TWI614476B - 迴路式熱管以及應用此迴路式熱管之電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種改良式的迴路式熱管設計，係從迴路式熱管的液氣轉換腔，向外延伸出一延伸件，並且讓延伸件直接與發熱的電子元件熱接觸。藉由，可降低原先電子元件至液氣轉換腔之間的熱阻並提升熱傳遞的效率。

Description

迴路式熱管以及應用此迴路式熱管之電子裝置

本發明係關於一種散熱裝置，特別是一種可應用在電子裝置內的迴路式熱管。

迴路式熱管(Loop Heat Pipe)是一種散熱裝置，其利用兩相變化過程中會吸收大量熱的工作原理來達到快速將熱導出的目地。請參考第1A圖以及第1B圖，習知的迴路式熱管2包括有液氣轉換腔21、冷凝部25以及連通液氣轉換腔21與冷凝部25並形成完整迴路的管路23，其中，當迴路式熱管2安裝在電子裝置1中時，由於迴路式熱管2的路徑不一定剛好通過電子裝置1內發熱的電子元件3(例如晶片)，因此，為了能夠將電子元件運作時所產生的熱順利傳遞至迴路式熱管中，習知常見的解決方法，即是在電子元件3與迴路式熱管2之間，搭接一個熱管5(或導熱板)，間接地把電子元件3所產生的熱經由熱管5而傳遞至迴路式熱管2中。不過由於熱在不同的物體之間傳遞時，會因為材質不同以及接觸面的空隙而產生熱阻，因而當熱從電子元件傳遞至熱管、以及從熱管傳遞至迴路式熱管時，不可避免地就會產生兩段的熱阻，當熱阻累積越多，熱的導熱效率也會隨著降低。因此，習知的設計仍有很大的改善空間。

針對上述迴路式熱管應用在電子裝置時所產生的缺點，本發明提出一種改良式的迴路式熱管設計，特別是在迴路式熱管的液氣轉換 腔，向外延伸出一延伸件，並且讓延伸件直接與發熱的電子元件熱接觸。而藉由此種一件式的設計，不但可以減少一次組裝時的工序，同時也可降低電子元件與液氣轉換腔之間的熱阻而提升熱傳遞的效率。此外，針對晶片外圍原本需要覆蓋有導熱蓋的產品，本發明所提供的延伸件也可視情況額外形成有一蓋體的結構，如此一來，應用本發明的電子裝置，也可免去延伸件與導熱蓋之間的熱阻而提升熱傳遞的效率。

為達上述目的，於一較佳實施例中，本發明提供一種迴路式熱管，可與一電子元件熱接觸，迴路式熱管包括一第一液氣轉換腔，具有一出口端以及一入口端；一延伸件，與第一液氣轉換腔為一件式結構，並自第一液氣轉換腔向外延伸而與電子元件熱接觸；一管路，連接出口端以及入口端，並與第一液氣轉換腔共同形成一迴路；一工作介質，填充於管路以及第一液氣轉換腔室內；以及一冷凝部，設置於迴路上。

在本發明一較佳實施例中，更包括一儲水腔設置於管路與第一液氣轉換腔的入口端之間，而延伸件僅自第一液氣轉換腔向外延伸而不從儲水腔向外延伸。

在本發明一較佳實施例中，延伸件更包括一罩體，用以覆蓋電子元件。

在本發明一較佳實施例中，冷凝部係設置有下列之至少一元件：鰭片、熱管、均溫板、導熱件以及風扇。

在本發明一較佳實施例中，更包括一第二液氣轉換腔，其中，延伸件與第二液氣轉換腔為一件式結構，且延伸件位在第一液氣轉換腔以及第二液氣轉換腔之間。

在本發明一較佳實施例中，更包括一熱管設置於延伸件的外部。

於另一較佳實施例中，本發明提供一種電子裝置，包括：一電子元件；以及一迴路式熱管，迴路式熱管包括：一第一液氣轉換腔，具有一出口端以及一入口端；一延伸件，自第一液氣轉換腔向外延伸並與電子元件熱接觸；一管路，連接出口端以及入口端，並與第一液氣轉換腔共同形成一迴路；一工作介質，填充於管路以及第一液氣轉換腔內；以及一冷凝部，設置於迴路上；其中，電子元件運作時所產生的熱，可藉由延伸件傳遞至第一液氣轉換腔後，將第一液氣轉換腔內的工作介質由液態轉換成氣態，並由出口端進入管路中，而當氣態的工作介質流經冷凝部時，則會從氣態轉換成液態，並經由管路而進入第一液氣轉換腔的入口端。

