TW202118986A

TW202118986A - 脈衝式熱管

Info

Publication number: TW202118986A
Application number: TW108139982A
Authority: TW
Inventors: 曾智勇; 吳世國; 張文鏵
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2019-11-04
Filing date: 2019-11-04
Publication date: 2021-05-16
Also published as: US20210131741A1; TWI704326B; US11320209B2

Abstract

本發明涉及一種脈衝式熱管包含流道板，包含第一面、第二面、複數第一流道、複數第二流道、複數第一通道、複數第二通道、至少一腔室以及至少一第三通道。第一流道及至少一腔室形成於第一面，第二流道形成於第二面，第一通道、第二通道及至少一第三通道貫穿第一面與第二面。至少一腔室具有一封閉端，封閉端相對於第三通道且經由第三通道連通至少一第二流道。第一流道以及第二流道經由第一通道以及第二通道相連通。腔室的等效水力直徑為D_h ，其滿足以下條件：

Description

脈衝式熱管

本發明係關於一種脈衝式熱管，特別是一種具有腔室的脈衝式熱管。

熱管具有良好的熱傳特性，因此被廣泛地運用在電子元件之散熱，但面對平面發熱形式之散熱需求時，通常必須同時採用多支熱管，可是多支熱管的使用會造成散熱設計、散熱模組組裝與製作上的困難。因此，面對平面發熱形式之散熱要求時，平板型熱管會是較傳統熱管更為合適的傳熱元件。

平板型熱管是利用毛細結構產生的毛細力將工作流體由冷凝端吸引回流至蒸發端進行循環，但由於熱傳量與毛細回流距離成反比，因此傳統的平板型熱管的尺寸不能太大，因此通常傳統平板型熱管的覆蓋面積小、熱傳量低、且抗重力效果差而不適合應用於大面積之高功率熱傳輸。除此之外，毛細結構之燒結製作對於傳統平板型熱管來說也存在諸多困難點，主要原因如下：1、平板型熱管越大型，毛細結構之均勻度越難以控制，容易導致性能不穩定的問題；2、平板型熱管越大型，用於燒結毛細結構之燒結爐也必須加大，從而增加製造的成本而降低量產速度；3、退火後之平板型熱管，其管壁強度大幅降低，可能導致其管壁不具可因應內外部壓力變化所需之強度。

因此，市面上提出了脈衝式熱管(Pulsating Heat Pipe, PHP)或稱為震盪式熱管(Oscillating Heat Pipe, OHP)的設計概念。通常，傳統的脈衝式熱管是由若干直管段與若干彎頭所組成，這些管路的管徑尺寸為毛細管尺寸等級，使得工作流體可受表面張力影響而於管內自然形成隨機分佈的液、汽相間的柱塞，並藉由受熱產生的汽泡壓力來驅使工作流體於管內產生往復脈衝的運動。由於傳統脈衝式熱管的整體結構相對簡單，便逐漸取代傳統具有毛細結構的燒結式熱管。

但，目前市面上的脈衝式熱管的毛細力還是相當有限，因此運作上主要還是需要仰賴重力，故傳統的脈衝式熱管主要還是限定於應用在底部加熱的場域中。若將其呈水平或改為上部加熱的方式擺放而需要抵抗重力時，其管路內部缺少重力輔助而容易達到穩定的平衡狀態，從而導致失效無法作動的結果。據此，有業者嘗試採用止回閥以讓工作流體具有特定的移動方向，或有業者嘗試增加彎管數以降低其力平衡的機率。但增設止回閥的做法會大幅增加製造成本及設計上的複雜性，而增加彎管數的做法則會使整體體積過於龐大。況且，傳統脈衝式熱管折彎加工困難，當折彎曲率半徑過小時，容易導致管材變形、破裂，且管材經折彎後容易產生許多無效面積，從而降低面積利用率，因此在設計及開發上還是存有諸多不便。據此可知，傳統脈衝式熱管仍有需多待改良之處。

