CN105555099A - 一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，包括泵体、传热区和散热区；泵体的泵盖上设有沉孔、泵进水口和泵出水口；泵体的泵底上设有泵腔、锥形流管和直流管；传热区的传热区压盖上设有传热区进水口和传热区出水口；传热区的传热区基底上设有传热区分流管；散热区的散热区压盖上设有散热区进水口和散热区出水口；散热区的散热区基底上设散热区分流管，泵进水口和散热区出水口通过第一导水导管连接；泵出水口和传热区进水口通过第二导水导管连接；传热区出水口通过出水导管连接到水槽上；散热区进水口通过进水导管连接到水槽上。该散热装置散热效果好、无噪音、无电磁干扰且可集成。

Description

一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置

技术领域

本发明属于散热装置领域，尤其是涉及一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置。

背景技术

随着近年来计算机等电子产品的功能越来越强大，其电路以及芯片的运算速度也越来越快，高运算速度带来的问题是电子产品内部某些部件或整体的发热现象越发严重，因此对其散热装置提出了更高的要求。由于需要考虑到电子产品线路之间时刻保持绝缘的问题，目前大多数电子产品的散热装置为散热风扇。散热风扇的优势是能够在散热的同时，保证了电子产品线路之间的绝缘性。其缺点是：散热风扇所需空间大；散热风扇散热能力有限，已经逐渐无法满足电子产品的更新换代对散热装置提出的越来越严苛的要求；散热风扇的电机会产生电磁干扰，在某些电子产品中无法应用。

利用液体散热的装置比较典型的是发动机的水箱，利用水作为载热体传导热，吸收缸体的热量，防止发动机过热。由于水的比热容较大，吸收缸体的热量后，水的温度升高并不是很多，所以发动机的热量通过冷却水这个液体回路，再通过大面积的散热片以对流的方式散热，以维持发动机的合适工作温度。液体散热装置中必不可少的部件是泵，泵实现了整个液体散热装置中载热液体的循环。而传统的电磁泵会产生比较大的噪音以及电磁干扰，在某些场合下不能应用。

发明内容

针对现有技术中散热装置存在噪音大、散热效果差、有电磁干扰以及不可集成等不足，本发明提供了一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，该散热装置散热效果好、无噪音、无电磁干扰且可集成。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，包括泵体、传热区和散热区；所述泵体包括彼此螺栓连接的泵盖和泵底，所述泵盖上设有沉孔、泵进水口和泵出水口；所述泵底上设有泵腔、锥形流管和直流管，所述泵腔的两端分别连接锥形流管的直径较大一端和直流管的一端；所述直流管的另一端连接泵出水口；所述锥形流管的直径较小一端连接泵进水口；所述沉孔内设置有压电振子；

所述传热区包括彼此螺栓连接的传热区压盖和传热区基底，所述传热区压盖上设有传热区进水口和传热区出水口；所述传热区基底上设有传热区分流管，所述传热区分流管的入口端与传热区进水口连接，传热区分流管的出口端与传热区出水口连接；

所述散热区包括散热区压盖和散热区基底，所述散热区压盖上设有散热区进水口和散热区出水口；所述散热区基底上设散热区分流管，散热区分流管入口端与散热区进水口连接，其支流管出口端与散热区出水口连接；

所述泵进水口和散热区出水口通过第一导水导管连接；所述泵出水口和传热区进水口通过第二导水导管连接；所述传热区出水口通过出水导管连接到水槽上；所述散热区进水口通过进水导管连接到水槽上。

进一步的，所述传热区分流管包括多个呈周向布置的传热区树状分形流管，各个传热区树状分形流管主流管的入口汇聚在圆心处且与传热区进水口连接，其支流管连接等截面圆形流管，所述等截面圆形流管的入口端封闭，出口端连接传热区出水口。

进一步的，所述传热区分流管包括多个呈周向均匀布置的传热区树状分形流管。

进一步的，所述散热区分流管包括等截面直流管和散热区树状分形流管，所述散热区树状分形流管的主流管入口端与散热区进水口连接，所述散热区树状分形流管的支流管出口端连接等截面直流管；所述等截面直流管的入口端封闭，其出口端与散热区出水口连接。

