TWM446489U - 導熱管結構 - Google Patents

Description

導熱管結構

本創作為一種導熱管結構，透過管內所設一導熱流體並利用熱對流以及毛細現象之原理將管內吸附熱量之導熱流體由該導熱管之一端傳至另外一端，迅速的進行反覆循環迴圈傳遞熱量之動作。

導熱管技術是1963年美國LosAlamos國家實驗室的G.M.Grover發明的一種稱為“熱管”的傳熱元件，它充分利用了熱傳導原理與致冷介質的快速熱傳遞性質，透過熱管將發熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。熱管技術以前被廣泛應用在宇航、軍工等行業，自從被引入散熱器製造行業，使得人們改變了傳統散熱器的設計思路，擺脫了單純依靠高風量電機來獲得更好散熱效果的單一散熱模式，採用熱管技術使得散熱器即便採用低轉速、低風量電機，同樣可以得到滿意效果，使得困擾風冷散熱的噪音問題得到良好解決，開闢了散熱行業新天地。

導熱管(或稱熱管)係為具有快速均溫特性的中空之金屬管體，其具有質輕且快速均溫的特性，使其具有優異的熱導性能。該導熱管的運用範圍相當廣泛，現早已普及運用於各式熱交換器、冷卻器、天然地熱引用...等，擔任起快速熱傳導的角色，更是現今電子產品散熱裝置中最普 遍高效的導熱(非散熱)元件。導熱管基本上是一內含導熱流體之封閉腔室，藉由腔室內該導熱流體之液、汽兩相間相互變化的潛熱來傳遞熱量，該導熱流體的作動方式亦全靠腔室內部一毛細結構所提供的毛細力，造成汽態與液態之該導熱流體於吸熱端及放熱端間往液返的對流，使該腔室表面呈現快速均溫的特性而達到傳熱的目的。

也就是說，一般市面上所販售之導熱管係大致以管殼、毛細結構以及端蓋組成。導熱管內部是被抽成負壓狀態，充填入適當的導熱流體，通常這種導熱流體之特點是沸點低，較容易揮發。於該導熱管之內部管壁上則設有毛細結構，該毛細結構多半由毛細多孔材料所構成。該導熱管係用以傳遞熱量，其一段係為吸熱端而另外一段則為散熱端，當該導熱管之該吸熱端受熱時，毛細管中的該導熱流體受熱而迅速蒸發成汽態，汽態之該導熱流體在微小的壓力差下流向另外一散熱端，並且釋放出熱量並重新凝結成液態，而該液態之該導熱流體再沿多孔材料之該毛細結構利用毛細力的作用流回至該吸熱端，如此迴圈不止的將熱量由該導熱管之該吸熱端傳至另外一散熱端，再由該散熱端將導熱流體傳回至該吸熱端，以快速迴圈方式進行循環傳遞熱量，如此不斷循環重複進行吸熱及散熱的動作，達到快速傳遞熱量的效果。

請參閱圖一A所示，係為習用導熱管之剖面示意圖。其中，如圖一A所示習用導熱管9之剖面，其主要於該導熱管9內部封閉之一管內壁91上形成複數個溝槽92，藉由溝槽92的毛細現象來造成於該導熱管9內所容納之 一導熱流體93進行流動，進一步達到快速的液、汽平衡，進而具有快速導熱的效果。此外，也可於該導熱管9內填充一毛細結構94以提供該導熱流體93加速其進行毛細力之流動。

請參閱圖一B所示，圖一B係為習用導熱管經加工壓縮後之剖面示意圖。如圖一B所示，為進一步符合薄形電器之運用規格尺寸(例如：薄形筆電、LCD螢幕...等)，必須將原圖一A之該導熱管9進一步加工以施壓的方式使其管體壓縮成橢圓狀以達到降低其管徑以利符合零組件規格之目的；但是，於該管內壁91上所形成複數個溝槽92經由塑性壓縮成橢圓狀後，於該導熱管9內部上方施壓面之鄰側左、右區域81、82上所設的部分溝槽92受到塑性擠壓變形而喪失原本該溝槽92導流的功能，因此也進一步形成堆疊之隆起狀態阻礙該導熱流體93之流通，同時更降低了該導熱管9導熱的效能。

