TW201825850A - 熱管 - Google Patents

Abstract

一種熱管，具備：封入有作動流體之容器；及設置於前述容器的內部之毛細結構， 前述容器是比起上下方向的厚度，與前述上下方向及長度方向的雙方正交的寬幅方向的寬度較大，在前述容器的內面與前述毛細結構的外表面之間，於前述寬幅方向上設置有間隙，在前述長度方向中的前述毛細結構之第1端部，在前述長度方向隔有間隔而形成複數個凹陷於前述寬幅方向的凹部，在前述長度方向中的前述毛細結構之第2端部，未形成前述凹部，除了形成有前述凹部的部分之外，前述毛細結構在前述寬幅方向中的寬度是涵蓋前述長度方向中的前述毛細結構的全長為同等寬度。

Description

熱管

發明領域 本發明關於熱管。 本案根據2016年11月22日於日本申請之特願2016-227247號主張優先權，且在此援用其內容。

發明背景 迄今已知有一種熱管，如專利文獻1所示，使用於從高溫部側往低溫部側之熱輸送。該熱管，在容器的內部封入作動流體，並將用以使液相的作動流體迴流之毛細結構(wick)設置於容器的內部。容器的內部空間是作為氣相的作動流體從高溫部側往低溫部側移動的流路的功能，且藉由氣相的作動流體之物質移動，進行從高溫部側往低溫部側之熱輸送。毛細結構是具有將在低溫部側冷凝的作動流體藉毛細管現象往高溫部側迴流，使熱管的動作可以持續的功能。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平11-183069號公報

發明概要 發明欲解決之課題 然而，這種熱管隨著裝設到之機器的小型化或發熱量的增大，而要求不使佔有面積增大也能提升熱輸送的效率。

本發明是因為考慮如此的實情，目的在於提供一種不使熱管的佔有面積增大的前提之下，提升熱輸送的效率。

用以解決課題之手段 為解決上述課題，本發明之第1態樣的熱管為具備：封入有作動流體之容器；及設置於前述容器的內部之毛細結構， 前述容器是比起上下方向的厚度，與前述上下方向及長度方向的雙方正交的寬幅方向的寬度較大，在前述容器的內面與前述毛細結構的外表面之間，設置有前述寬幅方向上的間隙，在前述長度方向中的前述毛細結構之第1端部，在前述長度方向隔有間隔而形成複數個凹陷於前述寬幅方向的凹部，在前述長度方向中的前述毛細結構之第2端部，未形成前述凹部，除了形成有前述凹部的部分之外，前述毛細結構在前述寬幅方向中的寬度是涵蓋前述長度方向中的前述毛細結構的全長為同等寬度。

根據上述第1態樣的熱管，在毛細結構之第1端部，在前述長度方向隔有間隔而形成複數個凹陷於寬幅方向的凹部，因此不用使熱管全體的佔有面積增大，可加大毛細結構的表面積。藉此，可使含浸於毛細結構之作動流體從具有大的表面積之凹部效率良好的蒸發，促進從氣相的作動流體的高溫部側往低溫部側的移動，可提升熱輸送的效率。 再者，在第1端部以外未形成凹部，又，除了形成凹部的部分，長度方向中的毛細結構的寬度涵蓋全長為同等寬度。如此一來，利用在蒸發部以外沒有毛細結構的寬度是狹窄的部分，液相的作動流體的流動阻抗不會變大。因此，可效率良好的使液相的作動流體移動。

本發明之第2態樣的熱管，上述第1態樣之熱管中，在前述毛細結構的內側形成有延伸於前述長度方向的前述作動流體之液滯部，前述液滯部是配置在前述毛細結構之中於前述長度方向上與前述凹部不同的位置。

根據上述第2態樣，在毛細結構的內側形成有延伸於長度方向的作動流體之液滯部，因此作動流體從毛細結構的外表面蒸發時，可朝向此外表面從液滯部供給液相的作動流體。藉此，穩定往毛細結構的外表面的液相的作動流體的供給量，可抑制毛細結構的外表面乾燥。並且，可抑止毛細結構的外表面乾燥而降低作動流體的蒸發量、降低熱輸送的效率。 再者，液滯部是位於長度方向上與凹部不同的位置，因此可抑制熱直接從熱源往液滯部內的作動流體傳遞。藉此，可抑止例如：作動流體突然在液滯部內蒸發、變成氣相而在液滯部內朝向低溫部側逆流。

