TW202221275A - 熱管 - Google Patents
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Abstract
一種熱管，具備有：扁平狀的容器，具有已封入了作動流體的內部空間、及面向前述內部空間之平坦面；及芯件，設於前述內部空間。前述芯件具有具複數個第1間隙之第1芯件以及具複數個第2間隙之第2芯件。前述第1芯件從前述平坦面隆起且對前述平坦面被固定。前述第2芯件藉由粉體的燒結體所形成，且覆蓋前述第1芯件的表面。前述複數個第2間隙的各個比前述複數個第1間隙的各個平均小。
Description
發明領域
發明是有關於一種熱管。
本案是依據2020年11月16日在日本提出申請之特願2020-190013號主張優先權，此處並援用其內容。
發明背景
在下述專利文獻1中，揭示了一種扁平型熱管。該熱管具備有將多數根細線集束後的芯件。芯件是從扁平型容器的內部中之平坦面隆起，且對前述平坦面藉由燒結而被固定。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本國特開2012-229879號公報
[發明的概要]
[發明所欲解決的課題]
發明概要
將芯件作成細線束時，芯件可發揮高毛細管力，又，可降低冷凝後之作動流體的壓損。
另一方面，會有如下述之改善的餘地。於上述之芯件，作動流體的蒸發面積少，作動流體的蒸發部中之熱阻抗變大。又，由於熱管的最大熱輸送量受芯件之毛細管半徑支配，所以最大熱輸送量會有界限。
本發明是鑑於上述情事而完成者，以熱管的性能提升為目的。
[用以解決課題的手段]
關於本發明之一態樣的熱管，具備有：扁平狀的容器，具有已封入了作動流體的內部空間、及面向前述內部空間之平坦面；芯件，設於前述內部空間，具有具複數個第1間隙之第1芯件以及具複數個第2間隙之第2芯件，前述第1芯件從前述平坦面隆起且對前述平坦面被固定，前述第2芯件藉由粉體的燒結體所形成，且覆蓋前述第1芯件的表面，前述複數個第2間隙的各個比前述複數個第1間隙的各個平均小。依據該構成，第1芯件的表面被具有比第1間隙細之第2間隙的粉體的燒結體(第2芯件)覆蓋。於第2芯件的表面形成有比第1芯件的表面細的凹凸，作動流體的蒸發面積增加，可使熱阻抗變小。又，因為不只第1芯件(第1間隙)，於第2芯件(第2間隙) 也流動冷凝後的作動流體，所以最大熱輸送量增加。
於上述熱管中，也可以是前述第1芯件是藉由集束了的多數根細線所形成。
於上述熱管中，也可以是前述細線的直徑比前述粉體的粒徑大。
於上述熱管中，也可以是將垂直於前述平坦面的方向稱為厚度方向時，前述第1芯件的前述厚度方向中之尺寸的最大值比前述第2芯件之前述厚度方向中之尺寸的最大值大。
於上述熱管中，也可以是前述第1芯件於前述內部空間，從前述作動流體蒸發之蒸發部到前述作動流體冷凝之冷凝部延伸，前述第2芯件至少於前述蒸發部覆蓋前述第1芯件的表面。
[發明的效果]
依據上述本發明之一態樣，可提升熱管的性能。
以下，一面參照圖面，一面說明關於本發明的一實施型態之熱管。
圖1是關於一實施型態之熱管1的斷面構成圖。圖2是沿著圖1所示之熱管1的II─II斷面的斷面圖。
熱管1是利用作動流體的潛熱的熱輸送元件。該熱管1具備有具有已封入了作動流體的內部空間S的容器10、及設於容器10的內部空間S的芯件20。容器10具有互相平行之第1平坦面10a及第2平坦面10b。容器10具有第1端部10d及第2端部10e。