在本發明另一較佳實施例中，延伸件係與第一液氣轉換腔為一件式結構。

在本發明另一較佳實施例中，更包括一儲水腔設置於管路與第一液氣轉換腔的入口端之間，而且延伸件僅自第一液氣轉換腔向外延伸而不從儲水腔向外延伸。

在本發明另一較佳實施例中，延伸件更形成有一罩體，用以覆蓋電子元件。

在本發明另一較佳實施例中，更包括一導熱罩覆蓋該電子元件，該延伸件係與導熱罩熱接觸。

在本發明另一較佳實施例中，冷凝部係設置有下列之至少一元件：鰭片、熱管、均溫板、導熱件以及風扇。

在本發明另一較佳實施例中，更包括一第二液氣轉換腔，其中，延伸件與第一液氣轉換腔以及第二液氣轉換腔為一件式結構，且延伸件位在第一液氣轉換腔以及第二液氣轉換腔之間。

在本發明另一較佳實施例中，更包括一熱管設置於該延伸 件的外部。

1‧‧‧電子裝置

2‧‧‧迴路式熱管

21‧‧‧液氣轉換腔

21A‧‧‧出口端

21B‧‧‧入口端

211‧‧‧頂面

212‧‧‧側壁

213‧‧‧底面

22‧‧‧延伸件

221‧‧‧罩體

23‧‧‧管路

24‧‧‧工作介質

25‧‧‧冷凝部

26‧‧‧儲水腔

3‧‧‧電子元件

4‧‧‧電路板

5‧‧‧熱管

6‧‧‧導熱罩

第1A圖與第1B圖係習知迴路式熱管的架構示意圖以及側面示意圖。

第2A圖與第2B圖係依據本發明之第一較佳具體實施例所提供的迴路式熱管以及電子裝置的架構示意圖與部分元件的側面示意圖。

第3A圖與第3B圖係本發明所提供的迴路式熱管，其延伸件從液氣轉換腔的底面以及側壁向外延伸時的架構示意圖。

第3C圖係本發明所提供的迴路式熱管，其液氣轉換腔為管狀時的結構示意圖。

第4A圖係本發明所提供的迴路式熱管，其延伸件更包括一罩體時的結構示意圖。

第4B圖係本發明所提供的迴路式熱管，其延伸件與一導熱罩熱接觸的架構示意圖。

第5圖係依據本發明之第二較佳具體實施例所提供的迴路式熱管以及電子裝置的架構示意圖。

第6A圖與第6B圖係本發明所提供的迴路式熱管以及電子裝置，具有複數個儲水腔、複數個液氣轉換腔以及複數個冷凝部時的架構示意圖與部分元件的側面示意圖。

第7A圖與第7B圖係本發明所提供的迴路式熱管以及電子裝置，在延伸件外部設置有熱管時的架構示意圖與部分元件的側面示意圖。

請同時參照第2A圖以及第2B圖，依據本發明之第一較佳具 體實施例係提供一種迴路式熱管以及應用此迴路式熱管的電子裝置。迴路式熱管2，係應用並安裝於一電子裝置1中，負責將電子裝置1內電子元件3運作時所產生的熱帶走，使其維持正常的運作。電子裝置1可以是桌上型電腦、筆記型電腦、平板電腦、手機、主機、介面卡或是其他在運轉時需要較佳溫度控制的裝置，本發明並不予以限制，只要能夠將迴路式熱管安置於其中即可。而電子元件3則可為晶片、處理器或記憶體等在運作時會產生熱的元件，一般會安裝在電子裝置1內的一電路板4或是基板上。

