CN105263295A - 一种微通道散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微通道散热器，包括微通道板、液态金属、微通道上盖板、行波磁场发生器、隔板、散热管，所述微通道板与微通道上盖板密封连接，所述液态金属储存在微通道板空腔内，所述隔板包覆行波磁场发生器，并与微通道上盖板固定连接，所述散热管的进出口固定连接微通道板。微通道板内的固态金属，在吸收了电子器件散发的热量后转变为液态金属，行波磁场发生器加载交流电后发射行波磁场，行波磁场作用于液态金属产生电磁力，驱动液态金属沿着多个平行的微通道流动，流经散热管与空气热交换散热，冷却后的液态金属流回微通道板，形成一个封闭的循环回路，实现电子器件的高效散热。本发明具有结构紧凑、换热效率高、行波磁场驱动力大等优点。
Description
技术领域
本发明涉及微通道散热、液态金属散热领域，具体涉及一种微通道散热器。
背景技术
随着电子器件的发展，高热流密度电子器件的散热成为主要问题。常规的鳞翅散热器加风扇散热结构，由于空气的热容和热导率低，使其冷却能力十分有限，因此采用这种方法散热需要拥有大功率的风扇进行强制对流换热。相比之下水冷散热的效果好很多，但局限性很大，驱动很不方便，其次密封防泄漏能力比较差。
与传统散热器相比，液态金属散热器优点十分明显。首先，液态金属具有远高于水的热导率，可以快速带走芯片中的热量，并及时传递给散热翅片。其次，液态金属的抗泄漏特性远好于水，也没有水沸腾产生巨大压力，因此，能满足未来高性能计算机硬件发展的需要。
微通道散热结构有更大的墙壁面积，有助于吸收电子器件更多的热量。MEMS技术的不断成熟和发展，实现了微通道散热结构的制备，使得微型化散热器件在散热性能和结构适应性方面得到了极大的改善，微通道散热器的应用越来越多。但这种散热结构最大的难题是微通道内部的液体驱动，传统的电机驱动不仅对空间的需求大，而且可靠性及稳定性比较差。
行波磁场是指在电导体内沿某一直线方向进行传播的交变磁场。交变磁场作用于导体，会在导体内形成感生的电磁场，导体内会产生洛伦兹力，即电磁力。利用行波磁场产生的电磁力，可驱动导体沿直线方向运动。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种微通道散热器。利用常温下为固态，受热后为液态的金属作为冷却介质，交流电加载于行波磁场发生器产生行波磁场，即交变磁场，交变磁场作用于液态金属形成电磁力，驱动液态金属沿着多个平行的微通道定向流动，把电子器件产生的热量带走并流入散热管，与空气之间进行对流换热。由于散热管的管路空间分布不同，管路周围上下层的空气流速发生变化，加强了对流换热。根据温度传感器采集的温度，控制电流的频率，改变行波磁场的强弱和电磁力大小，实现对液态金属的流速控制，提高电子器件的散热效率，增加电子器件的使用寿命。
为实现上述目的，本发明的构思如下：
本发明的一种微通道散热器，具有微通道板结构。
微通道板刻蚀有多个微通道，微通道换热器由于大大增加了对流换热面的面积，与常规换热器相比，具有体积小、换热系数大、换热效率高的特点，可满足更高的能效标准和优良的耐压性能。微通道板中设有2个液态金属进口与2个液态金属出口，与常规的一进一出相比，提高了流速，改善了热交换效能。微通道板底层设有凸台结构，可以让液态金属直接接触电子器件的散热面，防止液态金属的泄露。
本发明的一种微通道散热器，具有液态金属，采用在常温下为固态，吸收热量后转变为液态。
本发明的一种微通道散热器，具有微通道上盖板。其材料为高透磁、低摩阻绝缘的材料，高透磁特性有助于行波磁场穿过微通道上盖板，直接作用于液态金属并使其定向流动，低摩阻特性可以减小液态金属与壁面产生的摩擦阻力，绝缘特性能够防止微通道上盖板在交变电磁场的作用下产生涡流热。
本发明的一种微通道散热器，具有行波磁场发生器。
根据温度传感器测量的温度，反馈至控制电路，控制加载的交流电频率，可以改变行波磁场强度，进而改变作用于液态金属上的电磁力，控制液态金属流速，提高换热效率，增加电子器件的使用寿命。
本发明的一种微通道散热器，具有隔板。
隔板套在行波磁场发生器上，隔板使用软磁性材料，可进行磁屏蔽，防止行波磁场发生器产生的电磁场干扰周围电子元器件。
本发明的一种微通道散热器，具有散热管。
本发明构思了一种空间分布不同的散热管道，自然对流的空气在散热管的上下层会发生流速变化，增加了对流换热系数和效率。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种微通道散热器，包括微通道板、液态金属、微通道上盖板、行波磁场发生器、隔板、散热管，所述微通道板与微通道上盖板密封连接，所述液态金属储存在微通道板空腔内，所述隔板包覆行波磁场发生器，并与微通道上盖板固定连接，所述散热管的进出口固定连接微通道板。