有鑑於此，本發明提供一種脈衝式熱管，得以解決傳統熱管因驅動力不足而只能適用於特定應用場合的問題。

根據本發明之一實施例所揭露的一種脈衝式熱管，包含一流道板，包含一第一面、一第二面、複數第一流道、複數第二流道、複數第一通道、複數第二通道、至少一腔室以及至少一第三通道。第一流道及至少一腔室形成於第一面，第二流道形成於第二面，第一通道、第二通道及至少一第三通道貫穿第一面與第二面。至少一腔室具有一封閉端，封閉端相對於第三通道並經由第三通道連通至少一第二流道。第一流道以及第二流道經由第一通道以及第二通道相連通。腔室的等效水力直徑為D_h ，其滿足以下條件：

，其中σ為工作流體之表面張力，Δρ為工作流體之氣液相密度差，而g為重力加速度。

根據本發明前述實施例所揭露的脈衝式熱管，由於流道板之腔室之一端為封閉並僅經由第三通道連通其他流道，且腔室之等效水力直徑D_h 至少滿足

之條件，因此，腔室在流道板上形成佔有一定比例與尺寸且僅單側連通迴路的腔室，使得工作流體在此處較難以產生脈衝現象，因此工作流體之液體部分可在此處有較長的停留，以繼續吸收熱能並蒸發而產生更多的蒸氣，從而產生類似彈簧的壓縮與膨脹效應，藉此產生更大的壓力與驅動力來將工作流體推回去，即破壞流道的力平衡並造成較大的流體振福而可輔助工作流的流動與循環。藉此，腔室的配置有助於使脈衝式熱管更為適用於需要抵抗重力的應用中，從而增加本發明之脈衝式熱管的應用廣度。

此外，流道板是採用相對表面均具有流道的配置，可增加總彎頭數及流道總數而得以充填更多工作流體，從而有利於增加抗重力與水平時的啟動驅動力。

以上之關於本發明揭露內容之說明及以下之實施方式之說明，係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者，瞭解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

此外，以下將以圖式揭露本發明之實施例，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到的是，這些實務上的細節非用以限制本發明。

並且，為達圖面整潔之目的，一些習知慣用的結構與元件在圖式可能會以簡單示意的方式繪示之。另外，本案之圖式中部份的特徵可能會略為放大或改變其比例或尺寸，以達到便於理解與觀看本發明之技術特徵的目的，但這並非用於限定本發明。依照本發明所揭露之內容所製造之產品的實際尺寸與規格應是可依據生產時的需求、產品本身的特性、及搭配本發明如下所揭露之內容據以調整，於此先聲明之。

另外，以下文中可能會使用「端」、「部」、「部分」、「區域」、「處」等術語來描述特定元件與結構或是其上或其之間的特定技術特徵，但這些元件與結構並不受這些術語所限制。在下文中，也可能會使用「及/或(and/or)」之術語，其是指包含了一或多個所列相關元件或結構之其中一者或全部的組合。以下文中也可能使用「實質上」、「基本上」、「約」或「大約」等術語，其與尺寸、濃度、溫度或其他物理或化學性質或特性之範圍結合使用時，為意欲涵蓋可能存在於該等性質或特性之範圍之上限及/或下限中之偏差、或表示容許製造公差或分析過程中所造成的可接受偏離，但仍可達到所預期的效果。

再者，除非另有定義，本文所使用的所有詞彙或術語，包括技術和科學上的詞彙與術語等具有其通常的意涵，其意涵能夠被熟悉此技術領域者所理解。更進一步的說，上述之詞彙或術語的定義，在本說明書中應被解讀為與本發明相關技術領域具有一致的意涵。除非有特別明確的定義，這些詞彙或術語將不被解釋為過於理想化的或正式的意涵。

首先，請參閱圖1~2B，本發明之一實施例提出一種脈衝式熱管1，其中，圖1係為脈衝式熱管1的立體示意圖，而圖2A~2B係為脈衝式熱管1於不同視角的立體分解示意圖。

於本實施例中，脈衝式熱管1至少可包含一流道板10、一第一外蓋板11以及一第二外蓋板12。如圖所示，流道板10具有彼此相對的一第一面111以及一第二面121，第一外蓋板11與第二外蓋板12可分別設置於流道板10之第一面111與第二面121上，從而將流道板10夾設於其之間。第一外蓋板11與第二外蓋板12可以但不限於以焊接、黏著劑或其他合適的方式分別固定於流道板10之第一面111與第二面121，但本發明並非以此為限。

