TWI279517B - Heat pipe - Google Patents

Description

1279517 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種熱傳導裝置，尤指一種熱管。 【先前技術】. 熱管具有超靜音、快速傳熱、高熱傳導率、重量輕、 尺寸小、無可動件、結構簡單及多用途等特性，且熱管可 =溫度幾乎保持不變的狀況下扮演快速傳輸大量熱能的超 >導體角色而被廣泛的應用；其基本構造係在密閉管材内壁 襯以易吸收作動流體的毛細結構層，而其中央的空間則為 空洞狀態，並在抽冑空的密閉管材内注入相當於毛細結構 層=隙總容積的作動流體，依吸收與散出熱量的相關位置 可分為蒸發段、冷凝段以及其間的絕熱段；其工作原理係 藉由工作液體之液、汽兩相變化的潛熱來傳遞熱量：包括 在蒸發段藉蒸發潛熱自熱源帶走大量熱量，使工作液體蒸 發並使κ快速通過管μ m，到達冷凝段冷卻凝結成液 體且釋放出熱能，上述工作液體則藉由貼於管内壁的毛細 結構層所提供的毛細力回流至蒸發段，達到持續相變化的 熱能循環來傳輸熱量。 夕目前應用於電腦微處理器（CPU)的散熱領域中，已有許 夕使用熱官於不同結構與型式的散熱裝置被揭示於專利文 獻中最典型的例子是利用發熱元件與配有風扇的散熱鰭 片氐座之間的熱接觸，並搭配熱管使用以增加傳熱效果的 裝置，但受制於高發熱元件的可用傳熱面積小，&可搭配 6 1279517 的熱管數量（總傳熱量）受到限制；另外，為因應較高熱通量 (heat 〇ux)的解熱需求，在發熱元件與散熱鰭片底座之間常 、需加裝一具有良好熱傳導性的均熱板（spreader)，該均熱板 通常較發熱元件的熱傳面積大，以便將熱量傳到散熱鰭片 底座之前先均勻降低高發熱元件熱通量之負荷，再由較大 的散熱鰭片搭配的熱管來將高發熱電子元件的熱量散出； !為達上述目的，均熱板通常採用銅、鋁等較高熱傳導係數 _的金屬板材製成，但上述金屬板仍受制於材料本身有限的 ”、、傳V性，§使用於尚熱通量的發熱元件時需要較大的均 熱板面積來分散熱量，如此會產生明顯的側向分佈熱阻 (spreading thermal resistance)而使均熱分佈的效果大打折 〜扣，導致整體散熱效率的降低；為提昇上述均熱板的效果， 已有蒸汽式散熱腔（vapor chamber)的提出，其係藉由平板狀 中空腔室内的毛細結構中所含少量的工作流體在貼近外部 熱=的吸熱端汽化，並以產生的蒸汽將熱量快速傳遞到散 φ熱端冷凝，再藉毛細力將冷凝液回流到吸熱端進行下一次 汽化/胃冷凝的熱傳循環機制達到散熱的功能，但由於毛細結 -構的量產製程（例如燒結或新微結構製程）無法於同一批次 的產品中維持相近的高熱傳性能，直接影響產品的可靠 度，且由於平板片大的均熱板或蒸汽式散熱腔無法滿足不同 形狀的熱源與散熱器外形，以及與熱管的蒸發段與冷凝段 作良好的搭配，使其應用缺乏彈性。 由於熱管的性能測試主要著重在最大熱傳量（Qmax)以 及由蒸發段至冷凝段的溫度差⑽兩項參數，因此在一給 7 1279517 輸狀況下可以藉由該溫度差而獲知其熱阻值， 旦本° ’、、、&的性此’當給定的熱量超過熱管的最大熱傳 里日f ’由於原正常埶|值於她 …里得輸機制遭到破壞而使熱阻值驟 增，以致蒸發段的溫度亦隨之驟昇。 習t熱管受限於蒸發段的吸熱面積過小，以致熱源的 熱篁不易由蒸發段充分吸收而產生過熱，另一方面，亦由 於冷破段的散熱面積過小，同樣使熱管的最大移熱量受到 如果無法使蒸發段與熱源以及冷凝段與散熱裝置維 持被&熱接觸’則情況將更為嚴重，導致阻礙冷凝液體藉 毛細力，回流，進而提早發生乾化而急速升溫，限制其最 大傳熱里，且由於熱管過高的長度/直徑比，導致藉由基汽 傳輸熱量的過程中造成熱量的散失，而使部分流過就管中 t的蒸，提前冷凝為液滴而混合於蒸汽流中，以致由蒸發 段吸熱汽化的蒸汽沿蒸汽流道傳輸到冷凝段的速度降低甚 或阻塞而限制②a的熱量傳遞，使熱管的熱阻增加而造成 蒸，段與冷凝段之間的溫度差加大，並降低熱管的最大傳 熱篁’對於使用熱管進行長距離的熱量傳輸尤為不利。 —習知熱管技術對於提升最大傳熱量的方法是加大整支 熱管毛細結構層的厚度使其中的含水量增加，但相對地， 卻也使熱管對溫度的響應時間變慢及溫度差加大；反之， 對於縮小溫度差的方法是薄化整支熱管毛細結構層的厚度 使其中的含水量降低，但相對地，卻也使熱管的最大傳熱 量降低，可見習知熱管技術無法兼顧提升最大傳熱量及縮 小溫度差，如此形成了較難克服的矛盾。 8 1279517 【發明内容】 有鑒於此，有必要提供一種提昇最大傳熱量及縮小溫 度差的熱管。 一種熱官，包括：一密封之輸熱腔體，其内壁設有毛 、、、田、、、α構並輸熱腔體封入有適量工作液體，該輸熱腔體沿 腔體長度方向分為蒸發段、冷凝段及兩者之間的絕熱段； 及一岔封之儲熱腔體，其分別設置於該輸熱腔體的對應蒸 •發段及冷凝段外壁上。 、 該熱官藉由在熱管的蒸發段及冷凝段上設置一密封儲 熱腔體，以提供較大吸熱及散熱面積並藉由儲熱腔體在輸 熱腔體内、外管壁所設置的毛細結構及工作液體發生相變 、的吸收與釋出蒸發潛熱的大幅增大，增強熱量傳輸能力， 達到提昇熱管的最大傳熱量及縮小溫度差之功效。 【實施方式】 Φ 凊參閱圖1 ’係為本發明熱管的第一實施例之縱向截面 圖；所示熱管包括一密封輸熱腔體10,.其内壁設有供冷凝 •液回流的毛細結構12，而在毛細結構12内侧中央的空間則 為蒸Ά通道14’並輸熱腔體1〇内部封入有適量工作液體且 可適度抽至一定的真空度；該輸熱腔體沿腔體長度方向 依據其各段的使用功能可分為冷凝段A、蒸發段c及位於 一者之間的絕熱段B ;該輸熱腔體1〇的對應冷凝段a及基 發段C的外壁上分別密封套設一儲熱腔體20。其中，該輸 熱腔體10及儲熱腔體20係分別由導熱性能較好的鋁、銅 9

