TWI566080B - 散熱模組 - Google Patents

Description

散熱模組

本發明是有關於一種散熱模組。

近年來，隨著科技產業日益發達，電子裝置例如筆記型電腦、個人數位助理與智慧型手機等產品已頻繁地出現在日常生活中。這些電子裝置內部所搭載的部分電子元件在運作過程中通常會產生熱能，而影響電子裝置的運作效能。因此，電子裝置內部通常會配置散熱模組或散熱元件，例如是散熱風扇、散熱貼材或者散熱管，以協助將電子元件的產熱散逸至電子裝置的外部。

在上述散熱模組中，散熱風扇可有效使熱能散逸至外部，但其耗電量大、重量較重且所需空間較大，而不利於應用在追求輕薄設計的電子裝置上，且容易產生噪音而影響電子裝置所附加的通訊功能。此外，為使散熱風扇藉由對流進行散熱，電子裝置的外殼需設置開口，此舉亦會降低電子裝置的機械強度。

另一方面，散熱貼材可吸收電子元件的熱能而降低表面溫度，且其成本與所需空間較低，故可廣泛地應用在電子裝置內，但其難以使熱能進一步透過其他構件散逸至外部，其散熱效果有限。

再者，散熱管可將電子元件的熱能傳遞至另一板件上，但其缺乏對流作用，故散熱效果有限。藉此，散熱管可進一步搭配蒸發器與冷凝器構成迴路，且可藉由吸收或釋放熱能而轉換於兩相態（例如液態與氣態）之間的相變化傳熱介質可在散熱管內循環流動，以在蒸發器吸收熱能並在冷凝器釋放熱能，從而將熱能從電子元件傳遞至外部。然而，傳熱介質僅藉由其自身的相變化而在迴路中流動，其流動效果較差，進而使其散熱效果有限。

本發明提供一種散熱模組，其藉由毛細結構而讓液態工作流體形成阻擋氣態工作流體逆流的結構。

本發明的散熱模組適用於電子裝置，所述電子裝置具有熱源。散熱模組包括蒸發器、管件以及毛細結構。蒸發器熱接觸於熱源，且蒸發器具有入口與出口。管件連接入口與出口以與蒸發器形成迴路。工作流體填充於迴路且適於因吸熱或放熱而轉換成氣態或液態。毛細結構配置於蒸發器的局部及管件。一部分液態工作流體沿毛細結構而從管件穿過入口流入蒸發器。另一部分液態工作流體從管件穿過入口流入蒸發器未配置毛細結構處。熱源產生熱量傳送至蒸發器，以加熱蒸發器內未配置毛細結構處的液態工作流體並形成氣態工作流體，氣態工作流體受毛細結構處的液態工作流體阻擋而僅經出口流入管件。

本發明的散熱模組適用於電子裝置，所述電子裝置具有熱源。散熱模組包括蒸發器、管件以及毛細結構。蒸發器具有入口、出口及位於入口與出口之間的第一管路與第二管路。第一管路熱接觸於熱源。管件連接入口與出口以與蒸發器形成迴路。工作流體填充於迴路且適於因吸熱或放熱而轉換成氣態或液態。毛細結構配置於第二管路與管件。一部分液態工作流體從管件沿毛細結構而經入口流入第二管路，而另一部分液態工作流體從管件經入口流入第一管路。熱源產生熱量傳送至第一管路，以加熱第一管路內的液態工作流體並形成氣態工作流體，氣態工作流體受第二管路的液態工作流體阻擋而僅經出口流入管件。

