TWI436019B - The structure of the heat siphon plate is improved - Google Patents

Description

熱虹吸板結構改良

一種熱虹吸板結構改良，尤指一種不需任何毛細結構即可驅動工作流體傳遞熱量，並且大幅降低製造成本的熱虹吸板結構改良。

近年來隨著電子半導體產業的蓬勃發展、製程技術的進步，並且在市場需求的趨勢下，電子設備逐漸的走向輕薄短小的型態，但在外型尺寸逐漸縮小的過程中，功能及運算能力卻是有增無減。像在資訊產業中產值最高的筆記型電腦及桌上型電腦在實際運作時，便有多項電子零件產生熱量，其中又以中央處理器CPU(Central Processing Unit)所產生之熱量最大，此時散熱片配合風扇所組成之散熱器提供散熱功能即扮演保護CPU之重要角色，使CPU維持在正常工作溫度以發揮應有之功能，故CPU散熱器為現今資訊產業中重要之零組件。

所以近年來水冷技術開始被廣泛的運用在個人電腦上，雖然水冷技術看似省去了體積龐大的散熱片，但其實是將系統內熱源的熱蒐集到工作液體中，然後再藉由熱交換器統一與空氣做熱交換的動作，因為管路長度可以自行變更，所以熱交換器的位置也較為彈性，也讓熱交換器(散熱鰭片)的設計不會受到空間上的限 制；但是水冷系統需要一個泵浦來推動工作液體流動，而且還需要一個儲水箱，所以整個系統仍有泵浦可靠度問題、管路洩露問題…等，但因為個人電腦內的發熱元件之熱量不斷增加，所以水冷式散熱技術雖然不盡完美，仍然是目前市場上熱管理與控制的最佳選擇，不過，這是因為個人電腦之體積較龐大，而且外部也較無空間上限制，但在筆記型電腦就不同了，筆記型電腦目前越來越輕薄短小，根本就無法使用水冷的散熱技術，所以目前仍然是使用熱管來做熱轉移，然後再使用散熱鰭片做熱交換的動作，除此之外，也只能盡量降低CPU的耗電功率。有鑑於此，業界無不積極尋找熱通量更高的散熱技術，以因應接踵而來的龐大散熱需求。

另外習知技術亦透過熱管、均溫板等散熱元件做為熱傳元件使用，而製造熱管及均溫板時係透管於其內壁成型一燒結體，作為毛細結構使用，其主要製程係先將金屬(銅質)顆粒或粉末填充於該內壁內，再將其銅質顆粒或粉末壓密壓實，最後送入燒結爐內施以燒結加工，令該銅質顆粒或粉末形成多孔性質之毛細結構，使之可藉由該燒結體得毛細力，但卻也因該燒結體令該熱管及均溫板之體積存在著一定厚度，而無法有效薄型化；另者所述VC(Vapor chamber)係使用燒結之芯或網格或溝槽等結構，進而產生毛細力現象驅動熱管或VC(Vapor chamber)中之汽水循環，但該項結構上之應用製造方式相當複雜，增加製造成本，故甚不適當。