進一步來看，流道板10至少包含多條第一流道1110、多條第二流道1210、複數個第一通道141、複數個第二通道142、至少一腔室1111、至少一第三通道150與150’。第一流道1110彼此相併排地形成於第一面111。第二流道1210彼此相併排地形成於第二面121。換句話說，第一流道1110與第二流道1210分別設置於流道板10彼此相對的兩表面上。此外，這些第一流道1110與這些第二流道1210可但不限於是直線型流道。

第一通道141與第二通道142分別沿著流道板10的相對兩側配置，且第一通道141與第二通道142均貫穿第一面111與第二面121。腔室1111的數量例如為二，該二腔室1111均形成於第一面111上且分別配置於流道板10的相對兩側，但腔室1111不貫穿第二面121。第三通道150與150’分別配置於流道板10之其中一對角線上的兩個相對的角落處而分別連接這兩個腔室1111，且第三通道150與150’均貫穿第一面111與第二面121。

於本實施例中，位於相對二表面的第一流道1110與第二流道1210以及位於第一表面111的腔室1111可經由第一通道141、第二通道142以及第三通道150與150’相串連而構成一封閉的迴路。其中，於第一面111上，第一流道1110不直接相連通；此外，除了直接連通第三通道150與150’的部分的第二流道1210之外，其餘的第二流道1210於第二面121上不直接連通；另外，腔室1111於第一面111上也不相直接連通，且也不與第一流道1110直接連通。補充說明的是，這裡或以下所述的「直接連通」是指所指結構、特徵或區域之間沒有透過或經由其他結構、特徵或區域而可讓工作流體於兩者之間流通；另一方面，這裡或以下所述的「不直接連通」是指所指結構、特徵或區域之間需要透過或經由其他結構、特徵或區域來導引或傳遞工作流體。

並且，於該封閉的迴路中，至少第一流道1110、第二流道1210、第一通道141、第二通道142以及第三通道150與150’的管徑尺寸可讓工作流體在這些區段產生彼此交錯排列的多個液柱(liquid plug)與氣柱(vapor plug)，使得液柱可藉由毛細作用而隨機分佈於管路中。補充說明的是，液柱會於吸收熱量時產生蒸發而成為氣柱，而氣柱也會受熱膨脹而產生蒸氣壓力(高溫流體)以推動工作流體往迴路中未受熱或較低溫(壓)的區域流動，使得高溫流體得以接觸到低溫(壓)區域而將所攜帶的熱量釋放出來，進而完成熱能的傳遞。

對於前述這些區段來說，其等效水力直徑(Hydraulic diameter，D_h =4A/P)至少可滿足以下條件：

，其中D_h =4A/P；A為流道截面積(m² )；P為流道周長(m)；σ為表面張力(N/m)；Δρ為氣液相密度差(kg/m³ )；g為重力加速度(m/s² )。

在此情況下，這些區段之等效水力直徑D_h 約為0.49至3.24倍邦德數(bond number，Bo)所對應的等效水力直徑理論值。詳細來說，所述的Bo=

，代表毛細力與重力的關係，若Bo值越小代表工作流體會受到表面張力影響而產生毛細現象，即毛細力對於工作流體的主導性越強；反之，若Bo值越大則代表工作流體不太會被表面張力影響而較不易產生毛細現象，即毛細力對於工作流體的主導性越弱。當

時，可經換算得知Bo值約介於0.49與3.24之間。在此程度下，工作流體得以於該些區段中產生隨機分布的氣液柱現象。

於一些實施例中，前述這些區段的等效水力直徑D_h 例如可約介於0.5mm至2.0mm之間。但本發明並非以該些區段的實際尺寸以及前述的條件為限，惟需注意的是，若管徑尺寸過大則會形成波浪流而導致工作流體無法行成彎月面分隔氣液柱，但若管徑尺寸過小則會增加流動阻力，也就是說過大或過小的管徑尺寸都會阻礙脈衝與循環的產生，從而無法有效地傳熱。因此，只要能使該些區段的尺寸適合讓工作流體產生氣液柱分佈，該些區段的管徑尺寸或等效水力直徑都可依據實際需求進行設計上的調整。

