TWI577958B - 平板熱管 - Google Patents

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Description

平板熱管
本發明涉及一種熱管，尤係一種平板熱管。
目前業界普遍採用熱管來解決高速電腦的高密度散熱問題，如熱導管、回路熱管、以及平板熱管(Vapor Chamber)等產品。
平板熱管的工作原理與習知熱管相同，因其具有比習知熱管更大的熱傳導面積，且符合“輕、薄、短、小”的高實用價值，而被大量應用在具有較大散熱面的電子產品上。
習知的平板熱管包括一金屬殼體及均勻貼設於金屬殼體內表面各處的一連續的毛細結構。毛細結構包含一蒸汽通道於其內。平板式熱管工作時，毛細結構內的工作液體因受熱而蒸發並進入蒸汽通道。自毛細結構各處進入蒸汽通道的工作液體容易相互干擾而形成紊流，進而降低了工作液體的流動速度，降低了平板式熱管的傳熱效率。並且，由於毛細結構與蒸汽通道所占殼體內部空間的比值不同，對平板熱管最大傳熱量及熱阻的影響不同。如何通過調整毛細結構與蒸汽通道所占殼體內部空間的比值來達到既保障了平板熱管的最大傳熱量，又使熱阻相對較小效果，成為目前業界函待解決的一大技術難題。
一種平板熱管，包括殼體及貼設於殼體內表面的毛細結構，所述 殼體的內表面及所述毛細結構的表面共同圍成蒸汽通道，所述毛細結構及所述蒸汽通道的體積相等。
與習知技術相比，本發明的平板熱管的蒸汽通道位於毛細結構的外側，自毛細結構蒸發的工作介質自其一側面進入蒸汽通道，如此，蒸發的工作介質之間相互影響較小，不容易形成紊流，並且，由於毛細結構與蒸汽通道的體積相等，既保障了平板熱管的最大傳熱量，又使熱阻相對較小，從而使平板熱管具有更加優越的性能。
下面參照附圖，結合具體實施例對本發明作進一步的描述。
1、1a、1b、1c、1d‧‧‧平板熱管
10‧‧‧殼體
11‧‧‧頂板
13‧‧‧底板
15‧‧‧連接板
16‧‧‧收容空間
17‧‧‧第一端
18、18a、18b、18c、18d‧‧‧蒸汽通道
19‧‧‧第二端
30、30a、30b、30c、30d‧‧‧毛細結構
31、31d、31e‧‧‧端面
33、33a‧‧‧側面
35‧‧‧連接面
37、37a、37b、37c‧‧‧分介面
31a‧‧‧左端面
34a‧‧‧右端面
35a‧‧‧第一連接面
36a‧‧‧第二連接面
圖1是本發明平板熱管的立體示意圖。
圖2是圖1所示平板熱管的沿II-II的縱向剖面示意圖。
圖3是圖1所示平板熱管的沿III-III的橫向剖面示意圖。
圖4是本發明第二實施例的平板熱管的縱向剖面示意圖。
圖5是本發明第二實施例的平板熱管的橫向剖面示意圖。
圖6是本發明第三實施例的平板熱管的縱向剖面示意圖。
圖7是本發明第三實施例的平板熱管的橫向剖面示意圖。
圖8是本發明第四實施例的平板熱管的縱向剖面示意圖。
圖9是本發明第四實施例的平板熱管的橫向剖面示意圖。
圖10是本發明第五實施例的平板熱管的縱向剖面示意圖。
圖11是本發明第五實施例的平板熱管的橫向剖面示意圖。
如圖1至圖3所示，為本發明第一實施例的平板熱管1。該平板熱管1包括一殼體10、貼設於殼體10內表面的毛細結構30及收容於殼體10內的工作介質(圖未示)。
該殼體10由導熱性能良好的金屬製成，包括一縱長的頂板11、位於頂板11一側並與頂板11平行相對的一縱長的底板13及連接頂板11及底板13相對兩側邊緣的二外凸的弧形連接板15。所述頂板11與底板13的相對兩端因打扁而形成相互緊貼的第一端17及第二端19，從而使所述頂板11、底板13及二連接板15共同形成一密封的收容空間16。在平板熱管1的縱向方向上，自第一端17朝向第二端19延伸的一段為用於與熱源接觸的蒸發段，自第二端19朝向第一端17延伸的一段為用於冷凝蒸發的工作介質的冷凝段，介於蒸發段與冷凝段之間的中間部分為傳熱段。
所述毛細結構30為由銅、銀或鋁絲等金屬絲編織的編織網結構或由金屬粉末燒結形成的粉末燒結結構。所述毛細結構30大致為一三稜錐體，貼設於殼體10第一端17及一連接板15的內表面，並朝向另一連接板15傾斜延伸至第二端19，且佔據所述收容空間16一半的體積，使所述收容空間16內形成位於毛細結構30外側的一蒸汽通道18。
