TWI425178B - A Closed Groove Heat Pipe Capillary Structure - Google Patents
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Description
本發明係一種「溝槽式熱管」的技術領域,尤指一種「毛細溝槽肋採交錯式設計」的熱管結構。
輕、薄、短、小為目前電子產品之發展重點,在高效能之要求下,電子元件之散熱問題日益嚴重,而「熱管」為常見之高效能熱傳元件。傳統熱管管體內壁皆設有毛細組織,常見之毛細組織包含「編織網」、「燒結粉末」或「微溝槽」等。其中,微溝槽式毛細組織為一體成型,因此不會有高溫造成毛細組織與熱管管壁脫離之顧慮。就熱管內部毛細力而言,提供熱管內部流體由冷凝端返回蒸發端之最大毛細壓差可定義為:(△P c ) max =2 σ/r eff 。其中σ為流體表面張力;r eff 為等效毛細半徑。亦即,等效毛細半徑愈小,可提供的毛細壓差就愈大,熱管最大熱傳量亦隨之增加。但若毛細半徑達到數十μm甚至更小的數量級,則尚須考慮液體滲透度與毛細力的最佳化關係。以下列出創作者於實作上採用「鋁-丙酮板式熱管」所獲得不同毛細溝槽寬度的熱管性能比較:
由上可知,縮小毛細溝槽寬度確可有效提升熱管最大熱傳量。但在一般金屬機械加工,通常深寬比大於一的矩形溝槽,其加工極限約為寬度300μm,此時毛細力仍是影響熱管性能的主要參數,若要更進一步縮小其尺寸,所
付出的加工成本也勢必大幅提升。
以下茲就三種習用熱管結構作一比較及說明:
1.如第一圖所示,為台灣專利申請第91136383號之「溝槽式熱管及其製程」,主要是以沖壓的方式,於一基片平面11形成多數沿其長度方向延伸且不間斷的溝槽12,再依需求的外形,模塑該基片,並接合封裝該基片,形成多數封閉的流道。傳統溝槽式熱管其製程較為單純且可達到一體成型的目的,但溝槽寬度過寬、毛細力不若燒結式熱管為其缺點。
2.如第二圖所示,為台灣專利申請第94114032熱號之「熱傳元件之複合式毛細結構」,係於腔體13之內表面以燒結粉粒14與表面凹凸狀微結構或網狀結構15複合成型,以使得毛細結構具有更高的等效熱傳導與較低的熱阻值,但如此製程複雜度將大為提高。
3.如第三圖所示,為美國專利證號US 6,951,243 B2之「Axially Tapered and Bilayer Microchannels for Evaporative Cooling Devices」,係利用流體入口至出口寬度漸縮之流道設計提升毛細力。此設計仍須考量實際製作上的困難與加工限制。
由此可知,採用溝槽式熱管時,需考慮兩個問題:一、微溝槽所提供的毛細力必須足夠,在實際應用面可能尚需考量重力效應的影響;二、熱管製程需單純化以降低製造成本。本發明針對上述問題,提出創新溝槽式毛細結構以解決溝槽式熱管所面臨的問題。
本創作之目的係提供一種創新毛細溝槽肋交錯設計之熱管,具有易於加工、製程單純化、大幅提升熱管毛細力及最大熱傳量,達成良好導熱效果之溝槽式熱管。
本創作之熱管主體包括第一基板及第二基板。該主體為一個密閉且具有適當真空度的高導熱性容器,內部具有液氣相變化的工作流體及溝槽式毛細結構。其中,該第一基板與第二基板設有複數個溝槽肋,第一基板之溝槽肋與第二基板之溝槽肋相互交錯排列,且溝槽肋延伸入對向基板溝槽,但並不與對向溝槽或基板貼合,其交錯形成之空間為熱管內工作流體之通道。該熱管主體之上方或下方則設有熱源區,該熱源區可供連接電子產品之發熱體。
與現有技術相比,本創作熱管第一基板與第二基板上之溝槽肋相互延伸交錯排列,可以在不更動製程的條件下有效提升熱管毛細力,進而增加熱管最大熱傳量,達成極佳的導熱效果。
為使審查委員清楚了解本發明之詳細流程及技術內容,本發明人將配合以下之圖式及詳細之解說,以求審查委員清楚了解本發明之精神所在:
如第四圖所示,為本發明第一實施例之剖面圖,本發明之熱管主體100為一密封且內部具有適當真空度的容器,該容器為導熱性佳之材料所構成,例如銅、鋁或其他材料,該主體100內充填適量且與該主體100結構匹配之工作流體,該工作流體為易於液氣相變化的流體,例如純水、氨水或為有機溶劑如甲醇、丙酮或其他各種溶液,以利沸騰熱傳的進行。該主體100外部連接一熱源區,該熱源區可位於該主體100外部之任何位置。另,該主體100包括第一基板102與第二基板104,該第一基板102與第二基板104設有毛細溝槽肋106,該毛細溝槽肋106可由擠製、鍛造、冲壓或
銑床等加工方式成型。本發明特殊之處在於第一基板102與第二基板104之毛細溝槽肋106採相互交錯式設計,毛細溝槽肋106延伸入對向基板寬型流體通道108,但並不與對向溝槽或基板接合,藉以形成窄型流體通道110,因而達到增強毛細力之效果。該毛細溝槽肋106之構型、大小及交錯之區域是依欲達到的效果而定,並不以此為限。
本發明係利用熱源區所產生之熱直接傳導至該主體100,與分佈於該主體100內的工作流體進行熱交換,工作流體受熱沸騰後,上方寬型流體通道108為蒸氣流體通道,而具較強毛細力之窄型流體通道110以及因重力作用而使部分液體往下流至下方寬型流體通道108,此二者合稱液體流體通道,如此循環運作,乃能獲得均熱的效果及良好的散熱需求。
在上述實施中,該熱管毛細溝槽肋106為均勻且置中交錯齒合,但實際應用可能因效能、製程或成本需求而採其他交錯方式,如第五A、B圖所示,為本發明第二種實施例。在本實施例中該毛細溝槽肋106交錯的相對位置視實際加工精度可為置中交錯、向左偏移或向右偏移其中任一型態者,如第五A圖所示。另外,該毛細溝槽肋106亦可為均勻交錯齒合或非均勻交錯齒合,如第五B圖所示。意即,因製程所造成之毛細溝槽肋106之橫向偏差或加工精度誤差並不會影響該毛細溝槽肋106交錯排列所欲達成之最主要目的,如此可提升熱管製程彈性。