进一步的，所述传热区树状分形流管和散热区树状分形流管为至少一级的分形流管。

进一步的，所述传热区树状分形流管和散热区树状分形流管内设置有多个阻流嵌块，所述阻流嵌块为三棱柱形状，所述阻流嵌块与管道一边有间隙或与管道两边都有间隙，且阻流嵌块的入流角小于出流角。

进一步的，所述压电振子由圆形的压电陶瓷片和金属片粘结而成，所述压电陶瓷片直径小于金属片直径；所述金属片直径等于沉孔直径。

进一步的，所述压电振子下部固定有重物块，所述金属片通过多个弹簧固定在泵盖上。

进一步的，所述锥形流管、直流管、散热区树状分形流管、传热区树状分形流管和等截面圆形流管的横截面均呈矩形。

进一步的，所述水槽上覆盖有膨体聚四氟乙烯薄膜。

本发明的有益效果：

(1)本发明所述的基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，通过彼此连接的泵体、传热区、散热区和水槽建立液体闭环循环回路，采用压电振子、泵腔、锥形流管、直流管、树状分形流管和等截面圆形流管的组合，使压电泵整体上产生了从进水口流向出水口的净流量，从而实现了流体的单向传输，实现了泵的功能；该液体散热装置具有散热效果好、无噪音、无电磁干扰、可集成等优点，可以作为绝大多数电子产品的散热装置。

(2)树状分形流管能够完美地覆盖发热严重的电子元器件，通过不断的液体循环过程，载热体不断地给发热元器件降温，将热量传走。传热区树状分型流管和散热区树状分型流管管道内布置有三棱柱形式的阻流嵌块，阻流嵌块在入流顺流方向起到导流的作用，并且会在管道的法向产生漩涡，破坏热源的热边界层，促进热交换。

(3)水槽上覆盖有只能通过气体不能通过液体的膨体聚四氟乙烯薄膜，膨体聚四氟乙烯薄膜只能通过气体，不能通过液体，避免了水槽中液体可能的泄漏导致线路短路，同时保证了水槽中液体表面压力为标准大气压，不会对泵功能产生影响。

(4)压电振子底部粘有重物块，并且四周通过弹簧与泵盖连接在一起。这样会产生偏心轮的作用，使得压电振子的固有频率降低，在运行过程中更容易达到共振状态，振幅较大，流量也大。

附图说明

图1为基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置立体分解示意图。

图2为基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置整体结构俯视图。

图3为图2中的A-A剖视图。

图4为基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置压电振子示意图。

图5为基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置传热区基底俯视图。

图6为基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置散热区基底俯视图。

图7为树状分形流管示意图。

附图标记说明如下：

1-泵体，2-泵盖，3-泵底，4-压电振子，5-泵腔，6-锥形流管，7-直流管，8-传热区树状分形流管，9-螺母，10-螺栓，11-通孔，12-泵进水口，13-传热区出水口，14-沉孔，15-第一导水导管，16-出水导管，17-等截面圆形流管，18-水槽，19-膨体聚四氟乙烯薄膜，20-芯片，21-泵出水口，22-第二导水导管，23-传热区进水口，24-传热区压盖，25-传热区基底，26-传热区，27-散热区树状分形流管，28-等截面直流管，29-散热区压盖，30-散热区基底，31-散热区，32-散热区出水口，33-散热区进水口，34-进水导管，35-重物块，36-弹簧。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和图2所示，一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，包括泵体1、传热区26和散热区31；如图1和图3所示，所述泵体1包括彼此螺栓连接的泵盖2和泵底3，所述泵盖2上设有沉孔14、泵进水口12和泵出水口21；所述泵底3上设有泵腔5、锥形流管6和直流管7，所述泵腔5的两端分别连接锥形流管6的直径较大一端和直流管7的一端；所述直流管7的另一端连接泵出水口21；所述锥形流管6的直径较小一端连接泵进水口12；所述沉孔14内设置有压电振子4；泵腔5包括装配后位于泵底3中间的圆形凹槽向上的第一空间，以及位于泵盖1的圆形通孔向下的第二空间，与压电振子4一起构成泵腔5。

如图4所示，所述压电振子4由圆形的压电陶瓷片和金属片粘结而成，压电陶瓷片直径小于金属片直径；金属片直径等于沉孔直径；压电振子4下部固定有重物块35，所述金属片通过多个弹簧36固定在泵盖2上，压电振子4固定在沉孔14内，这样会产生偏心轮的作用，使得压电振子4的固有频率降低，在运行过程中更容易达到共振状态，振幅较大，流量也大。

