TWI564531B - 具有複合毛細結構的熱管 - Google Patents

Description

具有複合毛細結構的熱管

本發明是關於一種具有毛細結構的熱管，尤指一種由不同毛細結構構成複合毛細結構的熱管。

隨著電腦、智慧電子裝置及其他電器設備之微小型化、高性能化日趨顯著，此代表著用於其內部之熱傳元件及散熱元件亦相同需配合朝微小型化及薄型化方向設計，藉以符合使用者之需求。

熱管係為一種導熱效率極佳之導熱元件，其熱傳效率係優於銅及鋁等金屬數倍乃至數十倍左右，因此於各種熱關聯設備中用作冷卻用元件。

傳統熱管結構其有多種製造方法，例如係於一中空管體中填入金屬粉末，並將該金屬粉末透過燒結之方式於該中空管體內壁形成一毛細結構層，其後對該管體進行抽真空填入工作流體最後封管，又或於所述中空管體內置入金屬材質之網狀體，該網狀毛細結構體會展開並自然的向外伸張貼覆至該中空管體內壁以形成一毛細結構層，其後對該管體進行抽真空填入工作流體最後封管，但現今因電子設備之微小薄型化需求，致需將熱管製作成平板型。

所述該平板熱管雖可達到薄型化之目的，但卻延伸出另一問題，由於上述該習知的平板熱管係將金屬粉末燒結於熱管管徑之內壁表面，令其燒 結體得完整全面的披覆於壁面上，致使對該平板熱管加壓時，該平板熱管內部位於加壓面兩側之毛細結構(即燒結之金屬粉末或網狀毛細結構體)易受到擠壓破壞，進而由該平板熱管之內壁脫落，故令該薄型熱管之熱傳效能大幅降低或甚者失能；此外雖該平板熱管能達到熱源傳導，但由於平板熱管薄型化的目的是為了能應用智慧型手機、平板及超薄筆記型電腦裡，致使習知的該種全面披覆壁面之毛細如燒結或網狀或溝槽的平板型熱管，都會因管厚加上其全壁面有毛細之厚度的相加，造成熱管無法有效的薄化或更薄化等情事，無法如願應用於所述智慧型手機、平板及超薄筆記型電腦或可攜式電子裝置上。

是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本案之發明人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

有鑑於上述問題，本發明之主要目的在於提供一種複合毛細結構的熱管，係沿著一管體的縱長方向設置一毛細結構提供軸向傳輸，並在該管體的一端底部設置另一大面積的毛細結構提供徑向傳輸。

本發明之另一要目的，在於提供第一毛細結構覆蓋蒸發區的一受熱面的一側，及一第二毛細結構從蒸發區延伸到冷凝區並重疊連接第一毛細結構，以令冷凝區的工作流體沿著第二毛細結構軸向回流到蒸發區後沿著第一毛細結構徑向擴散到整個蒸發區的一側，可以在符合極薄型化要求下，熱管內仍可承受較高溫的熱源，及產生高效率的散熱結果。

為達上述目的，本發明提供一種具有複合毛細結構的熱管，係包括：一管體，具有一腔室及一設於腔室底部之底壁，該腔室內並依序區分有一 蒸發區、一傳輸區、一冷凝區；一第一毛細部，係為複數纖維線交織構成的編織網體，且貼附在該管體的蒸發區的底壁上；及一第二毛細部，係為複數纖維線由多股或多束交織纏繞構成的辮條體，且沿著管體的一軸線分佈，從該蒸發區通過傳遞區延伸到該冷凝區。

在一實施該蒸發區的第二毛細部係重疊設置在該第一毛細部上。

在一實施該第一毛細部及該第二毛細部的纖維線係為金屬材質或非金屬材質之玻璃或碳纖維材質構成。

在一實施該第一、二毛細部係為相同或相異之材質。

在一實施該第一毛細部密度係小於或大於或等於該第二毛細部密度。

在一實施該蒸發區具有一內表面在該底壁的一側，及一外表面在該底壁的另一側，該外表面可移除的接觸一發熱元件。

在一實施該第二毛細部係位於所述腔室中央位置處。

在一實施該第二毛細部係位於所述腔室內一側處。

在一實施更包括另一第二毛細部位於所述腔室內另一側。

在一實施該第一毛細部貼附且覆蓋該蒸發區的內表面。

在一實施該第一毛細部具有一左側及一右側分別靠近該管體11的兩側壁，該左側及右側界定一第一寬度。

在一實施該第二毛細部具有一左側及一右側，該左側及右側界定一第二寬度小於該第一寬度。

在一實施該管體面對腔室的至少一面係為自由面。

10‧‧‧熱管

11‧‧‧管體

101‧‧‧蒸發區

1011‧‧‧內表面

1012‧‧‧外表面

102‧‧‧傳輸區

103‧‧‧冷凝區

111‧‧‧頂壁

112‧‧‧底壁

113、114‧‧‧側壁

115‧‧‧腔室

12‧‧‧第一毛細部

121‧‧‧左側

122‧‧‧右側

b1‧‧‧第一寬度

13、13a、13b‧‧‧第二毛細部

131‧‧‧左側

132‧‧‧右側

b2‧‧‧第二寬度

下列圖式之目的在於使本發明能更容易被理解，於本文中會詳加描述該些圖式，並使其構成具體實施例的一部份。透過本文中之具體實施例並 參考相對應的圖式，俾以詳細解說本發明之具體實施例，並用以闡述發明之作用原理。

