CN2610491Y - 循环式散热装置 - Google Patents
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Abstract
一种循环式散热装置，至少包含第一腔体、第二腔体、第一管路与第二管路。第一腔体与第二管路内为多孔结构，第二腔体以及多孔结构内都含有工作流体。工作流体在第一腔体内受热后会蒸发成蒸汽，并因压力差而经由第一管路移动至第二腔体，然后凝结成工作流体。而后，利用多孔结构将工作流体经由第二管路送回第一腔体，形成循环式散热装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种散热装置，特别涉及一种循环式散热装置。
背景技术
随着工业技术不断进步，各种电子产品都朝着体积小、重量轻与低耗电的方向发展。由于电子组件的能量使用效率并非百分之百，因此会有许多功率被浪费而转换成热量，这些热量会使***内的温度上升。当***内的温度超过电子组件容许的操作温度时，电子组件的物理性质就会随周围环境温度升高而改变，使***功能失常，产生错误操作或使功能终止。而且，当***内的温度越升越高时，***的故障率也会随之提高。
散热的主要目的就是要提高***的可靠度，电子组件的周围环境温度对于***的可靠度影响极大。如果想让***有较高的可靠度，就要使***能够维持较低的温度。此时可使用散热装置来使***的温度降低，达到***内电子组件的理想操作温度范围。设计散热装置时必须考虑***的使用环境、使用条件以及***所允许的操作温度等。当***的结构上能提供良好的散射设计或装置时，就能够将热量散至外界环境，使***内温度不会上升而维持***的稳定。
在现有的***中，电子组件的散热是借由电能驱动的风扇将电子组件周围气流强制对流，以达到将散热器(heat sink)所吸收的热量驱散的目的。但这种方法的缺点是存在耗电量大，噪音、振动影响电子组件操作等问题。因此，近年来便出现了各种装置来取代传统风扇/散热器组合的装置，例如利用物质的相变来散热的装置。
就热传导效率而言，利用物质双相流传热方法远比利用单相流传热方式的热传导效率高。物质双相流传热方法的特点是利用工作流体(working fluid)双相(例如：液相/气相或固相/液相)间的潜热变化而迅速移走大量的热量。应用此种方法的装置现有热管(heat pipe)与蒸汽腔(vapor chamber)，以下将分别说明。
图1是现有热管的结构以及其操作示意图。请参照图1，热管100是中空容器，其内部为真空状态。在管壳112的内壁填充例如烧结金属、金属毡等材料来制作多孔结构114。多孔结构114浸透着工作流体。
热管100的一侧为蒸发端102，蒸发端102与热源的热量126接触，在蒸发端102内的工作流体会因吸热而蒸发成蒸汽。蒸汽在压差的影响下形成一道蒸汽流122流向凝结端104，然后蒸汽会因为凝结端104的温度较低而放出热量128，并凝结回工作流体。凝结的工作流体落在凝结端104的多孔结构114上，会因为毛细作用形成流体流124流回蒸发端102。这样，整个蒸发与凝结的过程循环，达到散热的效果。
图2是现有蒸汽腔(vapor chamber)的结构以及其操作示意图。请参照图2，蒸汽腔200为一中空容器，其内部为真空状态。蒸汽腔200的腔壁212内部也如图1所示的热管，具有多孔结构214，多孔结构214也浸透工作流体。热源位于蒸汽腔的蒸发端202，工作流体会因吸收热量226而蒸发形成蒸汽。蒸汽往上接触到蒸发端202上方腔壁212后，被冷凝放出热量228变回工作流体，工作流体会因重力或其它因素回到蒸发端202。这样，整个蒸发与凝结的过程循环，达到散热的效果。
这种物质双相流传热的方法依靠工作流体的连续循环，将热量不断的从热源移出，工作流体利用相变时吸放潜热(latent heat)的方式传递热量，其热传导率可达银、铜的热传导率的数十倍至数百倍以上。例如最简单的钠热管(以不锈钢做管壳，不锈钢丝网卷成多孔结构，钠为工作流体)的有效热传导率超过418J/(cm·s·℃)，而金属铜的热传导率仅为3.8J/(cm·s·℃)。