另外，需聲明的是，工作流體於該迴路的體積百分比(或稱填充率)可約為30%~50%，以讓該迴路中保留部分未填充工作流體的空間以做為氣柱的活動區域。但所述的填充率應是可依據如使用場域、工作流體種類等實際需求的不同而可進行調整，本發明並非以此為限。

但，需特別注意的是，於該封閉迴路中，工作流體在腔室1111中較難以或不會形成前述液柱與氣柱交錯排列的現象，其原因請容後續詳述之。

更進一步來看，請接續參閱圖3A~3B，於本實施例中，流道板10可以但不限於是由多片板材所構成，如圖所示，流道板10可至少包含一第一板體110、一第二板體120以及一中間板體130。大致上，中間板體130具有彼此相對的一第一接合面131以及一第二接合面132，第一板體110與第二板體120可分別設置於中間板體130之第一接合面131與第二接合面132上，從而將中間板體130夾設於其之間。第一板體110與第二板體120可以但不限於以焊接、黏著劑或其他合適的方式分別固定於中間板體130之第一接合面131與第二接合面132，但本發明並非以此為限。

詳細來說，前述的第一面111、第一流道1110及腔室1111均形成於第一板體110上並貫穿第一板體110。各第一流道1110具有彼此相對的第一端11101及第二端11102，此外，第一板體110還具有一連通口1112，連通口1112連通腔室1111並貫穿第一板體110。

另一方面，前述的第二面121及第二流道1210均形成於第二板體120上並貫穿第二板體120。各第二流道1210具有彼此相對的第三端12101及第四端12102。

中間板體130用於使第一板體110上的第一流道1110及腔室1111得以連通於第二板體120之第二流道1210，具體來看，中間板體130至少具有多個第一通孔1310、多個第二通孔1320以及多個第三通孔1330，該些第一流道1110之該些第一端11101分別經由該些第一通孔1310連通至少部分的該些第二流道1210之該些第三端12101，該些第一流道1110之該些第二端11102分別經由該些第二通孔1320連通至少部分的該些第二流道1210之該些第四端12102，而第一板體110之該些連通口1112分別經由該些第三通孔1330連通第二流道1210之其中二第四端12102與其中二第三端12101。補充說明的是，中間板體130主要是用於連通第一板體110與第二板體120上的流道，因此其厚度可以但不限於較第一板體110與第二板體120更薄。

由此可知，連通口1112、第三通孔1330及其中二第三端12101可共同構成前述的第三通道150，連通口1112、第三通孔1330及其中二第四端12102可共同構成前述的第三通道150’，第一端11101、第一通孔1310及第三端12101可共同構成前述的第一通道141，而第二端11102、第二通孔1320及第四端12102可共同構成前述的第二通道142。

接著，請接續參閱圖4以進一步介紹腔室1111。需先說明的是，流道板10之該二腔室1111的設計可實質上相同，因此本實施例之圖4僅繪示其中一側的腔室1111以作為說明之用。於本實施例中，腔室1111的形狀例如可以但不限於是近似於梯形或楔狀等具有寬度變化的幾何形，且其一端具有一封閉端CN，封閉端CN相對於連通口1112且不直接連通迴路的其他部分，也就是說，對於流道板10來說，封閉端CN相對於第三通道150且不直接連通迴路中除了腔室1111的其他部分。

此外，於本實施例中，第一板體110還具有與腔室1111的數量相應的緊縮結構1113，如圖所示，緊縮結構1113配置於連通口1112與腔室1111之間，而連通口1112可經由緊縮結構1113連通腔室1111。更詳細來說，緊縮結構1113例如可以但不限於是以兩個L形的結構所構成，從而於其之間形成一狹窄通道11131，且緊縮結構1113與腔室1111之內壁面之間形成至少一狹縫11134。該狹窄通道11131具有彼此相對的一外側端11132以及一內側端11133，外側端11132與內側端11133分別連通連通口1112與腔室1111。也就是說，連通口1112僅能經由狹窄通道11131連通腔室1111，換句話說，腔室1111僅能經由狹窄通道11131連通連通口1112而連通封閉迴路中的其他流道。