此處，在本實施型態中，設定XYZ直交座標系來說明各構成之位置關係。於垂直第1平坦面10a的方向中，將從第1平坦面10a向第2平坦面10b的方向稱為+Z方向(上方向)，將與上方向相反的方向成為─Z方向(下方向)。不區分+Z方向和─Z方向的情況，單稱為Z方向(厚度方向Z)。垂直於厚度方向Z的方向中，將從第1端部10d向第2端部10e的方向稱為+X方向，將與+X方向相反的方向稱為─X方向。不區分+X方向和─X方向的情況，單稱為X方向(長邊方向X)。將垂直於厚度方向Z及長邊方向X之雙方的方向稱為Y方向(寬幅方向Y)。
作動流體是由週知的相變化物質構成的熱輸送介質，在容器10內相變化成液相和氣相。例如，作為作動流體，可採用水(純水)或乙醇或氨等。而且，關於作動流體，會有將液相的情況記載為「液體」，將氣相的情況記載為「蒸氣」來進行說明的情況。又，在不特別區分液相和氣相的情況會有記載為作動流體來進行說明的情況。而且，於如本實施型態之扁平型的熱管1，作為作動流體，以採用水為佳。
容器10是第1端部10d及第2端部10e被閉塞之具氣密性的中空管。於供作在互相分離處之間進行熱輸送的用途的熱管1，中空管(管)使用於容器10。容器10由於需要在容器10的內部(內部空間S)和外部之間傳遞熱，所以以熱傳導率高的素材構成者為佳。容器10例如以銅管、鋁管、不鏽鋼管等之金屬管構成者為佳。
容器10，如圖2所示，寬幅方向Y中的尺寸是形成為比厚度方向Z中的尺寸大的扁平狀。容器10的內表面形成有互相平行之第1平坦面10a及第2平坦面10b、以及連接2個平坦面10a、10b的兩端的一對曲面10c。在本說明書中，會有不特別區別第1平坦面10a和第2平坦面10b而單稱為平坦面的情況。內部空間S是藉由第1平坦面10a、第2平坦面10b、及曲面10c所包圍的空間。第1平坦面10a及第2平坦面10b是面向內部空間S。而且，曲面10c不限於半圓形，也可以是半橢圓形、及其他彎曲的形狀。
芯件20配置於容器10之寬幅方向Y中之中央部。又，芯件20(第1芯件21)固定於第1平坦面10a。芯件20和第2平坦面10b之間形成間隙。又，芯件20和一對曲面10c之間形成間隙。該等間隙成為作動流體的蒸氣流路11。而且，芯件20(第1芯件21)也可以是不固定於第1平坦面10a而是固定於第2平坦面10b。
芯件20，如圖1所示，於長邊方向X延伸。芯件20成為作動流體的液體流路。發熱體30隔著散熱油膏31等之TIM(Thermal Interface Material)而接觸於容器10之外表面中至少一部份。發熱體30位於第1端部10d。又，散熱器40隔著散熱油膏41等TIM而接觸於容器10之外表面的至少一部分。散熱器40位於第2端部10e。
作動流體在位於容器10之第1端部10d的蒸發部10A蒸發。又，作動流體在位於容器10之第2端部的冷凝部10B冷凝。芯件20使在蒸發部10A蒸發且在冷凝部10B冷凝後的作動流體再回流到蒸發部10A。
如圖2所示，芯件20具有具複數個第1間隙的第1芯件21、及具複數個第2間隙的第2芯件22。第1芯件21從平坦面(本實施型態中為第1平坦面10a)隆起，且對平坦面(本實施型態中為第1平坦面10a)被固定。第2芯件22覆蓋第1芯件21的表面。
第1芯件21藉由被集束後的多數根細線21a而形成。作為細線21a，可採用例如銅、鋁、不鏽鋼等金屬線、或碳纖維、玻璃纖維等非金屬線。而且，金屬線由於熱傳導率高，所以可適合採用作為細線21a。而且，作為細線21a的材料，以選擇在與被封入容器10的內部空間S的作動流體的關係上濕潤性優異的材料為佳。
本實施型態之細線21a例如是直徑為50μm左右的銅線。集束數根細線21a而構成第1芯件21。第1芯件之厚度方向Z中的尺寸的最大值(第1芯件21的最大厚度)t1例如在將內部空間S的厚度方向Z中之尺寸作為2mm時，成為1mm左右。而且，在第1芯件21，也可以是將集束後的多數根細線21a扭捻，也可以是不將集束後的多數根細線21a扭捻。
