TWI700471B - 具軸向毛細的散熱單元 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種具軸向毛細的散熱單元，包括一殼體及至少一管體，該殼體具有一其內形成有一殼體毛細結構的殼體腔室及至少一連通該殼體腔室的開口，該管體具有至少一軸向毛細結構、一開放端及一封閉端係與該開放端界定連通一管體腔室，該軸向毛細結構設於該管體內，該開放端插接該開口，且該軸向毛細結構直接抵接該殼體內底側其上殼體毛細結構；透過本發明設計，使得達到較佳毛細傳輸效果。

Description

具軸向毛細的散熱單元
本發明有關於一種具軸向毛細的散熱單元，尤指一種可達到較佳毛細傳輸效果的具軸向毛細的散熱單元。
隨著電子元件的運算速度不斷提昇，其所產生的熱量亦越來越高，為了有效地解決此高發熱量的問題，業界已將具有良好導熱特性的熱管(Heat Pipe)和均溫板(Vapor Chamber)進行廣泛性的使用，其中熱管雖然具有讓內部的氣態工作流體的流向性一致，但因為體積的拘限導致其所能傳導的熱量相當有限，另均溫板雖具有寬敞的受熱面積來提供給發熱源直接貼附傳導，但其氣態工作流體的流向相當的紊亂，如此皆將限制其導散熱效能。
亦有業者將習知的均溫板和熱管相結合，主要是將熱管立設在均溫板上，令二者內部的腔室相連通，且該熱管的腔室整個內環壁面上由以燒結粉末體構成的管壁毛細結構或編織網所構成，該均溫板的腔室的上、下內壁也形成有以燒結粉末體或編織網構成的板壁毛細結構。由於該熱管內環壁面上的管壁毛細結構是透過複數燒結粉末體彼此之間的孔隙與或編織網的孔隙所產生的毛細力作用將冷凝後的工作流體吸附回流到下方該均溫板的腔室下內壁其上板壁毛細結構上，以重複不斷汽液循環散熱，但卻延伸出一問題，因當該熱管的腔室內環壁面上冷卻後的工作流體(液態工作流體)會被該熱管內環壁面上管壁毛細結構的多孔隙之毛細力作用及編織網的多孔隙之毛細力作用吸附並慢慢向四周亂 擴散在整個熱管內環壁上，同時向下緩慢沿著熱管整體內環壁上不同各處回流到下方至該均溫板的腔室下內壁其上板壁毛細結構上，以導致冷卻後之液態工作流體不僅無法快速回流到均溫板上，造成工作流體不足而乾燒的問題。所以上述習知熱管內以燒結粉末體構成的管壁毛細結構/及編織網藉這種毛細現象來傳輸液態工作液體是相當緩慢的，以致於造成整體毛細傳輸效率不佳及散熱效果不佳的問題。
本發明之一目的在提供一種可達到較佳毛細傳輸效果及提升散熱效率的具軸向毛細的散熱單元。
本發明之另一目的在提供一種透過至少一管體內側上設有一軸向毛細結構連結一殼體內的一殼體毛細結構，使一冷卻後的工作流體(即液態的工作流體)會被該軸向毛細結構的軸向毛細力沿軸方向快速回流到殼體內，藉以達到工作流體流動具有方向性之具軸向毛細的散熱單元。
為達上述目的，本發明係提供一種具軸向毛細的散熱單元，包括一殼體及至少一管體，該殼體具有一殼體腔室與至少一開口，該殼體腔室具有一工作流體與一形成在該殼體腔室內的殼體毛細結構，該至少一開口係貫穿該殼體的一頂側且連通該殼體腔室，該至少一管體具有至少一軸向毛細結構、一開放端與一對應該開放端的封閉端，該開放端與封閉端共同界定一管體腔室，且該開放端係連通該管體腔室與該殼體腔室，該軸向毛細結構設於該管體腔室內，且沿該管體的縱長方向分佈，該管體的開放端插接該至少一開口，且該軸向毛細結構直接抵接該殼體腔室內的該殼體之底側其上該殼體毛細結構；透過本發明具軸 向毛細的散熱單元的設計，使得有效達到較佳毛細傳輸效果、提升散熱效率及可達到工作流體流動具有方向性的效果。
11:殼體
111:殼體腔室
112:開口
113:殼體毛細結構
115:頂側
116:底側
31:管體
3111:管體腔室
3112:開放端
3114:封閉端
3116:連接部
313:管體毛細結構
41:軸向毛細結構
第1圖為本發明之第一實施例之立體分解之示意圖。
第2圖為本發明之第一實施例之立體組合之示意圖。
第2A圖為本發明之第一實施例之組合剖面之示意圖。
第2B圖為本發明之第一實施例之在另一替實施例之組合剖面之示意圖。
第2C圖為本發明之第一實施例之在另一替實施例之組合剖面之示意圖。
第2D圖為本發明之第一實施例之在一替實施例之組合剖面之示意圖。
