热管的制作方法

本发明涉及一种热管，特别涉及一种利用蒸汽压力差驱动工作流体的热管。

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。利用热管的蒸发端部(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(潜热)而汽化(汽相)，所产生的蒸汽由蒸汽压力差驱动流向热管的冷凝部(condenser)，蒸汽于冷凝部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部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，或者利用复合式毛细结构，以提升毛细结构体的毛细力。然而，该些改良的方式多数需要较冗长的制作程序及时间，且形成的热管结构仍过于复杂，无法同时兼顾成本及热管效果。

再者，公知的热管于作动循环时，蒸汽与工作流体流动的方向相反，且由于蒸汽与工作流体界面没有做有效隔离，工作流体必须再克服蒸汽阻力后方能回到蒸发部再次循环，以致热管需符合毛细限制，即内部毛细力必须大于蒸汽压力、流体回流阻力与重力等合力，热管才能不断作动循环。

因此，如何提供一种热管，能在简单的结构设计的基础下，提升其热传量，并能有效解决电子产品高热量与高热通量的需求，已成为重要课题之一。

技术实现要素：

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种热管，能在简单的结构设计的基础下，提升其热传量，并能有效解决电子产品高热量与高热通量的需求。

为达上述目的，依据本发明的一种热管，其包括一第一管体以及至少一第二管体。第一管体具有一蒸发部、一绝热部及一冷凝部。蒸发部、绝热部及冷凝部相互连通以定义出一中空腔室。第一管体于该热管的轴向方向上的二端部皆为封闭。第二管体设置于该中空腔室。第二管体具有一容置空间及一第一毛细结构。第一毛细结构设置于容置空间靠近蒸发部的一端。第一管体的中空腔室主要为蒸汽通道，而该第二管体主要为工作流体通道，该热管以蒸汽压力差驱动蒸汽于该第一管体内由该蒸发部往该冷凝部移动，并驱动工作流体于该第二管体内由该冷凝部往该蒸发部流动。

在一实施例中，第二管体位于部分的蒸发部、部分的冷凝部与全部的绝热部。

在一实施例中，第二管体仅位于部分的冷凝部与全部的绝热部。

在一实施例中，第一管体于其径向方向上的截面为等截面。

在一实施例中，第一毛细结构形成自金属烧结粉、纤维或编织网目，或其组合。

在一实施例中，第一管体还包括一第二毛细结构。第二毛细结构设置于中空腔室靠近蒸发部。

在一实施例中，第二毛细结构形成自金属烧结粉、纤维或编织网目，或其组合。

在一实施例中，第一毛细结构与第二毛细结构相连接，或有部分相互重叠。

在一实施例中，第二毛细结构与位于蒸发部的第一管体内管壁及/或第二管体外管壁部分接触。

在一实施例中，第二管体内的第一毛细结构可延伸至第二管体外。位于第二管体外的第二毛细结构可全部或部分包覆延伸于第二管体外的第一毛细结构。

在一实施例中，靠近蒸发部的第一毛细结构布满第二管体。

在一实施例中，第一管体的内管壁接触第二管体的外管壁。

在一实施例中，热管还包括多个第二管体。第二管体于第一管体内相邻排列。

承上所述，本发明的热管由于具有一第一管体及设置于其内的一第二管体，并通过于第二管体内靠近蒸发部的一端设置一第一毛细结构，以阻止蒸汽回流入第二管体内，并使工作流体能以单方向于第二管体内输送。由于此结构于制作上较为简单，因此能提高热管制作的品质与良率，并能降低成本。此外，本发明的热管以内外管形式的结构改善热管内部液汽循环的效率，进而提升热管的热传能力，特别适合利于抵抗暂态的热冲击，能够有效解决高热量与高热通量需求。