然而，由于工作流体与其蒸汽存在于相同的空间，当蒸汽蒸发往上的速率与工作流体凝结向下的速率达到一临界(critical)值时，则会产生挟带(entrainment)现象与双向逆流(counter current flow)现象，这样一来会增加工作流体与蒸汽间的不稳定性，甚至会减少凝结的工作流体回流至蒸发端蒸发。当工作流体不能顺利的流回蒸发端时，就会造成蒸发端的热量无法由循环的工作液体带走，进而造成蒸发端的温度不断上升，最后导致干化(dry out)现象，使整个热管或蒸汽腔失效。
发明内容
因此，本实用新型的目的就是在于提供一种循环式散热装置，用以改善现有热管与蒸汽腔会干化而失效的问题。
根据本实用新型的上述目的，提出一种循环式散热装置。利用两个腔体与两个管路来组成一种循环式散热装置。蒸发端腔体接收热源的热量，腔体中的多孔结构含有饱和的工作流体。工作流体受热后会蒸发成蒸汽，蒸汽会因压力差变化经由蒸汽管路移动至另外一凝结端腔体，然后因温度低而凝结成工作流体。凝结端腔体作为工作流体的储存槽，利用多孔结构将工作流体经由流体管路送回蒸发端腔体，形成循环式散热装置。
依照本实用新型一较佳实施例，蒸发端腔体内具有气道结构，使工作流体的蒸汽依照气道结构的规划而流动。该气道结构除了规划蒸汽流动的方向外，还可使蒸汽端腔体内的单位气体压力变大，使蒸汽移动效率提高。再者，利用凝结端腔体内储存的工作流体作为物质双相流传热方法的缓冲，避免产生干化现象。在此实施例中，凝结端腔体的位置较蒸发端腔体的位置低，如此可使重力不会影响多孔结构的毛细吸力的作用。
依照本实用新型的另一较佳实施例，可在蒸发端腔体与凝结端腔体上各加上一散热组件，例如散热片、散热风扇等，帮助蒸发端腔体与凝结端腔体散热。
本实用新型的循环式散热装置至少包含：
一第一腔体用以吸收一热源的热量；
一第二腔体用以发散热量，该第二腔体内填充一工作流体；
一第一管路连接该第一腔体与该第二腔体，该第一管路用以流通该工作流体的蒸汽；
一第二管路连接该第一腔体与该第二腔体；
一汲取装置位于该第二腔体之内，并且与该第二管路的一端相连接；以及
一多孔结构填充于该第一腔体、该第二管路与该汲取装置的内壁，该多孔结构内具有该工作流体；
其中该汲取装置利用该多孔结构的毛细吸力自该第二腔体内输送该工作流体经由该第二管路至该第一腔体。
所述的循环式散热装置，其中该第一腔体、该第二腔体、该第一管路、该第二管路为一体成型。
所述的循环式散热装置，其中该第一腔体内还包含一气道，该气道与该第一管路的一端相连接，以限制该工作流体的蒸汽的流动方向。
所述的循环式散热装置，其中该气道均匀地延伸至该第一腔体内部的各区域，以收集各区域的该工作流体的蒸汽。
所述的循环式散热装置，其中该气道的体积小于该第一腔体内的该多孔结构所具有的该工作流体的蒸汽的体积。
所述的循环式散热装置，其中该第二腔体的水平位置低于该第一腔体的水平位置。
所述的循环式散热装置，其中该汲取装置与该第二腔体内的该工作流体相接触。
所述的循环式散热装置，其中该多孔结构的材料至少包含金属。
所述的循环式散热装置，其中该循环式散热装置还可包含数个散热组件安装在该第一腔体与该第二腔体之上。
所述的循环式散热装置，其中该散热组件至少包含散热片或散热风扇。
本实用新型利用物质双相流传热的原理，其导热性能十分优异，热响应快，而且传热效率高。而且利用凝结端腔体作为工作流体的储存槽，利用储存的工作流体作为缓冲，避免因为冷却不及而发生现有的干化问题，延长本实用新型的操作寿命，本实用新型还可借由腔体达到均温的效果，以减少扩散热阻效应。
本实用新型为一自我循环式的散热装置，不需要额外的动力就可独立运作，除节省能源外，还可避免因为动力组件或电力传输故障而造成电子组件过热烧毁的意外。而且本实用新型中蒸发端腔体与凝结端腔体借由两管路连接，可不受限于***空间，依照实际***的设计来配置此二腔体。此外，此二腔体隔离开一段距离，凝结端腔体不易受热源影响，使工作流体的凝结效率更高，增进本实用新型的散热效果。
附图简要说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图中，
