CN105698579A - 热管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热管，其包括一管体以及至少一毛细结构。管体具有一中空腔室。毛细结构设置于中空腔室。毛细结构沿管体的轴向方向上延伸。其中，毛细结构于管体二端之间的轴向方向的截面为不等截面。本发明的热管的毛细结构形状能在管体的轴向上进行形状变化，以符合热管所需蒸发段、绝热段及冷凝段的结构需求，并依据热管的管体内空间与性能，或者实际散热的需求进行调整。

Description

热管

技术领域

本发明涉及一种热管，特别涉及一种具备较佳性能的热管。

背景技术

公知的热管主要由一封闭金属管体、其内的毛细芯结构及填充于金属管体内的热传流体所组成，并于金属管体内保持适当真空度，以降低热管启动温差。利用热管的蒸发端(Evaporator)设置于热源，使热源产生的热将管内的流体(液相)蒸发吸热而汽化(汽相)，所产生的蒸汽由蒸汽压差驱动流向热管的冷凝段(Condenser)，蒸汽于冷凝段释放潜热即冷凝回复成液相，再通过毛细力驱动经毛细芯结构返回蒸发段。热管即通过上述结构迅速地将热传导出去。

由于热管构造简单且具有高传导性能、低热阻等优点，早已应用于电子或其它不同散热领域中。然而，由于电子应用产品持续朝可携式、轻薄化、4K影像、4G传输、高附加功能发展，使得发热量随之提高，公知的热管已无法满足此高热量与高热通量需求，因而必须进一步提升热管性能，例如通过改良毛细芯的制作方式，以提升毛细结构体的毛细力。

公知热管的毛细芯结构是于金属管体内设置中芯棒来固定金属粉末，并经由高温烧结而成型，使得金属粉末能够贴附于全部或局部的金属管体内壁。然而，中芯棒的成本高，且在烧结或拔除芯棒的工艺中都可能会造成芯棒的折损，甚至破坏毛细结构，进而影响到热管性能的好坏。

再者，毛细芯影响热管性能的因素主要包括：烧结层厚度、孔隙度、渗透度与粉末粒径等。此会影响热管在注水、除气抽真空等工艺，进一步影响其性能。在热管设计上，公知方法能决定烧结层厚度与粉末粒径，而孔隙度与渗透度目前仅能以经验估算，若要得到其数值，仍必须在烧结后方能测量，换句话说，毛细芯结构的良率仍难以准确的控制。

虽目前在薄型热管制作上，已逐渐利用沟槽、编织网目(mesh)或细纤维(finefiber)的技术取代了利用烧结形成毛细芯结构。然而，考虑到热传量，利用烧结所产生的毛细结构的毛细力远大于沟槽所产生的毛细力；再者，烧结式热管所产生的热阻相较更低。换言之，烧结式热管虽有其无法克服的问题，但考虑到其热传量的优势，仍有其发展的空间。

此外，关于公知热管的毛细芯结构，其构型大致如同图1A及图1B所示，图1A为公知技术的一种热管的部分外观示意图，而图1B为图1A所示的热管的径向截面示意图。热管H具有一管体1以及毛细结构2，管体1具有椭圆状截面并具有一中空腔室10，毛细结构2设置于中空腔室10内，且毛细结构2沿管体1的轴向方向D1上延伸。或者如图2A至图2H所示，热管H1、H2、H3、H4个别的管体1a、1b、1c、1d具有长方体状截面，其中，无论是热管H、H1、H2、H3、H4，其毛细结构2、2a、2b、2c、2d分别于管体1、1a、1b、1c、1d的径向方向D2上的截面于管体1、1a、1b、1c、1d二端之间为等截面。然而于实际应用时，上述的热管构型难以配合不同型态的电子装置的散热需求，而获得理想的散热效果。

因此，如何提供一种热管，能够依据性能的需求设置其毛细结构，且针对毛细结构的孔隙率以及渗透度能够有效的控制，进而提高热管的良率及热传性能，已成为重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种热管，能够依据性能的需求设置其毛细结构，且针对毛细结构的孔隙率以及渗透度能够有效的控制，进而提高热管的良率及热传性能。

为达上述目的，依据本发明的一种热管包括一管体以及至少一毛细结构。管体具有一中空腔室。毛细结构设置于中空腔室。毛细结构沿管体的轴向方向上延伸。其中，毛细结构于该管体二端之间的轴向方向的截面为不等截面。