再者，蒸汽芯之選擇係為一門學問，選擇適當的蒸汽芯係相當重要，該蒸汽芯須要能夠保持冷凝液的流速及保持足夠的毛細壓力以克服重力的影響。

故習知技術之熱管或VC(Vapor chamber)具有下列缺點：1.加工不便；2.無法實現薄型化；3.成本較高；4.耗費工時。

爰此，為有效解決上述之問題，本發明之主要目的，係提供不需任何毛細結構即可驅動工作流體傳遞熱量，並且大幅降低製造成本的熱虹吸板結構改良。

本發明另一目的，係提供一種具有高效率熱傳效率的熱虹吸板結構改良。

為達上述之目的，本發明係提供一種熱虹吸板結構改良，係包含：一本體，該本體具有一腔室，該腔室內具有：一蒸發區、一冷凝區、一連接部，所述蒸發區設於該腔室之一側，具有複數第一導流部，該第一導流部具有複數第一導流件，該第一導流件間隔排列，並該等第一導流件間形成至少一第一流道，該第一流道具有一第一窄端及一第一寬端，該第一寬端對應另一第一流道之第一窄端，並該第一流道連接至少一自由區域；該冷凝區設於該腔室之相反該蒸發區之另一側，具有複數第二導流部，該第二 導流部具有複數第二導流件，該第二導流件間隔排列，並該等第二導流件間形成至少一第二流道，該第二流道具有一第二窄端及一第二寬端，該第二寬端對應另一第二流道之第二窄端；該連接部設於該腔室內之該蒸發區及該冷凝區兩者之間，所述連接部具有一第一連通孔組及一第二連通孔組，並該第一、二連通孔組分別連通前述蒸發區及該冷凝區。

藉由本發明之熱虹吸板結構，於熱虹吸板中以第一導流件與第一導流件間設置出適當之第一流道，局限與熱源接觸之第一流道產生過熱汽，建立驅動汽水循環所需之高壓；於冷凝區前藉由適當之減壓設計，產生低壓端，形成驅動熱虹吸板結構中汽水循環所需之壓力梯度，即不需任何毛細結構即可驅動工作流體傳遞熱量，並且大幅提升熱傳效率及降低製造成本者。

本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。

請參閱第1a、1b、1c、1d、1e圖，係為本發明熱虹吸板結構改良較佳實施例立體分解及組合及剖視圖，如圖所示，所述熱虹吸板結構，係包含：一本體1，該本體1具有一腔室11，該腔室11內具有：一蒸發區12、一冷凝區13、一連接部14、一引導部15；所述蒸發區12設於該腔室11之一側，具有複數第一導流部121，該第一導流部121具有複數第一導流件1211，該第一導流件 1211橫向間隔排列，縱向呈連續排列，並該等第一導流件1211間形成至少一第一流道1212，該第一流道1212具有一第一窄端1212a及一第一寬端1212b，該第一寬端1212b對應另一第一流道1212之第一窄端1212a，並該第一流道1212連接至少一自由區域1213。

所述引導部15具有一第一引導件151及一第二引導件152，所述第一、二引導件151、152分設於前述蒸發區12之第一導流部121與該自由區域1213之間，並由該腔室11之壁面向該腔室中央11延伸所構形，並縮減該等第一流道1212與該自由區域1213之連接空間。

並透過第一、二引導件151、152縮減該等第一流道1212與該自由區域1213之連接空間，令第一流道1212與該自由區域1213之間因漸縮通道產生噴嘴效應，於其出口處產生瞬間膨脹，因此分別於第一流道1212與該自由區域1213之間此漸縮通道之兩端處形成高、低壓端，有助於增加驅動腔室11內汽、液循環之壓差。

該冷凝區13設於該腔室11之相反該蒸發區12之另一側，具有複數第二導流部131，該第二導流部131具有複數第二導流件1311，該第二導流件1311橫向間隔排列，縱向呈連續排列，並該等第二導流件1311間形成至少一第二流道1312，該第二流道1312具有一第二窄端1312a及一第二寬端1312b，該第二寬端1312b對應另一第二流道1312之第二窄端1312a。

所述連接部14設於該腔室11內之該蒸發區12及該冷凝區 13兩者之間，所述連接部14具有一第一連通孔組141及一第二連通孔組142，並該第一、二連通孔組141、142分別連通前述蒸發區12及該冷凝區13，第一、二連通孔組141、142係相互對應設於該連接部14之兩側。

請參閱第2a、2b圖，係為本發明熱虹吸板結構改良第二實施例，如圖所示，本實施例部分結構及元件間之關連性係與前述較佳實施例相同，故在此不再贅述，唯本實施例與前述較佳實施例不同之處係為該等第一、二導流件1211、1311縱向呈非連續排列。

請參閱第3a、3b圖，係為本發明熱虹吸板結構改良第三實施例，如圖所示，本實施例部分結構及元件間之關連性係與前述較佳實施例相同，故在此不再贅述，唯本實施例與前述較佳實施例不同之處係為該等第一、二導流件1211、1311間可設置複數凹坑1214、1313，並該凹坑1214、1313係呈圓形及方形及三角形及魚鱗狀及幾何圖形其中任一，於本說明實施例中係以魚鱗狀作為說明，但並不引以為限。