本發明第三種實施例如第六A、B圖所示,在本實施例中,該毛細溝槽肋106交錯方式可為溝槽肋高密度交錯112及溝槽肋低密度交錯114。溝槽肋高密度交錯112的擺放位置可依實際需求置於熱源區正上方,其餘區域
採用溝槽肋低密度交錯114或溝槽肋無交錯116任一型態者,如第六圖A、B所示。如此本發明之熱管更能符合實際應用需求。
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例,並非限定本發明實施例之範圍。亦即凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化及修飾,皆為本發明之專利範圍所涵蓋。
11‧‧‧基片平面
12‧‧‧溝槽
13‧‧‧熱管腔體
14‧‧‧燒結粉粒
15‧‧‧凹凸狀微結構或網狀結構
100‧‧‧熱管主體
102‧‧‧第一基板
104‧‧‧第二基板
106‧‧‧毛細溝槽肋
108‧‧‧寬型流體通道
110‧‧‧窄型流體通道
112‧‧‧溝槽肋高密度交錯
114‧‧‧溝槽肋低密度交錯
116‧‧‧溝槽肋無交錯
第一圖為台灣專利申請第91136383號之結構示意圖;第二圖為台灣專利申請第94114032號之結構示意圖;第三圖為美國專利證號US 6,951,243 B2之結構示意圖;第四圖為本發明第一實施例之剖面圖;第五A圖為本發明第二實施例之剖面圖,其中溝槽肋交錯方式可為置中、向左偏移或向右偏移任一型態者。
第五B圖為本發明第二實施例之剖面圖,其中溝槽肋交錯方式可為均勻齒合或非均勻齒合任一型態者。
第六A圖為本發明第三實施例之剖面圖,其中熱源正上方採溝槽肋高密度交錯,其餘區域採溝槽肋低密度交錯。
第六B圖為本發明第三實施例之剖面圖,其中熱源正上方採溝槽肋交錯設計,其餘區域採溝槽肋無交錯設計。
100‧‧‧熱管主體
102‧‧‧第一基板
104‧‧‧第二基板
106‧‧‧毛細溝槽肋
108‧‧‧寬型流體通道
110‧‧‧窄型流體通道
Claims (5)
- 一種熱管,該熱管主體包括第一基板及第二基板,該主體為一個密閉且具有適當真空度的高導熱性容器,內部具有液氣相變化的工作流體及溝槽式毛細結構,其中,該第一基板與第二基板設有複數個溝槽肋,第一基板之溝槽肋與第二基板之溝槽肋相互交錯排列,且溝槽肋延伸入對向基板溝槽,但並不與對向溝槽或基板貼合,其交錯形成之空間為熱管內工作流體之通道,該熱管主體之上方或下方則設有熱源區,該熱源區可供連接電子產品之發熱體。
- 如申請專利範圍第1項所述之熱管,其中該溝槽肋之幾何構型係為多邊形、圓弧形任一型態者。
- 如申請專利範圍第1項所述之熱管,其中該溝槽肋相互交錯方式係為置中交錯、向左偏移、向右偏移任一型態者。
- 如申請專利範圍第1項所述之熱管,其中該溝槽肋相互交錯方式係為均勻齒合交錯、非均勻齒合交錯任一型態者。
- 如申請專利範圍第1項所述之熱管,該熱管位於發熱體正上方之內部結構係為溝槽肋高密度交錯,其餘區域則為溝槽肋低密度交錯、溝槽肋無交錯任一型態者。
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TW97104462A TWI425178B (zh) | 2008-02-05 | 2008-02-05 | A Closed Groove Heat Pipe Capillary Structure |
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TW97104462A TWI425178B (zh) | 2008-02-05 | 2008-02-05 | A Closed Groove Heat Pipe Capillary Structure |
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TW200935018A TW200935018A (en) | 2009-08-16 |
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TW97104462A TWI425178B (zh) | 2008-02-05 | 2008-02-05 | A Closed Groove Heat Pipe Capillary Structure |
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TW (1) | TWI425178B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI827944B (zh) * | 2020-06-19 | 2024-01-01 | 日商村田製作所股份有限公司 | 蒸氣腔及電子機器 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4616699A (en) * | 1984-01-05 | 1986-10-14 | Mcdonnell Douglas Corporation | Wick-fin heat pipe |
TWI266586B (en) * | 2004-02-12 | 2006-11-11 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | Heat pipe |
-
2008
- 2008-02-05 TW TW97104462A patent/TWI425178B/zh active
Patent Citations (2)
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TW200935018A (en) | 2009-08-16 |
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