少一沟槽的宽度大于其所相邻的另一沟槽的宽度。

较佳地，该第一区段为一加热段，该加热段相应于一热源以进行加热。

较佳地，该第二区段为一冷凝段与一传输段，该冷凝段相应于一散热机制以进行散热，该传输段位于该加热段与该冷凝段之间。

较佳地，该第二区段为一冷凝段，该冷凝段相应于一散热机制以进行散热。

较佳地，该第一区段为一加热段与一传输段，该加热段相应于一热源以进行加热，该传输段位于该加热段与该冷凝段之间。

较佳地，该第一区段为一加热段的一部分，该加热段相应于一热源以进行加热。

较佳地，该第二区段为一冷凝段、一传输段与该加热段的另一部分，该冷凝段相应于一散热机制以进行散热，该传输段位于该加热段与该冷凝段之间，且该第二区段不与该热源形成重叠。

较佳地，该管体具有一气流通道，该气流通道贯穿该第一区段与该第二区段。

较佳地，该第一毛细结构与该第二毛细结构是以一金属的粉末以烧结或冶金方式加以制成，该金属为铜。

本实用新型的复合式热管具有两种不同的毛细结构，其中一毛细结构具有多个沟槽的设计，而另一毛细结构则具有一平滑面的设计，藉由此配置能使气态的工作流体有较大的流动空间并可提升液态的工作流体的回流速度。

为了对本实用新型的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例并配合所附图式进行详细说明。

附图说明

图1为本实用新型的第一实施例所提出的一复合式热管的平面示意图。

图2为图1所示的复合式热管的侧面剖视图与应用示意图。

图3为沿图1中A-A剖面线的复合式热管的剖视图。

图4为沿图1中B-B剖面线的复合式热管的剖视图。

图5为图4所示的复合式热管的一第二区段与一第二毛细结构以横向方式呈现的部分放大示意图。

图6为本实用新型的第二实施例所提出的一第二区段的剖视图。

图7为本实用新型的第三实施例所提出的一复合式热管的侧面剖视图与应用示意图。

图8为本实用新型的第四实施例所提出的一复合式热管的侧面剖视图与应用示意图。

具体实施方式

以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本实用新型欲保护的范围。此外，实施例中的图式省略不必要或以常用技术即可完成的元件，以清楚显示本实用新型的技术特点。

现以一第一实施例进行本实用新型的实施说明。请同时参见图1与图2。其中图1为该第一实施例所提出的一复合式热管1的平面示意图；图2为该复合式热管1的侧面剖视图与应用示意图。如图1与图2所示，该复合式热管1主要包含有一管体100与一工作流体102，该工作流体102是容置于两端呈现封闭的该管体100中。在图1与图2中的该管体100是以直线形态的方式进行示意，但可以理解的是该管体100可能呈现的形态并不限于此。

该工作流体102可为水、冷却液或其他可产生相同功效的流体，例如甲醇、丙酮、汞等，即加热前为液态，加热后可相变成气态，冷却后又相变回液态。可以理解的是因应工作环境温度的不同，所适用的工作流体亦有不同，且工作流体102须在该管体100的一端未被封闭前先注入于其中。在实际运作状态下，该工作流体102在该管体100中可呈现出液态、气态同时存在的情形。该管体100则可采用热传导性能较佳的金属材料所制成，例如铜、铝、不锈钢等。

如图1与图2所示，该管体100包括一第一区段10与一第二区段20，该第二区段20连接于该第一区段10。于此实施例中，该第一区段10为针对实际运作状态下的一加热段S1做配置，也就是该加热段S1是相应于一热源7(例如一芯片单元)以进行加热。其次，该第二区段20则同时是一冷凝段S3与一传输段S2，其中该冷凝段S3是相应于外部的一散热机制8(例如一散热鳍片组)以进行散热。一般来说，所定义的该加热段S1与该冷凝段S3是分别位于该管体100的两端，而该传输段S2则是位于该加热段S1与该冷凝段S3之间。加热段S1、传输段S2与冷凝段S3的长度大小视实际应用而定。

请同时参见图3与图4。其中图3为该复合式热管1于图1中的A-A剖面线处的剖视图；图4为该复合式热管1于图1中的B-B剖面线处的剖视图。如图1至图4所示，该热管1还包括一第一毛细结构30与一第二毛细结构40，其中该第一毛细结构30相应于该第一区段10，而该第二毛细结构40相应于该第二区段20。由图3所示可知，该第一区段10具有一第一内壁11，而该第一毛细结构30是形成于该第一内壁11上。由图4所示可知，该第二区段20具有一第二内壁21，而该第二毛细结构40是形成于该第二内壁21上。