基於上述，蒸發器藉由在其局部管路配置有毛細結構，因此位於管件的液態工作流體會同時流入蒸發器內設置有毛細結構的部分與未設置毛細結構的部分，而當熱源所產生的熱量傳送至蒸發器未設置有毛細結構之部分時，該處的液態工作流體會吸熱而轉變為氣態工作流體，同時，設置在蒸發器內的毛細結構會與該處的液態工作流體形成（水牆）擋牆結構，藉以阻擋氣態工作流體逆流（即，經入口流至管件）的情形發生，因而驅使氣態工作流體僅能由出口流入管件，散熱模組也因此讓其內的工作流體能維持單方向循環，而有益於其散熱效率。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依據本發明一實施例的一種電子裝置的局部示意圖。圖2是圖1的電子裝置中散熱模組的局部剖面圖。請同時參考圖1與圖2，在本實施例中，散熱模組200適於裝設在電子裝置100以對其熱源140進行散熱作用。進一步地說，本實施例的電子裝置10實際上包括機體組件100與散熱模組200，其中機體組件100包括第一機體110、第二機體120、鉸鍊130與熱源140，藉由將鉸鍊130連接於第一機體110與第二機體120之間，以讓第一機體110與第二機體120能彼此對應地轉動開闔。在此，電子裝置10是以筆記型電腦為例，而熱源140為設置在第二機體120內的處理器或顯示晶片，但並不以此為限。

在此，散熱模組200包括蒸發器A1、管件A2以及熱管組件230，其中蒸發器A1與熱源140分別接觸於熱管組件230的相對兩端，以讓熱源140所產生的熱量藉由熱管組件230傳送至蒸發器A1。管件A2連接在蒸發器A1的入口E1與出口E2而與其形成迴路，工作流體（未繪示，僅以圖中所示箭號代表其流向）填充於迴路中，如圖1所示，蒸發器A1實質上適配置於鉸鍊130處（在此僅繪示部分鉸鍊130結構以能辨識其內的蒸發器A1），而使管件A2能配置於第一機體110的周緣（第一機體110例如配置有顯示器，管件A2環繞於顯示器的周圍以進行配置）。如此一來，工作流體在蒸發器A1處吸收從熱管組件230傳來熱源140所產生的熱後而從液態轉變為氣態，並進一步經出口E2流向管件A2，且因管件A2與第一機體110存在結構上的接觸關係，因而藉此產生散熱效果而讓工作流體從氣態轉變為液態，並經由入口E1再次流入蒸發器A1。當然，在其他未繪示的實施例中，第一機體110內也能設置其他散熱元件而有助於對管件A2內的工作流體提供散熱效果。

換句話說，本實施例的散熱模組200是以第一機體110作為其散熱端（即工作流體的冷凝端），其原因即在於熱源140、熱管組件230及管件A2實質上相對於鉸鍊130而分處彼此相對的第二機體120、第一機體110，因此能讓熱源140所產生熱量能不受干擾地傳送至管件A2，並因第一機體110因具備較大的結構體積（相當於提高管件A2的散熱面積）而提供較佳的散熱效果。

圖3與圖4分別是圖2的蒸發器於不同位置的剖面圖，其中圖3繪示的是圖2的A-A’剖面，圖4為圖2的B-B’剖面。請同時參考圖2至圖4，詳細而言，蒸發器A1是由第一部件210與第二部件220軸向對接而成，所述軸向亦等同於鉸鍊130的旋轉軸（即第一機體110與第二機體120能產生相對開闔運動的旋轉軸）。再者，第二部件220還區分為第一段S1與第二段S2，其中第一段S1位於第一部件210與第二段S2之間，而熱管組件230接觸第二部件220於第二段S2處的外部結構，因此熱源140所產生熱量會經由熱管組件230傳送至第二段S2以加熱其中的液態工作流體。

此外，第二部件220還進一步地分隔為第一管路222與第二管路224，在此以熱管組件230為基準，則第二管路224與第一管路222是呈上、下相對配置，且熱管組件230實質上是接觸於第一管路222，以讓熱量主要加熱於第一管路222內的液態工作流體。

另需說明的是，在本實施例中，蒸發器A1與管件A2為一體結構，即兩者均會隨著第一機體110而相對於第二機體120一同旋轉，因而在第二部件220與鉸鍊230之間需再設置潤滑介質或是具有不揮發性的導熱膏，以確保其導熱效果。

