一種集成電流體動(dòng)力微泵的反重力環(huán)路熱管與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成電流體動(dòng)力微泵的反重力環(huán)路熱管與方法，具有首尾相連形成環(huán)路的蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段、輸液部。蒸發(fā)段內(nèi)設(shè)有吸液芯；利用輸液部電流體動(dòng)力微泵為液體工質(zhì)提供動(dòng)力，使得液體工質(zhì)在環(huán)路熱管內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。本反重力環(huán)路熱管結(jié)合集成電流體動(dòng)力微泵，環(huán)路熱管內(nèi)的液態(tài)工作介質(zhì)可通過(guò)電流體動(dòng)力微泵所提供的驅(qū)動(dòng)力自主流動(dòng)，以及蒸發(fā)段內(nèi)吸液芯的牽引作用下，使工作介質(zhì)回流速度加快，溫度波動(dòng)性小，易于控溫，極大的提高了傳熱效率。利用電流體動(dòng)力微泵可以解決傳統(tǒng)反重力環(huán)路熱管傳熱距離受限的問(wèn)題。本反重力環(huán)路熱管適用于航空航天、光電子、化工、動(dòng)力工程等對(duì)散熱條件要求高而復(fù)雜的領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】
一種集成電流體動(dòng)力微泵的反重力環(huán)路熱管與方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及傳熱裝置，尤其涉及一種集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在微電子散熱領(lǐng)域，隨著電子元器件的集成度越來(lái)越高，電子芯片的功率密度不斷增加，其熱流密度也開始顯著增加。芯片的溫度極大地影響著芯片的壽命，為保證芯片能夠在適宜的溫度范圍內(nèi)工作，必須采用良好的散熱解決方案將其產(chǎn)生的熱量及時(shí)排出。
[0003]傳統(tǒng)的環(huán)路熱管散熱器就其優(yōu)異的傳熱散熱能力在無(wú)重力或重力輔助條件下表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用效果。然而，對(duì)于傳統(tǒng)的環(huán)路熱管散熱器來(lái)說(shuō)，溫度的分布是根據(jù)熱源位置而變化的。當(dāng)冷源距熱源的距離增加時(shí)，傳統(tǒng)的環(huán)路熱管散熱器由于環(huán)路熱管的傳熱效率差，從而導(dǎo)致散熱效率低。同時(shí)隨著距離的增加，傳統(tǒng)環(huán)路熱管的傳熱性能也受到了極大的限制，工作介質(zhì)回流速度不穩(wěn)定，溫度波動(dòng)性大，控溫難以保證在規(guī)定的工作范圍內(nèi)。特別是在反重力條件下，傳熱能力大大降低，甚至?xí)霈F(xiàn)低功率失效。在反重力條件下，由于重力的影響使得環(huán)路熱管的工作介質(zhì)回流的負(fù)擔(dān)大大增加，導(dǎo)致工作介質(zhì)回流不穩(wěn)定。工作介質(zhì)的不穩(wěn)定環(huán)流速度將導(dǎo)致熱源溫度的波動(dòng)，特別是散熱器與熱源距離很遠(yuǎn)或熱源溫度不在環(huán)路熱管設(shè)計(jì)的目標(biāo)負(fù)荷下工作時(shí)，將必然導(dǎo)致熱源溫度的劇烈震蕩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管與方法。利用電流體動(dòng)力微栗并結(jié)合蒸發(fā)段內(nèi)吸液芯，對(duì)液體工作介質(zhì)提供的毛細(xì)力及驅(qū)動(dòng)力，使本發(fā)明可以在反重力條件下具有高效的傳熱性能，能迅速將熱量從熱源帶到冷源，工作介質(zhì)回流速度快、穩(wěn)定。
[0005]本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管，包括依次首尾串聯(lián)形成環(huán)路的蒸發(fā)段1、絕熱段2、冷凝段3、輸液部4和熱管8;
[0007]所述蒸發(fā)段I內(nèi)設(shè)有吸液芯6;
[0008]所述輸液部4內(nèi)置有電流體動(dòng)力微栗5，利用電流體動(dòng)力微栗5驅(qū)動(dòng)環(huán)路內(nèi)的液體工質(zhì)，使液體工質(zhì)在環(huán)路內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。
[0009]所述吸液芯6包括圓筒部61和圓柱部62，圓筒部61覆蓋整個(gè)蒸發(fā)段I的內(nèi)壁面，圓柱部62為設(shè)置在蒸發(fā)段I的進(jìn)液端內(nèi)的一截圓柱段。
