TWI611157B - 熱管模組及應用其之散熱裝置 - Google Patents

Abstract

一種熱管模組包括至少一第一管體以及至少一第二管體。第一管體的內壁界定出一中空腔室。部分第二管體設置於中空腔室，且部分第二管體的外壁直接接觸第一管體。

Description

熱管模組及應用其之散熱裝置

本發明係關於一種熱管模組及應用其之散熱裝置，特別關於一種可有效減少熱阻的熱管模組及應用其之散熱裝置。

近年來對於如筆記型電腦、平板型終端機、智慧型手機為首的電子設備所使用的CPU、GPU、天線、電池，皆要求小型化、輕型化及薄型化，並須同時實現高性能化的需求，以致搭載在該等電子設備的各種發熱元件放出多量的熱。為了實現電子設備本體的小型暨輕型化及薄型化，散熱裝置也被要求需具備有相同的功能。一般對於上述電子設備的散熱及冷卻，是組入有外表上熱傳導率比銅或鋁等金屬還優越的熱管(Heat Pipe)，但隨著電子設備的小型暨輕型化及薄型化，熱管本身也被要求需小型暨輕型化及薄型化。

熱管是一種結構簡單且具有高效能的散熱單元，因此已被廣泛地使用於各種散熱裝置內，以應用於電子產品的散熱。其工作原理是藉由工作介質氣、液兩相間相變化的潛熱來傳遞能量。在蒸發段(vaporization section)，工作流體藉蒸發潛熱自熱源帶走大量熱能，其蒸汽充滿原已抽真空的管內空間並在冷凝段(condensation section)凝結成液體並釋放熱能，而工作介質靠內部毛細結構(wick)提供的毛細力流回至蒸發段進行相變化的循環，持續而有效地將熱能從熱源傳輸至遠處散出。

其中，薄型熱管係屬於板狀熱管(plate type heat pipe)的一種，其工作原理與傳統式熱管相同，因具有比傳統式熱管更大面積的傳導面，且具有輕薄的高實用價值，故大量被應用在大型散熱面的電子產品上。而在薄形熱管的應用基礎上，絕大部分的熱量必須藉由熱管傳遞至冷卻單 元(如散熱鰭片或風扇等)。然而，隨著薄型化電子設備的空間限制，冷卻單元的數量往往無法配合電子設備中多數發熱源而分別設置，導致電子設備無法有效處理其散熱需求。另一方面，當冷卻單元與發熱源的距離越遠，其熱量的傳遞能力會大幅度的衰減。而散熱裝置的熱阻亦有可能降低熱管的導熱效率，使得後端冷卻單元所能提供的散熱效能大打折扣，而無法被有效利用。

因此，如何提供一種可減少熱阻，並且應用於多熱源的熱管模組及應用其之散熱裝置，已成為重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種可減少熱阻，並且應用於多熱源的熱管模組及應用其之散熱裝置。

為達上述目的，依據本發明之一種熱管模組包括至少一第一管體以及至少一第二管體。第一管體的內壁界定出一中空腔室。部分第二管體設置於中空腔室，且部分第二管體的外壁直接接觸第一管體。

在一實施例中，第二管體的外壁直接接觸第一管體的內壁。

在一實施例中，第一管體的內壁的表面積大於第二管體的外壁的表面積。

在一實施例中，熱管模組更包括一毛細結構。毛細結構設置於第一管體的內壁。

在一實施例中，第二管體的外壁直接接觸毛細結構。

在一實施例中，毛細結構僅設置於第一管體與第二管體接觸的位置。

在一實施例中，熱管模組更包括一蒸發部及一冷凝部。第二管體位於部分的蒸發部與全部的冷凝部。

在一實施例中，毛細結構設置於第一管體的內壁靠近冷凝部的一端。

在一實施例中，第一管體具有一支撐結構。支撐結構設置於毛細結構與第二管體之間。

在一實施例中，熱管模組更包括複數第二管體。第二管體於第一管體內相鄰排列。

在一實施例中，第一管體為熱管或均溫板。

在一實施例中，第二管體為熱管、均溫板或金屬管。

為達上述目的，依據本發明之一種散熱裝置包括一熱管模組以及一散熱鰭片組。熱管模組包括至少一第一管體以及至少一第二管體。第一管體的內壁界定出一中空腔室。部分第二管體設置於中空腔室，且部分第二管體的外壁直接接觸第一管體。散熱鰭片組具有複數散熱鰭片。散熱鰭片設置於第二管體。