前述較佳實施例及第二實施例中之第一、二導流件1211、1311係可呈圓形(如第4a、4b圖所示)及三角形(如第5a、5b圖所示)及梯型(如第6a、6b圖所示)及菱形(如第7a、7b圖所示)及幾何形狀其中任一。

請一併參閱第1a至7b圖，如圖所示，本發明較佳實施例及第二、三實施例係提出兩相熱虹吸板結構循環冷卻技術，此方法 為自我驅動循環方式，使用的工作流體可為純水、甲醇、丙酮、R134A等冷媒其中任一，熱虹吸板結構之腔室11中係為抽真空之狀態，故於內部所填充之工作流體，於攝氏20~30度即為工作流體之飽和溫度；蒸發氣泡2於蒸發區12匯流後，流經自由區域1213而降壓，產生驅動汽水循環所需之壓力梯度；另外受到冷凝區13中因汽體冷凝比容驟升所形成之局部負壓吸引，有助於汽水循環。

冷凝之液態工作流體因壓力梯度之推動，循環回蒸發區12；應用沸騰與冷凝時產生之高熱對流係數，大幅改善熱虹吸板結構之均溫性，並降低熱阻。

即系統利用發熱元件(圖中未表示)產生之廢熱導入於本體1蒸發區12表面再傳至該蒸發區12之第一流道1212產生沸騰現象而使部份液體汽化，再藉由汽泡之浮力推動該流體至該冷凝區13散熱，冷凝後之工作液體藉由重力回到蒸發區12即蒸發區12與發熱元件(圖中未表示)接觸的蒸發區12吸熱而再循環。

近年來各大散熱廠雖投入許多水冷技術，尤其是主動式之水冷技術，即以幫浦產生循環動力，然而此方法容易產生幫浦閥件之可靠度與壽命問題，但本發明所提出之兩相熱虹吸板結構循環冷卻技術之優點為系統中無動件，因此較無零件耗損及壽命等問題，且不需要外加泵浦及毛細結構，整體結構簡單成本低，不但可以節省能源，更可以解決噪音的問題。

近年來各大散熱廠雖投入許多水冷技術，尤其是主動式之水冷技術，即以幫浦產生循環動力，然而此方法容易產生幫浦閥件 之可靠度與壽命問題，但本發明所提出之兩相熱虹吸板結構循環冷卻技術此冷卻方式之優點為系統中無動件，因此較無零件耗損及壽命等問題，且不需要外加泵浦及毛細結構，可以節省能源，更可以解決噪音的問題。

