專利名稱：脈動式熱傳輸裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱傳輸裝置，尤指一種用于電子元件散熱的脈動式熱傳輸裝置。
背景技術：
隨著電子元件運行速度越來越快，發(fā)熱量也越來越大。傳統(tǒng)風冷式散熱器已顯得無法勝任高速電子元件的散熱需求?；诖吮尘?，高效的熱管散熱裝置才日益得到廣泛應用。
傳統(tǒng)熱管基本上由金屬管、毛細構造物及工作流體組成。毛細構造物呈中空狀，附著于金屬管內壁形成中空通道。工作流體，如酒精、甲醇或水等，填充于金屬管內部。熱管一端是蒸發(fā)端，另一端是冷凝端。傳統(tǒng)熱管的工作原理簡單介紹如下當該蒸發(fā)端受熱時，工作流體吸熱蒸發(fā)成蒸氣，蒸氣經由中空通道流至熱管的冷凝端冷凝成液體，冷凝熱則排至外界被帶走。冷凝液經由毛細構造物利用其毛細作用，送回至蒸發(fā)端，繼續(xù)受熱、蒸發(fā)，完成一連續(xù)而穩(wěn)定的導熱循環(huán)。
傳統(tǒng)熱管的主要缺點包括以下幾個方面(1)傳統(tǒng)熱管在制造過程中，需經歷壓扁與折彎成形工序，這使得熱管中的毛細構造物易受破壞，也使得熱管內氣流通道橫截面積變得不可控制，大小不均，增加氣流流動阻力，從而嚴重影響熱管的性能；(2)毛細構造物制造與品管不易，成本高；(3)熱傳輸距離受毛細構造物的限制。
為改善傳統(tǒng)熱管的缺失，一種新式熱管架構被相關研究者提出，其中，日本人Akachi于其美國專利第4,921,041及5,219,020號中揭露有這種熱管的相關技術，其構造及工作原理有別于傳統(tǒng)熱管。如圖10，此種新式熱管的管路呈多重環(huán)路狀，管路兩端相連通。管路采用毛細管設計，因此管內不需要設置任何毛細構造物。多重環(huán)路的一邊設有蒸發(fā)單元1，另一邊設有冷凝單元2，蒸發(fā)單元1及冷凝單元2的位置不受限制。管內填充有體積小于管內容積的工作流體。工作流體由于受毛細作用而呈片段狀隨機散布于環(huán)路內，形成交替分布的液柱3及氣柱4。
當蒸發(fā)單元1受熱時，液柱3吸熱蒸發(fā)形成蒸氣，壓力上升而推擠液柱3及氣柱4朝一方向流動，但蒸氣在行至冷凝單元2時被冷凝成液體，體積大為縮小，形成低壓阻力，防止其繼續(xù)向前流動；由于蒸發(fā)單元1及冷凝單元2相通，工作流體的液柱3及氣柱4在這種蒸發(fā)壓力及冷凝阻力相互作用下，形成脈動(Pulsating)或振蕩(Oscillating)現(xiàn)象，達到熱傳輸目的。因此，此種熱管即被稱為「脈動式熱管」(Pulsating Heat Pipe，PHP)或「振蕩熱管」(Oscillating Heat Pipe)。
在上述脈動式熱管中，流體是靠流體自身的體積變化產生的壓力差驅動。其脈動機理需要滿足的一個很重要的條件是蒸發(fā)單元與冷凝單元存在一定的溫度梯度，此溫度梯度是激勵并維持壓力脈動產生的條件。這就意味著，蒸發(fā)單元及冷卻單元需要足夠的長度，使該兩單元熱量快速傳輸，以便使蒸發(fā)單元及冷卻單元維持一定的溫度梯度。隨著蒸發(fā)單元及冷卻單元的長度增加，脈動式熱管體積也增加。此即是目前業(yè)界鮮有將脈動式熱管應用至體積日益見小的電腦散熱領域的重要原因之一，因而如何減小脈動式熱管的體積即成為業(yè)界急需要解決的問題。
而且，個人電腦或筆記本電腦這樣的電腦系統(tǒng)通常具有中央處理器(CPU)及顯卡(VGA)等多個熱源，若使用傳統(tǒng)熱管或現(xiàn)有脈動式熱管技術，則無法按其所給空間任意設計散熱模塊，因此，有一定的局限性。