在一實施例中，第二管體的外壁直接接觸第一管體的內壁。

在一實施例中，第一管體的內壁的表面積大於第二管體的外壁的表面積。

在一實施例中，熱管模組更包括一毛細結構。毛細結構設置於第一管體的內壁。

在一實施例中，第二管體的外壁直接接觸毛細結構。

在一實施例中，毛細結構僅設置於第一管體與第二管體接觸的位置。

在一實施例中，熱管模組更包括一蒸發部及一冷凝部。第二管體位於部分的蒸發部與全部的冷凝部。

在一實施例中，毛細結構設置於第一管體的內壁靠近冷凝部的一端。

在一實施例中，第一管體具有一支撐結構。支撐結構設置於毛細結構與第二管體之間。

在一實施例中，熱管模組更包括複數第二管體。第二管體於第一管體內相鄰排列。

在一實施例中，第一管體為熱管或均溫板。

在一實施例中，第二管體為熱管、均溫板或金屬管。

承上所述，本發明之熱管模組及應用其之散熱裝置，係透過一第一管體及一第二管體的串接，使發熱源所產生的熱量能夠依序由第一 管體傳送至第二管體進行散熱(冷卻)，有效減少在熱傳導過程中所產生的熱阻，以提升熱傳導的效率。

1、1a、1’、1”‧‧‧第一管體

10、10”‧‧‧中空腔室

11‧‧‧(第一管體1的)內壁

12‧‧‧(第一管體1的)外壁

2、2a、2’、2”‧‧‧第二管體

22‧‧‧(第二管體2的)外壁

3、3”‧‧‧毛細結構

4、4b‧‧‧支撐結構

40‧‧‧基部

41‧‧‧頂持部

40b‧‧‧骨架部

41b‧‧‧支撐部

A-A、B-B、C-C‧‧‧截面線

C‧‧‧冷凝部

E‧‧‧蒸發部

H、H’、H”、H1、H2、H3、H4、H5‧‧‧熱管模組

S‧‧‧散熱裝置

F‧‧‧散熱鰭片組

F1‧‧‧散熱鰭片

圖1A為本發明較佳實施例的熱管模組的外觀示意圖。

圖1B為圖1A所示的熱管模組的分解示意圖。

圖1C為圖1A所示的熱管模組的A-A截面線的截面示意圖。

圖2A為本發明另一較佳實施例的熱管模組的外觀示意圖。

圖2B為圖2A所示的熱管模組的B-B截面線的截面示意圖。

圖2C為本發明另一較佳實施例的熱管模組的截面示意圖。

圖3為本發明另一較佳實施例之一種熱管模組的外觀示意圖。

圖4A為依據本發明另一較佳實施例之熱管模組的外觀示意圖。

圖4B為圖4A所示的熱管模組的C-C截面線的截面示意圖。

圖5A為依據本發明另一較佳實施例之熱管模組的外觀示意圖。

圖5B為依據本發明另一較佳實施例之熱管模組的外觀示意圖。

圖6為依據本發明較佳實施例之散熱系統的外觀示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種熱管模組及應用其之散熱裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

圖1A為本發明較佳實施例的熱管模組的外觀示意圖，圖1B為圖1A所示的熱管模組的分解示意圖，圖1C為圖1A所示的熱管模組的A-A截面線的截面示意圖，請同時參考圖1A、圖1B以圖1C所示，於本實施例中，熱管模組H具有一第一管體1、一第二管體2以及一毛細結構3，第一管體1的內壁11界定出一中空腔室10，且中空腔室10貫通第一管體1的一端。毛細結構3設置於至少部分的第一管體1的內壁11，而本實施例是以毛細結構3滿佈於第一管體1的內壁11為例說明。

