平板式环路型热管(一) 【技术领域】
本发明属于一种平板式环路型热管，特别是涉及一种热传量大、均温性佳，且对于存在板状热管内的非凝结性气体对回路系统特性影响不大的热交换结构。
背景技术
现有的热管，由于具有相当好的热传递性，已被广泛地应用于电子组件的散热组件，通常热管式的散热组件，具有一热管1，于电子组件端设有一导热块11，导热块11与热管1的一端相接，热管1的另一端能经另一导热块与热交换装置相接，或是热管1另一端直接夹设有数个散热鳍片12，在图1中所示的，即是散热鳍片12式的热管。
热管的制造，有相当高的一部份成本是用于热管内的清洁与除气的步骤，也就是热管内进行洁净与抽真空的作业，洁净度与真空度越高，所能完成的传热作用效果越好，越能确保热传导的稳定性，但是，信道中仍存在微量的非凝结性气体(non-condensing gas)，非凝结性气体在热管内的信道中，会产生积聚，其积聚地区域与受热端的蒸发区温差很大，便影响到热管作用的顺畅性。其中非凝结性气体易于累积在冷凝区信道处的末端，而使其均温性与热传功能大幅下降。
热管1于导热块11为热区的蒸发区提供蒸气流的产生，使蒸气流顺着信道朝另一端为冷区的冷凝区流动，然后在冷区的信道处使蒸气流冷凝形成冷凝液体流，再借助于信道内的毛细组织13快速地将冷凝液体流由冷区朝热区导引流动，用以补充蒸发区液体蒸发成气体的部份，以构成循环的流动。
当热管1一端受热而使热管内的液体蒸发，蒸气朝冷凝区流动，并冷凝成液体，经毛细组织使液体回流至蒸发区，由于热管的流体往返回路为设置在同一信道内，会使蒸气流与液体流的流动方向在该信道中相互冲突，而使热传量降低，且信道中残存的非凝结性气体积存于冷凝区，形成温差大的区域，降低了均温性，热传性因而也大幅降低，故传统上对热管的制造条件与保持皆严格要求，因此使成本大幅提高，售价上升，相当不符合经济性，为了提供更符合实际需求的物品，发明人乃进行研发，以解决现有热管其热传性不佳的问题。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是在于提供一种平板式环路型热管，在板状热管中形成多层式且多信道与多回路式的结构，将蒸发区、蒸气信道、冷凝区、流体返回信道依序串联成一回路，其中蒸气信道可能单一信道或两信道以上相互并联设置，流体返回信道也能以单一信道或两信道以上相互并联设置，便形成单回路式的串、并联组合的架构，即组成更有效率的热交换装置，回路主要是利用信道流阻不同的导引作用，即蒸气信道的流阻小于流体返回信道，让回路中的流体自动产生循环性且稳定的单方向且相同方向的流动。从而使板状热管几乎不会有烧干现象发生，故能产生很好的热传递性，在有限空间下可有极大的热传量。信道中所形成蒸气流与冷凝的液体流皆为顺着同一方向流动而不相互冲突：而且同一平面上的各回路能形成不均匀配置状态，以适应实际需求。
本发明另一目的在于提供一种上述的平板式环路型热管，在于以经济性的考虑的前题下，能以低成本进行板状热管的制造，但仍维持有板状热管的热传递功能，而且能产生更快速的引导，运用回路内信道热流不对称的现象与回路结构上的导引，使热交换中的蒸气信道、冷凝区、流体返回信道、蒸发区所依序串联回路成为循环状的信道，即能使壳体内所存在的非凝结性气体无法固定积聚在信道的冷凝区，而让非凝结性气体顺着信道依据设计方向不断地循环流动，大幅提高板状热管的均温性，故板状热管的壳体内即使有非凝结性气体，对板状热管的功能特性均影响不大，并能延长板状热管的使用寿命。