接著，請接續參閱圖5A~5B，以不同側之平面視圖的方式說明本實施例之流道板10的配置。

基於前述討論，相對二表面的第一流道1110與第二流道1210以及連通該些流道的第一通道141、第二通道142以及第三通道150與150’的設計可自然產生毛細力以驅動工作流體產生氣液柱而得以在迴路中流動。但於腔室1111處，其等效水力直徑D_h 至少大於前述流道與通道等區段的等效水力直徑，舉例來說，腔室1111之等效水力直徑D_h 至少可滿足以下條件：

在此情況下，如前所提及，Bo=

，當

時，經換算可知腔室1111處之Bo值至少大於4甚至更高。在此程度下，工作流體難以在腔室1111處受到毛細力主導而產生氣液柱的現象。與迴路中其他區段相比，腔室1111之等效水力直徑至少約為該些區段之等效水力直徑的2.2至2.8倍。

搭配緊縮結構1113的配置，氣體與液體從第三通道150或150’、緊縮結構1113之狹窄通道11131的外側端11132與內側端11133流進腔室1111後，工作流體之液體的部分可因本身的黏滯性而沿著腔室1111之內壁面回流而容易進入緊縮結構1113兩邊的狹縫11134，但氣體的部分其黏滯性較低而受到較小的阻力，所以容易從狹窄通道11131離開腔室1111。因此，腔室1111從而形成近似封閉的蒸氣腔室，使工作流體之液體部分相對不容易流出而可在腔室1111內停留較長的時間，從而繼續吸收、蒸發而產生更多的蒸氣，即產生類似彈簧的壓縮與膨脹效應，藉此產生更大的壓力或驅動力以造成較大的流體振幅，從而將工作流體推回去而破壞流道的力平衡，進而可輔助工作流體的流動與循環。據此可知，腔室1111的設計有助於使脈衝式熱管1更為適用於需要抵抗重力等應用，從而增加應用的廣度與彈性。

於此，請參閱如下表1，為本實施例之脈衝式熱管1與傳統12支直徑6mm、長度250mm的熱管並排的燒結型熱管陣列的實驗比較結果，該實驗從100W提升至350W，每次提升50W，且每次停留約600秒，由表可知，脈衝式熱管1在350W正90度操作(即熱源在下)時，熱端溫度約80.2℃，即使在負90度操作(即熱源在上)時，約200W開始啟動直至運作到350W都很穩定，熱端溫度約為90.6℃。然而，傳統的燒結型熱管陣列在350W正90度操作時，熱端溫度約為87.3℃，在負90度操作時，在200W時熱端溫度持續上升至90.3℃且尚未穩態，甚至加熱到250W時溫度超過100度仍無停止跡象，表示已達毛細回流極限而失效。

表一

	脈衝式熱管1	燒結型熱管陣列
擺設角度	+90deg (熱源在下)	-90deg (熱源在上)	+90deg (熱源在下)	-90deg (熱源在上)
電阻式加熱器功率	>350W	>350W	>350W	200W
熱端溫度(℃)	80.2	90.6	87.3	90.3
設定環溫(℃)	30	30	30	30
熱阻值(℃/W)	>0.143	>0.173	>0.164	>0.302

實驗結果顯示，在高功率、長距離、抗重力傳輸需求情境下，脈衝式熱管1具有可產生蒸氣彈簧效應的腔室1111，使得其最大熱傳量可達350W以上，優於傳統的燒結型熱管陣列的200W，且其熱阻值也優於傳統的燒結型熱管陣列，可見顯示脈衝式熱管1具有取代傳統燒結型熱管的優勢。

補充說明的是，只要是有助於讓液態流體容易流入腔室1111但相對不容易流出腔室1111，從而可在腔室1111內停留較長的時間的設計，均可適用於本發明之緊縮結構1113；舉例來說，於一些實施例中，緊縮結構1113也可改為單一L形結構或其他合適的結構，在此情況下，狹縫11134的數量減少為一個，但液體還是可容易沿著腔室1111之內壁面流動而進入該L形結構與腔室1111之內壁面所形成的狹縫11134中。