因此，有鑑於上述習用導熱管9經塑性加工壓縮使其斷面形成橢圓狀後造成阻礙該導熱流體93之缺失。本創作於導熱管內之管內壁上設有兩對應之緩衝區，該緩衝區係提供了導熱管壓縮後之管內壁潰縮的空間，不但更容易將導熱管進行塑性壓縮成橢圓狀，更可避免於該導熱管之斷面經擠壓後於兩側管壁上所形成堆疊隆起之塑性變形阻礙導熱流體流通，進而降低了導熱之效果。

本創作的主要目的係在於提供一種導熱管結構，利用管內所設兩對應之緩衝區提供導熱管經加工壓縮後之管內潰縮裕度，以利於將導熱管加工擠壓後其斷面形成橢圓狀時，不會因塑性變形所造成影響導熱效率之目的。

本創作一種導熱管結構，係包括有：一導熱管、一導熱流體、以及一毛細結構。該導熱管係具有密閉且中空之一腔室，其更包括有：一管內壁、至少一第一溝槽區、以及至少一第二溝槽區。該導熱流體係填充於該腔室之內，用以提供熱傳遞之媒介。該毛細結構係為設置於該腔室內之一蕊心，並位於該第一溝槽區與該第二溝槽區之間，提供該導熱流體更有足夠迴流之毛細力。該管內壁係位於該腔室內表面。該第一溝槽區係位於該管內壁之上，而該第二溝槽區係位於該管內壁之上，並與該第一溝槽區相對應。該導熱流體係充填於該腔室之內。

該第一溝槽區與該第二溝槽區相鄰間之該管內壁上係分別設有一相對應之緩衝區。該緩衝區係提供將該導熱管加工壓縮成橢圓狀時於管內兩側之潰縮裕度，且該緩衝區係可以是：不具有齒狀槽道、具有一齒狀槽道，但該齒狀槽道的間距(疏密程度)遠疏於該第一溝槽區與該第二溝槽區、以及具有一溝狀槽道其中之一。因此，避免如同習用技術一般於導熱管之經加工擠壓後導致該導熱管兩側之該管內壁上所設之溝槽經擠壓而形成堆疊之塑性變形，也是避免進一步造成阻礙該導熱流體流通之渠道而降 低了導熱之效果。

為了能更清楚地描述本創作所提出之導熱管結構，以下將配合圖式詳細說明之。

請參閱圖二、圖三、圖四、圖五所示，圖二、圖三、圖四、圖五分別為本創作導熱管結構之實施狀態示意圖、導熱管剖面示意圖、導熱管結構之A-A剖面示意圖、以及導熱管結構經加工擠壓後之剖面示意圖。所謂的導熱管(heat-pipe)是一種高熱傳導性的裝置，它是利用微小溫度差來傳送大量熱能的工具；其中，本創作之導熱管結構100係為快速均溫特性的金屬材料所構成之一導熱管1，其具有質輕、快速均溫等優異的熱超導性能。如圖二所示，本創作該導熱管結構100之該導熱管1一端結合於一熱源5(例如：CPU中央處理器、消耗功率的晶片、或LCD螢幕)之上，而該導熱管1之另一端則與一散熱鰭片組6結合，並可透過該散熱鰭片組6上之一風扇7進行強制散熱冷卻，或由該散熱鰭片組6本身所具有的複數個陣列排列之散熱鰭片透過其本身所具有之大量的散熱面積於空氣中進行快速散熱。

由於本創作導熱管結構100係包括有：一細長延伸之導熱管1、導熱流體2、以及一毛細結構3所構成。該導熱流體2與該毛細結構3係位於該導熱管1之內，並藉由該毛細結構3提供該導熱流體2更有足夠迴流之毛細力。 該導熱管1並無特定之吸熱端與放熱端，故在此將結合於該熱源2上之一端定義並稱之為「蒸發端」，而另一端也就是結合於該散熱鰭片組6之一端定義並稱之為「冷凝端」。也就是說，該熱源2所產生的熱能藉由本創作之該導熱管1之「蒸發端」(加熱段)傳遞至另一結合有散熱鰭片之「冷凝端」(冷卻段)。換句話說，於該導熱管1之「蒸發端」(加熱段)受熱時，此處加熱的能量會把該導熱管1內管壁所充填之一導熱流體加以汽化，此時「蒸發端」(加熱段)之蒸氣壓力會逐漸昇高，使蒸氣往壓力較低「冷凝端」(冷卻段)移動而產生蒸氣流，而蒸氣在「冷凝端」(冷卻段)冷卻後釋放出其潛熱而凝結成液態，再由一毛細結構藉毛細力迴流到「蒸發端」(加熱段)而完成一個循環，且持續不斷的進行反覆循環狀態。