本發明之第3態樣的熱管為具備：封入有作動流體之容器；及設置於前述容器的內部之毛細結構，在前述容器的內面與前述毛細結構的外表面之間設置有間隙，在前述毛細結構之中，至少長度方向之第1端部的外表面形成有凹凸部，在前述毛細結構的內側形成有延伸於前述長度方向的前述作動流體之液滯部，前述液滯部是配置在前述長度方向上與前述凹凸部不同的位置。

根據上述第3態樣，熱源位於凹凸部的附近，熱管1相對於熱源配置時，由熱源接受到熱之作動流體從凹凸部的外表面效率良好的蒸發。進而，由於液滯部在長度方向中與凹凸部位於不同的位置，因此可抑制熱直接從熱源往液滯部內的作動流體傳遞。藉此，可抑止例如：作動流體突然在液滯部內蒸發，變成氣相而在液滯部內向低溫部側逆流的情形。

本發明之第4態樣的熱管為上述第1至3中任一態樣之熱管中，前述毛細結構是藉由網目(Mesh)材所形成。

根據上述第4態樣，可藉由例如：將板狀的網目材以模具切斷來成形毛細結構，即使毛細結構3中的凹凸部的形狀是複雜的情況，也可將其容易地形成。

本發明之第5態樣的熱管為上述第1至4中任一態樣之熱管中，前述毛細結構是與前述容器之上壁及下壁接合。

根據上述第5態樣，毛細結構確實地固定在容器內。藉此，例如：即使熱管被彎曲時，仍可抑制毛細結構在容器內於寬幅方向移動而使前述間隙變狹窄。

本發明之第6態樣的熱管為上述第1至5中任一態樣之熱管中， 在前述毛細結構的內側形成有延伸於前述長度方向的前述作動流體之液滯部，在與前述長度方向及上下方向之雙方正交的寬幅方向中，前述液滯部的寬度是比前述毛細結構之中與前述液滯部在前述寬幅方向鄰接的部分的寬度小。

根據上述第6態樣，藉由液滯部的寬度某種程度狹窄，可對液滯部內的液相的作動流體起毛細管力作用。然後藉此毛細管力，可使液滯部內的液相的作動流體從低溫部側往高溫部側更流暢地迴流。

發明之效果 根據本發明的上述態樣，可在不增大熱管的佔有面積之前提下，提升熱輸送的效率。

較佳實施例之詳細說明 以下一邊參照圖1~圖3，一邊說明本實施形態之熱管的構成。其中，在以下說明中所使用的各圖中，為了可辨識各構件的形狀，將縮尺作適當變更。 如圖1所示，熱管1具備有：封入有作動流體的容器2；及設置於容器2之內部的毛細結構3。

(方向定義) 在此，在本實施形態中，設定XYZ正交座標系，來說明各構成之位置關係。X方向是熱管1及容器2之延伸的長度方向。熱管1與長度方向呈正交的橫剖面來看，Z方向的厚度小，Y方向的寬幅廣，形成扁平的形狀。以下，將X方向稱為長度方向，Y方向稱為寬幅方向，Z方向稱為上下方向。

容器2的內部是呈中空且密閉。容器2的材質可根據作動流體的種類或使用溫度等條件，做適宜選擇。尤其是，使用銅或鋁等之熱傳導率高的金屬材料時，可提高熱輸送性及熱擴散性。容器2可使用例如：銅管、鋁管、不鏽鋼管等之金屬管來形成。

容器2是相較於上下方向的厚度，與上下方向及長度方向之雙方正交的寬幅方向的寬度較大，形成為扁平的形狀。容器2的尺寸的一例為寬幅方向的寬度是7mm左右，長度方向的長度是100mm左右，內部空間之上下方向的高度是0.27mm左右，壁厚是0.08mm左右。

在毛細結構3的內部形成有多數個細孔，使毛細管力產生。作為毛細結構3的材質，可使用例如：金屬極細線纖維、金屬網目、及金屬粉末的燒結體（多孔質燒結體）等。將毛細結構3藉由金屬等之網目材來形成時，例如：利用將板狀的網目材以模具切斷，即使毛細結構3為複雜的形狀，也可容易地成形。又，將毛細結構3以金屬粉末的燒結體等來形成時，細孔的尺寸可以達到更小，且可產生高的毛細管力來提高熱輸送性。

在毛細結構3內的細孔中，作動流體受含浸。作動流體是可藉加熱蒸發、藉散熱冷凝的流體。作動流體的種類可因應熱管1所使用的溫度等適宜選擇。作為作動流體，可使用例如：水、醇、替代冷媒(替代傳統氯氟烴冷媒之HFC等)等。作動流體也可以是例如：在真空腔室內從容器2的內部將空氣等的非冷凝性氣體脱氣的狀態下，封入至容器2的內部。