另外，於本實施例中，流道板10是由三個板體(第一板體110、第二板體120以及中間板體130)所構成，且該些板體上的結構(如流道或通孔)都是直接貫穿該些板體，因此，這些板體均可用沖壓等成本較低且加工較容易的製程所製造，有助於簡化製造工序與成本，還有助於提高設計彈性及量產性。相較之下，傳統有些應用於大面積熱傳輸的傳統平板型脈衝式熱管通常是由兩片基板組成，製造方式是在其中一基板上使用物理或化學處理以加工出數個彎頭與直線段組成的封閉流道，然後再將另一片基板銲接密封，但使用物理加工或化學蝕刻處理耗時且相對昂貴，不利於提高產能與降低成本。

但，本發明並非以此為限，例如於其他實施例中，流道板也可改為一體式的結構，即流道板之實體結構是於同一製程且不經由黏合或焊接等程序所製造的單體結構；在此情況下，流道板的外觀即類似如圖2A或2B所示為單一板體。

另外，流道板10是採用相對表面的第一流道1110與第二流道1210，可增加總彎頭數及流道總數而得以充填更多工作流體，從而有利於增加抗重力與水平時的啟動驅動力。然而，相較於前述由兩片基板組成的傳統平板型脈衝式熱管，由於必須於單一基板平面上進行設計與加工才能滿足流道封閉的需求，因此抗重力與水平操作等方面都劣於本實施例之脈衝式熱管1。

再者，如圖5A或5B所示，第一流道1110與第二流道1210不相平行，即第一流道1110與第二流道1210在流道板10的相對兩表面上非對稱，因此此封閉迴路在流道板10之第一面111與第二面121所產生的壓力差具有差異，從而有助於讓工作流體在迴路中更難以趨向平衡狀態。相較於傳統有些流道配置較為對稱且單純的脈衝式熱管，則較容易產生力平衡而產生無法抗重力應用的結果。但關於第一流道1110與第二流道1210之間不相平行的程度，則可依據其他設計條件或實際情況進行調整，本發明並非以此為限。

此外，於本實施例或其他實施例中，部分的第一流道1110的寬度相異於另一部份的第一流道1110的寬度，使得部分的第一流道1110的等效水力直徑相異於另一部份的第一流道1110的等效水力直徑。如圖5A之寬度W1與W1’，第一流道1110可以但不限於是一寬流道鄰舍於一窄流道的交錯配置，藉此有助於增加迴路中流阻分配的混亂度，以提高工作流體之氣柱與液柱的隨機性，從而使工作流體較難以趨近平衡。補充說明的是，於一些其他實施例中，第一流道1110也可由三種以上的不同寬度的流道所組成，以進一步流阻分配的混亂度；另外，於一些其他實施例中，第一流道1110也可改為是寬度均等的流道，即第一流道1110的等效水力直徑也可改為均等。

另一方面，相似地，如圖5B之寬度W2與W2’所示，第二流道1210也可以但不限於是一寬流道鄰設於一窄流道的交錯配置，即，使得部分的第二流道1210的等效水力直徑相異於另一部份的第二流道1210的等效水力直徑。藉此，同樣有助於增加迴路中流阻分配的混亂度，以提高工作流體之氣柱與液柱的隨機性，從而使工作流體較難以趨近平衡。而於一些其他實施例中，第二流道1210也可由三種以上的不同寬度的流道所組成，或是也可改為是寬度均等的流道。

據此可知，前述配置於流道板10相對二表面的第一流道1110與第二流道1210以及連通該些流道的第一通道141、第二通道142以及第三通道150與150’的設計，除了可自然產生毛細壓力差之外，還可產生額外的流動阻力差與質量慣性差等三個不對稱的壓力差，使得工作流體受熱的區域不論是在脈衝式熱管1的上半部或是在下半部(如以圖式視角來看)，均能受到這些壓力差的驅動而在迴路中流動而達成將高溫區域所吸收的熱量傳送至低溫區域的傳熱目的。

相似地，於一些其他實施例中，流道板10上的兩個腔室1111也可設計成具有不同尺寸，同樣有助於增加迴路中流阻分配的混亂度而更為提高工作流體之氣柱與液柱的隨機性。

此外，於本實施例中，腔室1111可經由第三通道150或150’同時連通至少兩個第二流道1210，但本發明並非以此為限。例如於一些其他實施例中，腔室1111也可改為經由第三通道150或150’而同時對應並連通至少三個以上的第二流道1210。