第2芯件22是藉由粉體22a的燒結體(多孔質燒結體)形成。作為粉體22a，例如可採用銅等金屬粉粒體、或陶瓷等非金屬粉粒體。而且，金屬粉粒體由於熱傳導率高，所以可適合採用作為粉體22a。而且，作為粉體22a的材料，以選擇在與被封入容器10的內部空間S的作動流體的關係上濕潤性優異的材料為佳。
本實施型態的粉體22a例如是粒徑為20μm以下的銅粉末。利用使粉體22a燒結，而構成厚度方向Z中之尺寸為大約一定的第2芯件22(粉粒體芯件)。而且，「大約一定」也包含除去製造誤差時視為厚度方向Z中之尺寸一定的情況。第2芯件22的厚度方向Z中之尺寸的最大值(第2芯件22的最大厚度)t2例如在將第1芯件21的最大厚度t1作為1mm時，成為0.2mm左右。
形成於形成第2芯件22之複數個銅粉末的各個的周圍的第2間隙，比起形成於形成第1芯件21之複數根銅線的各個的周圍的第1間隙細。像這樣的第1間隙和第2間隙的大小的不同是起因於形成第2芯件22之粉體22a的粒徑、和形成第1芯件21之細線21a的直徑的不同。也就是，於芯件20的斷面視角，複數個第2間隙(孔隙)的各個成為比複數個第1間隙(細線21a間的空間)的各個平均小。第2芯件22比第1芯件21毛細管力高。換言之，第1芯件21比第2芯件22液體的透過性高。
第1芯件21，如圖1所示，於容器10的內部空間S，從作動流體蒸發的蒸發部10A到作動流體冷凝的冷凝部10B為止延伸。第2芯件22至少於蒸發部10A(在本實施型態中第1芯件21的全體)覆蓋第1芯件21的表面。而且，第2芯件22雖會有侵入直到第1芯件21的表面的第1層(形成第1芯件21的最外周的細線11a之間)，然而第1芯件21的第2層以下，至少從中間層到最下層為止沒有侵入。
第2芯件22和第1芯件21接觸，成為液體在2個芯件21、22之間互相來去。也就是，在冷凝部10B，冷凝後的作動流體(液體)從毛細管力高的第2芯件22的表面被吸收，且浸透到第1芯件21。又，在蒸發部10A，主要流通在壓損低的第1芯件21的液體滲出到第2芯件22側並在第2芯件22的表面蒸發。
依據上述構成之熱管1，第1芯件21的表面被具有比第1間隙還細的第2間隙的粉體22a的燒結體(第2芯件22)所覆蓋。於第2芯件22的表面形成有比第1芯件21的表面還細的凹凸，作動流體的蒸發面積增加，可使熱阻抗較小。又，因為不只第1芯件21(第1間隙)，於第2芯件22(第2間隙)也流動冷凝後的作動流體，所以最大熱輸送量增加。
圖3是顯示比較一實施型態之新的芯件20和習知之芯件的性能後的結果的圖示。
如圖3所示，具備有上述新的芯件20的熱管1，相較於僅上述之第1芯件21的習知的芯件，蒸發部10A的熱阻抗下降到3分之1。又，具備有新的芯件20的熱管1相較於習知的芯件，最大熱輸送量上升30％。
如此，依據上述之本實施型態，藉由採用所謂包含有具有已封入了作動流體的內部空間S及面向內部空間S之平坦面(第1平坦面10a)的扁平狀的容器10、及設於內部空間S且具有複數個第1間隙的第1芯件21以及具有複數個第2間隙的第2芯件22，第1芯件21從平坦面(第1平坦面10a)隆起且對平坦面(第1平坦面10a)被固定，第2芯件22藉由粉體22a的燒結體形成且覆蓋第1芯件21的表面，複數個第2間隙的各個也比複數個第1間隙的各個平均小之構成，而提升熱管1的性能。
又，在本實施型態之熱管1中，第1芯件21是藉由集束後的多數根細線21a所形成。依據該構成，可發揮高毛細管力，又，可降低冷凝後之作動流體的壓損。
