TWI295363B - Heat pipe and method for making the same - Google Patents

Description

!295363 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於導熱結辩，特別係關於一種應用於電子散熱裝置中之熱 管及其製備方法。 【先前技術】 熱管係依靠自身内部工作流體相變實現導熱之導熱元件，其具有高導 熱性、優良等溫性等優良特性，導熱效果好，應用廣泛。 近年來電子技術迅速發展，電子器件之高頻、高速以及積體電路之密 集及微型化，使得單位容積電子器件發熱量劇增，熱管技術以其高效、緊 凑以及靈活可靠等特點，適合解决目前電子器件因性能提升所衍生之散熱 問題。 請參閱第一圖，典型熱管1〇由管殼Η、吸液芯12(毛細結構）以及密 封於官内之工作流體13組成。熱管1〇之製作通常先將管内抽成真空後充 以適當工作流體13，使緊貼管内壁之吸液芯12中充滿工作流體13後加以 岔封。熱管10之一端為蒸發段l〇a(加熱段），另一端為冷凝段l〇b(冷卻 丰又）’根據應用需要可在蒸發段l〇a與冷凝段⑽之間佈置絕熱段。當熱管 10蒸發段10a受熱時吸液芯12中工作流體13蒸發氣化形成蒸氣14，蒸氣 14在微小壓力差作用下流向熱管1〇之冷凝段1〇b，凝結成工作流體13幷 放出熱1 15，工作流體13再靠毛細作用沿吸液芯12流回蒸發段i〇a。如 此循環，熱量15由熱管1〇之蒸發段1〇a不斷地傳至冷凝段1〇b，並被冷凝 段10b—端之冷源吸收。 熱管10在實現導熱過程中，包含以下六個相互關聯之主要過程： (1) 熱量15從熱源通過熱管管殼u和充滿工作流體13之吸液芯12傳 遞給工作流體13 ; (2) 工作液體13在蒸發段i〇a内液-氣分介面上蒸發； (3) 务氣14從蒸發段1〇3流到冷凝段i〇b ; (4) 蒸氣14在冷凝段10b内氣-液分介面上凝結； (5) 熱量15從氣—液分介面通過吸液芯12、工作液體13及管殼u傳給 冷源； " 5 ^95363 伽。⑹在吸液芯12内由於毛細作用使冷凝後之工作流體η回流到蒸發段 從上述六個雜料，龍如在·⑴與 执 過程⑹^冷凝後之巧流體13迅速回流起到決定作用，匕 吸液心12對於熱管10之正常有效地工作非常必要。 先前技射魏S 12 -般為、_型、溝槽型或燒結型。 其中燒結型魏芯翁大量填錢金屬粉末好於

勾而ΐ速因如而管殼内壁_觸，從而使得熱管導= 奸型敎m _日公告之美國專利第4, 274, 479號揭露-種燒 二 芯_金屬粉體或喊粉體燒結而成，緊貼熱管 =内壁’毛細力大，毛細性能好。惟，傳統燒結型吸液芯—般離較大， 舰1提高。2002年11月27曰公告之中國專利第™.1 inr 额时轉”奈料概結喊，奈米碳管 具有強導熱性能，惟奈米碳管成本較高。· u 係減—定網目數之銅、獨鋼或麟網，經過清洗及 製成所需要之形狀插入管殼而成。惟，直接插入管殼之吸 力貼於熱管管殼内壁，彈性不夠時，易出現吸液芯貼合 “又内壁不㈣、不均勻之現象，導致熱管導熱效率降低。 ,、吸液心如2_年3月2日公告之美國專利第6, _，5G2號所揭 二在官，_形成微小溝槽’溝槽尺寸越小，毛細性能越好^達到較 =細性能，常採用電子束刻姓等方法形成微米級甚至奈米級尺寸之溝 槽，而電子束刻蝕等工藝成本高。 有鑑於此，提供一種吸液芯緊貼熱管管殼内壁、熱阻小、毛細性能強、 成本低、導熱效率高之熱管非常必要。 【發明内容】 本要解决之第一技術問題係、提供—種吸液芯緊貼熱管管殼内壁、 、、’田性忐強、成本低、導熱效率高之熱管。 本發明所要解決之第二技術問題係提供上述熱管之製備方法。 本發明解決上述第一技術問題之技術方案係提供一種熱管，該熱管包 6 1295363 括-中空之官殼、緊貼管殼 於管殼内之工作流體，1中h 以及充滿毛細吸液芯並密封 所、十-大本 中毛細吸液芯包括-奈米二氧化欽層。 鈥為管狀晶艘，其内徑為10~200奈米。 盆勺^丨1决上述第二技術問題之技術方案係提供—齡管製備方法， 將中空管内抽成直空，打总向卞, 不未一乳化鈦層， 封於管内。〃 q崎人適量液體作爲工作流體；將功流體密

