TWI423015B - Pressure gradient driven thin plate type low pressure heat siphon plate - Google Patents

Description

壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板

一種壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板，尤指一種可不須設置毛細結構即可傳導熱量，並更具熱傳效率的壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板。

近年來隨著電子半導體產業的蓬勃發展、製程技術的進步，並且在市場需求的趨勢下，電子設備逐漸的走向輕薄短小的型態，但在外型尺寸逐漸縮小的過程中，功能及運算能力卻是有增無減。像在資訊產業中產值最高的筆記型電腦及桌上型電腦在實際運作時，便有多項電子零件產生熱量，其中又以中央處理器CPU(Central Processing Unit)所產生之熱量最大，此時散熱片配合風扇所組成之散熱器提供散熱功能即扮演保護CPU之重要角色，使CPU維持在正常工作溫度以發揮應有之功能，故CPU散熱器為現今資訊產業中重要之零組件。

所以近年來水冷技術開始被廣泛的運用在個人電腦上，雖然水冷技術看似省去了體積龐大的散熱片，但其實是將系統內熱源的熱蒐集到工作液體中，然後再藉由熱交換器統一與空氣做熱交換的動作，因為管路長度可以自行變更，所以熱交換器的位置也較為彈性，也讓熱交換器(散熱鰭片)的設計不會受到空間上的限制；但是水冷系統需要一個泵浦來推動工作液體流動，而且還需要一個儲水箱，所以整個系統仍有泵浦可靠度問題、管路洩露問題…等，但因為個人電腦內的發熱元件之熱量不斷增加，所以水冷式散熱技術雖然不盡完美，仍然是目前市場上熱管理與控制的最佳選擇，不過，這是因為個人電腦之體積較龐大，而且外部也較無空間上限制，但在筆記型電腦就不同了，筆記型電腦目前越來越輕薄短小，根本就無法使用水冷的散熱技術，所以目前仍然是使用熱管來做熱轉移，然後再使用散熱鰭片做熱交換的動作，除此之外，也只能盡量降低CPU的耗電功率。有鑑於此，業界無不積極尋找熱通量更高的散熱技術，以因應接踵而來的龐大散熱需求。

另外習知技術亦透過熱管、均溫板等散熱元件做為熱傳元件使用，而製造熱管及均溫板時係透管於其內壁成型一燒結體，作為毛細結構使用，其主要製程係先將金屬(銅質)顆或粒粉末填充於該內壁內，再將其銅質顆粒或粉末壓密壓實，最後送入燒結爐內施以燒結加工，令該銅質顆粒或粉末形成多孔性質之毛細結構，使之可藉由該燒結體得毛細力，但卻也因該燒結體令該熱管及均溫板之體積存在著一定厚度，而無法有效薄型化；另者所述VC(Vapor chamber)係使用燒結之芯或網格或溝槽等結構，進而產生毛細力現象驅動熱管或VC(Vapor chamber)中之汽水循環，但該項結構上之應用製造方式相當複雜，增加製造成本，故甚不適當。

再者，蒸汽芯之選擇係為一門學問，選擇適當的蒸汽芯係相當重要，該蒸汽芯須要能夠保持冷凝液的流速及保持足夠的毛細壓力以克服重力的影響。

故習知技術之熱管或VC(Vapor chamber)具有下列缺點；

1.加工不便；

2.無法實現薄型化；

3.成本較高；

4.耗費工時。

爰此，為有效解決上述之問題，本發明之主要目的，係提供不需任何毛細結構即可驅動工作流體傳遞熱量，並且大幅降低製造成本的壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板。

本發明另一目的，係提供一種具有高效率熱傳效率的壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板。

為連上述之目的，本發明係提供一種壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板，係包含：一本體、一板體，該板體對應蓋合前述本體，該本體靠近中央處設有一受熱區，該受熱區兩側具有一蓄壓區及一第一流道組，並該蓄壓區連接一自由區，該自由區更連接一第一冷凝區及一第二冷凝區，該第一流道組更連接一第三冷凝區及一第四冷凝區，所述第一、三冷凝區間具有一第二流道組並連通該第一、三冷凝區，所述第二、四冷凝區具有一第三流道組並連通該第二、四冷凝區；藉由適當之減壓設計，產生低壓端，形成驅動壓力差驅動熱虹吸板中汽水循環所需之壓力梯度不需任何毛細結構即可驅動工作流體傳遞熱量，並且大幅降低製造成本者。

本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。

請參閱第1、2、3圖，如圖所示本發明壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板較佳實施例，所述壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板係包含：一本體1、一板體1a；該板體1a對應蓋合該本體1。

該本體1具有一受熱區11、一第一流道組21、一第二流道組22、一第三流道組23、一自由區12、一蓄壓區13、一第一冷凝區14、一第二冷凝區15、一第三冷凝區16、一第四冷凝區17。該受熱區11設於該本體1之靠近本體1之中央處，而該受熱區11兩側分別連接該第一流道組21及一蓄壓區13，並該蓄壓區13具有複數蓄壓流道131及複數蓄壓導流體132，該等蓄壓流道131形成於兩兩蓄壓導流體132間，並由該蓄壓流道131連接前述自由區12。