所述微通道板采用高热导率的绝缘材料，包括两个液态金属进口、两个液态金属出口、多个平行的微通道、凸台、温度传感器；所述液态金属出口连接散热管的进口，所述液态金属进口连接散热管的出口，所述液态金属从液态金属出口流出，经过散热管与空气热交换后由高温转变为低温，再进入液态金属进口，流回多个平行的微通道板，形成封闭循环回路；所述微通道板位于微通道板的中部，其微通道结构增加了对流换热面积和换热效率，提高了器件抗流体冲击的耐压性能；所述凸台位于微通道板的两侧边上，凸台与电子器件的散热面密封连接，防止液态金属受热后溢漏，增大液态金属与电子器件发热面的接触面积；所述温度传感器安装在微通道板的外侧，采集温度数据传送到控制电路，形成闭环反馈控制。
所述液态金属常温下为固态，吸收热量后为液态，在行波磁场提供的电磁力驱动下流动。
所述微通道上盖板材料为高透磁、低摩阻的绝缘材料，与微通道板密封连接，高透磁特性使行波磁场穿过微通道上盖板作用于液态金属，低摩阻特性有助于减少液态金属流动的阻力，绝缘特性防止微通道上盖板在行波磁场作用下产生涡流热。
所述行波磁场发生器包括三相电绕组线圈、软磁性材料，所述三相电绕组线圈均匀缠绕在软磁性材料上，三相电绕组线圈加载的交流电频率变化，改变行波磁场发生器产生的行波磁场强度，改变电磁驱动力的大小，控制液态金属的流速，达到预期的散热效果。
所述隔板是软磁性材料，进行磁屏蔽，防止行波磁场发生器产生的电磁场干扰周围电子元器件，隔板包覆行波磁场发生器并与微通道上盖板固定连接。
所述散热管采用高热导率的材料，两组管路的空间分布不同，形成上下层空气的流速差，以改善散热管与空气之间的对流换热效率。
本发明的工作原理简述如下：
当电子器件开始工作时，温度上升，微通道板腔内的金属由固态转变为液态，温度传感器检测的温度高于设定温度范围时，控制电路启动，交流电加载于行波磁场发生器产生行波磁场。交变的行波磁场透过微通道上盖板作用于液态金属，使之产生感生电磁场、形成电磁力，液态金属在电磁力驱动下沿着微通道定向流动，从两个液态金属出口进入散热管，与外部空气对流换热，冷却后流回微通道板，形成一个封闭的循环回路。
当电子器件持续工作时，温度传感器会实时监测电子器件的温度，通过调节三相电流频率，来调节行波磁场发生器所产生的行波磁场的强弱，控制微通道内液态金属所受电磁力大小，改变液态金属的流速，精确控制电子器件的温度处于正常工作范围内。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本发明的微通道散热器具有结构紧凑的特点，可以普遍适用于计算机、通讯、半导体照明、电力电子等大功率、高热流密度的电子器件散热。
2、本发明的微通道散热器采用行波磁场驱动，通过调节交流电的频率来控制电磁力的大小，改变液态金属的流速，提高散热效率。
3、本发明的微通道散热器采用行波磁场驱动，无机械的驱动机构，无流控阀门，使用寿命长、可靠性高。
4、本发明的微通道散热器采用交流电实现交变磁场，直接提供电磁力，无需再额外施加电场，简洁方便。
5、本发明的微通道散热器使用微通道结构，与传统的散热器相比较，具有体积小、换热效率高的特点。
6、本发明的微通道散热器采用空间分布不同的管路设计，加强液态金属与空气之间的自然对流强度，在无法装有电扇的狭小空间具有明显优势。
7、本发明的微通道散热器有两个液态金属进口和两个液态金属出口，微通道上盖板使用低摩阻材料大大减小了液态金属所受的阻力，显著增加液态金属的流速，提高换热效率。
8、本发明的微通道散热器底部采用台阶状，能够使液态金属大面积的与电子器件进行对流换热，提高了散热性能。
附图说明
图1为微通道散热器结构示意图。
图2为微通道板示意图。
图3为微通道上盖板示意图。
图4为行波磁场发生器示意图。
图5为隔板示意图。
图6为散热管立体示意图。
图7为散热管俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，一种微通道散热器，包括微通道板1、液态金属2、微通道上盖板3、行波磁场发生器4、隔板5、散热管6，所述微通道板1与微通道上盖板3密封连接，所述液态金属2储存在微通道板1空腔内，所述隔板5包覆行波磁场发生器4，并与微通道上盖板3固定连接，所述散热管6的进出口固定连接微通道板1。