另外，在上述脈動式熱管中，流體本身壓力變化越大，則脈動現(xiàn)象越劇烈，相應地熱傳效率就越高。因此，如何提高此脈動強度即成為業(yè)界的另一個研究方向。

發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種體積較小的脈動式熱傳輸裝置。
本發(fā)明所要解決的進一步技術問題是提供一種可提高脈沖強度從而提高熱傳輸效率的脈動式熱傳輸裝置。
為解決上述技術問題，本發(fā)明脈動式熱傳輸裝置，其內設有一具有毛細作用的流道，所述流道中收容有呈片段式散布的工作流體，其中部分流道是由多根毛細管的內孔形成，該脈動式熱傳輸裝置于所述流道的延伸路徑上設置一吸熱單元及一散熱單元，至少吸熱單元及散熱單元其中之一的內部設有構成另一部分流道的毛細溝道，所述管體與所述至少吸熱單元及散熱單元其中之一聯(lián)接且與所述毛細溝道相通。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，上述毛細溝道可具有分叉結構、網(wǎng)絡狀結構以及腔體結構。
相較現(xiàn)有管體設計，本發(fā)明的吸熱部及散熱部的塊狀設計使得吸熱部及散熱部體積降低，且提高工作流體的熱傳效率；另外，本發(fā)明的毛細溝道的分叉結構、網(wǎng)絡狀結構以及腔體結構可增強流道內壓力脈動強度，從而加劇工作流體的脈動程度，提高熱傳效率。

圖1是本發(fā)明脈動式熱傳輸裝置的立體圖。
圖2是圖1的立體分解圖。
圖3是圖2中圈III部分的立體放大圖。
圖4是圖2中圈IV部分的立體放大圖。
圖5是沿圖1中線VI-VI的剖面圖。
圖6是本發(fā)明脈動式熱傳輸裝置的流道示意圖。
圖7至圖9是本發(fā)明脈動式熱傳輸裝置的其它形狀的部分流道示意圖。
圖10是現(xiàn)有脈動式熱管的示意圖。
具體實施方式下面參照附圖，結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1是本發(fā)明脈動式熱傳輸裝置10(下簡稱「熱傳輸裝置」)的立體示意圖。根據(jù)該實施例，該熱傳輸裝置10包括三個吸熱部100、200、300，一個散熱部400，以及與這些吸熱部100、200、300及散熱部400聯(lián)接的多根毛細管500。這些吸熱部100、200、300及散熱部400呈塊狀，其內部設有毛細溝道(于后詳述)，這些毛細溝道與毛細管500連通形成一彎折延伸且具有毛細作用的流道，該流道內填充有交替排布的氣柱及液柱(圖6)。所述毛細管500可以是軟質管，也可以是金屬管如銅管。
所述吸熱部100、200、300構成該熱傳輸裝置10的吸熱單元，該散熱部400構成該熱傳輸裝置10的散熱單元。所述吸熱部100、200、300的底部是平坦的熱交換面，各自與發(fā)熱元件(圖未示)接觸，工作時，所述吸熱部100、200、300吸收的熱量利用氣柱及液柱的脈動循環(huán)傳遞至散熱部400，然后散發(fā)至周圍空氣中。為增強散熱效果，散熱部400也可利用其平坦的熱交換面結合其它形式的輔助散熱裝置，如風冷式、液冷式或半導體冷卻等散熱裝置。
下面將針對吸熱部100、200、300及散熱部400詳細介紹。
請參閱圖2，每一吸熱部100、200、300及散熱部400是由熱傳導性良好的材料制成，如銅、鋁等金屬。所述吸熱部100、200、300及散熱部400皆由底座與上蓋結合而成，其中，吸熱部100包括底座110及上蓋120，吸熱部200包括底座210及上蓋220，吸熱部300包括底座310及上蓋320，散熱部400包括底座410及上蓋420。