具體的說，所述毛細結構30體積較大的一端所對應的端面31貼設在所述殼體10的第一端17內表面上，自所述端面31延伸的二相對的側面33及一弧形連接面35分別貼設所述殼體10的頂板11的一側、底板13的一側及相應的一連接板15。一縱長的分介面37朝向且間隔遠離連接面35的另一連接板15並連接二側面33遠離連接面35 的一端。該毛細結構30沿殼體10橫向的寬度自殼體10的第一端17朝向第二端19逐漸減小。該毛細結構30所述端面31的橫截面呈橢圓形。該毛細結構30的側面33呈直角三角形，貼設於頂板11或底板13的一角上，其表面積為頂板11或底板13一側表面的一半。所述殼體10的底板13的內表面、頂板11的內表面、毛細結構30的分介面37及遠離毛細結構30的連接板15的內表面共同圍成所述蒸汽通道18。所述蒸汽通道18的形狀與所述毛細結構30的外輪廓形狀相同。
這種平板熱管1在使用時，蒸發段與熱源貼設吸收熱源的熱量，毛細結構30內的工作介質因受熱而蒸發並進入蒸汽通道18。由於蒸汽通道18位於毛細結構30的外側，自毛細結構30蒸發的工作介質自分介面37進入蒸汽通道18，如此，蒸發的工作介質之間相互影響較小，不容易形成紊流，進而保證了平板熱管1的工作性能。同時毛細結構30沿殼體10橫向的寬度自冷凝段向蒸發段遞增，如此，毛細結構30位於蒸發段部分的毛細力大於位於冷凝段部分的毛細力，能夠使冷凝後的工作介質快速回流。
並且，本發明中，通過對平板熱管1的蒸汽通道18與毛細結構30所占收容空間16的體積比值的調整，進一步優化了平板熱管1的性能。以下以厚度為1.5毫米、長度為160毫米的平板熱管1為例(該平板熱管1打扁前的直徑為6毫米)，通過蒸汽通道18所占收容空間16體積的比例的不同來體現其對熱管性能的影響。
上表中，Qmax表示平板熱管1的最大傳熱量，R表示平板熱管1的熱阻。
由上表可知，在蒸汽通道18所占收容空間16體積比例大於0.5的情況下，隨著蒸汽通道18的增大，熱管的最大傳熱量明顯減小。而在蒸汽通道18所占收容空間16體積比例小於0.5的情況下，平板熱管1的熱阻過大。無論是熱阻過大亦或最大傳熱量較小，都將影響平板熱管1的性能。而本發明中，通過不懈的研究，使蒸汽通道18所占收容空間16體積比例等於0.5，亦即蒸汽通道18與毛細結構30體積相等，既保障了平板熱管1的最大傳熱量，又使熱阻相對較小，從而使平板熱管1具有更加優越的性能。
可以理解的，平板熱管1的毛細結構30也可以具有其他形狀，只要其位於殼體10內部蒸汽通道18的外側並且佔據所述收容空間16的體積的1/2即可。
圖4及圖5所示為本發明第二實施例的平板熱管1a的縱截面圖。本實施例中平板熱管1a與第一實施例中平板熱管1的區別在於毛細結構30a與毛細結構30的形狀不同。在本實施例中，該毛細結構30a大致為一三稜柱，其左端面31a貼設在殼體10的第一端17的內表面，在左端面31a延伸的上下相對的一第一連接面35a及一第二連接面36a分別貼設二連接板15的內表面，連接第一連接面35a及第二連接面36a及左端面31a的二相對的側面33a分別貼設頂板11 與底板13的一側，其右端面34a與殼體10的第二端19的內表面間隔設置。一分介面37a連接二側面33a的遠離第二連接面36a的底端。該毛細結構30a的縱截面為直角梯形，其寬度在平板熱管1a的橫向方向上，自第一連接面35a朝向第二連接面36a遞增。所述殼體10遠離第二連接面36a的連接板15a的內表面、頂板11一端的內表面、底板13的內表面及毛細結構30a的分介面37a共同圍成一蒸汽通道18a。
圖6及圖7所示為本發明第三實施例的平板熱管1b。本實施例中平板熱管1b與第一實施例中平板熱管1的區別在於毛細結構30b與毛細結構30的形狀不同。在本實施例中，該毛細結構30b大致為一三稜柱，其貼設在底板13的內表面及對應一連接板15的內表面並朝向另一連接板15傾斜延伸，且與另一連接板15的內表面及頂板11的內表面間隔設置。該毛細結構30的縱截面呈矩形，其橫截面為具有一外凸的弧形邊的三角形。殼體10頂板11的內表面、遠離毛細結構30b的另一連接板15的內表面及毛細結構30b朝向頂板11的一分介面37b共同圍設形成一蒸汽通道18b。
