TWI690685B - 可調工作溫度區間之熱管製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明係為一種可調工作溫度區間之熱管製造方法，熱管包括管體、毛細組織及工作液體，管體具有中空通道，中空通道具有長度方向及管徑方向，管體局部在管徑方向上具有形變區域，形變區域在管徑方向上的截面積相對於壓製前的原截面積縮減而使形變區域具有較高之流體阻力，藉此令熱管在一定的工作溫度區間下運轉，以使工作物能達到工作效能。

Description

可調工作溫度區間之熱管製造方法

本發明係有關於一種熱管，尤指一種可調工作溫度區間之熱管製造方法。

熱管(Heat Pipe)的工作原理係透過內部真空之環境，提供注入其內部之工作液體遇熱後產生相變化而進行熱量交換，再因工作液體遇冷後回復成液態而可回流後循環再使用，其實施方式是將熱管的蒸發端面貼接於電子發熱元件之表面，使電子元件所產生之熱能經由熱管之蒸發端面吸收，再透過熱管傳遞至冷凝端，藉以達到散熱之功效。

再者，現有熱管為達成良好的散熱效率，其蒸發端與冷凝端之間的溫度差非常小，以透過工作流體的相變化方式將工作物的熱能進行熱交換，進而避免工作物因過熱而損壞或系統效能效率變差。然而，在特殊的使用環境下(如極冷的環境中)時，會因為溫度差異變化小而導致電子元件無法順利達到適當的工作溫度，導致電子元件無法發揮最大的工作效能。

對此，如何使熱管在環境溫度低、電子元件的發熱溫度低時不運作，並在電子元件的發熱溫度較高時才開始運作，達到讓熱管在一定溫度下運轉的目的，即為本發明人的研究目標。

本發明之一目的，在於提供一種可調工作溫度區間之熱管製造方法，以令熱管在一定的工作溫度區間下運轉，並使工作物能達到工作效能。

為了達成上述之目的，本發明係為一種可調工作溫度區間之熱管製造方法，包括a.提供一熱管，用以貼附一工作物進行熱交換，該熱管包含一管體、設置於該管體之內壁面的一毛細組織及設置在該管體中的一工作液體，該管體具有一中空通道，該中空通道具有一長度方向及垂直該長度方向的一管徑方向，該工作液體吸收工作物的熱能後轉換為汽相，另經由該中空通道而沿著該長度方向進行冷凝反應後再凝結回工作液體，且透過該毛細組織移動至該熱管貼附工作物之處而吸收工作物的熱能；b.利用一加工手段對該管體之局部在該管徑方向上進行均勻地壓製而形成一形變區域，該形變區域在該管徑方向上的截面積相對於壓製前的原截面積縮減有一縮減比例而使該形變區域具有較高之流體阻力，其中，該形變區域之截面積在該管徑方向的縮減比例係經由下述方法決定：c.設定該熱管係在一環境溫度區間下能對該工作物進行熱交換，並使該工作物的運作溫度能夠位在一目標工作溫度區間；d.提供一測試室，安置有該工作物及貼接該工作物的熱管，並將該測試室的溫度控制在該環境溫度區間；e.令該工作物在該測試室為該環境溫度區間下運作，並測得該工作物在運 作時的一實際溫度區間；以及f.縮減該中空通道在管徑方向上的截面積至該縮減比例，從而令該實際溫度區間落在該目標工作溫度區間。

本發明之一目的，在於提供一種可調工作溫度區間之熱管結構，包括管體、設置於管體之內壁面的毛細組織及設置在管體中的工作液體，管體具有中空通道，中空通道具有長度方向及垂直長度方向的管徑方向，工作液體吸收工作物的熱能後轉換為汽相，另經由中空通道而沿著長度方向進行冷凝反應後再凝結回工作液體，且透過毛細組織移動至熱管貼附工作物之處而吸收工作物的熱能，其中管體之局部在管徑方向上具有形變區域，形變區域在管徑方向上的截面積相對於壓製前的原截面積縮減有一縮減比例而使形變區域具有較高之流體阻力。

相較於習知，本發明之熱管的管體局部係在管徑方向上進行均勻地壓製而形成形變區域，在低溫環境時，蒸發端與冷凝端之間的蒸氣流動阻力高，溫度差因而提高，使熱管達到在一定的工作溫度區間下才有效率運轉，進而讓工作物提升至適當的工作溫度而能夠發揮工作效能；又，當熱管在高溫環境時，其工作流體在高溫下蒸氣體積變大時，可提升熱管的內部壓力而將工作氣體由蒸發端往冷凝端快速推動，藉此提升熱傳導效率而使得蒸發端與冷凝端具有較小的溫度差異值；藉此令熱管在一定的工作溫度區間下運轉，並使工作物能達到工作效能，並可避免工作物過熱而損壞或造成系統效能效率變差。