依據本發明之第一較佳具體實施例所提供的迴路式熱管2，其主要組成包括有液氣轉換腔21、延伸件22、管路23、工作介質24以及冷凝部25等。其中，液氣轉換腔21為一腔體結構，具有一出口端21A以及一入口端21B，而延伸件22則與液氣轉換腔21為一件式的結構，自液氣轉換腔21向外延伸後與電子元件3熱接觸。管路23則連接液氣轉換腔21的出口端21A以及入口端21B，並且與液氣轉換腔21共同形成一完整迴路。工作介質24則填充於管路23以及液氣轉換腔21內，其係在液氣轉換的過程中吸收熱量，並在氣液轉換的過程中將熱排出。冷凝部25係設置於在管路23所形成的迴路上，當氣態的工作介質24通過冷凝部25時，冷凝部25會將工作介質24的熱帶走，使其從氣態轉換回液態，而液態的工作介質24最終又藉由管路23而回到液氣轉換腔21來進行下一次的液氣轉換。在本發明中，冷凝部25可選自鰭片、熱管、均溫板、導熱件以及風扇元件，並且貼近管路23的外圍，不過，冷凝部25本身也可形成有內部管路(圖中未示)並且與管路23相互連接或連通，只要能夠將工作介質24的熱帶走即可，本發明並不予以限制。

本實施例所提出的延伸件22，在結構上係從液氣轉換腔21向外延伸，兩者在外觀上為一件式的結構，不過，在製程上則有多種選擇，可選擇由同一種材質一體成型而成、由同一材質熔接或銲接而成、或者由 不同的材質熔接或銲接而成，但最終都可成為一件式的結構。在本發明中，延伸件22係作為液氣轉換腔21與電子元件3之間在熱傳導上的橋樑與媒介，延伸件22本身並非液氣轉換腔，不含有工作介質，也不執行液氣轉換的工作。而在液氣轉換腔與延伸件在材料選擇上，可選自導熱效果好之材質，例如銅、鋁、銀、不鏽鋼、鈦等金屬、合金甚至於是非金屬材質均可。

而為了能夠因應電子裝置1內部在空間配置上的各種可能性，延伸件22可從液氣轉換腔21的不同位置向外延伸，舉例來說，當採用薄型平板式的液氣轉換腔21時，其截面可以是矩形或近似矩形，此時，延伸件22可如第2B圖所示，從液氣轉換腔21的頂面211向外延伸，或者如第3A圖所示，從液氣轉換腔21的底面213向外延伸，又或者可如第3B圖所示，從液氣轉換腔21的側壁212向外延伸，本發明並不予以限制。此外，液氣轉換腔21也可在其他較佳具體實施例中採用其他種外型，甚至於在不同區段採用不同的外型，因而其截面可有多種的變化，例如圓形、矩形、橢圓形、多邊形甚至於是不規則形，但是，只要具有腔體結構就可依照本發明而具體實施，例如第3C圖所顯示的液氣轉換腔21其外型為管狀，因而具有圓形的截面，而延伸部22則是從液氣轉換腔21中間的位置而向外延伸，其同樣也可在安裝於電子裝置1內時與電子元件3進行熱接觸。

在本實施例中，延伸件22係與電子元件3進行熱接觸，本文所稱的熱接觸，是指在熱的傳導上有所接觸而言，而延伸件22與電子元件3在實際結構上則至少包含有直接接觸以及間接接觸這兩種實施方式，當然也不排除兩者非常靠近但在結構上未真正接觸到的實施方式。就直接接觸而言，延伸件22的表面係直接貼合電子元件3的表面；間接接觸則可在延伸件22與電子元件3之間設置有導熱介質例如導熱膏(圖中未示)、或是如第4A圖所示，讓延伸件22更形成有一罩體221來覆蓋電子元件3，並且在罩體221 跟電子元件3之間視需要設置有導熱介質例如導熱膏(圖中未示)、或者如第4B圖所示，先在電子元件3外覆蓋一導熱罩6之後，延伸件22再與導熱罩6貼合，並在延伸件與導熱罩之間或是導熱罩與電子元件之間，視需要而設置有導熱介質例如導熱膏(圖中未示)。