所述传热区26包括传热区压盖24和传热区基底25，传热区压盖24和传热区基底25之间通过在通孔11中放置螺母9和螺栓10彼此连接，传热区压盖24上设有传热区进水口23和传热区出水口13；所述传热区基底25上设有传热区分流管，如图5所示，传热区分流管包括多个呈周向布置有传热区树状分形流管8，其分布可以是圆周方向均分的，也可以是就热源处树状分型分的更多更细，成不等状分布。各个传热区树状分形流管8主流管的入口汇聚在圆心处且与传热区进水口23连接，其支流管连接等截面圆形流管17，等截面圆形流管17的入口端封闭，出口端连接传热区出水口13；传热区基底25底部区域用于安装芯片20，

散热区31包括散热区压盖29和散热区基底30，散热区压盖29上设有散热区进水口33和散热区出水口32；散热区基底30上设有散热区分流管，如图6所示，散热区分流管包括直流管28和散热区树状分形流管27，所述散热区树状分形流管27的主流管入口端与散热区进水口33连接，所述散热区树状分形流管27的支流管出口端连接等截面直流管28；所述等截面直流管28的入口端封闭，其出口端与散热区出水口32连接；如图7所示，传热区树状分形流管8和散热区树状分形流管27可以为一级的分形流管，即一个主流分为两个支流的流管，也可以是二级或二级以上分形流管，即一个主流分为多个支流的流管；传热区树状分形流管8内设置有多个三棱柱形状的阻流嵌块，阻流嵌块与管道一边有间隙或与管道两边都有间隙，且阻流嵌块的入流角小于出流角；阻流嵌块在入流顺流方向起到导流的作用，并且会在管道的法向产生漩涡，破坏热源的热边界层，促进热交换。

为了便与加工，将锥形流管6、直流管7、散热区树状分形流管27、传热区树状分形流管8和等截面圆形流管17的横截面均加工成矩形。

所述泵进水口12和散热区出水口32通过第一导水导管15连接；所述泵出水口21和传热区进水口23通过第二导水导管22连接；所述传热区出水口13通过出水导管16连接到水槽18上；所述散热区进水口33通过进水导管34连接到水槽18上，并且可根据需要对导管的形状和水槽的位置作出调整，所述的水槽18顶部用膨体聚四氟乙烯薄膜19覆盖，膨体聚四氟乙烯薄膜19只能通过气体、不能通过液体，避免了水槽18中液体可能的泄漏导致线路短路，同时保证了水槽18中液体表面压力为标准大气压，不会对泵功能产生影响。

工作过程：

本发明的非对称树状分形流管无阀压电泵工作时，把压电陶瓷片和金属片作为两个电极，向压电振子施加交流电时，压电陶瓷片会产生径向伸缩变形，由于压电陶瓷片与金属片粘接在一起，所以当压电陶瓷片存在径向伸缩变形时，金属片也会随之产生径向伸缩变形，因为金属片外边界固定于沉孔14内，金属片的径向伸缩会使其产生隆起和下凹的变形，即产生轴向(压电振子法向)的变形，周期性交流电使得压电陶瓷片产生周期性往复变形，金属片也就产生了轴向的往复变形振动，从而导致泵腔5的周期性体积变化。一般地，将压电振子4一个周期的振动分为两个阶段：从变形下止点(压电振子向下振动所能达到的最低处)经平衡位置到达变形上止点(压电振子向上振动所能达到的最高处)，这个阶段对应压电泵的吸程阶段；从变形上止点经平衡位置到达变形下止点，这个阶段对应压电泵的排程阶段。对于锥形流管6，吸程时它作为扩张管，排程时又作为收缩管，对于同一尺寸的扩张管以及收缩管，流体在扩张管里流动的阻力小于流体在收缩管里流动的阻力；对于树状分形流管8，吸程时其作为合流流管，排程时其为分流流管，对于同一尺寸的合流流管和分流流管，流体在合流流管中流动的阻力大于流体在分流流管里流动的阻力。而流体的流量大小与其受到的阻力大小成反比，综合一个周期，锥形流管流入泵腔的流体比流出泵腔的流体多，树状分形流管流入泵腔的流体比流出泵腔的流体少，这样使得一整个周期内会产生一个净流量从锥形流管流向树状分形流管，从压电泵整体上来看，产生了从进水口流向出水口的净流量，从而实现了流体的单向传输，实现了泵的功能。整个装置是闭环回路设计，建立了液体循环系统。树状分形流管能够完美地覆盖发热严重的电子元器件，通过不断的液体循环过程，载热体不断地给发热元器件降温，将热量传走。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，其特征在于，包括泵体(1)、传热区(26)和散热区(31)；所述泵体(1)包括彼此螺栓连接的泵盖(2)和泵底(3)，所述泵盖(2)上设有沉孔(14)、泵进水口(12)和泵出水口(21)；所述泵底(3)上设有泵腔(5)、锥形流管(6)和直流管(7)，所述泵腔(5)的两端分别连接锥形流管(6)的直径较大一端和直流管(7)的一端；所述直流管(7)的另一端连接泵出水口(21)；所述锥形流管(6)的直径较小一端连接泵进水口(12)；所述沉孔(14)内设置有压电振子(4)；