在此值得注意的是，散熱模組200還包括毛細結構240，其配置在蒸發器A1的局部以及管件A2鄰近於入口E1處，以利於將液態工作流體導引至蒸發器A1。進一步地說，毛細結構240是配置在管件A2鄰近入口E1處並連續地經由第一部件210延伸至第二部件220於第一段S1處的第二管路224。據此，在管件A2內的液態的工作流體便能藉由毛細結構240而傳送至蒸發器A1的第一部件210，並進一步地讓部分液態工作流體能沿該處的毛細結構240而被導引至第二部件220於第一段S1處的第二管路224，同時，另一部分液態工作流體也因其流量與流速的驅動而從第一部件210流向第二部件220的第一管路222，即未配置毛細結構240處。

據此，第一管路222的液態工作流體在流至第二段S2時便會吸收熱量後轉變為氣態工作流體，由於管件A2內的液態工作流體因虹吸作用而持續地從第一部件210流入第二部件220的第一管路222，再加上氣態工作流體的自身特性，因此在第二段S2處的第一管路222中所形成的氣態工作流體便會因此被驅動並傳送至第一管路222與第二管路224在出口E2的交會處。如前所述，毛細結構240是一路從第一部件210延伸至第二部件220於第一段S1處的第二管路224，以讓一部分的液態工作流體被導引至該處，且因此讓該處的液態工作流體存於毛細結構240中而形成（水牆）阻擋結構。如此一來，即使氣態工作流體會從第一管路222流向第二管路224，也無法因此突破（水牆）阻擋結構而逆流回第一部件210甚至於經入口E1逆流回管件A2。換句話說，藉由所述（水牆）阻擋結構，氣體工作流體僅能由出口E2而流入管件A2。此外，毛細結構240也能隨著蒸發器A1的旋轉狀態而預作設計，亦即，蒸發器A1內的毛細結構240在剖面視角（如圖3或圖4）的分佈狀態能依據第一機體110相對於第二機體120的開闔角度而對應設置。

在本實施例中，毛細結構240可為纖維（fiber）結構或多孔（porous）結構，而圖5與圖6分別是本發明另一實施例的毛細結構剖面圖，在圖5中，所示毛細結構340為燈芯（wick）結構，其由多條細線結構相互絞繞而成，而在圖6中，所示毛細結構540則為網孔（mech）結構。據此，設計者可依據工作流體的種類與管路需求而選擇前述不同形式的毛細結構，同時也可對其在第二管路224內的配置比例予以適當地調整，即，在另一未繪示的實施例中，以剖面視角（如圖4、圖5或圖6）觀之，毛細結構亦可充滿整個第二管路224，其端賴設計者依據工作流體的特性集散熱需求而有所對應。

另一方面，毛細結構240的密度實質上是隨著其從管件A2延伸至第一部件210、第二部件220於第一段S1處的第二管路224而漸減，亦即管件A2內的液態工作流體在流入第一部件210後，其大部分的液態工作流體會流入未設置有毛細結構240的第一管路222，以此作為提供散熱效果的主要角色，亦即在未配置毛細結構240的狀態下，第一管路222是有利於液態工作流體藉由重力或循環流動的驅動力而無阻礙地流入或流出，以讓該處的液態工作流體具有較佳的流動性。再者，小部分工作流體方沿著毛細結構240而被導引至第二部件220於第一段S1處的第二管路224，以此讓該處的液態工作流體存於毛細結構240中而形成（水牆）阻擋結構，作為阻擋氣態工作流體逆流之用。當然，於另一未繪示的實施例中，第一管路222亦可配置毛細結構，以因應第一機體110與第二機體120在特定的開闔狀態下對於提高工作流體之流速的需求。

請再參考圖2，第一部件210實質上可區分為傳送段214與貯存段212，且貯存段212的管徑大於傳送段214的管徑以及第二部件220中第一管路222、第二管路224個別的管徑。此舉讓液態工作流體藉由進入貯存段212而達到暫存的效果，並據以作為第二部件220於第二段S2處的第一管路222因工作流體相變化之後的補充來源。另外，第一部件210還具有補充管路216，其作為組裝初期填充工作流體之用，並在填充完畢後予以封閉。

圖7繪示本發明另一實施例的一種蒸發器的剖面圖。請參考圖7，與前述實施例相同的是，本實施例的蒸發器同樣由第一部件410與第二部件420同軸地對接而成，其中第一部件410的結構特徵及其貯存段312與前述實施例相同，在此便不再贅述。