Ϊ=ΓΓ凝膠法於中空管内壁形成一奈米二氧化鈦層。 ^齡她’本發明所提供之鮮有以下優點，管之毛細吸液 心=括魏鈦層，由於該二氧化鈦為管狀晶體 ί：,~ΓίΓ 【實施方式】 ~ 下面結合圖示來說明本發明所提供之熱管實施方式： 請參閱第二圖，本實施方式所提供之熱管20包括管殼2卜毛細吸液芯 22 = 工作流體(未標示），其中毛細吸液芯22為奈米二氧化鈦層。 官般21 -般為鋼管，亦可根據不同需要采用不同材料，如銘、鐵等 屬。官殼21徑向截面可以為標準圓形，亦可以為異型，如擴圓形、正方形、 f形—角形等。官輕為2毫米〜2〇〇毫米，管長可從幾毫米至數十米。管 殼21可以為直管，亦可以為不同形狀之彎管。 一毛細吸液忍22係採用溶膠—凝膠法製備的奈米二氧化鈦層，二氧化鈦 呈官狀，官内徑為1〇〜2〇〇奈米。該奈米二氧化鈦層厚度為〇·丨〜1毫米。 、工作流體包括純水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷等液體，亦可在液體中 ，加★導熱材料之微粒，如銅粉、奈米碳球、内部填充有奈米級鋼粉之奈米 碳球等，以增加工作流體之導熱性能。 ^本實施方式熱管20之管殼21采用徑向截面為圓形之銅管，管徑為1〇 宅米，長80毫米，毛細吸液芯22為奈米二氧化鈦層，工作流體為純水。 本發明上述實施方式之熱管製備方法包括·· 7 1295363 4仏中二管，作為熱管管殼；該管可以為.錮总-fr-r 采用不同材料，如铭、钢、碳鋼、不_二同f要 。管徑為2毫二從==形；-、 官，亦可以為不同形狀之彎管。本實施例提供一截 Λ a以為直 管徑為10毫米，長80毫米。 二°戴面為圓形之直銅管， 於中空管内壁形成一奈米二氧化鈦層；本 田 中空管内壁，频梅了 ： 於

Γο分 ==Μ在靴烘箱内乾燥 小時左右即_儀魏下輯3 10.奈米。二氧化鈦層厚二=官狀晶體’其管體内徑為 該二氧化層厚度越厚。為且，上述溶液塗覆次數越多， 式採__，脾㈣人__紅_，本實施方 將+中空管封口，工作流體密封於管内，得到熱管20。 ，熱管20工作時一端（即加熱段)接觸發熱電子元件 數散熱鰭片。電子元件散發之熱量使得熱管内之卫作“ ΐ 1领想依纽虹22之毛細作‘吸 =====㈣地傳至冷凝 由於熱管之毛細吸液芯包括奈米二氧化鈦層，該二氧化欽 體’其内具有奈米級尺寸，使得吸液芯空隙 = 度，故鮮導熱效率提高7，奈米二氧用月= 播絲成於Μ内壁，能緊貼管殼内壁，且製程簡單，成本低。 綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。 惟’以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之 8 1295363 專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或 變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第一圖係習知技術熱管工作原理示意圖； 第二圖係本發明熱管内部結構徑向截面示意圖。 【主要元件符號說明】 _ 熱管 20 管殼（中空管） 21 • 吸液芯 22

Claims (1)

1295363 十、申請專利範圍： 1· 一種熱管，其包括： 一中空管殼； 一緊貼於管殼内壁之毛細吸液芯；及 密封於管殼内之工作流體； 其中毛細吸液芯包括一奈米二氧化鈦層。 2·如申請專利範圍第丨項所述之熱管，复 &

，、甲該一虱化鈦為管狀晶體。 3·如申請專利範圍第2項所述之熱管，其气 、〒茨一虱化鈦管狀晶體内徑為 10〜200奈米。 4.如申請專利範圍第i項所述之熱管，其中該奈米二氧化欽層厚度為〇 η 毫米。 5.如申請專纖陳項所狀鮮，其㈣工作趙包括純水、氨水、 甲醇、丙酮、庚烷。 6·如申β月專利|&圍第4項所述之熱管，其中該工作流體進一步包括懸浮於 液態工作流體令之導熱材料微粒。 7·如申明專利範圍第5項所述之熱管，其中該導熱材料微粒包括銅粉、奈 米碳球或内部填充有奈米級銅粉之奈米碳球。 8· —種熱管製備方法，包括步驟： 提供一中空管； 於中空管内壁形成一奈米二氧化鈦層； 將t空官内抽成真空，往管内灌入適量液體作爲工作流體； 將中空管兩端封口。 1295363 9·如申請專利範圍第8項所述之熱管製備方法，其中採用溶膠-凝膠法形成 奈米二氣化欽層。 10·如申請專利範圍第8項所述之熱管製備方法，其中中空管包括銅管、鋁 管或鐵管。 U·如申請專利範圍第8項所述之熱管製備方法，其中工作流體包括純水、 . 氨水、甲醇、丙酮、庚烷。 • 12.如申請專利範圍第⑽所述之熱管製備方法，其中該工作流體進一步包 括懸浮於液態工作流體中之導熱材料微粒。 13·如申請專利範圍第12項所述之熱管製備方 〃〒該導熱材料微粒包括 銅粉、奈米碳球或内部填充有奈米級銅粉之奈米碳球。 11