CN105841534A - 一种集成电流体动力微泵的反重力环路热管与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成电流体动力微泵的反重力环路热管与方法，具有首尾相连形成环路的蒸发段、绝热段、冷凝段、输液部。蒸发段内设有吸液芯；利用输液部电流体动力微泵为液体工质提供动力，使得液体工质在环路热管内循环流动。本反重力环路热管结合集成电流体动力微泵，环路热管内的液态工作介质可通过电流体动力微泵所提供的驱动力自主流动，以及蒸发段内吸液芯的牵引作用下，使工作介质回流速度加快，温度波动性小，易于控温，极大的提高了传热效率。利用电流体动力微泵可以解决传统反重力环路热管传热距离受限的问题。本反重力环路热管适用于航空航天、光电子、化工、动力工程等对散热条件要求高而复杂的领域。

Description

一种集成电流体动力微泵的反重力环路热管与方法
技术领域
本发明涉及传热装置，尤其涉及一种集成电流体动力微泵的反重力环路热管与方法。
背景技术
在微电子散热领域，随着电子元器件的集成度越来越高，电子芯片的功率密度不断增加，其热流密度也开始显著增加。芯片的温度极大地影响着芯片的寿命，为保证芯片能够在适宜的温度范围内工作，必须采用良好的散热解决方案将其产生的热量及时排出。
传统的环路热管散热器就其优异的传热散热能力在无重力或重力辅助条件下表现出了良好的应用效果。然而，对于传统的环路热管散热器来说，温度的分布是根据热源位置而变化的。当冷源距热源的距离增加时，传统的环路热管散热器由于环路热管的传热效率差，从而导致散热效率低。同时随着距离的增加，传统环路热管的传热性能也受到了极大的限制，工作介质回流速度不稳定，温度波动性大，控温难以保证在规定的工作范围内。特别是在反重力条件下，传热能力大大降低，甚至会出现低功率失效。在反重力条件下，由于重力的影响使得环路热管的工作介质回流的负担大大增加，导致工作介质回流不稳定。工作介质的不稳定环流速度将导致热源温度的波动，特别是散热器与热源距离很远或热源温度不在环路热管设计的目标负荷下工作时，将必然导致热源温度的剧烈震荡。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种集成电流体动力微泵的反重力环路热管与方法。利用电流体动力微泵并结合蒸发段内吸液芯，对液体工作介质提供的毛细力及驱动力，使本发明可以在反重力条件下具有高效的传热性能，能迅速将热量从热源带到冷源，工作介质回流速度快、稳定。
本发明通过下述技术方案实现：
一种集成电流体动力微泵的反重力环路热管，包括依次首尾串联形成环路的蒸发段1、绝热段2、冷凝段3、输液部4和热管8；
所述蒸发段1内设有吸液芯6；
所述输液部4内置有电流体动力微泵5，利用电流体动力微泵5驱动环路内的液体工质，使液体工质在环路内循环流动。
所述吸液芯6包括圆筒部61和圆柱部62，圆筒部61覆盖整个蒸发段1的内壁面，圆柱部62为设置在蒸发段1的进液端内的一截圆柱段。
蒸发段1、绝热段2、冷凝段3、输液部4和热管8的各结合处密封，并抽取环路内的真空，再向其内加入液体工质。
所述热管8的内径小于蒸发段1和冷凝段3的内径；
所述输液部4连接冷凝段3之间的热管段内径，小于蒸发段1和冷凝段3的内径；所述输液部4连接热管8之间的热管段内径，也小于蒸发段1和冷凝段3的内径。
所述蒸发段1由紫铜管内塞入铜粉和棒芯烧结而成，烧结结束后铜粉与紫铜管结为一体，抽离棒芯，得到蒸发段1。
所述圆筒部61的壁厚为0.5mm～2mm。
所述电流体动力微泵5由电极片与硅基板嵌套配合和两块硅基板键合连接得到；其中电极片为平板型结构，板厚0.6mm，其表面包括加工有梳齿状结构凸起电极的发射极和集电极；
所述发射极和集电极的高度为20～50μm，所述发射极与集电极平行交错分布，电极表面镀有金，相邻的发射极和集电极构成一个电极对，同一电极对的集电极与发射极之间的距离为0.1mm～0.3mm。每个电极对之间的距离为集电极与发射极之间距离的2～3倍；所有发射极末端与直流电源正极连接，所有集电极末端与直流电源负极连接。
一种反重力环路热管的循环方法如下：
步骤一：蒸发段1内的液体工质因受热，转变成为气态工作介质；气态工作介质从处于高气压状态的蒸发段1流进绝热段2，再从绝热段2进入冷凝段3进行冷却；
步骤二：气态工作介质在冷凝段3受到冷却作用后重新恢复成液态工作介质，此时液态工作介质进入输液部4中，利用输液部4的电流体动力微泵5驱动该液体工作介质，使其依次进入热管8、蒸发段1中；