[0010]蒸發(fā)段1、絕熱段2、冷凝段3、輸液部4和熱管8的各結(jié)合處密封，并抽取環(huán)路內(nèi)的真空，再向其內(nèi)加入液體工質(zhì)。
[0011 ]所述熱管8的內(nèi)徑小于蒸發(fā)段I和冷凝段3的內(nèi)徑；
[0012]所述輸液部4連接冷凝段3之間的熱管段內(nèi)徑，小于蒸發(fā)段I和冷凝段3的內(nèi)徑;所述輸液部4連接熱管8之間的熱管段內(nèi)徑，也小于蒸發(fā)段I和冷凝段3的內(nèi)徑。
[0013]所述蒸發(fā)段I由紫銅管內(nèi)塞入銅粉和棒芯燒結(jié)而成，燒結(jié)結(jié)束后銅粉與紫銅管結(jié)為一體，抽離棒芯，得到蒸發(fā)段I。
[0014]所述圓筒部61的壁厚為0.5mm?2mm。
[0015]所述電流體動(dòng)力微栗5由電極片與硅基板嵌套配合和兩塊硅基板鍵合連接得到；其中電極片為平板型結(jié)構(gòu)，板厚0.6mm，其表面包括加工有梳齒狀結(jié)構(gòu)凸起電極的發(fā)射極和集電極；
[0016]所述發(fā)射極和集電極的高度為20?50μπι，所述發(fā)射極與集電極平行交錯(cuò)分布，電極表面鍍有金，相鄰的發(fā)射極和集電極構(gòu)成一個(gè)電極對(duì)，同一電極對(duì)的集電極與發(fā)射極之間的距離為0.1mm?0.3mm。每個(gè)電極對(duì)之間的距離為集電極與發(fā)射極之間距離的2?3倍；所有發(fā)射極末端與直流電源正極連接，所有集電極末端與直流電源負(fù)極連接。
[0017]一種反重力環(huán)路熱管的循環(huán)方法如下:
[0018]步驟一:蒸發(fā)段I內(nèi)的液體工質(zhì)因受熱，轉(zhuǎn)變成為氣態(tài)工作介質(zhì)；氣態(tài)工作介質(zhì)從處于高氣壓狀態(tài)的蒸發(fā)段I流進(jìn)絕熱段2，再?gòu)慕^熱段2進(jìn)入冷凝段3進(jìn)行冷卻；
[0019]步驟二:氣態(tài)工作介質(zhì)在冷凝段3受到冷卻作用后重新恢復(fù)成液態(tài)工作介質(zhì)，此時(shí)液態(tài)工作介質(zhì)進(jìn)入輸液部4中，利用輸液部4的電流體動(dòng)力微栗5驅(qū)動(dòng)該液體工作介質(zhì)，使其依次進(jìn)入熱管8、蒸發(fā)段I中；
[0020]步驟三:蒸發(fā)段I中由于液態(tài)工作介質(zhì)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)工作介質(zhì)，則吸液芯6因液體減少而吸液芯6流道中的毛細(xì)力增大，加快輸液部4中的液態(tài)工作介質(zhì)進(jìn)入吸液芯的流動(dòng)速度;如此反復(fù)，工作介質(zhì)在環(huán)路中的蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段和輸液段循環(huán)流動(dòng)。
[0021]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0022]本發(fā)明結(jié)合集成電流體動(dòng)力微栗，環(huán)路熱管內(nèi)的液態(tài)工作介質(zhì)可通過(guò)電流體動(dòng)力微栗所提供的驅(qū)動(dòng)力自主流動(dòng)，以及蒸發(fā)段內(nèi)吸液芯的牽引作用下，使工作介質(zhì)回流速度加快，溫度波動(dòng)性小，易于控溫，極大的提高了傳熱效率；
[0023]本發(fā)明可根據(jù)熱源功率自動(dòng)調(diào)節(jié)電流體動(dòng)力微栗兩端的電壓，從而調(diào)節(jié)工作介質(zhì)的流速;本發(fā)明工作介質(zhì)通過(guò)利用電流體動(dòng)力微栗驅(qū)動(dòng)力在熱管內(nèi)流動(dòng)，從而保證距離傳熱的效率，且即使在反重力條件下也可保證足夠傳熱效率，工作介質(zhì)的流速穩(wěn)定，溫度波動(dòng)小，不會(huì)出現(xiàn)低功率失效的情況;本發(fā)明可應(yīng)用于航空航天、光電子、化工、動(dòng)力工程等對(duì)散熱條件要求高而復(fù)雜的領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為圖1#丨』面不意圖。
[0026]圖3為圖1輸液部示意圖。
[0027]圖4為電流體動(dòng)力微栗電極片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖5為本發(fā)明集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管應(yīng)用示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0030]實(shí)施例