該受熱區11具有複數凸柱111並呈間隔排列，該等凸柱111間具有一第一間距112。

該自由區12分別連接前述第一冷凝區14及第二冷凝區15，第一流道組21連接前述第三冷凝區16及第四冷凝區17。

所述第二流道組22位於該第一、三冷凝區14、16之間，並由該第二流道組22連通該第一、三冷凝區14、16。

所述第三流道組23位於該第二、四冷凝區15、17之間，並由該第三流道組23連通該第二、四冷凝區15、17。

所述第一流道組21具有複數第一流道211及複數第一導流體212，該等第一導流體212呈間隔排列，並該第一流道211形成於兩兩第一導流體212間，所述第二流道組22具有複數第二流道221及複數第二導流體222，該等第二導流體222呈間隔排列，並該第二流道221形成於兩兩第二導流體222間。

所述第三流道組23具有複數第三流道231及複數第三導流體232，該等第三導流體232呈間隔排列，並該第三流道231形成於兩兩第三導流體232間。

本較佳實施例中之所述第一、二、三導流體212、222、232係為一長條狀肋條。

請參閱第4圖，係為本發明之壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板第二實施例，如圖所示，本實施例部分結構及元件間之關連性係與前述較佳實施例相同，故在此不再贅述，唯本實施例與前述較佳實施例不同之處係為所述第一導流體212係為一肋條，該肋條具有一第一頂角2121及一第一刃邊2122及一第二刃邊2123，所述第一、二刃邊2122、2123相交於該第一頂角2121。

請參閱第5圖，係為本發明之壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板第三實施例，如圖所示，本實施例部分結構及元件間之關連性係與前述較佳實施例相同，故在此不再贅述，唯本實施例與前述較佳實施例不同之處係為所述本體1更具有一凸肋5，該凸肋5縱向貫穿該受熱區11及該蓄壓區13及該第一流道組21。

請參閱第6圖，係為本發明之壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板第四實施例，如圖所示，本實施例部分結構及元件間之關連性係與前述較佳實施例相同，故在此不再贅述，唯本實施例與前述較佳實施例不同之處係為該本體1更具有一凸肋5及一第一出口18及一第二出口19，該凸肋5縱向貫穿該受熱區11及該蓄壓區13及該第一流道組21並將該本體1界定一第一區間6及一第二區間7。

請參閱第7圖，係為本發明之壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板第五實施例，如圖所示，本實施例部分結構及元件間之關連性係與前述較佳實施例相同，故在此不再贅述，唯本實施例與前述較佳實施例不同之處係為所述該等第一、二、三導流體211、221、231間具有複數凹坑3，並所述凹坑3係可呈圓形及方形及三角形及魚鱗狀及幾何形狀其中任一，於本說明實施例中係以魚鱗狀作為說明，但並不引以為限，前述第一、二、三、四實施例中亦可加入本實施例之於魚鱗狀凹坑3技術特徵。

請復參閱第3、4、5、6圖，如圖所示，本發明較佳實施例及第二、三、四實施例係提出兩相壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板循環冷卻技術，此方法為自我驅動循環方式，使用的工作流體可為純水、甲醇、丙酮、R134A等冷媒其中任一，壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板之內部係為抽真空之狀態，故於內部所填充之工作流體，於攝氏20～30度即為工作流體之飽和溫度；該受熱區設置有凸柱111陣列產生過熱蒸汽氣泡4於，流經自由區12而瞬間降壓，產生驅動汽水循環所需之壓力梯度；另外受到第一、二、三、四冷凝區14、15、16、17經由該第一、二、三流道組21、22、23之導引，流回受熱區11(即具有凸柱111之區域)，完成汽水循環。

即系統利用與發熱元件(圖中未表示)接觸之受熱區11產生過熱汽，建立驅動汽水循環，即熱量導入於本體1受熱區11表面再傳至該受熱區11產生沸騰現象而使部份工作流體汽化，再藉由蒸汽氣泡4因過熱度產生壓力(即蓄壓區13壓力較大)推動該流體由受熱區11至該蓄壓區13及自由區12再到該第一、二、三、四冷凝區14、15、16、17散熱，冷凝後之工作流體藉由第一流道組21加壓回到受熱區11，即受熱區11與發熱元件(圖中未表示)接觸的受熱區11吸熱而再循環。

應用蒸發(加壓)、冷凝(降壓)，建立汽液循環所需之之壓力梯度與循環流道，可避免使用毛細結構，大幅降低VC厚度，大幅改善壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板之均溫性，並降低熱阻。