另外，於本實施例中，流道板10至少設置有兩個腔室1111，但本發明並非以此為限。例如於一些其他實施例中，流道板也可改為僅具有單一個腔室1111。如圖6，係為依據本發明之另一實施例之流道板10’的平面示意圖。如圖所示，本實施例與前述實施例的差異僅在於流道板10’僅包含一腔室1111，例如僅剩經由第三通道150連通第二流道1210之第三端12101的腔室1111。在此情況下，該腔室1111仍可對整個迴路增加一定程度的壓力或驅動力以輔助工作流體的流動與循環，有助於產生的流體振盪效果而克服抗重力應用的限制。

補充說明的是，在圖6的情況下，另一個腔室1111則可選擇形成於接合於流道板10’之第一面111的第一外蓋板11上但不貫穿第一外蓋板11。在此配置下，流道板10’具有單個腔室1111，而另一個腔室1111則是在第一外蓋板11上而界於第一外蓋板11與流道板10’的第一面111之間。當然，也可不在第一外蓋板11上設置任何腔室1111而保持整體脈衝式熱管僅具有單個腔室1111，本發明並非以此為限。

最後，補充說明的是，本發明前述所提及之流道及/或通道的尺寸與數量等均沒有特別予以限制，其均可依據實際應用場合等實際需求進行調整。

由本發明前述實施例之脈衝式熱管，由於流道板之腔室之一端為封閉並僅經由第三通道連通其他流道，且腔室之等效水力直徑D_h 至少滿足

此外，搭配緊縮結構，可使工作流體的液體部分不容易流出腔室而使得腔室形成近似封閉的蒸氣腔室，有助於工作流體於腔室內累積更大的壓力以加強脈衝。

另外，流道板是採用相對表面均具有流道的配置，可增加總彎頭數及流道總數而得以充填更多工作流體，從而有利於增加抗重力與水平時的啟動驅動力。

於一些實施例中，流道板可由三個板體所構成，且這些板體均可用沖壓製程等成本較低且加工較容易的製程所製造，有助於簡化製造工序與成本，還有助於提高設計彈性及量產性。

此外，於一些實施例中，第一流道與第二流道在流道板的相對兩表面上非對稱配置，從而有助於使流道板之第一面與第二面產生的壓力差具有差異，從而有助於讓工作流體在迴路中更難以趨向平衡狀態。

另外，於一些實施例中，第一流道可由寬窄不同的流道所組成，第二流道也可由寬窄不同的流道所組成，使得部分的第一流道的等效水力直徑相異於另一部份的第一流道的等效水力直徑，及部分的第二流道的等效水力直徑相異於另一部份的第二流道的等效水力直徑，藉此，有助於增加迴路中流阻分配的混亂度，以提高工作流體之氣柱與液柱的隨機性，從而使工作流體較難以趨近平衡。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1:脈衝式熱管 10、10’:流道板 11:第一外蓋板 12:第二外蓋板 110:第一板體 111:第一面 120:第二板體 121:第二面 130:中間板體 131:第一接合面 132:第二接合面 141:第一通道 142:第二通道 150、150’:第三通道 1110:第一流道 1111:腔室 1112:連通口 1113:緊縮結構 1210:第二流道 1310:第一通孔 1320:第二通孔 1330:第三通孔 11101:第一端 11102:第二端 11131:狹窄通道 11132:外側端 11133:內側端 11134:狹縫 12101:第三端 12102:第四端 CN:封閉端 W1、W1’、W2’、W2’:寬度

圖1係為依據本發明之一實施例之脈衝式熱管的立體示意圖圖2A~2B係為圖1之脈衝式熱管於不同視角的立體分解示意圖。圖3A~3B係為對應圖2A~2B之脈衝式熱管中流道板於不同視角的分解示意圖。圖4係為圖2A之流道板的局部放大平面示意圖。圖5A~5B係為對應圖2A~2B之脈衝式熱管中流道板於不同視角的平面示意圖。圖6係為依據本發明之另一實施例之流道板的平面示意圖。