1‧‧‧本體

11‧‧‧腔室

12‧‧‧蒸發區

121‧‧‧第一導流部

1211‧‧‧第一導流件

1212‧‧‧第一流道

1212a‧‧‧第一窄端

1212b‧‧‧第一寬端

1213‧‧‧自由區域

1214‧‧‧凹坑

13‧‧‧冷凝區

131‧‧‧第二導流部

1311‧‧‧第二導流件

1312‧‧‧第二流道

1312a‧‧‧第二窄端

1312b‧‧‧第二寬端

1313‧‧‧凹坑

14‧‧‧連接部

141‧‧‧第一連通孔組

142‧‧‧第二連通孔組

15‧‧‧引導部

151‧‧‧第一引導件

152‧‧‧第二引導件

第1a圖係為本發明熱虹吸板結構改良較佳實施例立體分解圖；第1b圖係為本發明熱虹吸板結構改良較佳實施例立體組合圖；第1c圖係為本發明熱虹吸板結構改良較佳實施例另一立體分解圖；第1d圖係為本發明熱虹吸板結構改良較佳實施例剖視圖；第1e圖係為本發明熱虹吸板結構改良較佳實施例另一剖視圖；第2a圖係為本發明熱虹吸板結構改良第二實施例蒸發區俯視圖；第2b圖係為本發明熱虹吸板結構改良第二實施例冷凝區仰視圖圖；第3a圖係為本發明熱虹吸板結構改良第三實施例蒸發區俯視圖；第3b圖係為本發明熱虹吸板結構改良第三實施例冷凝區仰視圖圖；第4a圖係為本發明熱虹吸板結構改良第二實施例另一態樣蒸發區俯視圖；第4b圖係為本發明熱虹吸板結構改良第二實施例另一態樣冷凝區仰視圖；第5a圖係為本發明熱虹吸板結構改良第二實施例另一態樣蒸發區 俯視圖；第5b圖係為本發明熱虹吸板結構改良第二實施例另一態樣冷凝區仰視圖；第6a圖係為本發明熱虹吸板結構改良第二實施例另一態樣蒸發區俯視圖；第6b圖係為本發明熱虹吸板結構改良第二實施例另一態樣冷凝區仰視圖；第7a圖係為本發明熱虹吸板結構改良第二實施例另一態樣蒸發區俯視圖；第7b圖係為本發明熱虹吸板結構改良第二實施例另一態樣冷凝區仰視圖。

1‧‧‧本體

11‧‧‧腔室

12‧‧‧蒸發區

121‧‧‧第一導流部

1211‧‧‧第一導流體

1212‧‧‧第一流道

1212a‧‧‧第一窄端

1212b‧‧‧第一寬端

1213‧‧‧自由區域

13‧‧‧冷凝區

131‧‧‧第二導流部

1311‧‧‧第二導流體

1312‧‧‧第二流道

1312a‧‧‧第二窄端

1312b‧‧‧第二寬端

14‧‧‧所述連接部

141‧‧‧第一連通孔組

142‧‧‧第二連通孔組

15‧‧‧引導部

151‧‧‧第一引導件

152‧‧‧第二引導件

Claims (8)

1. 一種熱虹吸板結構改良，係包含：一本體，該本體具有一腔室，該腔室內具有：一蒸發區，設於該腔室之一側，具有複數第一導流部，該第一導流部具有複數第一導流件，該第一導流體係橫向呈間隔排列，縱向呈連續排列，並該等第一導流件間形成至少一第一流道，該第一流道具有一第一窄端及一第一寬端，該第一寬端對應另一第一流道之第一窄端，並該第一流道連接一自由區域；一引導部，具有一第一引導件及一第二引導件，所述第一、二引導件分設於前述蒸發區之第一導流部與該自由區域之間並由該腔室之壁面向該腔室中央延伸所構形；一冷凝區，設於該腔室之相反該蒸發區之另一側，具有複數第二導流部，該第二導流部具有複數第二導流件，該第二導流件間隔排列，並該等第二導流件間形成至少一第二流道，該第二流道具有一第二窄端及一第二寬端，該第二寬端對應另一第二流道之第二窄端；一連接部，設於該腔室內之該蒸發區及該冷凝區兩者之間，所述連接部具有一第一連通孔組及一第二連通孔組，並該第一、二連通孔組分別連通前述蒸發區及該冷凝區。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱虹吸板結構改良，其中所述第一、二連通孔組相互對應設於該連接部之兩側。
3. 如申請專利範圍第1項所述之熱虹吸板結構改良，其中該等第二導流件縱向呈連續排列。
4. 如申請專利範圍第1項所述之熱虹吸板結構改良，其中該等第二導流件縱向呈非連續排列。
5. 如申請專利範圍第1項所述之熱虹吸板結構改良，其中該等第一、二導流件間具有複數凹坑。
6. 如申請專利範圍第5項所述之熱虹吸板結構改良，其中所述凹坑係呈圓形及方形及三角形及魚鱗狀及幾何形狀其中任一。
7. 如申請專利範圍第1項所述之熱虹吸板結構改良，其中所述第一導流件係呈圓形及三角形及梯型及菱形及幾何形狀其中任一。
8. 如申請專利範圍第1項所述之熱虹吸板結構改良，其中所述第二導流件係呈圓形及三角形及梯型及菱形及幾何形狀其中任一。