所述传热区(26)包括彼此螺栓连接的传热区压盖(24)和传热区基底(25)，所述传热区压盖(24)上设有传热区进水口(23)和传热区出水口(13)；所述传热区基底(25)上设有传热区分流管，所述传热区分流管的入口端与传热区进水口(23)连接，传热区分流管的出口端与传热区出水口(13)连接；

所述散热区(31)包括散热区压盖(29)和散热区基底(30)，所述散热区压盖(29)上设有散热区进水口(33)和散热区出水口(32)；所述散热区基底(30)上设散热区分流管，散热区分流管入口端与散热区进水口(33)连接，其支流管出口端与散热区出水口(32)连接；

所述泵进水口(12)和散热区出水口(32)通过第一导水导管(15)连接；所述泵出水口(21)和传热区进水口(23)通过第二导水导管(22)连接；所述传热区出水口(13)通过出水导管(16)连接到水槽(18)上；所述散热区进水口(33)通过进水导管(34)连接到水槽(18)上。

2.根据权利要求1所述的一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，其特征在于，所述传热区分流管包括多个呈周向布置的传热区树状分形流管(8)，各个传热区树状分形流管(8)主流管的入口汇聚在圆心处且与传热区进水口(23)连接，其支流管连接等截面圆形流管(17)，所述等截面圆形流管(17)的入口端封闭，出口端连接传热区出水口(13)。

3.根据权利要求2所述的一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，其特征在于，所述传热区分流管包括多个呈周向均匀布置的传热区树状分形流管(8)。

4.据权利要求1所述的一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，其特征在于，所述散热区分流管包括等截面直流管(28)和散热区树状分形流管(27)，所述散热区树状分形流管(27)的主流管入口端与散热区进水口(33)连接，所述散热区树状分形流管(27)的支流管出口端连接等截面直流管(28)；所述等截面直流管(28)的入口端封闭，其出口端与散热区出水口(32)连接。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，其特征在于，所述传热区树状分形流管(8)和散热区树状分形流管(27)为至少一级的分形流管。

6.根据权利要求5所述的一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，其特征在于，所述传热区树状分形流管(8)和散热区树状分形流管(27)内设置有多个阻流嵌块，所述阻流嵌块为三棱柱形状，所述阻流嵌块与管道一边有间隙或与管道两边都有间隙，且阻流嵌块的入流角小于出流角。

7.根据权利要求1所述的一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，其特征在于，所述压电振子(4)由圆形的压电陶瓷片和金属片粘结而成，所述压电陶瓷片直径小于金属片直径；所述金属片直径等于沉孔直径。

8.根据权利要求7所述的一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，其特征在于，所述压电振子(4)下部固定有重物块(35)，所述金属片通过多个弹簧(36)固定在泵盖(2)上。

9.根据权利要求2或3所述的一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，其特征在于，所述锥形流管(6)、直流管(7)、散热区树状分形流管(27)、传热区树状分形流管(8)和等截面圆形流管(17)的横截面均呈矩形。

10.根据权利要求1所述的一种基于树状分形流管无阀压电泵的液体散热装置，其特征在于，所述水槽(18)上覆盖有膨体聚四氟乙烯薄膜(19)。