第1圖係為本發明熱管之俯視示意圖；第2圖係為本發明熱管之蒸發區A-A’截面示意圖；第3圖係為本發明第一毛細結構與第二毛細剖視示意圖；第4圖係為本發明熱管之冷凝區B-B’截面示意圖；第5圖係為本發明第二毛細部在管體內的腔室另一位置之示意圖；第6圖係為本發明第二毛細部在管體內的腔室的位置的另一實施之示意圖。

以下將參照相關圖式，說明本發明較佳實施，其中相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

第1圖係為本發明熱管之俯視示意圖；第2圖係為本發明熱管之蒸發端截面示意圖；第3圖係為本發明第一毛細結構與第二毛細剖視示意圖。如第1圖所示熱管10包括一管體11具有一蒸發區101、一傳輸區102及一冷凝區103，該蒸發區101及冷凝區103位於該管體11的兩端，該傳輸區102位於管體11的中間段且連通該蒸發區101及該冷凝區103。雖然本圖式表示該熱管10為縱長形但是並不局限於此，也可以根據使用需求為L形或U形的設計。

如第2或3圖所示，一併參考第1圖所示，該管體11具有一頂壁111、一底壁112及兩側壁113、114，該頂壁111間隔相對該底壁112，該兩側壁113、114位於該頂壁111及底壁112外側之間，其中該頂壁111及該底壁112及該兩側壁113、114圍構形成一腔室115，該腔室115內依序區分前述的蒸發區101、傳 輸區102及冷凝區103。且該腔室115內容納有一工作流體(未圖式)例如但不限制為純水、無機化合物、醇類、酮類、液態金屬、冷煤、有機化合物或其混合物。前述蒸發區101具有一內表面1011在該底壁112面對該腔室115的一側，且蒸發區101更具有一外表面1012相反該內表面1011在該底壁112的外側，該外表面1012可移除的接觸一發熱元件(例如CPU)，該發熱元件產生的熱量可透過底壁112熱傳遞到蒸發區101的腔室115內。

一第一毛細部12及一第二毛細部13係設置在該腔室115內。當前述在腔室115內的工作流體在蒸發區101受熱轉變成氣體後，通過傳輸區102到冷凝區103冷卻成液體，再藉由第一毛細部12及第二毛細部13的毛細力回流到蒸發區101，以產生循環的液汽二相變化在蒸發區101及冷凝區103間汽往液返的對流而達到傳熱的目的。

要詳細說明的是，為了要達到極致的薄型化熱管，該管體11面對腔室的至少一面係為自由面，該第一毛細部12僅係貼附在該管體11的蒸發區101的底壁112上，亦即該第一毛細部12僅貼附且覆蓋蒸發區101的內表面1011上，所以在蒸發區101的頂壁111及兩側壁113、114面對腔室115的一面，以及在傳輸區102及該冷凝區103的頂壁111及兩側壁113、114面對腔室115的 一係為自由面，沒有設置任何特徵或結構，例如溝槽或燒結組織。該第一毛細部12具有一右側122及一左側121分別靠近該管體11的兩側壁113、114，且該左側121及該右側122界定一第一寬度b1。該第一毛細部12為複數纖維線交織構成的編織網體，在本實施該第一毛細部12係呈現經緯交錯編織的網狀體(mesh)，其具有一極佳的徑向毛細力。

該第二毛細部13係為沿著管體11的軸向(縱長方向)設置，也就是該第 二毛細部13從該蒸發區101開始延伸通過該傳遞區102，然後再延伸到該冷凝區103，在蒸發區101的第二毛細部13係可重疊設置在該第一毛細部12上，且第一毛細部12與第二毛細部13的重疊處予以緊密對接，以確保毛細傳輸路徑得以連續不致中斷。第二毛細部13具有一左側131及一右側132，該左側131及該右側132界定一第二寬度b2小於該第一毛細部12的第一寬度b1。在本實施表示該第二毛細部13位於腔室115中央位置處。因此腔室115內的空間位於第二毛細部13的上方與頂壁111之間，及第二毛細部13的左右兩側131、132與管體的兩側壁113、114之間，這些空間構成供工作流體流動的流道。再者該第二毛細部13係為複數纖維線以多股或多束的方式交織纏繞構成的辮條體(braid)，使其結構上形成紮實之毛細結構，而具有絕佳的軸向毛細力。