[0031]如圖1至5所示。本發(fā)明公開了一種集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管，包括依次首尾串聯(lián)形成環(huán)路的蒸發(fā)段1、絕熱段2、冷凝段3、輸液部4和熱管8;所述蒸發(fā)段I內(nèi)設(shè)有吸液芯6;
[0032]所述輸液部4內(nèi)置有電流體動(dòng)力微栗5，利用電流體動(dòng)力微栗5驅(qū)動(dòng)環(huán)路內(nèi)的液體工質(zhì)，使液體工質(zhì)在環(huán)路內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。
[0033]所述吸液芯6包括圓筒部61和圓柱部62，圓筒部61覆蓋整個(gè)蒸發(fā)段I的內(nèi)壁面，圓柱部62為設(shè)置在蒸發(fā)段I的進(jìn)液端內(nèi)的一截圓柱段。
[0034]蒸發(fā)段1、絕熱段2、冷凝段3、輸液部4和熱管8的各結(jié)合處密封，并抽取環(huán)路內(nèi)的真空，再向其內(nèi)加入液體工質(zhì)。
[0035]所述熱管8的內(nèi)徑小于蒸發(fā)段I和冷凝段3的內(nèi)徑；
[0036]所述輸液部4連接冷凝段3之間的熱管段內(nèi)徑，小于蒸發(fā)段I和冷凝段3的內(nèi)徑;所述輸液部4連接熱管8之間的熱管段內(nèi)徑，也小于蒸發(fā)段I和冷凝段3的內(nèi)徑。
[0037]所述蒸發(fā)段I由紫銅管內(nèi)塞入銅粉和棒芯燒結(jié)而成，燒結(jié)結(jié)束后銅粉與紫銅管結(jié)為一體，抽離棒芯，得到具有燒結(jié)式吸液芯的蒸發(fā)段I。蒸發(fā)段I出氣端和絕熱段2進(jìn)氣端通過(guò)兩通轉(zhuǎn)接頭7連接。
[0038]所述圓筒部61的壁厚為0.5mm?2mm。
[0039]所述電流體動(dòng)力微栗5由電極片與硅基板嵌套配合和兩塊硅基板鍵合連接得到；其中電極片為平板型結(jié)構(gòu)，板厚0.6mm，其表面包括加工有梳齒狀結(jié)構(gòu)凸起電極的發(fā)射極和集電極；
[0040]所述發(fā)射極和集電極的高度為20?50μπι，所述發(fā)射極與集電極平行交錯(cuò)分布，電極表面鍍有金，相鄰的發(fā)射極和集電極構(gòu)成一個(gè)電極對(duì)，同一電極對(duì)的集電極與發(fā)射極之間的距離為0.1mm?0.3mm。每個(gè)電極對(duì)之間的距離為集電極與發(fā)射極之間距離的2?3倍；所有發(fā)射極末端與直流電源正極連接，所有集電極末端與直流電源負(fù)極連接。
[0041 ] 反重力環(huán)路熱管的循環(huán)方法，可通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn):
[0042]步驟一:蒸發(fā)段I內(nèi)的液體工質(zhì)因受熱，轉(zhuǎn)變成為氣態(tài)工作介質(zhì)；氣態(tài)工作介質(zhì)從處于高氣壓狀態(tài)的蒸發(fā)段I流進(jìn)絕熱段2，再?gòu)慕^熱段2進(jìn)入冷凝段3進(jìn)行冷卻；
[0043]步驟二:氣態(tài)工作介質(zhì)在冷凝段3受到冷卻作用后重新恢復(fù)成液態(tài)工作介質(zhì)，此時(shí)液態(tài)工作介質(zhì)進(jìn)入輸液部4中，利用輸液部4的電流體動(dòng)力微栗5驅(qū)動(dòng)該液體工作介質(zhì)，使其依次進(jìn)入熱管8、蒸發(fā)段I中；
[0044]步驟三:蒸發(fā)段I中由于液態(tài)工作介質(zhì)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)工作介質(zhì)，則吸液芯6因液體減少而吸液芯6流道中的毛細(xì)力增大，加快輸液部4中的液態(tài)工作介質(zhì)進(jìn)入吸液芯的流動(dòng)速度;如此反復(fù)，工作介質(zhì)在環(huán)路中的蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段和輸液段循環(huán)流動(dòng)。