为达到上述目的，本发明结构为：包括一壳体与数环状回路板，以至少一环状回路板设置于中空壳体内，让环状回路板具有至少一回路，回路形成为依序串联的蒸发区、蒸气信道、冷凝区、流体返回信道，且在壳体中充填有适量液体，流体返回信道与蒸气信道是各自有其独立而不相共享的信道，且于环状回路板盖设有板状毛细组织，并使蒸气信道的流阻小于流体返回信道，当蒸发区受热，冷凝区散热，使回路内所有的流体皆朝同一方向稳定流动不相冲突，且所有流体皆可流经回路各处，故回路内存在的非凝结性气体对回路的均温性影响不大，且顺着回路流动，而使回路热板成为均温性佳，且热传量极大的热交换装置。其中蒸气信道能以二信道以上并联设置，流体返回信道能以二信道以上并联设置。
为更好地解释本发明为达到预定目的所采取的技术、手段及效果，下面结合附图详细描述的本发明的实施例，相信本发明的目的、特征与优点，可由此得以深入且具体的了解。
【附图说明】
图1为现有技术方案的剖视图；
图2为本发明的立体分解图；
图3为图2中第一环状回路板翻面后的上视立体图；
图4为图2中第一环状回路板未翻面的上视立体图；
图5为图2中第二环状回路板的上视图；
图6为图2中本发明组合后的剖视图；
图7为图2中第一环状回路流体的流动示意图；具体实施例
在图2、3、4、5、6和图7中，本发明的一个实施例为一种环路型热管，具有一壳体3，壳体3其为中空封闭体，并于壳体3内充填有适量液体。液体的充填量，是指由填入壳体内所能出现与存在的毛细组织至填满回路内第一环状回路板各回路内通路80-90％体积的范围。
具有至少一个呈娄空状的第一环状回路板5与至少一个呈娄空状的第二环状回路4，各环状回路板4、5是接设于壳体3内，并以环状回路板4在壳体3内形成具有至少一回路2，回路2是以娄空形成各信道，其中的壳体3是由顶壳31与底壳32所组成，以顶壳31的周缘与底壳32的周缘相接后密闭形成壳体3。其中环状回路板可以仅设其中的一块，或是设置成两块相叠状，可以将图3与图4所示的状态，直接相叠组成另一组合。
其中壳体3可具有另一种型式，壳体是为由一圆管压平成扁平管，且两端封闭者。
在第一环状回路板5与第二环状回路板4上开设有突起或凹陷的信道，在图3、4、图5中，该信道的设置能满足形成回路的需求；其中第一环状回路板与第二环状回路板的设置方式近似。
在图2中的第一环状回路板5和第二环状回路板4为呈方形，而且于其中分别形成四等分的使用状态，也就是以十字区分成四区，各区均形成一回路，是由各二条不相交且呈角状平行侧的区隔条50a、40a及垂直侧的区隔条50b、40b与二条角状相交的边缘条57、47相连组成，于该对角状相按的区隔条50a、50b或40a、40b间各形成一中心缺口58、48。
在一对区隔条40a及40b与一对边缘条47，或是一对区隔条50a及50b与一对边缘条57所框围的空间内，分别以四条的第一隔条41、42、43、44、51、52、53、54与区隔条40a、40b、50a、50b并列形成四条宽信道，再以一第二隔条45、55两侧分别与第一隔条44、54、平行侧的边缘条47、57并列形成二条次宽信道，在另一侧垂直侧的区隔条47、57并列有一底隔条46、56间区隔成一条较窄信道，且使底隔条46、56与第一隔条44、54相接。
在图3、图4中，第一环状回路板5的平行侧区隔条50a、第一、第二隔条51、52、53、54、55分别与相垂直相接的边缘条57处各设有一阶状凹槽59f、59a、59b、59c、59d、59e，各凹槽59设在近宽信道与次宽信道的外端，并形成宽、次宽信道横向相交的状态，以使各凹槽59成为蒸气移动的信道终点，即使第一环状回路板5的蒸气，经由第一环状回路板5宽信道的靠边部份的冷却通路，且呈左右两半间相连通的状态。
在图5中，第二环状回路板4的平行侧区隔条40、第一、第二隔条41、42、43、44、45分别与相垂直相接的边缘条47处各设有一贯穿横槽49，形成宽、次宽信道间为平行设置；其需经由第二板状毛细组织7的传递，如图6所示。