附图说明

图1a为本发明较佳实施例的一种热管的部分外观示意图。

图1b为图1a所示的热管的a-a截面线的截面示意图。

图1c为图1a所示的热管经压扁处理后的外观示意图。

图1d为图1c所示的热管的b-b截面线的截面示意图。

图1e为图1a所示的热管的侧截面示意图。

图1f为本发明另一实施例的一种热管的侧截面示意图。

图2a～图2c分别为本发明其他实施例的热管的部分外观示意图。

图3a为本发明其他实施例的热管的部分外观示意图。

图3b为图3a所示的热管进行压扁处理的示意图。

图3c为图3a所示的热管经压扁处理后的截面示意图。

图4a为本发明另一实施例的热管的部分外观示意图。

图4b为图4a所示的热管的c-c截面线的截面示意图。

其中，附图标记说明如下：

h、h1、h2、h3、h4、h5、h6：热管

1、1a、1b、1c、1d、1e、1f：第一管体

10、10b、10c、10f：中空腔室

11、12、11e、12e：端部

13b、13c、13d、13e：第二毛细结构

14d、14e：内管壁

2、2a、2b、2c、2d、2e、2f：第二管体

20：容置空间

21、21b、21c、21d、21e：第一毛细结构

24d、24e：外管壁

a：绝热部

a-a、b-b、c-c：截面线

c：冷凝部

d1：轴向方向

d2：径向方向

e：蒸发部

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1a为本发明较佳实施例的热管的部分外观示意图，图1b为图1a所示的热管的a-a截面线的截面示意图，请同时参考图1a及图1b所示，于本实施例中，热管h具有一第一管体1以及至少一第二管体2，本实施例以一第二管体2为例进行说明。其中，第一管体1具有一中空腔室10，第二管体2设置于中空腔室10内，第一管体1的中空腔室10为蒸汽通道，而第二管体2为工作流体通道。

于本实施例中，第一管体1为一椭圆柱状的薄型中空管体，且第一管体1于其径向方向d2上的截面为等截面。第一管体1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，第一管体1内除设置有第二管体2，另外还包含工作流体(图未示出)，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，第一管体1的形状、尺寸皆非限制性者，例如可为圆柱管体或长方管体，端部视其设置的环境、空间、导热量及温度决定。

图1c为图1a所示的热管经压扁处理后的外观示意图，图1d为图1c所示的热管的b-b截面线的截面示意图。请同时参考图1a、图1c及图1d所示，本实施例的热管h的形成方法将第二管体2设置于第一管体1的中空腔室10内，待工作流体注入后再抽真空以完成热管h的制作，并同时对第一管体1及第二管体2进行压扁(扁平化处理)等后工艺成形；或者，亦可先对第一管体1及第二管体2抽真空后再注水，完成热管h的制作，本发明于此不限。换言之，本实施例的热管h的第一管体1的轴向方向d1上的二端部11、12皆为封闭。

同样请参考图1a至图1d所示，热管h的第二管体2具有一容置空间20以及一第一毛细结构21，第一毛细结构21设置于仅部分的容置空间20。以本实施例为例，第一毛细结构21设置于容置空间20靠近蒸发部e的一侧，且较佳的，第一毛细结构21分布于容置空间20靠近热管h的端部11约第二管体2的1/3的长度。

进一步说明，本实施例的第一毛细结构21于第二管体2外形成。详细而言，第一毛细结构21首先成形于第一管体2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，并在将第一毛细结构21设置于第二管体2前，适当地通过该些成形方式控制第一毛细结构21的孔隙率(porosity)与渗透度，使工作流体回流至蒸发段的量能够增加，进而提升毛细结构的毛细力，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，本发明的第一毛细结构21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，第一毛细结构21的优劣能够在第二管体2外先筛选，预先排除不良品，以提升热管h的良率。

关于本实施例的第一毛细结构21的形成并非以上述方式为限制，于实际应用时，第一毛细结构21除了可为上述形成自金属烧结粉，其亦可为纤维(fiber)或编织网目(mesh)，或其组合，端视工艺及散热的需求而进行选用。

再者，本实施例的热管h的第二管体2由于具有第一毛细结构21，能够有效地阻止蒸汽回流入第二管体2内，以使工作流体能单方向的在第二管体2内输送。

接着请参考图1e所示，以下更详细说明本实施例的热管h的结构，第一管体1具有一蒸发部e、一绝热部a及一冷凝部c，蒸发部e、绝热部a及冷凝部c相互连通以定义出该中空腔室10，蒸发部e与冷凝部c分别靠近第一管体1的二端部11、12，而绝热部a则位于蒸发部e与冷凝部c之间，惟关于图1e所显示的绝热部a及冷凝部c所涵盖的区域仅供示意而非用以限制其范围。于本实施例中，第二管体2位于部分的蒸发部e、部分的冷凝部c与全部的绝热部a。然此非限制性者，于其他实施例中(如图1f所示)，热管h1的第二管体2a则仅位于部分的冷凝部c与全部的该绝热部a。

实际应用热管h时，设置于热源的一端为热管h的蒸发部e，远离热源的一端为热管h的冷凝部c。于散热过程中，靠近蒸发部e的工作流体因热源产生的潜热将工作流体蒸发汽化，而工作流体汽化后往第一管体的冷凝部c方向移动，并于移动到冷凝部c的过程中逐渐冷凝回液态的工作流体，此时蒸发部e蒸发为高压区，冷凝部c则逐渐凝结为低压区，通过热管h内所形成的蒸汽压力差驱动蒸汽于第一管体1内由蒸发部e经由绝热部a往冷凝部c移动，并驱动工作流体于第二管体2内由冷凝部c经由绝热部a往蒸发e部流动，亦即，冷凝的工作流体可通过蒸汽压力差推入第二管体2，并于第二管体2内再输送流动至蒸发部e。换言之，热源产生的热通过管内的工作流体(液相)蒸发吸热而汽化(汽相)，所产生的蒸汽由蒸汽压力差驱动流向热管h的冷凝部c，蒸汽于冷凝部c释放潜热即冷凝回复成液相的工作流体。如此不断循环以通过本实施例的热管h进行散热。