進一步說，本創作導熱管結構100之該熱導管1須藉由其管體形成一密閉且中空之腔室10，而管體既須具有承受內外壓差的結構功能，亦是熱量傳入與傳出腔室10的介質材料，因此，於實際使用上該熱導管1之管體材料均為採金屬材質為主。於本創作實施例中，該導熱管1材質係可以是銅、鋁、碳鋼、不銹鋼、合金鋼等金屬材料其中之一。

於該導熱管1係更包括有：一管內壁11、至少一第一溝槽區12、以及至少一第二溝槽區13。該管內壁11就是該導熱管1內部之該腔室10的表面(也就是中空導熱管1的內表面)。各個該第一溝槽區12與各個第二溝槽區13係分別各包括有沿著該導熱管1延伸方向而延伸的若 干個窄而狹長的齒狀槽道。由這些齒狀槽道所構成之各個該第一溝槽區12與各個該第二溝槽區13可以是在以拉模拉製導熱管1的過程中，藉由在導熱管1管內壁11的預定位置處以具有相對應齒狀槽道結構的模具來接受導熱管1管內壁11之擠壓，進而在導熱管1管內壁11的預定位置處形成該些具有預定形狀與數量之齒狀槽道的該些第一及第二溝槽區12、13。

各個該第一溝槽區12與該各個第二溝槽區13都是位於該管內壁11之上的不同位置處，且於各個該第一溝槽區12與其所相鄰之該第二溝槽區13之間的該管內壁11上係分別設有一緩衝區4、4’；其中，該緩衝區4、4’係可以是：不具有齒狀槽道、具有一齒狀槽道，但該齒狀槽道的間距(疏密程度)遠疏於該第一溝槽區12與該第二溝槽區13、以及具有一溝狀槽道其中之一。如圖三所示，於本創作較佳實施例中，該緩衝區4、4’係不具有齒狀槽道。

該導熱流體2係充填於該腔室10之內。該毛細結構3係為設置於該腔室10內之一蕊心，並位於該第一溝槽區12與該第二溝槽區13之間，提供該導熱流體2更有足夠迴流之毛細力。兩相對應之緩衝區4、4’係分別位於該第一溝槽區12與該第二溝槽區13相鄰間，也就是位於該管內壁11上之該第一溝槽區12與該第二溝槽區13相鄰間所分別設置之兩對應緩衝區4、4’。

雖然於本實施例中，第一及第二溝槽區12、13的數量皆分別只有一個，因此緩衝區4、4’的數量只有兩個。 但是，吾人也可依據本創作之內容而輕易得知，而在本創作之其他實施例中，設置超過一個以上之第一溝槽區12及/或第二溝槽區13、以及超過兩個以上的緩衝區4、4’。並且，雖然在本創作之圖五中示意表現了本創作之導熱管1在被加工壓扁以達到薄形化之目的的使用狀態，然而，吾人也可依據本創作之內容而輕易得知，本創作之導熱管1也可以在未被壓扁的狀態下以例如圖四所示之圓管結構來使用，或甚至是在內部未塞置毛細結構3的狀態下(如圖三所示)來使用。

該導熱管1的一蒸發端受熱時，位於該腔室10內之該導熱流體2受熱蒸發成汽態，而蒸汽在微小的壓差下會藉由該腔室10內所設之第一溝槽區12以及該毛細結構3透過毛細力的作用流向另一冷凝端並放出熱量凝結成液態，液態之該導熱流體2再沿多孔材料之該毛細結構3以及該第二溝槽區13靠著毛細力的作用流回蒸發端，並依此模式不斷迴圈循環散熱。換句話說，該第一、第二溝槽區12、13與該毛細結構3搭配該導熱流體2並利用熱對流以及壓力差的原理，將該導熱管1之該蒸發端所吸收之熱量傳遞至另一冷凝端，並藉由該毛細結構3之毛細現象將管內吸附熱量之該導熱流體2由該導熱管1一端傳至另外一端進行散熱，且迅速的反覆循環迴圈運作。