图1是现有热管的结构以及其操作示意图；
图2是现有蒸汽腔的结构以及其操作示意图；
图3A为依照本实用新型一较佳实施例的立体结构示意图；
图3B为图3A中较佳实施例的内部结构俯视图；
图3C为图3A中较佳实施例的侧视图；
图4为依照本实用新型另一较佳实施例的立体结构示意图。
具体实施方式
为了改善现有热管与蒸汽腔会干化而失效的问题，本实用新型提出一种循环式散热装置。
本实用新型利用两个腔体与两个管路来组成一种循环式散热装置。蒸发端腔体接收热源的热量，腔体中的多孔结构含有饱和的工作流体。工作流体受热后会蒸发成蒸汽，蒸汽会因压力差变化经由蒸汽管路移动至另外一凝结端腔体，然后因温度低而凝结成工作流体。凝结端腔体作为工作流体的储存槽，利用多孔结构将工作流体经由流体管路送回蒸发端腔体，形成循环式散热装置。
本实用新型中的凝结端腔体具有大量的工作流体，而蒸发端腔体内的多孔结构内则含有饱和的工作流体。当蒸发端腔体内的工作流体受热变成蒸汽移动至凝结端腔体时，蒸发端内的多孔结构就变成不饱和状态。此时凝结端腔体内储存的工作流体就可利用多孔结构的毛细吸力移动至蒸发端腔体，直到蒸发端腔体内的多孔结构又再度饱和为止。
本实用新型中的蒸发端腔体内具有气道结构，使工作流体的蒸汽依照气道结构的规划而流动。该气道结构除了规划蒸汽流动的方向外，还可使蒸汽端腔体内的单位气体压力变大，使蒸汽移动效率提高，因而提高本实用新型的散热效率。再者，利用凝结端腔体内储存的工作流体作为物质双相流传热方法的缓冲，避免产生干化现象，延长此散热装置操作寿命。
请参照图3A，其绘示依照本实用新型一较佳实施例的立体结构示意图。如图3A所示，蒸发端腔体302与凝结端腔体304之间以蒸汽管路306与流体管路308来连结，一热源位于蒸发端腔体302下方，此热源对蒸发端腔体302提供热量326。
请参照图3B，其绘示图3A中较佳实施例的内部结构俯视图。如图3B所示，蒸发端腔体302的内壁具有多孔结构312，多孔结构312利用烧结金属、金属毡或粉末等材料来制作，多孔结构312含有饱和的工作流体，工作流体因工作温度的不同可用水、汞、Freon、钠、钾、银、酒精或其组合等各种物质。在蒸发端腔体302内部有一不具多孔结构312的气道314，使蒸发端腔体302内的蒸汽能够由气道314经过蒸汽管路306流至凝结端腔体304。
在此实施例中，气道314的形状为一英文字母″E″的形状，主要是为了使气道314均匀地分布在蒸发端腔体302中。然而，气道314也可为其它形状，均匀的延伸至该蒸发端腔体302内部的各区域，借以收集各区域的工作流体的蒸汽。此外，在此实施例中，气道314的体积被设计成小于蒸发端腔体302内部的多孔结构312所具有的工作流体的蒸汽的体积。这样，气道314内蒸汽的单位气体压力变大，使蒸汽自蒸发端腔体302至凝结端腔体304的移动效率提高，提高本实用新型的散热效率。
凝结端腔体304内填充工作流体322，在凝结端腔体304内部有一汲取区320，汲取区320与流体管路308连接，两者内部都具有多孔结构312。蒸发端腔体302接收热源的热量326(如图3A所示)后，腔体内多孔结构312所含的工作流体会受热蒸发成蒸汽，依照气道314结构的规划而流动。气道314靠近流体管路308的端点316以多孔结构312封闭，而靠近蒸汽管路306的端点318则与蒸汽管路306连接，以限制气道314中蒸汽流动的方向。蒸汽会因两腔体302与304间的压力差，经由蒸汽管路306移动至另外一凝结端腔体304，然后因温度低而凝结成工作流体322。
凝结端腔体304作为工作流体322的储存槽，具有大量的工作流体322，而蒸发端腔体302内的多孔结构312内则含有饱和的工作流体。当蒸发端腔体302内的工作流体受热变成蒸汽移动至凝结端腔体304时，蒸发端腔体302内的多孔结构312就变成不饱和状态。此时凝结端腔体304内储存的工作流体322就可利用汲取区320与流体管路308内多孔结构312的毛细吸力移动至蒸发端腔体302，直到蒸发端腔体302内的多孔结构312又再度饱和为止。