與前述實施例不同的是，本實施例的第二部件420為單一管路設計，而毛細結構440是從管件A1（參考前述實施例）、第一部件410而延伸至第二部件420的局部管路中，其中以熱管組件230為基準，在第二部件420內的毛細結構僅配置於管路的上方，因此一部分液態工作流體沿毛細結構440而從管件A2經入口E3而流入第一部件410後，便會受毛細結構440的導引而傳送至第二部件420於第一段S3處的管路上方。

再者，另一部分液態工作流體從管件A2經入口E3而流入第一部件410後，則繼續朝向第二部件420未配置毛細結構440處（即第二部件420於第一段S3處的管路下方），並據以流至第二部件420於第二段處S4的管路以吸收從熱管組件230傳來的熱量。

與前述實施例同樣地，管路第二段S4的液態工作流體因吸熱而產生氣態工作流體後，由於管路在第一段S3上方的毛細結構440會與液態工作流體形成（水牆）阻擋結構，因此能有效地阻擋氣態工作流體逆流的情形產生，而達到與前述實施例相同的效果。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，蒸發器藉由在其局部管路配置有毛細結構，因此位於管件的液態工作流體會同時流入蒸發器內設置有毛細結構的部分與未設置毛細結構的部分。因此在液態工作流體因吸熱而產生氣態工作流體後，設置在蒸發器內的毛細結構會與該處的液態工作流體形成（水牆）擋牆結構，藉以阻擋氣態工作流體逆流（即，經入口流至管件）的情形發生，因而驅使氣態工作流體僅能由出口流入管件。

蒸發器在在不同實施例存在不同的管路與毛細結構設計，而其以熱管組件為基準時，毛細結構（或具有毛細結構的管路）相對於未設置毛細結構的部分均呈上、下配置，由此讓氣態工作流體因其特性而在管路內積累時，能有效地被前述管路上方的毛細結構與其中的液態工作流體所形成的水牆結構所阻擋，因而讓迴路內的工作流體能維持其單向循環的流動特性，以讓散熱模組得以順利作動並提高其散熱效能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧電子裝置
100‧‧‧機體組件
110‧‧‧第一機體
120‧‧‧第二機體
130‧‧‧鉸鍊
140‧‧‧熱源
200‧‧‧散熱模組
210、410‧‧‧第一部件
212‧‧‧傳送段
214‧‧‧貯存段
216‧‧‧補充管路
220、420‧‧‧第二部件
222‧‧‧第一管路
224‧‧‧第二管路
230‧‧‧熱管組件
240、340、440、540‧‧‧毛細結構
A1‧‧‧蒸發器
A2‧‧‧管件
A-A’、B-B’‧‧‧剖面
E1、E3‧‧‧入口
E2、E4‧‧‧出口
S1、S3‧‧‧第一段
S2、S4‧‧‧第二段

圖1是依據本發明一實施例的一種電子裝置的局部示意圖。 圖2是圖1的電子裝置中散熱模組的局部剖面圖。 圖3與圖4分別是圖2的蒸發器於不同位置的剖面圖。 圖5與圖6分別是本發明另一實施例的毛細結構剖面圖。 圖7繪示本發明另一實施例的一種蒸發器的剖面圖。

210‧‧‧第一部件

212‧‧‧傳送段

214‧‧‧貯存段

216‧‧‧補充管路

220‧‧‧第二部件

222‧‧‧第一管路

224‧‧‧第二管路

230‧‧‧熱管組件

240‧‧‧毛細結構

A-A’、B-B’‧‧‧剖面

E1‧‧‧入口

E2‧‧‧出口

S1‧‧‧第一段

S2‧‧‧第二段

Claims (16)