1:熱管

10:管體

100:中空通道

101:長度方向

102:管徑方向

11:形變區域

12:第一區段

13:第二區段

20:毛細組織

30:工作液體

A:原截面積

A’:壓製後截面積

P:縮減比例

H:高度

TL:低實際溫度

TH:高實際溫度

△T:溫度差

圖1係本發明之可調工作溫度區間之熱管的立體外觀示意圖； 圖2及圖3係本發明之可調工作溫度區間之熱管在二方向上的剖視圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參照圖1至圖3，係分別為本發明之可調工作溫度區間之熱管結構的立體外觀示意圖及二側方向的剖視圖。本發明係為一種可調工作溫度區間之熱管1，包括一管體10、設置於該管體10之內壁面的一毛細組織20及設置在該管體10中的一工作液體30；又，該熱管1用以貼附一工作物(圖未示)進行熱交換。更詳細描述該熱管1之結構及其製造方法如後。

於本實施例中，該熱管1之製造方法包括：a.提供一熱管1，該熱管1包含一管體10、設置於該管體10之內壁面的一毛細組織20及設置在該管體10中的一工作液體30。該管體10具有一中空通道100，該中空通道100具有一長度方向101及垂直該長度方向101的一管徑方向102。又，該工作液體30吸收工作物的熱能後轉換為汽相，另經由該中空通道100而沿著該長度方向101進行冷凝反應後再凝結回工作液體30，且透過該毛細組織20移動至該熱管1貼附工作物之處而吸收工作物的熱能。

具體而言，該管體10包含該形變區域11及位在該形變區域11相對側的一第一區段12及一第二區段13；較佳地，該形變區域11的長度小於該第一區段12及該第二區段13長度。要說明的是，該形變區域11的長度並不限制，只需達到氣體在通過該形變區域11之處時的阻力即可。

再者，該熱管1之製造方法還包括：b.利用一加工手段對該管體10之局部在該管徑方向102上進行均勻地壓製而形成一形變區域11。又，該形變區域11在該管徑方向102上的壓製後截面積A’相對於壓製前的原截面積A縮減有一縮減比例P。藉此，該形變區域11可具有較高之流體阻力；其中，該形變區域11之截面積在該管徑方向102上的縮減比例P係經由下述方法決定。

進一步地，製造方法還包括：c.設定該熱管10係在一環境溫度區間下能對該工作物進行熱交換，並使該工作物運作溫度能夠位在一目標工作溫度區間。

後續，製造方法包括：d.提供一測試室，安置有該工作物及貼接該工作物的熱管1，並將該測試室的溫度控制在該環境溫度區間。此外，製造方法包括：e.令該工作物在該測試室為該環境溫度區間下運作，並測得該工作物在運作時的一實際溫度區間。最後，製造方法包括：f.縮減該中空通道100在管徑方向102上的截面積至該縮減比例P，從而令該實際溫度區間落在該目標工作溫度區間。

實際使用時，該縮減比例P可設置為25%至75%；又，該縮減比例P係視該工作物在運作時的實際溫度區間而加以調整，例如將該縮減比例P設置為75%時，其意義是壓製後的截面積A’僅為原截面積A的25%。

更詳細地說，該環境溫度區間包含一高環境溫度及一低環境溫度；另外，e步驟中，該實際溫度區間包含一高實際溫度及一低實際溫度。再者，該高實際溫度係該工作物在該測試室為該高環境溫度下運作時的工作溫度，該低實際溫度係該工作物在該測試室為該低環境溫度下運作時的工作溫度。要說明的是，該工作物的工作溫度係在一正常負荷下運作時所測得。

舉例而言，在本發明例中，當該熱管1在低環境溫度使用時，如該熱管1之管體10的原截面積設置為0.015平方公分，且其蒸發端與冷凝端之間的溫度差非常小為2.27℃；接著，在該管體10的局部在管徑方向102上均勻地壓製而形成形變區域11，此形變區域11在管徑方向102上的截面積相對於壓製前的原截面積A分別縮減有25%、50%及75%的縮減比例，因此，壓製後的截面積會佔原截面積的75%、50%及25%而變成0.012平方公分、0.008平方公分及0.004平方公分。另外，其蒸發端與冷凝端之間的溫度差則會提高而分別達到3.03℃、4.55℃及9.10℃。

從上述例子得知，該熱管1的管體10局部在管徑方向102上進行均勻地壓製而形成形變區域11，如縮減比例為75%(即壓製後截面積A’佔原截面積A的25%)時，其蒸發端與冷凝端之間的溫度差會提高到9.10℃。此時，該熱管1貼附工作物而進行熱交換時，由於該熱管1的蒸發端與冷凝端之間的溫度差變大而降低其散熱效率。因此，該熱管1會在工作物達到一定溫度後才開始進行熱交換，使該熱管1在一定的工作溫度區間下運轉，藉此讓工作物提升至適當的工作溫度而能夠發揮工作效能。