所述底座110、210、310及對應上蓋120、220、320的相對表面上設有相同的溝槽(僅底座的溝槽可見)，當?shù)鬃?10、210、310與對應的上蓋120、220、320結合時，即在上述底座110、210、310與上蓋120、220、320之間形成內部毛細溝道，該毛細溝道具有至少兩個出口，與外部毛細管500連通。
底座110上設有兩處相互不連通的溝槽130、140。其中，溝槽130具有相互連通的凹陷132及134，凹陷134呈細長形并彎曲延伸，位于底座110邊緣的兩端且與毛細管500連通。凹陷132在底座110表面上的橫向尺寸即寬度大于凹陷134的寬度，因此凹陷132所占面積較大，溝槽140具有一面積較大的凹陷142及連通凹陷142與毛細管500的細長形凹陷144。
底座210上設有一處溝槽230，該溝槽230與底座110的溝槽140形狀類似，具有面積較大的凹陷232及連通凹陷232與毛細管500的細長凹陷234。
底座310上設有兩處形狀一致且相互不連通的溝槽330，該溝槽330具有面積較大的凹陷332及連通凹陷332與毛細管500的細長形凹陷334。
通過以上介紹可知，三個吸熱部100、200、300共設有五個由溝槽共同形成的毛細溝道，該五個溝道具有十個出口，分別與十根毛細管500相連通。
散熱部400的底座410及上蓋420的相對表面設有四處相互不連通的溝槽430(僅底座430的溝槽可見)，每一溝槽430形狀一致，與吸熱部200的溝槽230大致類似。當?shù)鬃?10及上蓋420結合時，該等溝槽430共同形成四個內部毛細溝道，共有八個出口，分別與外部十根毛細管500的其中八根相連通，其連接的方式為，散熱部400的每一毛細溝道與吸熱部100、200、300的其中兩個毛細溝道連通，且吸熱部100、200、300的每一毛細溝道與散熱部400的其中兩個毛細溝槽連通，如此即形成連續(xù)彎折延伸的流道。
除上述四個溝槽430外，該底座410及上蓋420還設有一細長形溝槽440，該溝槽440環(huán)繞于所有溝槽430。當?shù)鬃?10及上蓋420扣合時，溝槽440共同形成一細長形毛細溝道，其具有兩個出口，與另外兩根毛細管500相連通。如此，所有毛細溝道及毛細管500共同形成封閉的連續(xù)性彎折延伸的流道。
上述毛細溝道是由對應底座及上蓋相對面的溝槽組合而成，作為另外一種成型方式，也可僅在上述底座及上蓋其中之一表面上形成溝槽，而另一表面是呈平面。
在底座及上蓋表面制作溝槽的方法有多種，如精密模具加工、蝕刻、放電加工等方式。
上述吸熱部與散熱部采用分體式設計，即由底座與上蓋結合而成，該結合方式可有多種。下面將同時參照圖2至圖5，以吸熱部300為例針對一種結合方式進行說明。
圖3及圖4是圖2的局部放大圖，從圖中可以看出，吸熱部300的上蓋320設有一圈凸緣322，而底座310對應該凸緣322設有一圈嵌槽312，該凸緣322的截面外形略大于該嵌槽312截面外形。
請參照圖5，當?shù)鬃?10與上蓋320結合時，該凸緣322被壓入該嵌槽312中，并在該嵌槽312中變形，從而將底座310與上蓋320經由類似緊配合的方式結合成一體。除上述凸緣配嵌槽的結合方式外，本發(fā)明還可采用焊接、黏合劑黏結、燒結等方式將上述底座及上蓋結合起來。
然而需要說明，上述經由底座及上蓋結合形成具有內部毛細溝道的吸熱部或散熱部并不是唯一方式。所述吸熱部或散熱部也可以是一完整的一體結構，其可利用鑄造工藝來制作。