请参照图3C，其绘示图3A中较佳实施例的侧视图。如图3C所示，蒸发端腔体302接收热源(图中未表示)的热量326，腔体302内的工作流体蒸发成为蒸汽后，除了可从蒸发端腔体302的上端凝结发散热量328外，也可经由蒸汽管路306移动至凝结端腔体304，再由腔体304的上下两端发散热量328。此外，在此实施例中，凝结端腔体304的位置较蒸发端腔体302的位置低，这样可使重力不会影响多孔结构312的毛细吸力的作用，保持本实用新型的工作效率。
请参照图4，其绘示依照本实用新型另一较佳实施例的立体结构示意图。可以在图3A的较佳实施例上加上一散热组件402，例如散热片、散热风扇等，帮助蒸发端腔体302与凝结端腔体304散热，提高本实用新型的散热效率，并且延长工作寿命，避免干化现象的产生。
由上述本实用新型较佳实施例可知，本实用新型具有下列优点。
1.本实用新型利用物质双相流传热的原理，其导热性十分优异，热响应快，而且传热效率高。而且本实用新型利用凝结端腔体作为工作流体的储存槽，利用储存的工作流体作为缓冲，避免因为冷却不及时而发生现有的干化问题，延长本实用新型的操作寿命。本实用新型还可借由腔体达到均温的效果，以减少扩散热阻(spreadingresistance)效应。
2.本实用新型的形状简单，易于加工，可提高生产时的合格率，而且其内部构造简单，无其它复杂组件，因此故障率低。本实用新型为一自我循环式的散热装置，不需要额外的动力就可独立运作，除节省能源外，还可避免因为动力组件或电力传输故障而造成电子组件过热烧毁的意外。
3.一般传统的固体传热效率与其传导通路长度成反比减少，也就是说当传导通路长度越长时，固体传热效率越低。然而，物质双相流传热原理没有以上固体传热的缺点。本实用新型中蒸发端腔体与凝结端腔体借由两管路连接，不受限于传导通路的长度。而且，本实用新型不受限于***空间，可依实际***的设计来配置此二腔体。此外，此二腔体可隔离开一段距离，凝结端腔体不受热源影响，使工作流体的凝结效率更高，增进本实用新型的散热效果。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种循环式散热装置，其特征在于，该循环式散热装置至少包含：
一第一腔体用以吸收一热源的热量；
一第二腔体用以发散热量，该第二腔体内填充一工作流体；
一第一管路连接该第一腔体与该第二腔体，该第一管路用以流通该工作流体的蒸汽；
一第二管路连接该第一腔体与该第二腔体；
一汲取装置位于该第二腔体之内，并且与该第二管路的一端相连接；以及
一多孔结构填充于该第一腔体、该第二管路与该汲取装置的内壁，该多孔结构内具有该工作流体；
其中该汲取装置利用该多孔结构的毛细吸力自该第二腔体内输送该工作流体经由该第二管路至该第一腔体。
2.根据权利要求1所述的循环式散热装置，其特征在于，该第一腔体、该第二腔体、该第一管路、该第二管路为一体成型。
3.根据权利要求1所述的循环式散热装置，其特征在于，该第一腔体内还包含一气道，该气道与该第一管路的一端相连接，以限制该工作流体的蒸汽的流动方向。
4.根据权利要求3所述的循环式散热装置，其特征在于，该气道均匀地延伸至该第一腔体内部的各区域，以收集各区域的该工作流体的蒸汽。
5.根据权利要求3所述的循环式散热装置，其特征在于，该气道的体积小于该第一腔体内的该多孔结构所具有的该工作流体的蒸汽的体积。
6.根据权利要求1所述的循环式散热装置，其特征在于，该第二腔体的水平位置低于该第一腔体的水平位置。
7.根据权利要求1所述的循环式散热装置，其特征在于，该汲取装置与该第二腔体内的该工作流体相接触。
8.根据权利要求1所述的循环式散热装置，其特征在于，该多孔结构的材料至少包含金属。
9.根据权利要求1所述的循环式散热装置，其特征在于，该循环式散热装置还可包含数个散热组件安装在该第一腔体与该第二腔体之上。
10.根据权利要求9所述的循环式散热装置，其特征在于，该散热组件至少包含散热片或散热风扇。
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2003
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