Claims (1)

1279517 9 f |irr - |M , ,M(n- ^ _____ϋ—、—於，""^咖貪 _·»_ ·l"« _ _||, ’%1G#7nm史丨正皆換頁； -十、申晴專利範圍-·〜——·—〜 ' — - 1· 一種熱管，包括·· 一岔封之輸熱腔體，其内壁設有毛細結構，並輸熱腔 體内封入有適量工作液體，該輸熱腔體沿腔體長度方 向分為蒸發段、冷凝段及位於兩者之間的絕熱段；及 —雄、封之儲熱腔體，其分別設置於該輸熱腔體的對應 > 蒸發段及冷凝段外壁上。 •如申明專利範圍第1項所述之熱管，其中該二儲熱腔 體為分別套設於該輸熱腔體的對應蒸發段及冷凝段 外壁上。 3. 如申請專利範圍第丄項所述之熱管，其中該儲熱腔體 2獨立的環狀密封腔體，其包括與輪熱腔體壁面具一 定間距的外壁及與輸熱腔體壁面貼合的内壁。 4. 如申請專利範圍第3項所述之熱管，其中該儲熱腔體 内壁面均設有毛細結構，並其中封入有適量工作液 5.=申請專利第i項所述之熱管，其巾該儲熱腔體 L括外壁與輸熱腔體壁面組合形成環狀密封腔，該 腔内表面均設有毛細結構，並其中封入有適量工作液 體。 H請專利範圍第3或5項所述之熱管，其中該儲】 腔體外壁於縱向截面形狀為“门，，狀或半圓形。 7.如申請專利範圍第3或5項所述之熱管，其中該儲^ 15 1279517 l& m 27 I 年月日修(更)正替換頁I _______________ _________________j 腔體環繞於輸熱腔體的整個周壁面而形成閉合的環 形體。 •如申请專利枕圍第3或5項所述之熱管，其中該儲熱 腔體環繞於輸熱腔體的部分周壁面而形成半環形體。 9·如申請專利範圍第1項所述之熱管，其中該對應冷凝 段的儲熱腔體外壁面向外延伸設有複數散熱鰭片。 10·如申請專利範圍第1項所述之熱管，其中該輸熱腔體 對應絕熱段外壁面環繞設有密封殼體而形成真空的 環形腔室。 11·如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之熱管，其 中該輸熱腔體的壁橫截面形狀為圓形、橢圓形、多邊 形或其複合形之一，該儲熱腔體的橫截面内環與輪熱 腔體的壁橫截面形狀相對應，其外壁橫截面為圓妒、 橢圓形、多邊形或其複合形之一。 乂

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