請參閱圖6，是工作流體在如圖2所示的熱傳輸裝置10內的分布圖。由于毛細作用，工作流體在流道內形成隨機分布的氣柱600及液柱700。藉由氣柱600及液柱700的脈動循環(huán)，吸熱部100、200、300吸收發(fā)熱元件的熱量被源源不斷地傳遞至散熱部400進行散發(fā)。由于吸熱部100、200、300及散熱部400呈塊狀，其與發(fā)熱元件及輔助散熱裝置可緊密接觸，可以減小界面熱阻。
在吸熱部100、200、300及散熱部400內部的毛細溝道中，面積較大凹陷132、144、232、332位置形成有多個腔體，而在細長形毛細溝槽134、334兩端形成分叉結構，使工作流體在該兩端位置分成兩股分別流進細長形毛細溝槽及前述腔體。由于采用此種設計，液柱700在遇到所述分叉/腔體后發(fā)生碰撞產生混合，可以增強工作流體與流道內壁的間的傳熱效果，同時增強流道內壓力脈動強度，加劇流體脈動程度，傳熱效率得到提高。而對于氣柱600而言，氣柱600在遇到所述分叉/腔體后發(fā)生合并、破裂、碰撞、積聚等行為，也可以增強工作流體與流道內壁之間的傳熱效果，同時增強流道內壓力脈動強度。
另外，于吸熱部100、200、300及散熱部400內部設置腔體及分叉結構也增加了工作流體與吸熱部及散熱部內壁的接觸面積，提高熱傳效率，且塊狀設計較現(xiàn)有管體設計具有降低吸熱部及散熱部體積的功效。
在本實施例中，由于吸熱部有多個，每一吸熱部可對應一個發(fā)熱元件，因此可對多個不同位置的發(fā)熱元件進行散熱。
除了上述本實施方式的幾種吸熱部100、200、300及散熱部400的內部毛細溝道形狀外，本創(chuàng)作還可采用其它形狀的毛細溝道，如圖7至圖9所示的網(wǎng)狀毛細溝道。需要說明，該等圖式并非窮舉性介紹，本發(fā)明并非僅限于圖中所示的形狀。為清楚顯示溝道區(qū)與非溝道區(qū)，在圖中也將氣柱及液柱畫出。
如圖7，二相互連通的細長形毛細溝道71、72在吸熱部或散熱部內部以并列方式布置，然后與外部毛細管500連通構成連續(xù)流道，其中該二毛細溝道71、72兩端形成分叉結構，如前所述，該分叉結構可提高工作流體的脈動強度。
如圖8，是與圖7類似，差別在于該圖8的流道包括三個相互連通的細長形毛細溝道81、82、83，該三個毛細溝道81、82、83兩端形成分叉結構?？梢岳斫猓鼰岵炕蛏岵績炔窟€可以設置多于三個的毛細溝道。
如圖9所示，是于吸熱部或散熱部內部形成兩處網(wǎng)狀毛細溝道91、92，該兩處毛細溝道91、92連通。該網(wǎng)狀毛細溝道91、92可采用前述第七及第八圖的任何一種形式，于是該等毛細溝道91、92形成多處分叉結構。
上述實施方式中，本創(chuàng)作熱傳輸裝置10的吸熱單元具有三個吸熱部100、200、300，散熱單元具有一個散熱部400，可以理解，可以根據(jù)實際需要設置多于或少于三個吸熱部，或者多個散熱部。每個吸熱部及散熱部內部可采用前述的任何一種形狀的溝道，也可以采用多種形狀的溝道的組合。
另外，上述實施方式中，吸熱單元及散熱單元皆是內部設有毛細溝道的塊狀元件，其不僅可以減小吸熱單元及散熱單元的體積，還可以利用塊狀元件的平坦的熱交換面與熱源或輔助散熱裝置作緊密接觸，以減小界面熱阻。實際使用中，也可僅將吸熱單元及散熱單元其中之一設計成塊狀元件。
而且，在上述實施方式中，吸熱部全部由金屬材質制成，由于吸熱功能主要由底座來完成，因此也可使底座由金屬材質制成，而上蓋由其它價格相對低廉的材料制成，如塑料等。
權利要求
1.一種脈動式熱傳輸裝置，其內設有一具有毛細作用的流道，所述流道中收容有呈片段式散布的工作流體，其中部分流道是由多根毛細管的內孔形成，該脈動式熱傳輸裝置于所述流道的延伸路徑上設置一吸熱單元及一散熱單元，其特征在于至少吸熱單元及散熱單元其中之一的內部設有構成另一部分流道的毛細溝道，所述管體與所述至少吸熱單元及散熱單元其中之一聯(lián)接且與所述毛細溝道相通。