再者，請另參照下表，其係顯示熱管在前述熱管製造方法下所得出的實驗數據。

上表可配合圖3檢視，熱管1的高度在未壓製前的熱管高度H為2mm，又，該熱管1未壓製前，當該熱管1在低環境溫度為0℃下運作時，其工作物(例如處理器)的表面所量測到的溫度(低實際溫度TL)為23.9℃；另外，該熱管1在高環境溫度為70℃下運作時，其工作物(例如處理器)的表面所量測到的溫度(高實際溫度TH)為78.7℃，據此，工作物的低實際溫度TL及高實際溫度TH的溫度差△T為54.8℃。

再者，當該熱管1受到均勻地壓製而使熱管高度H縮減至0.7mm(大約是原高度的三分之一)時，工作物的低實際溫度TL及高實際溫度TH的溫度差△T為48.1℃。同理，當該熱管1受到均勻地壓製而使熱管高度H縮減至0.4mm(大約是原高度的五分之一)時，工作物的低實際溫度TL及高實際溫度TH的溫度差△T為42.9℃。

從上述實驗數據可得知，本發明之熱管1受到均勻壓製後的內部空間變小，此情況下，熱管1的低實際溫度TL及高實際溫度TH皆會提高。又，低實際溫度TL的提高可令工作物達到一定溫度後才開始進行熱交換，另外，該熱管1在高環境溫度及低環境溫度下運作時的溫度差△T則會縮小。

值得注意的是，在本發明中，當該熱管1在高溫環境時，其藉由工作流體的相變化原理，利用高溫氣體具有較大體積之特性藉此提升該熱管1的內部壓力而能將工作氣體由蒸發端往冷凝端快速推動，藉此提升熱傳導效率，使得蒸發端與冷凝端具有較小的溫度差異值，藉此避免工作物過熱而損壞或造成系統效能效率變差。

另外要說明的是，本發明之熱管1在經由前述方法及多次試驗後，當使用者在設定目標工作溫度區間後，其縮減比例P可透過電腦的程式運算後而得出，以增加本發明之實用性。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，非用以限定本發明之專利範圍，其他運用本發明之專利精神之等效變化，均應俱屬本發明之專利範圍。

1:熱管

10:管體

100:中空通道

101:長度方向

11:形變區域

12:第一區段

13:第二區段

20:毛細組織

30:工作液體

Claims (6)

1. 一種可調工作溫度區間之熱管製造方法，包括：a.提供一熱管，用以貼附一工作物進行熱交換，該熱管包含一管體、設置於該管體之內壁面的一毛細組織及設置在該管體中的一工作液體，該管體具有一中空通道，該中空通道具有一長度方向及垂直該長度方向的一管徑方向，該工作液體吸收工作物的熱能後轉換為汽相，另經由該中空通道而沿著該長度方向進行冷凝反應後再凝結回工作液體，且透過該毛細組織移動至該熱管貼附工作物之處而吸收工作物的熱能；b.利用一加工手段對該管體之局部在該管徑方向上進行均勻地壓製而形成一形變區域，該形變區域在該管徑方向上的截面積相對於壓製前的原截面積縮減有一縮減比例而使該形變區域具有較高之流體阻力，其中，該形變區域之截面積在該管徑方向的縮減比例係經由下述方法決定；c.設定該熱管係在一環境溫度區間下能對該工作物進行熱交換，並使該工作物的運作溫度能夠位在一目標工作溫度區間；d.提供一測試室，安置有該工作物及貼接該工作物的熱管，並將該測試室的溫度控制在該環境溫度區間；e.令該工作物在該測試室為該環境溫度區間下運作，並測得該工作物在運作時的一實際溫度區間；以及f.縮減該中空通道在管徑方向上的截面積至該縮減比例，從而令該實際溫度區間落在該目標工作溫度區間。
2. 如請求項1所述之可調工作溫度區間之熱管製造方法，其中該管體包含該形變區域及位在該形變區域相對側的一第一區段及一第二區段，該形變區域的長度小於該第一區段及該第二區段的長度。
3. 如請求項1所述之可調工作溫度區間之熱管製造方法，其中c步驟中，該環境溫度區間包含一高環境溫度及一低環境溫度；e步驟中，該實際溫度區間包含一高實際溫度及一低實際溫度，該高實際溫度係該工作物在該測試室為該高環境溫度下運作時的工作溫度，該低實際溫度係該工作物在該測試室為該低環境溫度下運作時的工作溫度。
4. 如請求項1所述之可調工作溫度區間之熱管製造方法，其中e步驟中，該工作物的工作溫度係在一正常負荷下運作時所測得。
5. 如請求項1所述之可調工作溫度區間之熱管製造方法，其中該縮減比例係為25%至75%。
6. 如請求項5所述之可調工作溫度區間之熱管製造方法，其中該縮減比例為75%。

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