如图2所示，所述微通道板1采用高热导率的绝缘材料，包括两个液态金属进口1-1、两个液态金属出口1-2、多个平行的微通道1-3、凸台1-4、温度传感器1-5；所述液态金属出口1-2连接散热管6的进口，所述液态金属进口1-1连接散热管6的出口，所述液态金属2从液态金属出口1-2流出，经过散热管6与空气热交换后由高温转变为低温，再进入液态金属进口1-1，流回多个平行的微通道板1-3，形成封闭循环回路；所述微通道板1-3位于微通道板1的中部，其微通道结构增加了对流换热面积和换热效率，提高了器件抗流体冲击的耐压性能；所述凸台1-4位于微通道板1的两侧边上，凸台1-4与电子器件的散热面密封连接，防止液态金属2受热后溢漏，增大液态金属2与电子器件发热面的接触面积；所述温度传感器1-5安装在微通道板1的外侧，采集温度数据传送到控制电路，形成闭环反馈控制。
所述液态金属2常温下为固态，吸收热量后为液态，在行波磁场提供的电磁力驱动下流动。
如图3所示，所述微通道上盖板3材料为高透磁、低摩阻的绝缘材料，与微通道板1密封连接，高透磁特性使行波磁场穿过微通道上盖板3作用于液态金属2，低摩阻特性有助于减少液态金属2流动的阻力，绝缘特性防止微通道上盖板3在行波磁场作用下产生涡流热。
如图4所示，所述行波磁场发生器4包括三相电绕组线圈4-1、软磁性材料4-2，所述三相电绕组线圈4-1均匀缠绕在软磁性材料4-2上，三相电绕组线圈4-1加载的交流电频率变化，改变行波磁场发生器4产生的行波磁场强度，改变电磁驱动力的大小，控制液态金属2的流速，达到预期的散热效果。
如图5所示，所述隔板5是软磁性材料，进行磁屏蔽，防止行波磁场发生器4产生的电磁场干扰周围电子元器件，隔板5包覆行波磁场发生器4并与微通道上盖板3固定连接。
如图6和图7所示，所述散热管6采用高热导率的材料，两组管路的空间分布不同，形成上下层空气的流速差，以改善散热管6与空气之间的对流换热效率。
Claims (7)
1.一种微通道散热器，其特征在于，包括微通道板（1）、液态金属（2）、微通道上盖板（3）、行波磁场发生器（4）、隔板（5）、散热管（6），所述微通道板（1）与微通道上盖板（3）密封连接，所述液态金属（2）储存在微通道板（1）空腔内，所述隔板（5）包覆行波磁场发生器（4），并与微通道上盖板（3）固定连接，所述散热管（6）的进出口固定连接微通道板（1）。
2.根据权利要求1所述的微通道散热器，其特征在于，所述微通道板（1）采用高热导率的绝缘材料，包括两个液态金属进口（1-1）、两个液态金属出口（1-2）、多个平行的微通道（1-3）、凸台（1-4）、温度传感器（1-5）；所述液态金属出口（1-2）连接散热管（6）的进口，所述液态金属进口（1-1）连接散热管（6）的出口，所述液态金属（2）从液态金属出口（1-2）流出，经过散热管（6）与空气热交换后由高温转变为低温，再进入液态金属进口（1-1），流回多个平行的微通道板（1-3），形成封闭循环回路；所述微通道板（1-3）位于微通道板（1）的中部，其微通道结构增加了对流换热面积和换热效率，提高了器件抗流体冲击的耐压性能；所述凸台（1-4）位于微通道板（1）的两侧边上，凸台（1-4）与电子器件的散热面密封连接，防止液态金属（2）受热后溢漏，增大液态金属（2）与电子器件发热面的接触面积；所述温度传感器（1-5）安装在微通道板（1）的外侧，采集温度数据传送到控制电路，形成闭环反馈控制。
3.根据权利要求1所述的微通道散热器，其特征在于，所述液态金属（2）常温下为固态，吸收热量后为液态，在行波磁场提供的电磁力驱动下流动。
4.根据权利要求1所述的微通道散热器，其特征在于，所述微通道上盖板（3）材料为高透磁、低摩阻的绝缘材料，与微通道板（1）密封连接，高透磁特性使行波磁场穿过微通道上盖板（3）作用于液态金属（2），低摩阻特性有助于减少液态金属（2）流动的阻力，绝缘特性防止微通道上盖板（3）在行波磁场作用下产生涡流热。
5.根据权利要求1所述的微通道散热器，其特征在于，所述行波磁场发生器（4）包括三相电绕组线圈（4-1）、软磁性材料（4-2），所述三相电绕组线圈（4-1）均匀缠绕在软磁性材料（4-2）上，三相电绕组线圈（4-1）加载的交流电频率变化，改变行波磁场发生器（4）产生的行波磁场强度，改变电磁驱动力的大小，控制液态金属（2）的流速，达到预期的散热效果。
6.根据权利要求1所述的微通道散热器，其特征在于，所述隔板（5）是软磁性材料，进行磁屏蔽，防止行波磁场发生器（4）产生的电磁场干扰周围电子元器件，隔板（5）包覆行波磁场发生器（4）并与微通道上盖板（3）固定连接。
7.根据权利要求1所述的微通道散热器，其特征在于，所述散热管（6）采用高热导率的材料，两组管路的空间分布不同，形成上下层空气的流速差，以改善散热管（6）与空气之间的对流换热效率。
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