於本創作較佳實施例中，由於汽態之該導熱流體2比重較液態之該導熱流體2比重來的輕，且蒸汽體積流率遠大於液體流道的液體體積流率，因此，於本創作中該第一溝槽區12係位於該腔室10之上方，係大致用以提供經 受熱汽化後比重較輕之該導熱流體2的流動通道；此外，相對於該第一溝槽區12下方之該第二溝槽區13則提供經散熱冷卻液化後比重較重之該導熱流體2的流動通道。也就是說，該第一溝槽區12係位於該第二溝槽區13之上方處，且該第二溝槽區13所包括之複數個齒狀槽道131其疏密程度係大於該第一溝槽區12所包括的複數個齒狀槽道121，以提供不同熱流密度之該導熱流體2迴流之毛細力。該第一溝槽區12以及該第二溝槽區13所分別包括之複數個齒狀槽道121、131，其各別剖面之槽道121、131的截面形狀可為矩形、梯形、弧形、及波浪形槽道。

針對該導熱管結構100的分類也很多，按照該導熱管1管內之該腔室10中的工作溫度區分類可有以下幾種：1.極低溫導熱管結構(-273至-70℃)；2.低溫導熱管結構(-70至200℃)；3.中溫導熱管結構(200至500℃)；4.高溫導熱管結構(500至1000℃)；以及5.極高溫導熱管結構(1000℃以上)。

而為配合不同工作溫度之該導熱管結構100，其中，於該導熱管1內所充填之該導熱流體2大致有以下幾種：

本創作實施例中，該毛細結構3可以是：銅網、銅粉燒結、銅纖維、以及銅發泡其中之一所構成；其中，緊貼管內壁11的單層或多層銅網所構成之該毛細結構3設置於該腔室10內，可使該導熱管1內之該導熱流體2得到較高的毛細力；另外，以燒結之銅粉末所構成之該毛細結構3，可藉由一定目數的金屬粉末直接燒結在管內壁11上而形成一體的燒結銅粉的末毛細結構，同樣亦可使該導熱管1內之該導熱流體2得到較高的毛細力。此外，該毛細結構3亦可以是實心的蕊心或是中空蕊心型態填充於該腔室10之內。

該第一溝槽區12與該第二溝槽區13相鄰間之該管內壁11上所分別設置之相對應兩緩衝區4、4’係提供該導熱管1透過加工擠壓後之潰縮裕度，使該導熱管1更容易經由上、下兩側面進行擠壓而將該腔室10斷面形成橢圓狀，令該導熱管1管徑之垂直距離縮短，更適合薄形的3C家電內所設之發熱元件散熱使用。進一步說，如圖五所示，該緩衝區4、4’係提供將該導熱管1加工擠壓成橢圓狀後管內兩側之潰縮裕度，使該腔室10內經由擠壓而形成橢圓狀後不影響該導熱流體2之效率。由於該緩衝區4、4’上之該管內壁11表面並未設有用以提供該導熱流體2流通之溝槽，因此可避免如同圖一B所示之習用導熱管 9之經加工擠壓後導致該導熱管9兩側之該管內壁91上所設之溝槽92經擠壓而形成堆疊隆起之塑性變形，也避免進一步造成阻礙該導熱流體2流通而降低了導熱之效果。該導熱管1之該腔室10的剖面可以是圓形、橢圓形、正方形、矩形、以及扁平形其中之一。

綜上所述，本創作一種導熱管結構100，係包括有：一導熱管1、一導熱流體2、以及一毛細結構3。該導熱管1係具有密閉且中空之一腔室，其更包括有：一管內壁11、至少一第一溝槽區12、以及至少一第二溝槽區13。該管內壁11係位於該腔室10內表面。該第一溝槽區12係位於該管內壁11之上，而該第二溝槽區13係位於該管內壁11之上，並與該第一溝槽區12相對應。該導熱流體2係充填於該腔室10之內。該第一溝槽區12與該第二溝槽區13相鄰間之該管內壁11上係分別設有一相對應之緩衝區4、4’。

位於該導熱管1內兩側之該緩衝區4、4’係分別提供將該導熱管1加工壓縮成橢圓狀時於管內兩側之潰縮裕度，且由於該緩衝區4、4’上之該管內壁11表面並未設有用以提供該導熱流體2之溝槽，因此，避免經加工擠壓後導致該導熱管1兩側之該管內壁11上形成隆起之塑性變形，同時避免造成阻礙該導熱流體2阻塞而降低了該導熱管結構100之熱傳遞效果。