各回路板4、5上的各回路形成由宽信道、次宽信道、较窄信道的连通形状。但上述的结构仅为一较佳实施例。其中以宽信道形成蒸气信道22，以较窄信道形成液体返回信道24，中心缺口48处为蒸发区21，以次宽信道所在的板边缘处为冷凝区23，充填于壳体3内的液体其流向在图7中所示。且宽信道靠冷凝区部份已具有为冷凝区的功能和作用。
回路2由依序串联的蒸发区21、蒸气信道22、冷凝区23、流体返回信道24所组成，在回路2中充填有适量的液体，液体的充填量是指由填满毛细组织至填满回路内的90％的体积。其中流体返回信道24与蒸气信道22是不相共享的信道，也就是蒸气信道22是一独立的信道，流体返回信道24也是一独立的信道，这是不同于现有传统热管的蒸气信道与流体返回信道共享同一信道的结构。
本发明的回路2的区域，在上、下方各形成两组回路2，且上分或下方的一对回路为左右对称设置，即形成中间的蒸发区21与周边的冷凝区23，使蒸气进入四条宽信道所并联组成的蒸气信道22，然后进入冷凝区23的次宽信道，冷凝成的液体顺着较窄信道所形成的流体返回信道24回到蒸发区21，便完成一次的循环动作，而回路的形状能配合需求设置，图中是将蒸发区设置在中心位置，也能为偏心的状态，或是在角落处，均可应用本发明的方式，形成多种的形状。
另外，在图2中是形成各自独立的四组并朕式的单一回路设置，仅使液体于中心缺口处汇流，若有需要亦能在环状回路板上形成串联式的数回路组合，以使本发明能顺序地以不同接点接触热源，形成另一种型态的热管结构。
且本发明使在流体返回信道24内的流阻大于蒸气信道22，此是刻意造成壳体信道内热流的不平衡，以形成壳体3信道内流体流动的不对称结构，使由蒸发区21形成的蒸气很容易且自然稳定地单方向朝冷凝区23流动，并在冷徽区23冷凝形成冷凝液体流，让冷凝的液体流与非凝结性气体，连同未冷凝的蒸气流，在回路的流阻不同作用下与信道结构的引导下，一齐朝向流体返回信道24稳定地单方向流动，且经流体返回信道24回流至蒸发区21。
本发明所指的蒸发区21就是回路2受热位置部份，其能以一热源8，如图6中所示，与壳体3的至少一端面(底面)中心处相接，而热源是指电子组件的易发热表面，通常是指中央处理器，但不局限于该组件。所以，蒸发区与欲散热的热交换装置相接，欲散热的热交换装置可为热源的传热块、受热鳍片组、受热水套或如本发明另一组回路的冷凝区，其中的另一组回路是指本发明两回路的串接型式。
此外，本发明冷凝区23就是回路散热的位置，此部份为主要的散热区域，当然信道的本身也是良好的散热结构，能使冷凝区与一热交换装置9相接，如图6所示，也就是冷凝区23的至少另一端面(顶面)与作为散热的热交换装置相接，热交换装置为一体式的散热器、散热鳍片组、冷却水塔或本发明另一组回路的蒸发区。所以，壳体能以至少一端面的的蒸发区更与一热源相接，以进行热交换，壳体其余端面的局部至全部再与一热交换装置相接，以进行散热。
另外，在图2中所示的蒸气信道22为多个信道，也就是说能设有一或两条以上相互并联的蒸气信道22，以使各蒸气信道的流阻总和小于流体返回信道，其中的流阻控制为改变回路总截面积或总长度或其组合，以形成蒸气信道内的流阻小、流速大的状态，而流体返回信道内的流阻大、流速小的状态，使回路中刻意形成的热流不对称，促使流动方向的确定；且，流体返回信道24在图2中为多个信道，但也能设有两条以上相互并联的流体返回信道，只要符合前述的具有较大流阻条件，并且使冷凝液体只能经过流体返回信道返回蒸发区，即自然产生回路的导引流动，且此种流动的现象为稳定的单方向流动，且被刻意限制的，仅能朝设计的方向流动，不会发生违反设计的随意流动。