承上述，本实施例的热管h能改善液汽循环以提升热管h的热传能力，由于热管h以蒸汽压驱动工作流体回流，较无抗重力问题，能承受发热源功率突增的变化。更佳地，本实施例的热管h由于结构简单，因此可提高热管制作的品质与良率，降低成本。

图2a及图2b分别为本发明其他实施例的热管的部分外观示意图。需先说明的是，热管h2、h3的结构与前述实施例的热管h1实质上相同，惟热管h2、h3还包括一第二毛细结构13b、13c，且第二毛细结构13b、13c设置于中空腔室10b、10c靠近热管h2、h3的端部11，换言之，第一毛细结构21b、21c与第二毛细结构13b、13c皆设置于靠近热管h2、h3的端部11。其中，热管h2的第二毛细结构13b为纤维，较佳为编织网目，而热管h3的第二毛细结构13c为细纤维。

首先请参考图2a所示，于本实施例的热管h2中，第二毛细结构13b与位于蒸发部e的第一管体1b内管壁14b及/或第二管体2b外管壁24b部分接触。第二管体2b内的第一毛细结构21b可延伸至第二管体2b外。其中，至少部分的第一毛细结构21b与延伸至第二管体2b外的第二毛细结构13b相连接，或有部分相互重叠，以将第二管体2b内的流体传输至第二管体2b外，同时达到阻隔蒸汽回流入第二管体2b内的功效。

实际应用时，第一毛细结构与第二毛细结构之间的关系并非限制如上，例如热管h3的至少部分的第一毛细结构21c与延伸至第二管体2c外的第二毛细结构13c以缠绕的方式进行接触，以使二者之间的传输效果更佳。

此外，如图2c所示，热管h4的第一毛细结构21d延伸至第二管体2d外，以形成位于第一管体1d内管壁14d与第二管体2d外管壁24d之间的第二毛细结构13d。换言之，于本实施例中，延伸于第二管体2d外的第一毛细结构21d即同时为热管h4的第二毛细结构13d，从而具有简化工艺的优势。

须说明的是，关于热管h3、h4、h5内的第一毛细结构21b、21c、21d以及第二毛细结构13b、13c、13d的形成方式皆非本发明限制性者，其可形成自金属烧结粉、纤维或编织网目，或其组合，且第一毛细结构21b、21c、21d及第二毛细结构13b、13c、13d之间可形成自相同或不同的形态，此非本发明限制性者。

图3a为本发明其他实施例的热管的部分外观示意图，图3b为图3a所示的热管进行压扁处理的示意图，图3c为图3a所示的热管经压扁处理后的截面示意图。于本实施例中，热管h5的结构与前述实施例的热管h2实质上相同，惟热管h5的第一管体1e于其二端部11e、12e的内管壁14e经压扁处理后而接触第二管体2e的外管壁24e，当热管h5扁平化后，位于第二管体2e外的第二毛细结构13e可全部或部分包覆延伸于第二管体2e外的第一毛细结构21e，以有效的提升热管h5的热传效率。

图4a为本发明另一实施例的热管的部分外观示意图，图4b为图4a所示的热管的c-c截面线的截面示意图，请同时参考图4a及图4b所示，相较于前述各实施例，热管h6具有较大的第一管体1f，换言之，第一管体1f具有较大的中空腔室10f。其中，热管h6具有多个第二管体2f，第二管体2f于第一管体1f内相邻排列。通过多数个第二管体2f的设置，可形成面积较大的扁平热管h6。由于本实施例的热管h6同样经压扁处理，第一管体1f的内表面顶抵于第二管体2f的外管壁，使第二管体2f能够做为热管h6的支撑结构，防止热管h6凹陷变形。

综上所述，本发明的热管由于具有一第一管体及设置于其内的一第二管体，并通过于第二管体内靠近蒸发部的一端设置一第一毛细结构，以阻止蒸汽回流入第二管体内，并使工作流体能以单方向于第二管体内输送。由于此结构于制作上较为简单，因此能提高热管制作的品质与良率，并能降低成本。此外，本发明的热管以内外管形式的结构改善热管内部液汽循环的效率，进而提升热管的热传能力，特别适合利于抵抗暂态的热冲击，能够有效解决高热量与高热通量需求。

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。