唯以上所述之實施例不應用於限制本創作之可應用範圍，本創作之保護範圍應以本創作之申請專利範圍內容所界定技術精神及其均等變化所含括之範圍為主者。即大 凡依本創作申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本創作之要義所在，亦不脫離本創作之精神和範圍，故都應視為本創作的進一步實施狀況。

100‧‧‧導熱管結構

1‧‧‧導熱管

10‧‧‧腔室

11‧‧‧管內壁

12‧‧‧第一溝槽區

121‧‧‧槽道

13‧‧‧第二溝槽區

131‧‧‧槽道

2‧‧‧導熱流體

3‧‧‧毛細結構

4、4’‧‧‧緩衝區

5‧‧‧熱源

6‧‧‧散熱鰭片組

7‧‧‧風扇

81‧‧‧左區域

82‧‧‧右區域

9‧‧‧習用導熱管

91‧‧‧管內壁

92‧‧‧溝槽

93‧‧‧導熱流體

94‧‧‧毛細結構

圖一A習用導熱管之剖面示意圖。

圖一B習用導熱管經加工擠壓後之剖面示意圖。

圖二為本創作導熱管結構之實施狀態示意圖。

圖三為本創作導熱管結構之導熱管剖面示意圖。

圖四為本創作導熱管結構之A-A剖面示意圖。

圖五為本創作導熱管結構經加工擠壓後之剖面示意圖。

100‧‧‧導熱管結構

1‧‧‧導熱管

11‧‧‧管內壁

12‧‧‧第一溝槽區

121‧‧‧槽道

13‧‧‧第二溝槽區

131‧‧‧槽道

2‧‧‧導熱流體

3‧‧‧毛細結構

4、4’‧‧‧緩衝區

Claims (10)

1. 一種導熱管結構，係包括有：一導熱管，係具有中空之一腔室，其更包括：一管內壁；至少一第一溝槽區，係位於該管內壁之上；以及至少一第二溝槽區，係位於該管內壁之上，並與該第一溝槽區相對應；以及一導熱流體，係充填於該腔室之內；其特徵在於，各個該第一溝槽區與各個該第二溝槽區分別各包括有複數個齒狀槽道，並且，各個該第一溝槽區與其所相鄰之該第二溝槽區之間的該管內壁上係設有一緩衝區；其中，該緩衝區係是：不具有齒狀槽道、具有一齒狀槽道但該齒狀槽道的間距(疏密程度)遠疏於該第一溝槽區與該第二溝槽區、以及具有一溝狀槽道其中之一。
2. 如申請專利範圍第1項所述之導熱管結構，其中，更包括：一毛細結構；該毛細結構係設置於該腔室內，並位於該第一溝槽區與該第二溝槽區之間，提供該導熱流體更有足夠迴流之毛細力。
3. 如申請專利範圍第2項所述之導熱管結構，其中，該毛細結構是：銅網、銅粉燒結、銅纖維、以及銅發泡其中之一所構成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之導熱管結構，其中，該第二溝槽區所包括之複數個齒狀槽道其疏密程度係大於 該第一溝槽區所包括的複數個齒狀槽道。
5. 如申請專利範圍第4項所述之導熱管結構，其中，該第一溝槽區係位於該腔室之上方，係提供該導熱流體經受熱汽化後之流動通道。
6. 如申請專利範圍第4項所述之導熱管結構，其中，該第二溝槽區係位於該腔室之下方，係提供該導熱流體經散熱冷卻液化後之流動通道。
7. 如申請專利範圍第1項所述之導熱管結構，其中，該緩衝區係提供該導熱管透過加工壓扁後之潰縮裕度，使該腔室內經由擠壓而形成橢圓狀後不影響導熱流體之效率。
8. 如申請專利範圍第1項所述之導熱管結構，其中，該導熱管結構材質係是銅、鋁、碳鋼、不銹鋼、合金鋼等金屬材料其中之一。
9. 如申請專利範圍第1項所述之導熱管結構，其中，該導熱管結構之該腔室的剖面是圓形、橢圓形、正方形、矩形、以及扁平形其中之一。
10. 如申請專利範圍第1項所述之導熱管結構，其中，該第一溝槽區以及該第二溝槽區所分別包括之複數個齒狀槽道，其各別剖面之槽道的截面形狀可為矩形、梯形、弧形、及波浪形槽道。