進一步說明上述各元件之間的設置關係。同樣請參考圖1A至圖1C所示，部分的第二管體2設置於中空腔室10內。換言之，第二管 體2並非整體皆設置於中空腔室10內，實際應用時，仍有部分的第二管體2外露於第一管體1。而設置於中空腔室10(第一管體1)內的第二管體2，其至少部分地與毛細結構3接觸，且毛細結構3係配置於第一管體1與第二管體2之間。當然，在實際應用時，該些設置於第一管體1內的第二管體2亦可完全與毛細結構3接觸。

關於第一管體1以及第二管體2的數量，本發明的熱管模組H係以包含至少一第一管體1及至少一第二管體2為基礎，且二者的數量係以搭配應用的電子設備的散熱需求而加以調整選用，並非本發明限制性者。

第一管體1及第二管體2可例如由銅、銀、鋁、其合金或其它具有良好熱傳導性的金屬材料製造而成。雖本實施例並不限制第一管體1及第二管體2的形狀、尺寸，端視其設置的環境、空間、導熱量及溫度決定，然第一管體1的外壁12的表面積必須大於第二管體2的外壁22的表面積，以形成一表面積較大之熱管與一表面積較小之熱管串接的形式。

關於本實施例的熱管模組H的製造方法詳述如下。第一管體1及第二管體2於成型前係為橢圓柱狀或圓柱狀的中空管體，圖1A至圖1C所示為第一管體1及第二管體2經壓扁處理後的狀態。經壓扁處理後，接著於第一管體1內形成毛細結構3。本實施例並不限制毛細結構3的製作方式，其可例如為於第一管體1的內壁11填入金屬粉末，並透過燒結的方式於第一管體1的內壁11形成一燒結形式之毛細結構。關於本實施例的毛細結構3的形成並非以上述方式為限制，於實際應用時，毛細結構3除了可為上述形成自金屬燒結粉，其亦可為纖維(fiber)或編織網目(mesh)，或其組合，端視製程及散熱的需求而進行選用。

完成毛細結構3的設置後，將第二管體2配置於第一管體1內。由於本實施例的第一管體1與第二管體2無須透過額外的輔具(例如夾持件)，第二管體2即可緊配於第一管體1內的毛細結構3，從而具有組裝上的便利性。

當以整體觀之時，熱管模組H具有一蒸發部E及一冷凝部C。其中，蒸發部E與冷凝部C係分別靠近第一管體1及第二管體2遠離 的二端部，關於圖1A所顯示的蒸發部E及冷凝部C所涵蓋的區域僅供示意而非用以限制其範圍。於本實施例中，毛細結構3設置於第一管體1的內壁11靠近冷凝部C的一端。而第一管體1位於全部的蒸發部E，第二管體2位於部分的蒸發部E與全部的冷凝部C。於散熱過程中，係將蒸發部E(第一管體1)設置於熱源處，經由第一管體1將熱傳送至第二管體2，如此不斷循環以透過本實施例的熱管模組H將熱量傳導至電子設備所配置的冷卻單元(圖未示)，例如為散熱鰭片或風扇，以達成散熱之效果。

透過本案熱管模組H的配置，形成以表面積不同之熱管(第一管體1及第二管體2)進行串接，能夠有效減少在熱傳導過程中所產生的熱阻，以提升熱傳導的效率。

本發明另提供一種熱管模組H’，相較於前述實施例的熱管模組H，本實施例的熱管模組H’並無毛細結構的設置。請參考圖2A及圖2B所示，於本實施例中，熱管模組H’與前述實施例之熱管模組H具有大致相同的結構與特徵，相同之元件及其連結關係可參考前述實施例的內容，於此不再贅述。熱管模組H’的第二管體2’的外壁直接接觸第一管體1’，且較佳地，第二管體2’的外壁直接接觸第一管體1’的內壁，同樣可有效減少在熱傳導過程中所產生的熱阻，以提升熱傳導的效率。

另外，如圖2C所示，在另一實施例中，熱管模組H”同樣具有毛細結構3”，然其設置於中空腔室10”內的第二管體2”僅有部分設置於第一管體1”，而毛細結構3”則僅設置於第一管體1”與第二管體2”之間。