本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。
本發明提供一種具軸向毛細的散熱單元，請參閱第1圖為本發明之第一實施例之立體分解之示意圖；第2圖為本發明之第一實施例之立體組合之示意圖；第2A圖為本發明之第一實施例之組合剖面之示意圖；第2B圖為本發明之第一實施例之在一替實施例之組合剖面之示意圖；第2C圖為本發明之第一實施例之在另一替實施例之組合剖面之示意圖；第2D圖為本發明之第一實施例之在一替實施例之組合剖面之示意圖。該散熱單元包括一殼體11及至少一管體31，該殼體11於本實施例表示為一均溫板，但不侷限於此；其中該殼體11具有一殼體腔室111、一頂側115、一底側116與至少一開口112，該殼體腔室111界定在該頂側115及該底側116之間，該殼體腔室111具有一工作流體(如純水或甲醇；圖中未示) 與一形成在該殼體腔室111內的殼體毛細結構113。在一實施例，前述殼體11也可為一熱板或一平板式熱管。
該殼體毛細結構113於本實施例以燒結粉末體形成在該殼體腔室111的內壁上(即殼體腔室111內的頂側115與底側116上)，但並不侷限於此，於具體實施時，設於該殼體腔室111內的殼體毛細結構113可選擇為一網格體、一纖維體、一溝槽、一鬚晶或前述任一複數組合。該開口112係貫穿該殼體11的頂側115且連通該殼體腔室111，該開口112於本實施例表示為1個開口112，於具體實施時，前述開口112的數量可為1個或1個以上，且該開口112的數量係匹配前述管體31(如熱管)的數量而設計。而該管體31於本實施例表示為一熱管，該管體31具有至少一軸向毛細結構41、一開放端3112及一相對該開放端3112的封閉端3114，該開放端3112與封閉端3114共同界定一管體腔室3111，該管體腔室3111位於該開放端3112與封閉端3114之間且連通該開放端3112，該管體31的開放端3112直接插接該殼體11的開口112內，且該管體31的外側與面對該殼體11的開口112之內壁相緊密結合，該管體腔室3111通過該開放端3112連通該殼體腔室111，且該殼體腔室111與管體腔室3111連通，但並不侷限於此。
該開放端3112處係一體延伸形成有一連接部3116，於該殼體腔室111內的連接部3116是直接抵接至該殼體腔室111內的殼體11底側116，且該開放端3112與連接部3116之間形成一缺口或開口形狀，該連接部3116是為管體31的一部分，且該連接部3116的內側即為管體31的內側，所以透過該管體31的連接部3116連接該殼體腔室111內的底側116以及管體31的外側與開口112的內壁相接形成了支撐該殼體腔室111內的支撐結構，藉此可使該殼 體腔室111內不需設置(或沒有設置)有連接頂側115與底側116的支撐銅柱，以有效達到節省成本的效果。
另外，該軸向毛細結構41於本實施例表示為複數纖維線(如金屬材質或非金屬材質之玻璃或碳纖維或聚合物材質的纖維線)扭轉纏繞集合形成密實(或扎實)之軸向毛細結構，而具有絕佳的軸向毛細力。但於具體實施時，該軸向毛細結構可選擇為纖維束、辮條體(braid)、溝槽或前述任一複數組合，且凡是可提供液體工作流體僅在軸向毛細傳輸的毛細結構，即為本發明所稱之軸向毛細結構，合先陳明。並該軸向毛細結構41設於該管體31的內側上，且沿該管體31的縱長方向(或軸方向)分佈，以直接抵接該殼體腔室111內的該殼體之底側其上該殼體毛細結構113，於本實施例的軸向毛細結構41以多個軸向毛細結構41從相鄰該封閉端3114的管體31的內側上軸向朝對應該連接部3116的方向延伸構成，以直接接觸連結該殼體腔室111內的該底側116其上該殼體毛細結構113，同時該軸向毛細結構接觸連接該殼體腔室111內相鄰該開口處的殼體之頂側其上該殼體毛細結構113，所以透過前述具軸向毛細作用的軸向毛細結構41是呈縱長軸方向設於該管體31的管體腔室3111內側上，使冷卻後的工作流體(即液態工作流體)會被該等軸向毛細結構41的軸向毛細力沿軸方向快速回流到該殼體腔室111內的底側116，藉此有效達到工作流體流動具有方向性及獲得較佳散熱效果。此外，由於透過該管體31內軸向設置的軸向毛細結構41作為提供液態工作流體以軸向傳輸的毛細傳輸路徑，使得可增加對液態工作流體的毛細傳輸力，以及有效達到具有較佳毛細傳輸效果。在一實施例，該軸向毛細結構41的數量使用者可以事先根據散熱需求、管體31尺寸大小及毛細傳輸效率設計調整該軸向毛細結構41的數量，如該管體31的管體腔室3111的內側上設置1個軸向毛細結構41或1個以上的軸 向毛細結構41，合先陳明。在另一實施例，該軸向毛細結構41上設有一鬚晶(Whisker)結構或一氧化物薄膜(如親水性薄膜)。