在一实施例中，管体为圆柱管体、椭圆柱管体或长方管体

在一实施例中，毛细结构于管体外形成。

在一实施例中，毛细结构于管体的轴向方向的截面具有连续的边缘。

在一实施例中，毛细结构于管体的轴向方向的截面具有不连续的边缘。

在一实施例中，热管还包括多个毛细结构。毛细结构于管体内相邻排列。

在一实施例中，毛细结构分别具有至少一支撑部，支撑部顶抵于管体的内管壁。

依据本发明的一种热管包括一管体以及至少一毛细结构。管体具有一中空腔室。毛细结构设置于中空腔室。毛细结构沿管体的轴向方向上延伸。其中，毛细结构于管体的径向方向的截面为不等截面。

依据本发明的一种热管包括一管体以及至少一毛细结构。管体具有一中空腔室。毛细结构设置于中空腔室。毛细结构沿管体的轴向方向上延伸。其中，毛细结构于管体二端之间的轴向方向的截面以及径向方向的截面为不等截面。

承上所述，本发明的热管的毛细结构形状能在管体的轴向上进行形状变化，以符合热管所需蒸发段、绝热段及冷凝段的结构需求，并依据热管的管体内空间与性能，或者实际散热的需求进行调整。

相较于公知热管的毛细芯结构的形成是于金属管体内设置中芯棒来固定金属粉末，并经由高温烧结而成型，所需的中芯棒的成本高，且在烧结或拔除芯棒的工艺中都可能会造成芯棒的折损，甚至破坏毛细结构，进而影响到热管性能的好坏，本发明的毛细结构先在外部成形，毛细结构的形状能够依据性能需求进行设计，不会受到传统须利用中芯棒工艺的限制；且较佳的，毛细结构的优劣能够在管体外先筛选，预先排除不良品，以提升热管的良率。

附图说明

图1A为公知技术的一种热管的部分外观示意图。

图1B为图1A所示的热管的径向截面示意图。

图2A、2C、2E、2G分别为公知技术的不同热管的部分外观示意图。

图2B、2D、2F、2H分别为图2A、2C、2E、2G所示的热管的径向截面示意图。

图3A为本发明较佳实施例的热管的外观示意图。

图3B为依据图3A的热管的A-A截面线的不同方式的截面示意图。

图3C、3D分别为图3A的热管的A-A截面线的不同方式的截面示意图。

图4A为本发明另一较佳实施例的热管的外观示意图。

图4B、4C、4D分别为图4A的热管的B-B截面线的不同方式的截面示意图。

图4E为图4A的热管的B’-B’截面线的截面示意图。

图5A为本发明另一较佳实施例的热管的外观示意图。

图5B及5D分别为图5A的热管的C-C截面线的不同方式的立体截面示意图。

图5C及图5E分别为图5B及5D的热管的截面侧视图。

图6A为本发明另一较佳实施例的热管的部分外观示意图。

图6B为图6A所示的热管的D-D截面线的截面示意图。

图7为本发明另一较佳实施例的热管的截面侧视图。

其中，附图标记说明如下：

H、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8、H9、H10、H11、H12、H13、H14：热管

1、1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h、1i、1j、1k、1m、1n：管体

10：中空腔室

2、2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2h、2i、2j、2k、2m、2n、2p：毛细结构

21n：支撑部

A-A、B-B、B’-B’、C-C、D-D：截面线

D1：轴向方向

D2：径向方向

E1、E2：端

M：薄金属板

P5、P51、P52、P53、P6、P7：截面

R1、R2、R3、R4：区域

T：热源

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的一种热管，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

图3A为本发明较佳实施例的热管的外观示意图，而图3B为依据图3A的热管的A-A截面线的不同方式的截面示意图。请同时参考图3A及图3B所示，于本实施例中，热管H5具有一管体1e以及至少一毛细结构2e，本实施例仅以一毛细结构2e为例进行说明。其中，管体1e具有一中空腔室10e，毛细结构2e设置于中空腔室10e内，且毛细结构2e沿管体1e的轴向方向D1上延伸。管体1e为一扁平柱状的薄型中空管体。管体1e可例如由铜、银、铝、其合金或其它具有良好热传导性的金属材料制造而成。于实际应用中，管体1e内除设置有毛细结构2e，另外还包含工作流体(图未示)，工作流体可为任何利于蒸发散热的流体为无机化合物、醇类、酮类、液态金属、冷煤、有机化合物或其混合物皆为所叙述的工作流体。另外，管体1e的形状、尺寸皆非限制性者，例如可为圆柱管体或长方管体，端视其设置的环境、空间、导热量及温度决定。

请参见图3A及图3B，本实施例的毛细结构2e于管体1e外形成，详细而言，毛细结构2e首先成形于管体1e外，其成形方式可例如但不限于包括高温烧结及/或射出成型等方式，并在将毛细结构2e设置于管体1e前，适当地通过该些成形方式控制毛细结构2e的孔隙率(porosity)与渗透度，进而提升毛细结构的毛细力，使工作流体回流至蒸发段的量能够增加，并有效增加热管的最大热传量(Qmax)。