另外，本發明為確保使流體回流亦可加設有mesh等毛細結構，以幫助工作流體回流至蓄壓區13或受熱區11者。

近年來各大散熱廠雖投入許多水冷技術，尤其是主動式之水冷技術，即為幫浦產生循環動力，然而，此種方法容易產生幫浦閥件之可靠度與壽命問題，但本發明所提出之兩相壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板循環冷卻技術之優點為系統中無動件，因此較無零件耗損及壽命等問題，且不需要外加額外之泵浦及毛細結構，可以節省能源，更可以解決噪音的問題。

1．．．本體

1a．．．板體

11．．．受熱區

111．．．凸柱

112．．．第一間距

12．．．自由區

13．．．蓄壓區

131．．．蓄壓流道

132．．．蓄壓導流體

14．．．第一冷凝區

15．．．第二冷凝區

16．．．第三冷凝區

17．．．第四冷凝區

18．．．第一出口

19．．．第二出口

21．．．第一流道組

211．．．第一流道

212．．．第一導流體

2121．．．第一頂角

2122．．．第一刃邊

2123．．．第二刃邊

22．．．第二流道組

221．．．第二流道

222．．．第二導流體

23．．．第三流道組

231．．．第三流道

232．．．第三導流體

3．．．凹坑

4．．．蒸發氣泡

5．．．凸肋

6．．．第一區間

7．．．第二區間

第1圖係為本發明壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板較佳實施例立體分解圖；

第2圖係為本發明壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板較佳實施例立體組合圖；

第3圖係為本發明壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板較佳實施例本體俯視圖；

第4圖係為本發明壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板第二實施例本體俯視圖；

第5圖係為本發明壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板第三實施例本體俯視圖；

第6圖係為本發明壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板第四實施例本體俯視圖；

第7圖係為本發明壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板第五實施例本體俯視圖。

1．．．本體

1a．．．板體

11．．．受熱區

111．．．凸柱

112．．．第一間距

12．．．自由區

13．．．蓄壓區

131．．．蓄壓流道

132．．．蓄壓導流體

14．．．第一冷凝區

15．．．第二冷凝區

16．．．第三冷凝區

17．．．第四冷凝區

21．．．第一流道組

211．．．第一流道

212．．．第一導流體

22．．．第二流道組

221．．．第二流道

222．．．第二導流體

23．．．第三流道組

231．．．第三流道

232．．．第三導流體

Claims (11)

1. 一種壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板，係包含：一本體，靠近中央處設有一受熱區，該受熱區兩側具有一蓄壓區及一第一流道組，並該蓄壓區連接一自由區，該自由區更連接一第一冷凝區及一第二冷凝區，該第一流道組更連接一第三冷凝區及一第四冷凝區，所述第一、三冷凝區間具有一第二流道組並連通該第一、三冷凝區，所述第二、四冷凝區具有一第三流道組並連通該第二、四冷凝區；一板體，對應蓋合前述本體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板，其中所述受熱區具有複數凸柱並呈間隔排列，該等凸柱間具有一第一間距。
3. 如申請專利範圍第1項所述之壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板，其中所述第一流道組具有複數第一流道及複數第一導流體，該等第一導流體呈間隔排列，並該第一流道形成於兩兩第一導流體間，所述第二流道組具有複數第二流道及複數第二導流體，該等第二導流體呈間隔排列，並該第二流道形成於兩兩第二導流體間，所述第三流道組具有複數第三流道及複數第三導流體，該等第三導流體呈間隔排列，並該第三流道形成於兩兩第三導流體間。
4. 如申請專利範圍第3項所述之壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板，其中所述第一、二、三導流體係為一長條狀肋條。
5. 如申請專利範圍第3項所述之壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板，其中所述該等第一、二、三流道間具有複數凹坑。
6. 如申請專利範圍第5項所述之壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板，其中所述凹坑係呈圓形及方形及三角形及魚鱗狀及幾何圖形其中任一。
7. 如申請專利範圍第1項所述之壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板，其中該本體內更具有工作流體，該工作流體係為純水及甲醇及丙酮及R134A等冷媒其中任一。
8. 如申請專利範圍第1項所述之壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板，其中該蓄壓區具有複數蓄壓流道及複數蓄壓導流體，該等蓄壓導流體呈間隔排列，並該蓄壓流道形成於兩兩蓄壓導流體間。
9. 如申請專利範圍第3項所述之壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板，其中該第一導流體係為一肋條，該肋條具有一第一頂角及一第一刃邊及一第二刃邊，所述第一、二刃邊相交於該第一頂角，該等第一流道形成於該等肋條間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板，更具有一凸肋，該凸肋縱向貫穿該受熱區及該蓄壓區及該第一流道組。
11. 如申請專利範圍第1項所述之壓力梯度驅動之薄板式低壓熱虹吸板，更具有一凸肋及一第一出口及一第二出口，該凸肋縱向貫穿該受熱區及該蓄壓區及該第一流道組並將該本體界定一第一區間及一第二區間。