在一替代實施例，參閱第2D圖，可省掉該管體31的連接部3116，藉以增加該殼體腔室111內供汽態工作流體流動的空間(或稱蒸氣空間)。在另一替代實施例，可省略掉該殼體腔室111內的殼體11之頂側115其上殼體毛細結構113，僅在該殼體腔室111內的殼體11之底側116其上設有該殼體毛細結構113直接連接該軸向毛細結構41。
如下舉例實施一說明： 當該殼體11的底側116外表面貼設在一電子設備(如電腦、筆記型電腦、智慧型行動裝置或通訊裝置；圖中未示)的發熱元件(如中央處理器或MCU或其他需散熱的電子元件)上時，該殼體11的底側116會吸收該發熱元件產生的一熱量，令該殼體腔室111內的底側116其上殼體毛細結構113的工作流體受熱蒸發後而轉換為蒸發的工作流體(或稱為汽態工作流體)，使蒸發的工作流體會朝該殼體腔室111內的頂側115方向流動，同時一部分蒸發的工作流體也會通過該管體31的開放端3112流動到該管體腔室3111內，直到該蒸發的工作流體於該殼體腔室111內的頂側115上及管體腔室3111內的封閉端3114上冷凝後而轉換為冷卻的工作流體(或稱為液態工作流體)，此時該管體腔室3111內的封閉端3114上的冷卻的工作流體藉由該等軸向毛細結構41的軸向毛細力朝軸方向快速回流到該殼體腔室111內的底側116其上該殼體毛細結構113，因此使該工作流體於該殼體腔室111與管體腔室3111內一直不斷汽液循環，以有效達到較佳散熱效果、較佳毛細傳輸效率及提升熱傳效率。
在另一替代實施例，參閱第2B圖，該管體31設有一管體毛細結構313，該管體毛細結構313於本替代實施例表示為一粉末燒結體，但並不侷限於此，於具體實施時，該管體毛細結構313可選擇為一網格體、一纖維體、一溝槽、一鬚晶或前述任一複數組合。該管體毛細結構313形成在該管體31的管體腔室3111內側，該軸向毛細結構41設於該管體31的內側其上該管體毛細結構313的表面上且彼此相接觸連結，且位於該開放端3112的該管體31的內側其上該管體毛細結構313與軸向毛細結構41接觸連結該殼體腔室111內的頂側、底側115、116其上該殼體毛細結構113，透過該等軸向毛細結構41的軸向毛細力將吸收到該管體毛細結構313上的一部分冷卻的工作流體只朝一特定方向為軸方向快速回流到該殼體腔室111內的底側116其上該殼體毛細結構113，同時該管體毛細結構313的毛細力會將另一部分的冷卻工作流體朝軸方向與徑方向回流到該殼體腔室111內的底側116其上該殼體毛細結構113的過程中，該管體毛細結構313的徑向毛細力還會將吸附冷卻的工作流體傳輸給相鄰對應的軸向毛細結構41，藉以提供工作流體的毛細傳輸路徑可透過軸向毛細結構41的單軸向毛細傳輸，且還可藉由該管體毛細結構313的軸向與徑向毛細傳輸，因此使得可達到較佳毛細傳輸效果及增加汽液循環效率。
在另一替代實施例，參閱第2C圖，將該管體毛細結構313改設計在每一軸向毛細結構41的一旁或兩旁，本另替代實施例的管體毛細結構313形成在每一軸向毛細結構41的兩旁(或每兩個軸向毛細結構41之間)的管體31內側上，令該管體毛細結構313接觸連結相鄰該管體31的內側其上每一軸向毛細結構41的一旁，且位於該開放端3112的管體31其內側彼此相鄰呈交錯設置的管體毛細結構313與該軸向毛細結構41接觸連結該殼體腔室111內的頂、底側 115、116其上該殼體毛細結構113，藉以提供工作流體的毛細傳輸路徑可透過軸向毛細結構41的單軸向毛細傳輸，且還可藉由該管體毛細結構313的軸向與徑向毛細傳輸，因此使得有效達到較佳毛細傳輸效果及增加汽液循環效率。
因此，透過本發明具軸向毛細的散熱單元的設計，使得有效達到較佳毛細傳輸效果及提升散熱效率。