相较于公知热管的毛细芯结构的形成是于金属管体内设置中芯棒来固定金属粉末，并经由高温烧结而成型，所需的中芯棒的成本高，且在烧结或拔除芯棒的工艺中都可能会造成芯棒的折损，甚至破坏毛细结构，进而影响到热管性能的好坏，本发明的毛细结构2e先在外部成形，毛细结构的形状能够依据性能需求进行设计，不会受到传统须利用中芯棒工艺的限制；且较佳的，毛细结构2e的优劣能够在管体1e外先筛选，预先排除不良品，以提升热管H5的良率。

同样请参考图3A及图3B，于本实施例中，毛细结构2e于管体1e的轴向方向D1的截面具有不连续的边缘，且热管H5的毛细结构2e于管体1e的轴向方向D1的截面P于管体1e的二端E1、E2之间为不等截面。换言之，截面P自管体1e的一端E1往另一端E2之间可区分为截面P51、P52、P53，其中，截面P52位于截面P51及截面P53之间，且截面P52具有较截面P51及截面P53大的截面积。换言之，热管H5的中央区域可做为热管的蒸发段，实际应用时则可以此中央区域贴近于热源，以达到较佳的散热效果。

除了上述结构，关于毛细结构于管体的轴向方向的截面具有不连续的边缘的方式，亦可设计如图3C及图3D所示，图3C、3D分别为依据图3A的热管的A-A截面线的不同方式的截面示意图。其中，为清楚示意图3C、3D的截面位置，仅以图3A的外观说明A-A截面线的位置，而图3C、3D实际上为不同方式的热管结构。请同时参考图3A、图3C及图3D所示，详细而言，热管H6、H7的结构与前述实施例的热管H5实质上相同，热管H6、H7的毛细结构2f、2g于各管体1f、1g的轴向方向D1的截面P6、P7于各管体1f、1g二端之间为不等截面，且毛细结构2f、2g于各管体1f、1g的轴向方向的截面具有不连续的边缘。惟热管H6的截面P6于管体1f的二端E1、E2之间的中央处具有较小的截面积，而截面P6于管体1f的二端E1、E2之间的靠近二端处E1、E2具有较小的截面积；而热管H7的截面P7则于靠近管体1g的一端E1处具有较大的截面积，而靠近管体1g的另一端E2具有较小的截面积。实际应用时即可以将截面较大的区域贴近于热源，以达到较佳的散热效果。

关于上述热管H5、H6、H7的毛细结构截面的边缘形状非限制性者。接下来请参考图4A至图4D所示，图4A为本发明另一较佳实施例的热管的外观示意图，图4B、4C、4D分别为图4A的热管的B-B截面线的不同方式的截面示意图。于热管H8、H9、H10的方式中，毛细结构2h、2i、2j于各管体1h、1i、1j的轴向方向的截面具有连续的边缘，换言之，毛细结构2h、2i、2j的截面的边缘为平滑不具有断差的形状。相较于前述实施例，本实施例的热管H8、H9、H10由于具有连续的边缘，因而可产生较小的流阻，进而提升热管H8、H9、H10的最大解热瓦数。

此外，关于上述热管H8、H9、H10于轴向方向上的厚度变化请参考图4E所示。图4E为图4A的热管的B’-B’截面线的截面示意图，其中，热管H8、H9、H10的毛细结2h、2i、2j构于轴向方向上具有厚度的变化，然关于厚度的变化方式非本发明限制性者，期可随着热源位置的变换作调整。

除了上述实施例外，本发明还包括其他类型的毛细结构。请参考图5A至图5C所示，图5A为本发明另一较佳实施例的热管的外观示意图，而图5B及5D分别为图5A的热管的C-C截面线的不同方式的立体截面示意图，图5C及图5E则分别为图5B及5D的热管的截面侧视图。其中，为清楚示意图5B、5C的截面位置，仅以图5A的外观说明C-C截面线的位置，而图5B、5C实际上为不同方式的热管结构。详细而言，同前述实施例的热管H5，热管H11、H12的毛细结构2k、2m于管体1k、1m的轴向方向D1上的截面于管体1k、1m二端之间为不等截面。详细而言，当以热管H11、H12的径向方向观之时，毛细结构2k、2m具有不等的厚度。其中，较厚的区域(如区域R1)可作为贴近热源T较高温度范围，而较薄的区域(如区域R2)可作为贴近热源T较低的温度范围，换言之，本实施利的热管H11、H12的毛细结构2k、2m于径向方向上具有厚度的变化。然关于毛细结构厚度的分布及变化非限制性者，毛细结构H11、H12能依管体1k、1m内空间与性能，或者实际散热的需求进行调整，相关的应用方式将于后方描述，于此先不赘述。