承上所述，该第一毛细结构30具有一平滑面31，也就是其结构在形成于该第一内壁11上后是呈现出表面无凹凸的该平滑面31。本实用新型的其一特征在于，在该第一毛细结构30形成后，于该第一区段10的内部还留有相当的空间，也就是该第一毛细结构30仅形成一特定的厚度，而非整个填满该第一区段10的内部。

详细来说，如图1至图4所示，该管体100还具有一气流通道101，该气流通道101是贯穿该第一区段10与该第二区段20，而从该加热段S1连通到该冷凝段S3。如此，位于该第一毛细结构30处的工作流体在受该热源7加热而被汽化成气态时，就有足够的空间加以容纳。

本实用新型的另一特征在于，该第二毛细结构40是直接以所具有的多个沟槽41以相应于一轴向D1的方式形成于该第二内壁21上。此实施例中的该管体100的该第一区段10与该第二区段20可为一整体设计，也就是该第一内壁11与该第二内壁21是一体成型的相连，但是各自于其上形成出不同形态的毛细结构。

是以，可设计该管体100无论是在该第一区段10或该第二区段20都具有相同的一壳体厚度。而该第一毛细结构30与该第二毛细结构40则可分别在该管体100的两端(亦或可仅其中一端)尚未被封闭之前，以适当的方式分别形成于该第一内壁11上与该第二内壁21上。举例来说，该第一毛细结构30与该第二毛细结构40能以例如铜的金属的粉末以烧结或冶金方式伸入至该管体100中来完成。

在图2的示意中还呈现了气态的该工作流体102的传输情形(如空心箭号所示)。以铜粉形成的毛细结构30、40是贴附于该管体100的内壁11、21上，故自该冷凝段S3形成冷凝所相变回液态的该工作流体102就可依序吸附于该第二毛细结构40与该第一毛细结构30而能再回流到该加热段S1上(即该第一区段10)(如实心箭号所示)。

另一方面，此实施例中的该轴向D1即为该管体100的轴心线方向，而该些沟槽41与该轴向D1是相应的，也就是配置该些沟槽41从该第二区段20的一端到其另一端的走向是平行于该轴向D1。当然，本实用新型的概念不限于此，也就是其配置方式可不仅是平行而已，只要能有效使液态的该工作流体102回流到该加热段S1，即可为本实用新型的沟槽形态。

如图4所示，该些沟槽41是呈现出规则性排列的锯齿形态，也就是以间隔方式配置出多个凹槽。于此实施例中，该第二毛细结构40还包括相邻于该些沟槽41的多个侧壁42与一底部43，该些侧壁42是搭配该些沟槽41于该底部43上呈现出方形锯齿。由于该第二毛细结构40的该些沟槽41的设置，其周长相较于一般平滑状的毛细结构的周长(例如该第一毛细结构30的该平滑面31)来说是较大的，故接触的截面积也相对增多，从而确实能有效提升回流速度。

进一步来说，当毛细结构的截面积增加时，除了可增加回流速度外，也因为能有效吸住液态的工作流体，使得一般热管装置常发生的溢水现象或因流量较大时容易出现的逆音、噪音现象等现有问题，也可以有明显的改善。其次，针对溢水现象的后续问题，当所应用的工作环境的温度是相对较低时(例如摄氏零下40度的极地)，就能一并解决因溢水所造成的结冰问题，也避免了因结冰而会对管路结构所带来的破坏。

再者，由于该第二毛细结构40的该些沟槽41是直接形成于该第二内壁21上，而非先对该第二内壁21进行加工、开设出相关的纹路或沟槽结构后才再于其上烧结出毛细结构，使得气态的工作流体102受该管体100内的流动空间的限缩影响可相对地减少，也就是有相对较大的该气流通道101。

请参见图5，为该第二区段20与该第二毛细结构40以横向方式呈现的部分放大示意图。如图5所示，该管体100(在该第二区段20)具有一壳体厚度C0，而该第二毛细结构40具有一第二平均厚度C2。一般而言，较深的沟槽可有助于回流，故于此实施例中是设计该第二平均厚度C2大于该壳体厚度C0。如上所述，该第二毛细结构40包括沟槽41、侧壁42与底部43，因此该第二平均厚度C2即为该些沟槽41的深度C3(或为该些侧壁42的高度)再加上该底部43的厚度。