或让流体返回信道中充满液体以形成液封，其能干流体返回信道中完全置满一毛细组织以形成，亦能缩小气体通过空间以达成上述的液封效果，其中的液封是指流道断面缩小或以毛细组织封闭流道，即以增加流阻的不对称性的方式所形成，而使流体循环更稳定朝设计方向流动，但此时因液体返回信道会影响非凝结气体的通过性，使该实施的均温性较差，可以透过对回路的除气程序，以消除非凝结气体，提高均温性。
由于回路2已被设置成串联式，且有顺序的单方向循环流动，使存在于回路的非凝结性气体没有积聚停留的空间与时间，只能顺着蒸气流流动或冷凝液体流在回路中流动，所以，本发明在回路内可以形成蒸气信道空间内含有大部份蒸气流的气体与少部份冷凝后液体流的液体与非凝结性气体，而流体返回信道空间内大部份为冷凝的液体与少部份蒸气流的气体与非凝结性气体，构成快速地单方向循环流动。使热管内所有流体皆朝向同一方向流动，不相冲突，且所有流体任何时间都能通过系统内任何信道，故热传性佳，热传量大，且温差小。
本发明在相叠的第一环状回路板5、第二环状回路板4之外分别贴置有一第一板状毛细组织6、一第二板状毛细组织7，板状毛细组织6、7，其长宽约与环状回路板4、5等大，但板状毛细组织上仅相对于宽信道的位置设有沟槽61、71，且沟槽比宽信道为短，沟槽处为允许蒸气流通的区域，于是前述的横槽49即是透过毛细组织7与流体返回信道相接，运用毛细组织将冷凝的液体吸引并引导至流体返回信道。在图2中，为同大覆盖式的毛细组织，其能以至少一板状毛细组织设于单独一块的环状回路板的一面或两面，以形成堆栈状的结构。而板状毛细组织亦比与环状回路板小，或是设置在两环状回路板间。
由于毛细组织为多孔性，很容易成为液体的过道，使毛细组织不仅设置及于冷凝液体流所在的流体返回信道的长度，使其内信道变小且流阻变大，或单独延伸至蒸发区或单独延伸至冷凝区，或同时延伸至蒸发区及冷凝区，或更能在整个回路内设有毛细组织，但要符合蒸气信道的流阻小于流体返回信道。其中毛细组织为陶瓷、烧结粉末、发泡金属、编织网、烧结网、沟槽状板、纤维束或螺旋线。其中流体返回信道更要设有空间让蒸气与非凝结性气体通过。且毛细组织能为条状置于信道中或由板状毛细组织上突出伸出至信道通，板状毛细组织不大于环状回路板。如在第一环状回路板的阶状凹槽嵌有一毛细组织，以毛细组织形成流体返回信道与蒸气信道间的连通。
在图7中，更圈设有各作用区域的标示，中间为凝结液蒸发区21，在蒸气信道22靠内半部信道为蒸发流的蒸发区，即是广义的蒸发区域25，且于蒸气信道22靠外半部信道为蒸气流冷凝区，也与原冷凝区23组合成广义的冷凝区域27，其两侧各为凝结液流与非凝结气流返回区，又在蒸气信道22与流体返回信道24间设有连通的信道，但广义而言，为设有一连接区域26，含有前述连通的信道、阶状凹槽、贯穿横槽等的冷凝区23，也就是使连接区域界于蒸发区域25与冷凝区域27间。
综上所述的结构，本发明运用独立的分流机构，并构成蒸气信道与流体返回信道间流阻不相等的架构，配合所产生的热流不平衡、毛细现象等的原理，形成串联式的顺序单方向流体循环结构，而且蒸气信道与流体返回信道也能各自形成多信道并联式的结构，只要在流体返回信道24内的流阻大于蒸气信道22的大前题下，便能产生连通环状回路，如此，本发明于制作过程中，不需经过除气的程序，亦能操作传热，若壳体内回路经除气程序后，则热传导性更佳，且操作温度范围更广；如此，使回路更容易组成，在实际使用上与现有热管相比较，其热传导流动的速度快于现有的热管，热均温性高，热传递性佳，则热传量更大、更快，故本发明不需除气制程，且清洗的洁净制程亦不重要，使其制程简单，则成本低，售价亦能降低，具有更好的经济性，且功能特性更佳，所以本发明能提供很好的使用性，本发明与现有热管为完全不同的机构。
以上所述为本发明的较佳实施例的详细说明与图附，并非用来限制本发明，本发明的所有范围应以专利权利书要求保护的范围为准，凡与本发明的设计思想及其类似变化的实施例、近似结构，都应包含于本发明的专利保护范围之中。