本實施例所提供的液氣轉換腔21，其內部可設置有毛細結構(圖中未示)，讓工作介質24得以吸附於其中。在本發明中，毛細結構可以設置於整個液氣轉換腔21，也可僅設置於液氣轉換腔21的部分區段，本發明並不予以限制，只要電子元件3所產生的熱，可利用延伸件22傳導到毛細結構內的工作介質24，使其執行液氣的轉換即可。

請參照第5圖，依據本發明之第二較佳實施例係提供一種迴路式熱管以及應用此迴路式熱管的電子裝置。第二較佳具體實施例與前述第一較佳具體實施例相比，其迴路式熱管2額外設置有一儲水腔26，而其他組成與運作理大致上與第一較佳具體實施例所提供的迴路式熱管相同，因而不再贅述。儲水腔26係設置在管路23與液氣轉換腔21的入口端21B之間，主要負責儲存液態的工作介質24，在本實施例中，儲水腔26與液氣轉換腔21，除了可分別形成有兩個不同的腔體並予以區隔(例如在兩者間設置有毛細結構來予以區隔)，也可是同一腔體但分屬不同的區段，例如在一腔體中，於某一區段設置有毛細結構，並且於另一區段未設置有毛細結構，此時，設置有毛細結構的該區段可作為液氣轉換腔21之用，沒有設置毛細結構的該區段則做為儲水腔26之用。不過，不管液氣轉換腔21與儲水腔26是同屬一個腔體或者分屬兩個不同的腔體，本實施例所提出的設計重點，即是不讓延伸件22從儲水腔26的位置或區段向外延伸，而僅會讓延伸件22從液氣轉換腔21的位置或區段向外延伸，此舉是為了確保不會讓儲水腔的液態工作介質被熱轉換為氣態後，反向往冷凝部的方向倒流，因而影響到迴路式熱管2 原有的單向循環運作。此外，毛細結構可選自本領域常使用的粉末燒結毛細結構、金屬網格毛細結構或纖維材料等，並不予以限制。

本發明所提供的迴路式熱管以及應用此迴路式熱管的電子裝置，其設置在此迴路中的液氣轉換腔以及冷凝部，除了可如第一較佳具體實施例所揭露，由一個液氣轉換腔21搭配一個冷凝部25的這樣的組合外，也可在其他較佳具體實施例中，設置有複數個液氣轉換腔及複數個冷凝部，並且依循液氣轉換腔、冷凝部、液氣轉換腔、冷凝部這樣的交錯順序而設置在迴路式熱管的迴路中。此時，本發明所提供迴路式熱管的延伸部，係位在複數個液氣轉換腔之間且同時與複數個液氣轉換腔同為一件式的結構，因而能降低熱傳遞時的熱阻，而且延伸件也會將電子元件運作時所產生的熱，同時傳遞給複數個液氣轉換腔來執行液氣的轉換。此外，當液氣轉換腔有搭配儲水腔時，除了可如第二較佳具體實施例所揭露，由一個儲水腔26搭配一個液氣轉換腔21以及一個冷凝部25這樣的組合之外，也可在其他較佳具體實施例中，如第6A圖以及第6B圖所示，設置有複數個儲水腔26、複數個液氣轉換腔21以及複數個冷凝部25，並且依循儲水腔26、液氣轉換腔21、冷凝部25、儲水腔26、液氣轉換腔21、25冷凝部這樣的交錯順序而設置在迴路式熱管的迴路中。此時，本發明所提供迴路式熱管2的延伸件22，係位在複數個液氣轉換腔之間且與複數個液氣轉換腔21同為一件式的結構，因而仍能降低熱傳遞時的熱阻，同時也不讓延伸件22從儲水腔26的位置或區段向外延伸。而經由上述的設計，延伸件22就能將電子元件3運作時所產生的熱，同時傳遞給複數個液氣轉換腔21來執行液氣的轉換，並且確保不讓儲水腔26內的液態工作介質轉換為氣態，避免倒流的情況發生。