[0045]如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0046]本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管，其特征在于:包括依次首尾串聯(lián)形成環(huán)路的蒸發(fā)段(I)、絕熱段(2)、冷凝段(3)、輸液部(4)和熱管(8); 所述蒸發(fā)段(I)內(nèi)設(shè)有吸液芯(6); 所述輸液部(4)內(nèi)置有電流體動(dòng)力微栗(5 )，利用電流體動(dòng)力微栗(5)驅(qū)動(dòng)環(huán)路內(nèi)的液體工質(zhì)，使液體工質(zhì)在環(huán)路內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管，其特征在于:所述吸液芯(6)包括圓筒部(61)和圓柱部(62)，圓筒部(61)覆蓋整個(gè)蒸發(fā)段(I)的內(nèi)壁面，圓柱部(62)為設(shè)置在蒸發(fā)段(I)的進(jìn)液端內(nèi)的一截圓柱段。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管，其特征在于:蒸發(fā)段(I)、絕熱段(2)、冷凝段(3)、輸液部(4)和熱管(8)的各結(jié)合處密封，并抽取環(huán)路內(nèi)的真空，再向其內(nèi)加入液體工質(zhì)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管，其特征在于:所述熱管(8)的內(nèi)徑小于蒸發(fā)段(I)和冷凝段(3)的內(nèi)徑； 所述輸液部(4)連接冷凝段(3)之間的熱管段內(nèi)徑，小于蒸發(fā)段(I)和冷凝段(3)的內(nèi)徑;所述輸液部(4)連接熱管(8)之間的熱管段內(nèi)徑，也小于蒸發(fā)段(I)和冷凝段(3)的內(nèi)徑。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管，其特征在于:所述蒸發(fā)段(I)由紫銅管內(nèi)塞入銅粉和棒芯燒結(jié)而成，燒結(jié)結(jié)束后銅粉與紫銅管結(jié)為一體，抽離棒芯，得到蒸發(fā)段(I)。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管，其特征在于:所述圓筒部(61)的壁厚為0.5mm?2mm。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管，其特征在于:所述電流體動(dòng)力微栗(5)由電極片與硅基板嵌套配合和兩塊硅基板鍵合連接得到；其中電極片為平板型結(jié)構(gòu)，板厚0.6_，其表面包括加工有梳齒狀結(jié)構(gòu)凸起電極的發(fā)射極和集電極； 所述發(fā)射極和集電極的高度為20?50μπι，所述發(fā)射極與集電極平行交錯(cuò)分布，電極表面鍍有金，相鄰的發(fā)射極和集電極構(gòu)成一個(gè)電極對(duì)，同一電極對(duì)的集電極與發(fā)射極之間的距離為0.Imm?0.3mm。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管，其特征在于:每個(gè)電極對(duì)之間的距離為集電極與發(fā)射極之間距離的2?3倍;所有發(fā)射極末端與直流電源正極連接，所有集電極末端與直流電源負(fù)極連接。9.一種反重力環(huán)路熱管的循環(huán)方法，其特征在于采用權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述集成電流體動(dòng)力微栗的反重力環(huán)路熱管實(shí)現(xiàn)，包括如下步驟: 步驟一:蒸發(fā)段(I)內(nèi)的液體工質(zhì)因受熱，轉(zhuǎn)變成為氣態(tài)工作介質(zhì)；氣態(tài)工作介質(zhì)從處于高氣壓狀態(tài)的蒸發(fā)段(I)流進(jìn)絕熱段(2)，再?gòu)慕^熱段(2)進(jìn)入冷凝段(3)進(jìn)行冷卻； 步驟二:氣態(tài)工作介質(zhì)在冷凝段(3)受到冷卻作用后重新恢復(fù)成液態(tài)工作介質(zhì)，此時(shí)液態(tài)工作介質(zhì)進(jìn)入輸液部(4)中，利用輸液部(4)的電流體動(dòng)力微栗(5)驅(qū)動(dòng)該液體工作介質(zhì)，使其依次進(jìn)入熱管(8)、蒸發(fā)段(I)中； 步驟三:蒸發(fā)段(I)中由于液態(tài)工作介質(zhì)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)工作介質(zhì)，則吸液芯(6)因液體減少而吸液芯(6)流道中的毛細(xì)力增大，加快輸液部(4)中的液態(tài)工作介質(zhì)進(jìn)入吸液芯的流動(dòng)速度;如此反復(fù)，工作介質(zhì)在環(huán)路中的蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段和輸液段循環(huán)流動(dòng)。
【文檔編號(hào)】F28D15/04GK105841534SQ201610312724
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】柳俊城, 萬(wàn)珍平, 李星, 朱智科, 鐘鋆, 馬明怡, 廖德勝
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)