如圖1所示，毛細結構3是在容器2內沿著長度方向配置。 寬幅方向中，毛細結構3的寬度比容器2的寬度更小，毛細結構3是配置於容器2的寬幅方向的中央部。因此，在毛細結構3的外表面與容器2的內面之間，於寬幅方向上設置有間隙S。間隙S是設置在毛細結構3的寬幅方向中的兩側，延伸於長度方向。此間隙S成為氣相的作動流體的流通路。寬幅方向中的間隙S的寬度為例如：1.7mm左右。

毛細結構3利用在容器2內受燒結而部分熔融，並固定在容器2的內面。更詳而言之，如圖2A、圖2B所示，毛細結構3是接合於容器2的上壁2a及下壁2b。又，亦可例如：在毛細結構3已配置於容器2內的狀態下，將容器2於上下方向壓縮而使其變形，利用容器2的上壁2a及下壁2b夾住毛細結構3來固定毛細結構3。

在此本實施形態中，如圖1所示，在毛細結構3的外表面在長度方向隔有間隔地形成有複數個往寬幅方向凹陷的凹部3a1。藉此，毛細結構3之中劃成間隙S的外表面上形成有凹凸部3a。以下，凹凸部3a之中，除了凹部3a1以外的部分稱為凸部3a2。凹凸部3a是形成於毛細結構3之中，長度方向的第1端部31（在圖示的例子中為-X側的端部）中的外表面。又，凹凸部3a也可以是形成於長度方向中的毛細結構3的兩端部。又，在毛細結構3的內側，形成有作動流體之液滯部3b。 藉凹凸部3a，不用增加毛細結構3的佔有面積，即可增大毛細結構3的表面積。

又，形成凹凸部3a之凹部3a1的大小（長度方向及寬幅方向的大小）是比毛細結構3內的細孔的平均直徑更大。在凹凸部3a的表面，毛細結構3的多數個細孔有開口。凹凸部3a可以是例如：將板狀的網目材以模具切斷來成形毛細結構3時形成。凹凸部3a的凹凸形狀也可形成為可見程度的大小。

在液滯部3b內，充滿著液相的作動流體。液滯部3b是配置於長度方向中，毛細結構3的第1端部31與第2端部32之間的中間部33，在毛細結構3的內側沿著長度方向延伸。液滯部3b是形成於毛細結構3之中，在長度方向中與凹凸部3a不同的位置。如圖1及圖2A所示，液滯部3b是在上下方向貫通毛細結構3的中間部33。寬幅方向中的液滯部3b的寬度是設定成可產生毛細管力，例如：0.6mm左右。液滯部3b的寬度比毛細結構3內的細孔的平均直徑更大。寬幅方向中，液滯部3b的寬度比毛細結構3之中與液滯部3b在寬幅方鄰接的部分的寬度更小。

在此，如圖1所示，令第1端部31之中未形成凹部3a1的部分，即凸部3a2中的寬幅方向的寬度為W1。又，令第2端部32中的寬幅方向的寬度為W2、中間部33中的寬幅方向的寬度為W3。此時，W1、W2、及W3的各大小為彼此相同。亦即，毛細結構3的寬幅方向中的寬度是除了形成凹部3a1的部分，在長度方向中的毛細結構3涵蓋全長為同等寬度。 與長度方向正交的剖面中，第2端部32的剖面積是因為W2為固定，所以在長度方向會同等。與長度方向正交的剖面中，中間部33的剖面積是因為W3與配置於中間部33的內側的液滯部3b的寬度為固定，所以在長度方向會同等。如此一來，第2端部32或中間部33的剖面積在長度方向不會變化，因此可抑制液相的作動流體的流動阻抗減小。

接著，說明有關如以上所構成的熱管1的作用。

熱管1安裝在成為熱輸送的対象之物品（例如：筆記型PC或行動電話）內的電子零件等。在圖1的例示中，跨越以兩點鎖線所示的高溫部H及低溫部L而配置著熱管1。高溫部H例如是：CPU等的發熱部，低溫部L例如是：散熱片等的散熱部。

在高溫部H的附近，毛細結構3內的作動流體經由容器2的壁面而被加熱蒸發。在此，在高溫部H的附近配置毛細結構3的第1端部31，在第1端部31形成有凹凸部3a。因此，第1端部31中的毛細結構3的表面積較大，可使作動流體效率良好地蒸發。利用作動流體的蒸發，增加高溫部H附近的氣體的壓力。藉此，如圖1的箭號F1所示，變成氣相的作動流體在間隙S內朝向低溫部L側在長度方向移動。