圖3為本發明另一較佳實施例之一種熱管模組的外觀示意圖，請參考圖3所示，熱管模組H1與前述實施例之熱管模組H具有大致相同的結構與特徵，惟熱管模組H1包括二第一管體1及一第二管體2。亦即，熱管模組H1共包含二蒸發部E可供設置於發熱源，使得整個循環系統適合應用於具有多發熱源的電子設備，例如配備有中央處理器(Central Processing Unit,CPU)及圖形處理器(Graphics Processing Unit,GPU)的電競用筆記型電腦或體積輕薄的筆記型電腦。由於此類型的電子設備空間有限，熱源處未必有空間可供冷卻結構設置，因此，透過於熱源處僅設置用於導熱的第一管體1(大熱管)，以串接的方式，可將多熱源配合單一冷卻 單元(例如體積較大的散熱鰭片、風扇、以及任何可進行散熱或熱交換的技術手段)，以減少散熱系統所佔的空間。

關於第一管體及第二管體之間的數量配合上亦有其他應用方式。圖4A為依據本發明另一較佳實施例之熱管模組的外觀示意圖，圖4B為圖4A所示的熱管模組的C-C截面線的截面示意圖，請同時參考圖4A及圖4B所示，熱管模組H2與前述實施例之熱管模組H具有大致相同的結構與特徵，惟熱管模組H2包括一第一管體1a及複數第二管體2a(本實施例係以三個第二管體2a為例說明)，且各第二管體2a於第一管體1a內相鄰排列，並緊配於毛細結構3。透過一第一管體1a與複數第二管體2a配合，可提供更多散熱通道，以有效提升熱管模組H2的散熱效果及空間配置上的彈性。

圖5A為依據本發明另一較佳實施例之熱管模組的外觀示意圖，請參考圖5A所示，熱管模組H3與前述實施例之熱管模組H具有大致相同的結構與特徵，惟熱管模組H3更包括一支撐結構4。支撐結構4緊貼毛細結構3而設置於中空腔室10內，支撐結構4包含一基部40、以及複數由該基部40一側突起的頂持部41，各頂持部41內呈中空而與基部40另一側相通。第二管體2則設置於支撐結構4的內部。透過支撐結構4的配置，能夠有效地於第一管體1的打扁成形中保持預設的中空腔室10的空間，並提供熱管模組H3更佳之剛性。另外，透過支撐結構4的配置，可將第一管體1內部切割為個別腔室，以分別容置第二管體2，並使不同腔室內部的蒸汽與液體可各自運作。

關於支撐結構的構造並非以上述為限，其亦可如圖5B所示。於本實施例中，支撐結構4b是透過一板體(如金屬板)先經沖壓後再彎曲成型者。支撐結構4b包含骨架部40b、以及設置於二骨架部40b之間的支撐部41b，第二管體2則設置於支撐結構4b的內部。同樣地，透過支撐結構4b的配置，能夠有效地於第一管體1的打扁成形中保持預設的中空腔室10的空間，並提供熱管模組H4更佳之剛性。

圖6為依據本發明較佳實施例之散熱系統的外觀示意圖。請參考圖6所示，散熱裝置S包括一熱管模組H5及一散熱鰭片組F。其中， 熱管模組H5與前述實施例之熱管模組H具有大致相同的結構與特徵，於此不再贅述。散熱鰭片組F具有複數散熱鰭片F1，且本實施例的散熱鰭片F1設置於第二管體2。其中，散熱鰭片組F的多個散熱鰭片F1是透過彼此之間的導熱段相互結合，並藉由導熱段的厚度大於散熱段的厚度的特性，使多個散熱鰭片F1的導熱段在散熱鰭片組F內形成具有較大截面積的熱傳路徑，其可提供熱管所吸收的熱量從靠近熱源的一端迅速的傳遞至遠離熱源的一端，也就是讓熱量可以快速的傳遞至各個散熱鰭片F1的散熱段，並透過散熱段與外界空氣進行熱交換，因此可提升散熱作用。

綜上所述，本發明之熱管模組及應用其之散熱裝置，係透過一第一管體及一第二管體的串接，使發熱源所產生的熱量能夠依序由第一管體傳送至第二管體進行散熱(冷卻)，有效減少在熱傳導過程中所產生的熱阻，以提升熱傳導的效率。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧第一管體

2‧‧‧第二管體

A-A‧‧‧截面線

C‧‧‧冷凝部

E‧‧‧蒸發部

H‧‧‧熱管模組

Claims (18)