圖8及圖9所示為本發明第四實施例的平板熱管1c。本實施例中平板熱管1c與第一實施例中平板熱管1的區別在於毛細結構30c的形狀不同。在本實施例中，該毛細結構30c大致為一長方體，其一弧形的連接面35c貼設在一連接板15的內表面，且在平板熱管1c縱向方向上自第一端17水平延伸至第二端19，其朝向另一連接板15延伸的寬度為平板熱管1橫向寬度的一半。殼體10的遠離毛細結構30c的另一連接板15的內表面、頂板11及底板13一側的內表面及毛細結構30c朝向所述另一連接板15的一分介面37c共同圍成 一蒸汽通道18c。
圖10及圖11所示為本發明第五實施例的平板熱管1d。本實施例中平板熱管1d與第一實施例中平板熱管1的區別在於毛細結構30d的形狀不同。在本實施例中，該毛細結構30d為一長方體，其一端面31d貼設在殼體10的第一端17內表面的中部，相對的另一端面31e貼設於第二端19內表面的中部，且相對兩側面33d分別貼設頂板11及底板13內表面的中部，如此，使平板熱管1d具有位於毛細結構30d上下相對兩側的二縱長的蒸汽通道18d。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
1‧‧‧平板熱管
10‧‧‧殼體
16‧‧‧收容空間
17‧‧‧第一端
30‧‧‧毛細結構
31‧‧‧端面

Claims (5)

  1. 一種平板熱管，包括殼體及貼設於殼體內表面的毛細結構，其改良在於：所述殼體的內表面及所述毛細結構的表面共同圍成蒸汽通道，所述毛細結構及所述蒸汽通道的體積相等，所述殼體包括一縱長的頂板、與所述頂板相對設置的一縱長的底板及連接所述頂板及底板相對兩側邊沿的二弧形的連接板，所述底板及頂板的相對兩端緊貼而使平板熱管形成一第一端及與之相對的一第二端，所述毛細結構沿殼體橫向的寬度自第一端向第二端減小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的平板熱管，其中，所述毛細結構為一三稜錐，其一端面貼設於所述殼體第一端，自所述端面延伸的一連接面及二相對的側面分別貼設一連接板的內表面、頂板及底板內表面的一側，並沿殼體的縱向方向傾斜延伸至第二端，使所述殼體的底板及頂板內表面的另一側、遠離所述毛細結構的另一連接板的內表面及毛細結構朝向且間隔所述另一連接板的一分介面共同圍成所述蒸汽通道。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的平板熱管，其中，所述毛細結構為一三稜柱，其一端面貼設在所述殼體第一端的內表面，自所述端面延伸的相對的第一連接面及第二連接面分別貼設二連接板的內表面，連接所述第一連接面及第二連接面及端面的二相對的側面分別貼設頂板與底板的一側，與所述端面相對的另一端面連接二側面及第二連接面並與所述第二端的內表面間隔設置，所述毛細結構沿所述殼體橫向的寬度自第一連接面朝向第二連接面逐漸增加。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的平板熱管，其中，所述殼體的底板一側的內表面、頂板一側的內表面、未貼設第一連接面一端的內表面及毛細結構 連接其二側面遠離第二連接面的下端的一分介面共同圍成所述蒸汽通道。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的平板熱管，其中，所述毛細結構為一三稜柱，其貼設在底板的內表面及對應一連接板的內表面並沿殼體的橫向朝向另一連接板傾斜延伸，且與另一連接板的內表面及頂板的內表面間隔設置，使所述殼體頂板的內表面、遠離毛細結構的另一連接板的內表面及毛細結構朝向頂板的一分介面共同圍設形成一蒸汽通道。
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