11:殼體
111:殼體腔室
112:開口
113:殼體毛細結構
115:頂側
116:底側
31:管體
3111:管體腔室
3112:開放端
3114:封閉端
3116:連接部
41:軸向毛細結構

Claims (11)

  1. 一種具軸向毛細的散熱單元，包括：一殼體，具有一殼體腔室與至少一開口，該殼體腔室具有一工作流體與一形成在該殼體腔室內的殼體毛細結構，該至少一開口係貫穿該殼體的一頂側且連通該殼體腔室；及至少一管體，具有至少一軸向毛細結構、一形成在該管體內側的管體毛細結構、一開放端與一對應該開放端的封閉端，該開放端與封閉端共同界定一管體腔室，且該開放端係連通該管體腔室與該殼體腔室，該至少一軸向毛細結構設於該管體毛細結構的表面上且彼此相接觸連結，且該至少一軸向毛細結構沿該管體的縱長方向分佈，該管體的該開放端插接該至少一開口，且位於該開放端的該管體毛細結構與該軸向毛細結構直接接觸連結該殼體腔室內的底側其上該殼體毛細結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具軸向毛細的散熱單元，其中該開放端處一體延伸形成有一連接部係直接抵接該殼體腔室內的該底側，該軸向毛細結構從相鄰該封閉端的該管體內側上軸向朝對應該連接部的方向延伸構成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具軸向毛細的散熱單元，其中該軸向毛細結構接觸連接該殼體腔室內相鄰該至少一開口處的該殼體之頂側其上該殼體毛細結構。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具軸向毛細的散熱單元，其中該殼體為一均溫板、一熱板或一平板式熱管。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之具軸向毛細的散熱單元，其中該管體為一熱管。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之具軸向毛細的散熱單元，其中該管體毛細結構與該殼體毛細結構選擇為一粉末燒結體、一網格體、一纖維體、一溝槽、一鬚晶或前述任一複數組合。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之具軸向毛細的散熱單元，其中該軸向毛細結構為纖維束、纖維線、辮條體、溝槽或前述任一複數組合。
  8. 一種具軸向毛細的散熱單元，包括：一殼體，具有一殼體腔室與至少一開口，該殼體腔室具有一工作流體與一形成在該殼體腔室內的殼體毛細結構，該至少一開口係貫穿該殼體的一頂側且連通該殼體腔室；及至少一管體，具有至少一軸向毛細結構、一形成在該管體內側的管體毛細結構、一開放端與一對應該開放端的封閉端，該開放端與封閉端共同界定一管體腔室，且該開放端係連通該管體腔室與該殼體腔室，該至少一軸向毛細結構設於該管體內側，且沿該管體的縱長方向分佈，該管體毛細結構接觸連結相鄰該軸向毛細結構，該管體的該開放端插接該至少一開口，且位於該開放端彼此相鄰的該管體毛細結構與該軸向毛細結構直接接觸連結該殼體腔室內的該底側其上該殼體毛細結構。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之具軸向毛細的散熱單元，其中該軸向毛細結構接觸連接該殼體腔室內相鄰該至少一開口處的該殼體之頂側其上該殼體毛細結構。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之具軸向毛細的散熱單元，其中該殼體為一均溫板、一熱板或一平板式熱管，該管體為一熱管，該管體毛細結構與該殼體毛細結構選擇為一粉末燒結體、一網格體、一纖維體、一溝槽、一鬚晶或前述任一複數組合。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之具軸向毛細的散熱單元，其中該軸向毛細結構為纖維束、纖維線、辮條體、溝槽或前述任一複數組合。
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