1. 一種熱管模組，包括：至少一第一管體，該第一管體的內壁界定出一中空腔室；以及至少一第二管體，部分該第二管體設置於該中空腔室，且位於該中空腔室的部分該第二管體的外壁直接接觸該第一管體的內壁。
2. 一種熱管模組，包括：至少一第一管體，該第一管體的內壁界定出一中空腔室；至少一第二管體，部分該第二管體設置於該中空腔室，且位於該中空腔室的部分該第二管體的外壁接觸該第一管體的內壁；以及一毛細結構，僅設置於該第一管體的內壁與該第二管體接觸的位置，該第二管體經由該毛細結構與該第一管體接觸。
3. 一種熱管模組，包括：至少一第一管體，該第一管體的內壁界定出一中空腔室；複數第二管體，各該第二管體部分設置於該中空腔室，且位於該中空腔室的該些第二管體的外壁接觸該第一管體的內壁，該些第二管體於該第一管體內相鄰排列；以及一毛細結構，設置於該第一管體的內壁，該些第二管體經由該毛細結構與該第一管體接觸。
4. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述的熱管模組，其中該第一管體的內壁的表面積大於該第二管體的外壁的表面積。
5. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述的熱管模組，更包括：一蒸發部及一冷凝部，其中該第二管體位於部分的該蒸發部與全部的該冷凝部。
6. 如申請專利範圍第5項所述的熱管模組，其中該毛細結構設置於該第一管體的內壁靠近該冷凝部的一端。
7. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述的熱管模組，其中該第一管體具有一支撐結構，該支撐結構設置於該毛細結構與該第二管體之間。
8. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述的熱管模組，其中該第一管體為 熱管或均溫板。
9. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述的熱管模組，其中該第二管體為熱管、均溫板或金屬管。
10. 一種散熱裝置，包括：一熱管模組，包括：至少一第一管體，該第一管體的內壁界定出一中空腔室；及至少一第二管體，部分該第二管體設置於該中空腔室，且位於該中空腔室的部分該第二管體的外壁直接接觸該第一管體的內壁；以及一散熱鰭片組，具有複數散熱鰭片，該些散熱鰭片設置於該第二管體。
11. 一種散熱裝置，包括：一熱管模組，包括：至少一第一管體，該第一管體的內壁界定出一中空腔室；至少一第二管體，部分該第二管體設置於該中空腔室，且位於該中空腔室的部分該第二管體的外壁接觸該第一管體的內壁；及一毛細結構，僅設置於該第一管體的內壁與該第二管體接觸的位置，該第二管體經由該毛細結構與該第一管體接觸；以及一散熱鰭片組，具有複數散熱鰭片，該些散熱鰭片設置於該第二管體。
12. 一種散熱裝置，包括：一熱管模組，包括：至少一第一管體，該第一管體的內壁界定出一中空腔室；複數第二管體，各該第二管體部分設置於該中空腔室，且位於該中空腔室的該些第二管體的外壁接觸該第一管體的內壁，該些第二管體於該第一管體內相鄰排列；及一毛細結構，設置於該第一管體的內壁，該些第二管體經由該毛細結構與該第一管體接觸；以及一散熱鰭片組，具有複數散熱鰭片，該些散熱鰭片設置於該些第二管體。
13. 如申請專利範圍第10至12項任一項所述的散熱裝置，其中該第一管 體的內壁的表面積大於該第二管體的外壁的表面積。
14. 如申請專利範圍第10至12項任一項所述的散熱裝置，其中該熱管模組更包括：一蒸發部及一冷凝部，其中該第二管體位於部分的該蒸發部與全部的該冷凝部。
15. 如申請專利範圍第14項所述的散熱裝置，其中該毛細結構設置於該第一管體的內壁靠近該冷凝部的一端。
16. 如申請專利範圍第10至12項任一項所述的散熱裝置，其中該第一管體具有一支撐結構，該支撐結構設置於該毛細結構與該第二管體之間。
17. 如申請專利範圍第10至12項任一項所述的散熱裝置，其中該第一管體為熱管或均溫板。
18. 如申請專利範圍第10至12項任一項所述的散熱裝置，其中該第二管體為熱管、均溫板或金屬管。