上述依據本發明之較佳具體實施例，其設計概念係藉由延伸件與液氣轉換腔為一件式的設計，而更有效率地將電子元件運作時所產 生的熱精準傳遞至液氣轉換腔來進行工作介質的液氣轉換。不過，若是電子元件運作時所產生的熱，已超過驅動迴路式熱管運作所需的的熱能，並且在電子裝置內仍有其他散熱空間可以利用的話，本發明也可在其他具體實施例中，額外再設置一個冷凝部於延伸件的外部來分散多餘的熱能，例如可如第7A圖與第7B圖所示，在延伸件22的外部額外設置一個熱管5，藉由迴路式熱管2以及熱管5的雙重功效，來更快將電子元件運作時所產生的熱帶走。

1‧‧‧電子裝置

2‧‧‧迴路式熱管

21‧‧‧液氣轉換腔

21A‧‧‧出口端

21B‧‧‧入口端

22‧‧‧延伸件

23‧‧‧管路

25‧‧‧冷凝部

3‧‧‧電子元件

4‧‧‧電路板

Claims (14)

1. 一種迴路式熱管，可與一電子元件熱接觸，該迴路式熱管包括：一第一液氣轉換腔，具有一出口端以及一入口端；一延伸件，與該第一液氣轉換腔為一件式結構，並自該第一液氣轉換腔向外延伸而與該電子元件熱接觸；一管路，連接該出口端以及該入口端，並與該第一液氣轉換腔共同形成一迴路；一工作介質，填充於該管路以及該第一液氣轉換腔室內；以及一冷凝部，設置於該迴路上。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之迴路式熱管，更包括一儲水腔設置於該管路與該第一液氣轉換腔的入口端之間，該延伸件僅自該第一液氣轉換腔向外延伸而不從該儲水腔向外延伸。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之迴路式熱管，其中該延伸件更包括一罩體，用以覆蓋該電子元件。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之迴路式熱管，其中該冷凝部係設置有下列之至少一元件：鰭片、熱管、均溫板、導熱件以及風扇。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之迴路式熱管，更包括一第二液氣轉換腔，其中，該延伸件與該第二液氣轉換腔為一件式結構，且該延伸件位在該第一液氣轉換腔以及該第二液氣轉換腔之間。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之迴路式熱管，更包括一熱管設置於該延伸件的外部。
7. 一種電子裝置，包括：一電子元件；以及 一迴路式熱管，該迴路式熱管包括：一第一液氣轉換腔，具有一出口端以及一入口端；一延伸件，自該第一液氣轉換腔向外延伸並與該電子元件熱接觸；一管路，連接該出口端以及該入口端，並與該第一液氣轉換腔共同形成一迴路；一工作介質，填充於該管路以及該第一液氣轉換腔內；以及一冷凝部，設置於該迴路上；其中，電子元件運作時所產生的熱，可藉由該延伸件傳遞至該第一液氣轉換腔後，將該第一液氣轉換腔內的該工作介質由液態轉換成氣態，並由該出口端進入該管路中，而當該氣態的工作介質流經該冷凝部時，則會從氣態轉換成液態，並經由該管路而進入該第一液氣轉換腔的入口端。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中延伸件係與該第一液氣轉換腔為一件式結構。
9. 根據申請專利範圍第7項所述之電子裝置，更包括一儲水腔設置於該管路與該第一液氣轉換腔的入口端之間，而且該延伸件僅自該第一液氣轉換腔向外延伸而不從該儲水腔向外延伸。
10. 根據申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中該延伸件更形成有一罩體，用以覆蓋該電子元件。
11. 根據申請專利範圍第7項所述之電子裝置，更包括一導熱罩覆蓋該電子元件，該延伸件係與導熱罩熱接觸。
12. 根據申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中該冷凝部係設置有下列之至少一元件：鰭片、熱管、均溫板、導熱件以及風扇。
13. 根據申請專利範圍第7項所述之電子裝置，更包括一第二液氣轉換腔，其中，該延伸件與該第一液氣轉換腔以及該第二液氣轉換腔為一件式結 構，且該延伸件位在該第一液氣轉換腔以及該第二液氣轉換腔之間。
14. 根據申請專利範圍第7項所述之電子裝置，更包括一熱管設置於該延伸件的外部。