尤其該第一毛細部12及該第二毛細部13的纖維線係為金屬材質或非金屬材質之玻璃或碳纖維材質構成，在一較佳實施該第一、二毛細部12、13係為相同材質構成，在另一較佳實施該第一、二毛細部12、13係為相異材質構成。另外，第一毛細部12及第二毛細部13的纖維線的線徑可以相同或不同。

另外要說明的是，第一毛細部12及第二毛細部13的密度可以根據需求做調整，使的第一毛細部12的密度大於或小於或等於第二毛細部13的密度。當第一毛細部12的密度大於或小於第二毛細部13時，腔室內之工作液體產生不同的毛細傳輸力。當第一毛細部12的密度等於第二毛細部13時則兩者毛細傳輸力相當。

第4圖係為本發明熱管之冷凝區B-B’截面示意圖。如圖所示一併參考第 1圖，該經過管體11的傳遞區102延伸到冷凝區103的第二毛細結構13設置在底壁112面對腔室115的一面，第二毛細結構13與底壁112之間。

當在蒸發區101的工作流體受熱蒸發成氣體將熱傳輸到冷凝區103冷卻後，經由軸向布置的第二毛細部13迅速回流到蒸發區101，然後經第一毛細部12徑向擴散到整個蒸發區101的內表面1011。

第5圖係為本發明第二毛細部在管體內的腔室另一位置之示意圖。第6圖係為本發明第二毛細部在管體內的腔室的位置的另一實施之示意圖。如第5圖所示，本發明不侷限前述實施，亦可以將第二毛細部13設置在腔室115的一側，本圖表示在腔室115的右側靠近管體11的側壁113。或者如第6圖所示，兩個第二毛細部13a、13b設置在腔室115的兩側，本圖表示在腔室115的左側及右側，分別靠近管體11的兩側壁113、114。

綜上所述，本發明藉由上述之結構組合可在極致的薄型化要求下，令該熱管得仍承受較高溫的熱源，產生高效率的散熱結果，因此能被應用在各種電子裝置及手持式裝置，如手機、平板電腦、PDA、及數位顯示器或超薄筆記型電腦等，以有效解決該等電子裝置及手持式裝置內的散熱問題。

雖然本發明以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附的申請專利範圍所定者為準。

10‧‧‧熱管

11‧‧‧管體

101‧‧‧蒸發區

102‧‧‧傳輸區

103‧‧‧冷凝區

115‧‧‧腔室

12‧‧‧第一毛細部

121‧‧‧左側

122‧‧‧右側

13‧‧‧第二毛細部

Claims (12)

1. 一種具有複合毛細結構的熱管，係包括：一管體，具有一腔室及一設於腔室底部之底壁，該腔室內並依序區分有一蒸發區、一傳輸區、一冷凝區，該蒸發區的底壁設有一第一毛細部係為複數纖維線交織構成的編織網體，且該傳輸區及該冷凝區底壁沒有設置該第一毛細部；及一第二毛細部，係為複數纖維線由多股或多束交織纏繞構成的辮條體以形成紮實之毛細結構，且沿著該管體的一縱長方向分佈，從該蒸發區通過傳遞區延伸到該冷凝區，且在蒸發區的第二毛細部係重疊設置在該第一毛細部上。
2. 如請求項1所述之熱管，其中該第一毛細部及該第二毛細部的纖維線係為金屬材質或非金屬材質之玻璃或碳纖維材質構成。
3. 如請求項2所述之熱管，其中該第一、二毛細部係為相同或相異之材質。
4. 如請求項2或3所述之熱管，其中該第一毛細部密度係小於或大於該第二毛細部密度。
5. 如請求項1或3所述之熱管，其中該蒸發區具有一內表面在該底壁的一側，及一外表面在該底壁的另一側，該外表面可移除的接觸一發熱元件。
6. 如請求項5所述之熱管，其中該第二毛細部係位於所述腔室中央位置處。
7. 如請求項5所述之熱管，其中該第二毛細部係位於所述腔室內一側處。
8. 如請求項7所述之熱管，其更包括另一第二毛細部位於所述腔室 內另一側。
9. 如請求項5所述之熱管，其中該第一毛細部貼附且覆蓋該蒸發區的內表面。
10. 如請求項9所述之熱管，其中該第一毛細部具有一左側及一右側分別靠近該管體9的兩側壁，該左側及右側界定一第一寬度。
11. 如請求項10所述之熱管，其中該第二毛細部具有一左側及一右側，該左側及右側界定一第二寬度小於該第一寬度。
12. 如請求項1所述之熱管，其中該管體面對腔室的至少一面係為自由面。