于一模拟实验中，可将该壳体厚度C0设计在0.1毫米(mm)至0.4毫米(mm)之间，并将该第二平均厚度C2设计在0.3毫米(mm)至1.5毫米(mm)之间。另一方面，可将该些沟槽41的深度C3(或为该些侧壁42的高度)设计在0.3毫米(mm)至0.5毫米(mm)之间。因此，该底部43的厚度最大值可为1.2毫米(mm)。而当该第二平均厚度C2与该深度C3皆设计为0.3毫米(mm)时，代表可不设计该底部43。

另一方面，该第一毛细结构30具有一第一平均厚度C1，该第一平均厚度C1与该第二平均厚度C2可具有相对应的关系，或两者并无对应关系，也就是该第一平均厚度C1可小于、等于或大于该第二平均厚度C2。一般而言，为使气态的工作流体102有足够的容纳空间，所形成的该第一平均厚度C1不宜过大。但因为该加热段S1的温度是较高的，所以也需要留存有足够的液态的工作流体102，故该第一平均厚度C1也不宜过小。于一模拟实验中，可将该第一平均厚度C1设计在0.3毫米(mm)至2.5毫米(mm)之间。

本实用新型还可根据上述的第一实施例的技术概念作其他的变化设计，而能达到相同或类似的功能与目的。

举例来说，于另一实施方式中也可先分别制造第一区段与第一毛细结构的配置及第二区段与第二毛细结构的配置，之后再加以组合。换句话说，本实用新型的管体的第一区段与第二区段可非为一整体，也就是其各自的第一内壁与第二内壁可非为一体成型的设计。如此，该第一内壁与该第二内壁可有不同的壳体厚度。此种组合式的设计可适用于较大的热管模组上，因为热源与散热机制之间可能有较长的距离。

又或者，本实用新型的第二毛细结构中的多个沟槽的形态亦可作不同的变化，或者可根据应用需求加以调整。

现以一第二实施例进行本实用新型的实施说明。请参见图6，为该第二实施例所提出的一第二区段20’的剖视图。其中功能相近的元件是以类似的元件编号进行示意，例如第二毛细结构40’、沟槽41’、侧壁42’与底部43’等。如图6所示，此第二实施例与第一实施例的差异在于其中形成于该第二区段20’的一第二内壁21’上的第二毛细结构40’所具有的多个沟槽41’、411、412是呈现出非等间距或不规则性排列。

承上所述，虽然该些沟槽41’、411、412也是呈现出锯齿形态，即亦以间隔方式配置出多个凹槽，但其中有两沟槽411、412的宽度大于其所相邻的另一沟槽41’的宽度(可设定其他沟槽的宽度都较小)。根据现有技术可知，热管在后续的制程上常需要做进一步的弯曲或压折加工。是以，若毛细结构有部分的沟槽具有相对较大的宽度，在进行加工处理时就可以针对宽度较大的部位来进行；例如图6中的两沟槽411、412，如此能让沟槽或毛细结构的变形情况或可能的损坏情形得到有效的控制与改善。

可以理解的是，第二实施例所提出的有两个宽度相对较大的沟槽仅为其一实施说明而已，但本实用新型的概念并不限于此。举例来说，亦可设计具有相对较大的宽度的沟槽为更多个，或是至少一个。

再或者，本实用新型的第一区段与第二区段分别和冷凝段、传输段与加热段之间的对应关系可做不同的设计。第一实施例是将形成出平滑面31的该第一区段10作为加热段S1，将形成出沟槽41的该第二区段20作为冷凝段S3与传输段S2。然而，作为传输段的区段的构造其实并无限制。

现以一第三实施例进行本实用新型的实施说明。请参见图7，为该第三实施例所提出的一复合式热管1’的侧面剖视图与应用示意图。其中功能相近的元件是以类似的元件编号进行示意。如图7所示，此第三实施例与第一实施例的差异在于其中改将形成出一第二毛细结构40a(即相应的沟槽)的一第二区段20a仅作为一冷凝段S3’，而形成出一第一毛细结构30a(即相应的平滑面)的一第一区段10a则可同时作为一加热段S1’与一传输段S2’。