又，在本實施型態之熱管1中，細線21a的直徑比粉體22a的粒徑大。依據該構成，易於使第1間隙比第2間隙大，可降低在第1芯件21流動之液體的壓損。
又，在本實施型態之熱管1中，第1芯件21的最大厚度t1比第2芯件22的最大厚度t2大。依據該構成，可作成確保冷凝後之作動流體的壓損低的第1芯件21的空間面積較廣，且使第2芯件22之周圍的蒸氣流路11的空間面積較窄。
又，在本實施型態之熱管1中，第1芯件21於容器10的內部空間S，從作動流體蒸發的蒸發部10A到作動流體冷凝的冷凝部10B延伸，第2芯件22至少於蒸發部10A覆蓋第1芯件21的表面。依據該構成，至少可降低蒸發部10A中之熱阻抗。而且，如顯示於圖4之變形例所示，第2芯件22即使是僅於蒸發部10A覆蓋第1芯件21的表面也沒關係。
以上，雖已記載並說明本發明之較佳實施型態，然而其等是本發明之例示的態樣，應該理解不應作為限定的內容來考慮。追加、省略、置換以及其他的變更是未超出本發明的範圍而可來進行。因此，本發明不應視為以前述的說明來限定，而是藉由申請專利範圍來限制。
例如，即使第1芯件21和第2芯件22同樣地是粉粒體芯件也沒關係。
1:熱管
10:容器
10A:蒸發部
10B:冷凝部
10a:第1平坦面(平坦面)
10b:第2平坦面
10c:曲面
10d:第1端部
10e:第2端部
11:蒸氣流路
20:芯件
21:第1芯件
21a:細線
22:第2芯件
22a:粉體
30:發熱體
31:散熱油膏
40:散熱器
41:散熱油膏
S:內部空間
t1:第1芯件的最大厚度
t2:第2芯件的最大厚度
+X,-X:長邊方向
+Y,-Y:寬幅方向
+Z,-Z:厚度方向
II-II:斷面線
圖1是顯示關於一實施型態之熱管的斷面構成的圖示。
圖2是沿著圖1所示之熱管的II─II斷面的斷面圖。
圖3是顯示比較關於一實施型態之新的芯件和習知之芯件的性能後的結果的圖示。
圖4是顯示關於一實施型態之熱管的斷面構成的圖示。
[用以實施發明的型態]
1:熱管
10:容器
10A:蒸發部
10a:第1平坦面(平坦面)
10b:第2平坦面
10c:曲面
11:蒸氣流路
20:芯件
21:第1芯件
21a:細線
22:第2芯件
22a:粉體
S:內部空間
t1:第1芯件的最大厚度
t2:第2芯件的最大厚度
+Y,-Y:寬幅方向
+Z,-Z:厚度方向
Claims (6)
- 一種熱管，具備有： 扁平狀的容器，具有已封入了作動流體的內部空間、及面向前述內部空間之平坦面；及 芯件，設於前述內部空間，具有具複數個第1間隙之第1芯件以及具複數個第2間隙之第2芯件，前述第1芯件從前述平坦面隆起且對前述平坦面被固定，前述第2芯件藉由粉體的燒結體所形成，且覆蓋前述第1芯件的表面，前述複數個第2間隙的各個比前述複數個第1間隙的各個平均小。
- 如請求項1之熱管，其中前述第1芯件是藉由集束了的多數根細線所形成。
- 如請求項2之熱管，其中前述細線的直徑比前述粉體的粒徑大。
- 如請求項1至3中任一項之熱管，其中將垂直於前述平坦面的方向稱為厚度方向時， 前述第1芯件的前述厚度方向中之尺寸的最大值比前述第2芯件之前述厚度方向中之尺寸的最大值大。
- 如請求項1至3中任一項之熱管，其中前述第1芯件於前述內部空間，從前述作動流體蒸發之蒸發部到前述作動流體冷凝之冷凝部延伸， 前述第2芯件至少於前述蒸發部覆蓋前述第1芯件的表面。
- 如請求項4之熱管，其中前述第1芯件於前述內部空間，從前述作動流體蒸發之蒸發部到前述作動流體冷凝之冷凝部延伸， 前述第2芯件至少於前述蒸發部覆蓋前述第1芯件的表面。
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