于其他实施例中，亦可将热管H8、H9、H10的实施方式与热管H11、H12的实施方式进行组合，亦即，将热管的毛细结构同时于管体的轴向与径向上进行调整，以符合实际的散热需求，本发明于此不限。

图6A为本发明另一较佳实施例的热管的部分外观示意图，图6B为图6A所示的热管的D-D截面线的截面示意图，请同时参考图6A及图6B所示，相较于前述各实施例，热管H13具有较大的管体1n，换言之，管体1n具有较大的中空腔室10n。其中，热管H13具有多数个毛细结构2n，毛细结构2n于管体1n内相邻排列。通过多数个毛细结构2n的设置，可形成面积较大的扁平热管H13。此外，本实施例的毛细结构2n还包括至少一支撑部21n(本实施例以各毛细结构2n分别具有一支撑部21n为例)，支撑部21n的材质与毛细结构2n相同，惟支撑部21顶抵于管体1n的内管壁以做为支撑结构，防止热管H13凹陷变形。

将本案的热管实际应用于散热时，可通过将不同的热管结构进行组合，以提升热管的应用性。请参考图7所示，图7以二热管H11并排设置所形成的热管H14的结构为例说明，当以平行热管H14的径向方向的一侧观之时，毛细结构2p具有不等的厚度。其中，较厚的区域(如区域R3)可作为热管H14的蒸发段，而较薄的区域(如区域R4)可作为热管H14的冷凝段。详细而言，热管H14的区域R3可设置于较为靠近热源T的区域，而热管H14的区域R4则设置于远离热源T的区域。由于毛细结构2p较厚的区域能够产生较大的毛细力，工作流体回流的能力较佳，且能承受较大的热通量(heatflux)及暂态的热冲击，使得热管H14能够稳定地作动，以避免干烧的状况发生。其中，实际应用时可于热源T上方设置一薄金属板M(如铜板)以将来自热源T的热可均匀的发散，使受热面较为均匀。

在本发明中，“毛细结构于管体二端之间的轴向方向的截面为不等截面”中所述的“不等截面”可以理解为：在该截面中，在与该轴向方向垂直的方向上，该毛细结构的厚度有变化。

在本发明中，“毛细结构于管体的径向方向的截面为不等截面”中所述的“不等截面”可以理解为：在该截面中，在与该径向方向垂直的方向上，该毛细结构的厚度有变化。

综上所述，本发明的热管的毛细结构形状能在管体的轴向上进行形状变化，以符合热管所需蒸发段、绝热段及冷凝段的结构需求，并依据热管的管体内空间与性能，或者实际散热的需求进行调整。

相较于公知热管的毛细芯结构的形成是于金属管体内设置中芯棒来固定金属粉末，并经由高温烧结而成型，所需的中芯棒的成本高，且在烧结或拔除芯棒的工艺中都可能会造成芯棒的折损，甚至破坏毛细结构，进而影响到热管性能的好坏，本发明的毛细结构先在外部成形，毛细结构的形状能够依据性能需求进行设计，不会受到传统须利用中芯棒工艺的限制；且较佳的，毛细结构的优劣能够在管体外先筛选，预先排除不良品，以提升热管的良率。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的权利要求中。

Claims (9)

1.一种热管，包括：

一管体，具有一中空腔室；以及

至少一毛细结构，设置于该中空腔室，且该毛细结构沿该管体的轴向方向上延伸，

其中，该毛细结构于该管体二端之间的轴向方向的截面为不等截面。

2.根据权利要求1所述的热管，其中该管体为圆柱管体、椭圆柱管体或长方管体。

3.根据权利要求1所述的热管，其中该毛细结构于该管体外形成。

4.根据权利要求1所述的热管，其中该毛细结构于该管体的轴向方向的截面具有连续的边缘。

5.根据权利要求1所述的热管，其中该毛细结构于该管体的轴向方向的截面具有不连续的边缘。

6.根据权利要求1所述的热管，还包括多个毛细结构，所述多个毛细结构于该管体内相邻排列。

7.根据权利要求6所述的热管，其中所述多个毛细结构分别具有至少一支撑部，所述支撑部顶抵于该管体的内管壁。

8.一种热管，包括：

一管体，具有一中空腔室；以及

至少一毛细结构，设置于该中空腔室，且该毛细结构沿该管体的轴向方向上延伸，

其中，该毛细结构于该管体的径向方向的截面为不等截面。

9.一种热管，包括：

一管体，具有一中空腔室；以及

至少一毛细结构，设置于该中空腔室，且该毛细结构沿该管体的轴向方向上延伸，

其中，该毛细结构于该管体二端之间的轴向方向的截面以及径向方向的截面为不等截面。