1. 一種散熱模組，適用於一電子裝置，該電子裝置具有一熱源，該散熱模組包括： 一蒸發器，熱接觸於該熱源，該蒸發器具有一入口與一出口； 一管件，連接該蒸發器的該入口與該出口以與該蒸發器形成一迴路，一工作流體適於填充於該迴路，且該工作流體適於因吸熱或放熱而轉換成氣態或液態；以及 一毛細結構，配置於該蒸發器的局部及該管件，一部分液態工作流體沿該毛細結構而從該管件穿過該入口流入該蒸發器，而另一部分液態工作流體持續地從該管件穿過該入口流入該蒸發器未配置該毛細結構處， 其中該熱源產生熱量傳送至該蒸發器，以加熱該蒸發器內未配置該毛細結構處的液態工作流體，該液態工作流體吸熱並形成氣態工作流體，氣態工作流體受該毛細結構處的液態工作流體阻擋而僅經該出口流入該管件。
2. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，其中該毛細結構包括纖維（fiber）結構、網孔（mech）結構、燈芯（wick）結構、多孔（porous）結構的至少其中之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，其中在該蒸發器中配置該毛細結構的一部分與未配置該毛細結構的另一部分呈上、下配置，而該熱源熱接觸於未配置該毛細結構的另一部分。
4. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，其中在該蒸發器中，未配置該毛細結構處的液態工作流體的流速大於配置該毛細結構處的液態工作流體的流速。
5. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，還包括： 一熱管組件，該熱源與該蒸發器分別接觸在熱管組件的相對兩端。
6. 如申請專利範圍第5項所述的散熱模組，其中該電子裝置包括一第一機體、一第二機體與一鉸鍊（hinge），該鉸鍊連接在該第一機體與該第二機體之間，以使該第一機體與該第二機體藉由該鉸鍊而相對轉動開闔，該蒸發器配置於該鉸鍊處，該熱管組件配置於該第一機體與該第二機體的其中之一，該管件配置於該第一機體與該第二機體的其中之另一。
7. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，其中該蒸發器具有一第一管路與一第二管路，分別位於該入口與該出口之間，該毛細結構從該管件連續地延伸至該第二管路，該熱源熱接觸於該第一管件外部且對應於該第一管路處。
8. 如申請專利範圍第7項所述的散熱模組，其中該毛細結構的密度從該管件至該第二管路漸減。
9. 一種散熱模組，適用於一電子裝置，該電子裝置具有一熱源，該散熱模組包括： 一蒸發器，具有一入口、一出口及位於該入口與該出口之間的一第一管路與一第二管路，該第一管路熱接觸於該熱源； 一管件，連接該入口與該出口以與該蒸發器形成一迴路，一工作流體適於填充於該迴路，且該工作流體適於因吸熱或放熱而轉換成氣態或液態；以及 一毛細結構，配置於該第二管路與該管件，一部分液態工作流體從該管件沿該毛細結構而穿過該入口流入該第二管路，而另一部分液態工作流體持續地從該管件穿過該入口流入該第一管路， 其中該熱源產生熱量傳送至該第一管路，以加熱該第一管路內的液態工作流體，液態工作流體吸熱轉變為氣態工作流體，氣態工作流體受該第二管路的液態工作流體及該毛細結構阻擋，而僅經該出口流入該管件。
10. 如申請專利範圍第9項所述的散熱模組，其中該毛細結構包括纖維結構、網孔結構、燈芯結構、多孔結構的至少其中之一。
11. 如申請專利範圍第9項所述的散熱模組，其中該第二管路與該第一管路呈上、下配置。
12. 如申請專利範圍第9項所述的散熱模組，其中液態工作流體在該第一管路的流速大於液態工作流體在該第二管路的流速。
13. 如申請專利範圍第9項所述的散熱模組，還包括： 一熱管組件，該熱源與該蒸發器分別接觸在熱管組件的相對兩端。
14. 如申請專利範圍第13項所述的散熱模組，其中該電子裝置包括一第一機體、一第二機體與一鉸鍊，該鉸鍊連接在該第一機體與該第二機體之間，以使該第一機體與該第二機體藉由該鉸鍊而相對轉動開闔，該蒸發器配置於該鉸鍊處，該熱管組件配置於該第一機體與該第二機體的其中之一，該管件配置於該第一機體與該第二機體的其中之另一。
15. 如申請專利範圍第9項所述的散熱模組，其中該毛細結構從該管件連續地延伸至該第二管路。
16. 如申請專利範圍第15項所述的散熱模組，其中該毛細結構的密度從該管件至該第二管路漸減。