到達低溫部L的附近之氣相的作動流體是經由容器2的壁面帶走熱而冷凝，變成液滴而附著於容器2的壁面。此作動流體的液滴是如圖1的箭號F2所示，藉由毛細管力浸入到毛細結構3之第2端部32內的細孔。在此，已浸入到毛細結構3內的細孔之液相的作動流體的一部分是如箭號F2’所示，流入液滯部3b。

毛細結構3之第2端部32的細孔內及液滯部3b內之液相的作動流體是藉由毛細管力往長度方向的高溫部H側移動。在此，在第2端部32與中間部33形成有凹凸部，因此可效率良好的使作動流體移動。這是因為當部分的毛細結構3的寬度有狹窄的地方時，作動流體的阻抗會變大的緣故。然後，從毛細結構3內的細孔及液滯部3b往凹凸部3a，從箭號F3、F4所示的2條路徑供給液相的作動流體。已到達凹凸部3a之液相的作動流體再次從凹凸部3a的表面蒸發。

蒸發成氣相的作動流體再次通過間隙S而往低溫部L側移動。如此一來，熱管1可反覆利用作動流體的液相／氣相間的相轉移，將在長度方向的高溫部H側回收的熱反覆輸送到低溫部L側。

如以上所說明，根據本實施形態的熱管1，在毛細結構3形成有凹凸部3a，因此熱管1全體的佔有面積不用增加，也可增大毛細結構3的表面積。藉此，可使含浸於毛細結構3之作動流體從具有大的表面積之凹凸部3a效率良好的蒸發，促進氣相的作動流體從高溫部H側往低溫部L側的移動，可提升熱輸送的效率。 進而，不必在第2端部32與中間部33形成凹凸部3a，利用該等寬度W2、W3為同等，在蒸發部以外毛細結構3的寬度沒有狹窄的部分。因此，液相的作動流體的流動阻抗不會變大，可效率良好的使作動流體移動。

又，在毛細結構3的中間部33形成有作動流體之液滯部3b，因此從毛細結構3的外表面作動流體蒸發時，可向此外表面供給來自液滯部3b之液相的作動流體。藉此，使往毛細結構3的外表面之液相的作動流體的供給量穩定，可抑制毛細結構3的外表面乾燥。並且，可抑止毛細結構3的外表面乾燥而作動流體的蒸發量低減、熱輸送的效率降低。

又，高溫部H位於凹凸部3a的附近，熱管1相對於熱源配置時，由高溫部H接受到熱之作動流體從凹凸部3a的外表面效率良好的蒸發。進而，由於液滯部3b在長度方向中與凹凸部3a位於不同的位置，因此可抑制熱直接從熱源往液滯部3b內的作動流體傳遞。藉此，可抑止例如：作動流體突然在液滯部3b內蒸發，變成氣相而在液滯部3b內向低溫部L側逆流的情形。

又，作為毛細結構3的材質而採用網目材時，例如：可藉由將板狀的網目材以模具切斷來成形毛細結構3。藉此，即使毛細結構3中的凹凸部3a的形狀是複雜的情況，也可將其容易地形成。

又，寬幅方向中，藉由液滯部3b的寬度比毛細結構3之中液滯部3b與寬幅方向鄰接的部分中的寬度更狹窄，可對液滯部3b內的液相的作動流體起毛細管力作用。然後藉此毛細管力，可使液滯部3b內的液相的作動流體從低溫部L側往高溫部H側更流暢地迴流。

又，本發明的技術的範圍並非限定於前述實施的形態者，可在不脫離本發明的旨趣的範圍中加上各種的變更。

例如：在前述實施形態中，熱管1是在長度方向上直線狀地延伸，但不限於此，熱管1也可彎曲來使用。此時，由於毛細結構3接合於容器2的上壁2a及下壁2b，因此即使熱管1被彎曲，仍可防止毛細結構3相對於容器2在寬幅方向移動而使間隙S變狹窄。又，熱管1被彎曲時，可定義長度方向為熱管1的中心線延伸的方向，寬幅方向為正交於此中心線及上下方向的雙方的方向。

又，在圖1所示之例中，從上下方向來看的平面視角中，毛細結構3之中形成凹凸部3a之部分的中心的位置、與高溫部H的中心的位置為一致，但不限於此，高溫部H亦可位於偏離凹凸部3a的位置。

又，在前述實施形態中，凹凸部3a與液滯部3b是形成於長度方向中不同的位置，但不限於此，例如：液滯部3b與凹凸部3a在長度方向中形成於相同的位置亦可。或者，採用未形成這樣的液滯部3b的構成亦可。