2.如權利要求1所述的脈動式熱傳輸裝置，其特征在于所述至少吸熱單元及散熱單元其中之一具有一平坦之熱交換面。
3.如權利要求1所述的脈動式熱傳輸裝置，其特征在于所述至少吸熱單元及散熱單元其中之一包括至少一塊狀元件，所述毛細溝道是由所述塊狀元件內壁形成。
4.如權利要求3所述的脈動式熱傳輸裝置，其特征在于所述塊狀元件呈一體式結構。
5.如權利要求3所述的脈動式熱傳輸裝置，其特征在于所述塊狀元件包括一底座及一與該底座結合的上蓋，所述毛細溝道形成于該底座及上蓋之間。
6如權利要求5所述的脈動式熱傳輸裝置，其特征在于該底座及上蓋其中之一設有嵌槽，而另一設有緊配合于該嵌槽中的凸緣。
7.如權利要求5所述的脈動式熱傳輸裝置，其特征在于該底座及上蓋的相對表面皆設置有毛細溝槽，當?shù)鬃吧仙w結合時，該底座及上蓋的毛細溝槽結合形成所述毛細溝道。
8.如權利要求5所述的脈動式熱傳輸裝置，其特征在于該底座及上蓋僅其中之一的表面設置有毛細溝槽，而另一之表面為平面。
9.如權利要求1、7或8所述的脈動式熱傳輸裝置，其特征在于所述毛細溝道具有分叉結構。
10.如權利要求1、7或8所述的脈動式熱傳輸裝置，其特征在于所述毛細溝道呈網(wǎng)絡狀。
11.如權利要求7或8所述的脈動式熱傳輸裝置，其特征在于所述毛細溝道具有一腔體，在形成該毛細溝道的底座或上蓋的表面上，該腔體的寬度大于與其連通的單一毛細溝道的寬度。
12.如權利要求1所述的脈動式熱傳輸裝置，其特征在于所述吸熱單元包括至少一吸熱部，所述散熱單元包括至少一散熱部，該至少一吸熱部內部設有多個毛細溝道，該至少一散熱部內部也設有多個毛細溝道，其中吸熱部的每一個毛細溝道與散熱部的至少兩個毛細溝道直接連通，且散熱部的每一個毛細溝道與吸熱部的至少兩個毛細溝道直接連通。
13.一種脈動式熱傳輸裝置，包括至少一吸熱部、至少一散熱部及多根連接于所述至少一吸熱部及至少一散熱部間的毛細管，一具有毛細作用的流道延伸于所述至少一吸熱部、至少一散熱部及所述毛細管之間，所述流道內收容有呈片段狀散布的工作流體，其特征在于至少吸熱部及散熱部其中之一呈塊狀結構，所述塊狀結構內部設有構成所述流道一部分的毛細溝道。
14.如權利要求13所述的脈動式熱傳輸裝置，其特征在于所述塊狀結構包括一底座及一與該底座結合的上蓋，該毛細溝道設置于該底座及上蓋之間。
15.如權利要求第13或14項所述的脈動式熱傳輸裝置，其特征在于所述毛細溝道具有分叉結構。
16.如權利要求第13或14項所述的脈動式熱傳輸裝置，其特征在于所述毛細溝道具有一腔體，于該塊狀結構的至少一內部截面上，該腔體的寬度大于與其連通的單一毛細溝道的寬度。
全文摘要
一種脈動式熱傳輸裝置，其內設有一具有毛細作用的流道，所述流道中收容有呈片段式散布的工作流體，其中部分流道是由多根毛細管的內孔形成，該脈動式熱傳輸裝置于所述流道的延伸路徑上設置一吸熱單元及一散熱單元，至少吸熱單元及散熱單元其中之一的內部設有構成另一部分流道的毛細溝道，所述管體與所述至少吸熱單元及散熱單元其中之一聯(lián)接且與所述毛細溝道相通。本發(fā)明可減小脈動式熱傳輸裝置的體積，且可增強工作流體的脈動強度。
文檔編號F28D15/04GK1804756SQ20051003279
公開日2006年7月19日 申請日期2005年1月10日 優(yōu)先權日2005年1月10日
發(fā)明者朱習劍, 黃清白 申請人:富準精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻準精密工業(yè)股份有限公司