现以一第四实施例进行本实用新型的实施说明。请参见图8，为该第四实施例所提出的一复合式热管1”的侧面剖视图与应用示意图。其中功能相近的元件是以类似的元件编号进行示意。如图8所示，此第四实施例与第一实施例的差异在于其中改将形成出一第一毛细结构30b(即相应的平滑面)的一第一区段10b仅作为一加热段S1”的一部分而已，而形成出一第二毛细结构40b(即相应的沟槽)的一第二区段20b则可同时作为一冷凝段S3”、一传输段S2”与该加热段S1”的另一部分，也就是该第二区段20b的该第二毛细结构40b是呈现出伸入至该加热段S1”。须注意的是，该第二区段20b(或该第二毛细结构40b)不与该热源7形成重叠，也就是该第二区段20b(或该第二毛细结构40b)只会于上方切齐该热源7的边缘，而不会覆盖于其上。

综上所述，本实用新型所提出的复合式热管相较于现有技术能达到以下几点的技术增进：其一，本实用新型的毛细结构的沟槽是直接形成于相应的内壁上，故可使气态的工作流体有较大的流动空间；其二，毛细结构的沟槽设计相对地增加了截面积，故可有效提升回流速度；其三，因增加了回流速度，故可减少溢水现象的发生，从而避免了逆音、噪音现象等问题；其四，因减少了溢水现象，故可避免了在低温环境下的结冰及管路结构破坏等问题；其五，本实用新型在加热段的管体内部仍留有气流通道，故可使工作流体被汽化成气态时，有足够的空间加以容纳。

是故，本实用新型能有效解决背景技术中所提出的相关问题，而能成功地达到本实用新型发展的主要目的。

虽然本实用新型已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视其权利要求范围所界定者为准。

Claims (17)

1.一种复合式热管，其特征在于，包括：

工作流体；

第一毛细结构，具有一平滑面；

第二毛细结构，具有多个沟槽；以及

管体，用以容置该工作流体；其中该管体包括：

第一区段，具有一第一内壁，而该第一毛细结构形成于该第一内壁上；以及

第二区段，连接于该第一区段，该第二区段具有一第二内壁，而该多个沟槽相应于一轴向形成于该第二内壁上。

2.如权利要求1所述的复合式热管，其特征在于，该管体具有一壳体厚度，该第二毛细结构具有一第二平均厚度，且该第二平均厚度大于该壳体厚度。

3.如权利要求2所述的复合式热管，其特征在于，该壳体厚度在0.1毫米至0.4毫米之间。

4.如权利要求2所述的复合式热管，其特征在于，该第二平均厚度在0.3毫米至1.5毫米之间。

5.如权利要求2所述的复合式热管，其特征在于，该第一毛细结构具有一第一平均厚度，该第一平均厚度大于该第二平均厚度。

6.如权利要求5所述的复合式热管，其特征在于，该第一平均厚度在0.3毫米至2.5毫米之间。

7.如权利要求2所述的复合式热管，其特征在于，该第一毛细结构具有一第一平均厚度，该第一平均厚度小于或等于该第二平均厚度。

8.如权利要求1所述的复合式热管，其特征在于，该多个沟槽呈现出规则性排列。

9.如权利要求1所述的复合式热管，其特征在于，该多个沟槽呈现出不规则性排列，且该多个沟槽中的至少一沟槽的宽度大于其所相邻的另一沟槽的宽度。

10.如权利要求1所述的复合式热管，其特征在于，该第一区段为一加热段，该加热段相应于一热源以进行加热。

11.如权利要求10所述的复合式热管，其特征在于，该第二区段为一冷凝段与一传输段，该冷凝段相应于一散热机制以进行散热，该传输段位于该加热段与该冷凝段之间。

12.如权利要求1所述的复合式热管，其特征在于，该第二区段为一冷凝段，该冷凝段相应于一散热机制以进行散热。

13.如权利要求12所述的复合式热管，其特征在于，该第一区段为一加热段与一传输段，该加热段相应于一热源以进行加热，该传输段位于该加热段与该冷凝段之间。

14.如权利要求1所述的复合式热管，其特征在于，该第一区段为一加热段的一部分，该加热段相应于一热源以进行加热。

15.如权利要求14所述的复合式热管，其特征在于，该第二区段为一冷凝段、一传输段与该加热段的另一部分，该冷凝段相应于一散热机制以进行散热，该传输段位于该加热段与该冷凝段之间，且该第二区段不与该热源形成重叠。

16.如权利要求1所述的复合式热管，其特征在于，该管体具有一气流通道，该气流通道贯穿该第一区段与该第二区段。

17.如权利要求1所述的复合式热管，其特征在于，该第一毛细结构与该第二毛细结构是以一金属的粉末以烧结或冶金方式加以制成，该金属为铜。