1:脈衝式熱管

10:流道板

11:第一外蓋板

12:第二外蓋板

111:第一面

141:第一通道

142:第二通道

150、150’:第三通道

1110:第一流道

1111:腔室

Claims

一種脈衝式熱管，包含：一流道板，包含一第一面、一第二面、複數第一流道、複數第二流道、複數第一通道、複數第二通道、至少一腔室以及至少一第三通道，該些第一流道與該至少一腔室形成於該第一面，該些第二流道形成於該第二面，該些第一通道、該些第二通道與該至少一第三通道貫穿該第一面與該第二面；其中該至少一腔室具有一封閉端，該封閉端相對於該至少一第三通道且經由該至少一第三通道連通至少一該第二流道，該些第一流道與該些第二流道經由該些第一通道以及該些第二通道相連通，該至少一腔室的等效水力直徑為D_h ，其滿足以下條件：
，其中σ為工作流體之表面張力，Δρ為工作流體之氣液相密度差，而g為重力加速度。
如請求項1所述之脈衝式熱管，其中該至少一第三通道直接連通該至少一腔室以及至少其中二該第二流道。
如請求項1所述之脈衝式熱管，其中該至少一腔室於該第一面上不直接連通該些第一流道及該些第一通道。
如請求項1所述之脈衝式熱管，其中該至少一腔室未貫穿該第二面且不直接連通該些第一流道、該些第一通道以及該些第二通道。
如請求項1所述之脈衝式熱管，其中該流道板更包含至少一緊縮結構，位於該第一面並介於該至少一第三通道與該至少一腔室之間。
如請求項5所述之脈衝式熱管，其中該至少一緊縮結構具有一狹窄通道以使該至少一第三通道連通該至少一腔室，且該至少一緊縮結構與該至少一腔室之內壁面之間形成至少一狹縫。
如請求項1所述之脈衝式熱管，其中該至少一腔室具有變化的寬度。
如請求項1所述之脈衝式熱管，其中該至少一腔室的等效水力直徑為D_h ，其更滿足以下條件：
，其中σ為表面張力，Δρ為氣液相密度差，而g為重力加速度。
如請求項1所述之脈衝式熱管，其中該些第一流道以及該些第二流道任一者的等效水力直徑為D_h ，其滿足以下條件：
，其中σ為表面張力，Δρ為氣液相密度差，而g為重力加速度。
如請求項1所述之脈衝式熱管，其中該些第一流道不平行於該些第二流道。
如請求項1所述之脈衝式熱管，其中部分的該些第一流道的寬度相異於另一部份的該些第一流道的寬度。
如請求項1所述之脈衝式熱管，其中部分的該些第二流道的寬度相異於另一部份的該些第二流道的寬度。
如請求項1所述之脈衝式熱管，其中各該第一流道具有彼此相對的一第一端及一第二端，各該第二流道具有彼此相對的一第三端及一第四端，該些第一流道之該些第一端分別經由該些第一通道連通至少部分的該些第二流道之該些第三端，該些第一流道之該些第二端分別經由該些第二通道連通至少部分的該些第二流道之該些第四端；其中該至少一第三通道直接連通至少二該第三端，且該二第三端彼此直接相連通。
如請求項1所述之脈衝式熱管，其中該流道板包含一第一板體、一中間板及一第二板體，該中間板介於該第一板體與該第二板體之間，該第一面、該至少一腔室與該些第一流道形成於該第一板體且該至少一腔室與該些第一流道貫穿該第一板體，該第二面與該些第二流道形成於該第二板體且該些第二流道貫穿該第二板體，而該些第一通道、該些第二通道及該至少一第三通道貫穿該第一板體、該中間板及該第二板體。
如請求項1所述之脈衝式熱管，其中該些第一流道於該第一面上不直接連通。
如請求項2所述之脈衝式熱管，其中除了直接連通該至少一第三通道的至少其中二該第二流道，其餘的該些第二流道於該第二面上不直接連通。
如請求項1所述之脈衝式熱管，更包含一第一外蓋板及一第二外蓋板，分別設置於該流道板之該第一面與該第二面，以封閉該些第一流道、該些第二流道、該些第一通道、該些第二通道、該至少一腔室及該至少一第三通道所構成的一迴路。
如請求項1所述之脈衝式熱管，其中該些第一流道、該些第二流道、該些第一通道、該些第二通道、該至少一腔室以及該至少一第三通道相連通而共同構成一封閉迴路，用以容置一工作流體，其中該工作流體於該封閉迴路的體積百分比約為30%~70%。