又，在前述實施形態中，凹凸部3a僅形成於毛細結構3的外表面的一部分，但不限於此，例如：在毛細結構3的外表面的全體形成凹凸部3a亦可。 又，前述實施形態的凹凸部3a是藉由向毛細結構3的寬幅方向凹陷的凹部3a1來形成，但不限於此。例如：藉由在毛細結構3的寬幅方向突出的凸部3a2來形成凹凸部3a亦可。

又，前述實施形態的凹凸部3a是利用在毛細結構3的外表面配置複數個凹部3a1來形成，各凹部3a1的大小或凹部3a1彼此間之長度方向中的間隔為均等，但本發明不限於此。例如：亦可採用將凹部3a1不均一地成形之凹凸形狀，以使高溫部H之中溫度為最高的部分中，毛細結構3的表面積成為最大。

又，在圖2B所示之例中，凹凸部3a及凹部3a1的寬度在上下方向中爲固定，但本發明不限於此。例如：如圖3所示，亦可利用形成凹凸部3a及凹部3a1使上下方向中寬度成為不均一，使毛細結構3的表面積增大。又，圖3所示，毛細結構3的形狀為例如：利用寬度的不同的複數個層狀的毛細結構在上下方向上積層，可容易地形成。

其他，在不脫離本發明的旨趣的範圍下，可將上述實施的形態中的構成要件適當地置換成周知的構成要件，又，亦可適當組合上述實施形態及變形例。

1‧‧‧熱管

2‧‧‧容器

2a‧‧‧上壁

2b‧‧‧下壁

3‧‧‧毛細結構

3a‧‧‧凹凸部

3a1‧‧‧凹部

3a2‧‧‧凸部

3b‧‧‧液滯部

31‧‧‧第1端部

32‧‧‧第2端部

33‧‧‧中間部

F1,F2,F2’,F3,F4‧‧‧箭號

H‧‧‧高溫部

L‧‧‧低溫部

S‧‧‧間隙

W1‧‧‧凸部在寬幅方向的寬度

W2‧‧‧第2端部在寬幅方向的寬度

W3‧‧‧中間部在寬幅方向的寬度

X‧‧‧長度方向

Y‧‧‧寬幅方向

Z‧‧‧上下方向

圖1是有關本實施形態之熱管與上下方向正交之平面的剖面圖。 圖2A是圖1之熱管的A-A剖面箭視圖。 圖2B是圖1之熱管的B-B剖面箭視圖。 圖3是有關變形例之凹凸部與長度方向正交之平面的剖面圖。

Claims (6)

1. 一種熱管，具備： 容器，封入有作動流體；及 毛細結構，設置於前述容器的內部， 前述容器是比起上下方向的厚度，與前述上下方向及長度方向的雙方正交的寬幅方向的寬度較大， 在前述容器的內面與前述毛細結構的外表面之間，於前述寬幅方向上設置有間隙， 在前述長度方向中的前述毛細結構之第1端部，在前述長度方向隔有間隔而形成複數個凹陷於前述寬幅方向的凹部， 在前述長度方向中的前述毛細結構之第2端部，未形成前述凹部， 除了形成有前述凹部的部分之外，前述毛細結構在前述寬幅方向中的寬度是涵蓋前述長度方向中的前述毛細結構的全長為同等寬度。
2. 如請求項1之熱管，其中在前述毛細結構的內側形成有延伸於前述長度方向的前述作動流體之液滯部， 前述液滯部是配置在前述毛細結構之中於前述長度方向上與前述凹部不同的位置。
3. 一種熱管，具備： 容器，封入有作動流體；及 毛細結構，設置於前述容器的內部， 在前述容器的內面與前述毛細結構的外表面之間設置有間隙， 在前述毛細結構之中，至少長度方向之第1端部的外表面形成有凹凸部， 在前述毛細結構的內側形成有延伸於前述長度方向的前述作動流體之液滯部， 前述液滯部是配置在前述長度方向上與前述凹凸部不同位置。
4. 如請求項1至3中任一項之熱管，其中前述毛細結構是藉由網目材所形成。
5. 如請求項1至4中任一項之熱管，其中前述毛細結構是與前述容器之上壁及下壁接合。
6. 如請求項1至5中任一項之熱管，其中在前述毛細結構的內側形成有延伸於前述長度方向的前述作動流體之液滯部， 在與前述長度方向及上下方向之雙方正交的寬幅方向中，前述液滯部的寬度是比前述毛細結構之中與前述液滯部在前述寬幅方向鄰接的部分的寬度小。