步骤三：蒸发段1中由于液态工作介质转变成气态工作介质，则吸液芯6因液体减少而吸液芯6流道中的毛细力增大，加快输液部4中的液态工作介质进入吸液芯的流动速度；如此反复，工作介质在环路中的蒸发段、绝热段、冷凝段和输液段循环流动。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明结合集成电流体动力微泵，环路热管内的液态工作介质可通过电流体动力微泵所提供的驱动力自主流动，以及蒸发段内吸液芯的牵引作用下，使工作介质回流速度加快，温度波动性小，易于控温，极大的提高了传热效率；
本发明可根据热源功率自动调节电流体动力微泵两端的电压，从而调节工作介质的流速；本发明工作介质通过利用电流体动力微泵驱动力在热管内流动，从而保证距离传热的效率，且即使在反重力条件下也可保证足够传热效率，工作介质的流速稳定，温度波动小，不会出现低功率失效的情况；本发明可应用于航空航天、光电子、化工、动力工程等对散热条件要求高而复杂的领域。
附图说明
图1为本发明集成电流体动力微泵的反重力环路热管结构示意图。
图2为图1剖面示意图。
图3为图1输液部示意图。
图4为电流体动力微泵电极片结构示意图。
图5为本发明集成电流体动力微泵的反重力环路热管应用示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至5所示。本发明公开了一种集成电流体动力微泵的反重力环路热管，包括依次首尾串联形成环路的蒸发段1、绝热段2、冷凝段3、输液部4和热管8；所述蒸发段1内设有吸液芯6；
所述输液部4内置有电流体动力微泵5，利用电流体动力微泵5驱动环路内的液体工质，使液体工质在环路内循环流动。
所述吸液芯6包括圆筒部61和圆柱部62，圆筒部61覆盖整个蒸发段1的内壁面，圆柱部62为设置在蒸发段1的进液端内的一截圆柱段。
蒸发段1、绝热段2、冷凝段3、输液部4和热管8的各结合处密封，并抽取环路内的真空，再向其内加入液体工质。
所述热管8的内径小于蒸发段1和冷凝段3的内径；
所述输液部4连接冷凝段3之间的热管段内径，小于蒸发段1和冷凝段3的内径；所述输液部4连接热管8之间的热管段内径，也小于蒸发段1和冷凝段3的内径。
所述蒸发段1由紫铜管内塞入铜粉和棒芯烧结而成，烧结结束后铜粉与紫铜管结为一体，抽离棒芯，得到具有烧结式吸液芯的蒸发段1。蒸发段1出气端和绝热段2进气端通过两通转接头7连接。
所述圆筒部61的壁厚为0.5mm～2mm。
所述电流体动力微泵5由电极片与硅基板嵌套配合和两块硅基板键合连接得到；其中电极片为平板型结构，板厚0.6mm，其表面包括加工有梳齿状结构凸起电极的发射极和集电极；
所述发射极和集电极的高度为20～50μm，所述发射极与集电极平行交错分布，电极表面镀有金，相邻的发射极和集电极构成一个电极对，同一电极对的集电极与发射极之间的距离为0.1mm～0.3mm。每个电极对之间的距离为集电极与发射极之间距离的2～3倍；所有发射极末端与直流电源正极连接，所有集电极末端与直流电源负极连接。
反重力环路热管的循环方法，可通过如下步骤实现：
步骤一：蒸发段1内的液体工质因受热，转变成为气态工作介质；气态工作介质从处于高气压状态的蒸发段1流进绝热段2，再从绝热段2进入冷凝段3进行冷却；
步骤二：气态工作介质在冷凝段3受到冷却作用后重新恢复成液态工作介质，此时液态工作介质进入输液部4中，利用输液部4的电流体动力微泵5驱动该液体工作介质，使其依次进入热管8、蒸发段1中；
步骤三：蒸发段1中由于液态工作介质转变成气态工作介质，则吸液芯6因液体减少而吸液芯6流道中的毛细力增大，加快输液部4中的液态工作介质进入吸液芯的流动速度；如此反复，工作介质在环路中的蒸发段、绝热段、冷凝段和输液段循环流动。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种集成电流体动力微泵的反重力环路热管，其特征在于：包括依次首尾串联形成环路的蒸发段(1)、绝热段(2)、冷凝段(3)、输液部(4)和热管(8)；
所述蒸发段(1)内设有吸液芯(6)；
所述输液部(4)内置有电流体动力微泵(5)，利用电流体动力微泵(5)驱动环路内的液体工质，使液体工质在环路内循环流动。
2.根据权利要求1所述集成电流体动力微泵的反重力环路热管，其特征在于：所述吸液芯(6)包括圆筒部(61)和圆柱部(62)，圆筒部(61)覆盖整个蒸发段(1)的内壁面，圆柱部(62)为设置在蒸发段(1)的进液端内的一截圆柱段。
3.根据权利要求1所述集成电流体动力微泵的反重力环路热管，其特征在于：蒸发段(1)、绝热段(2)、冷凝段(3)、输液部(4)和热管(8)的各结合处密封，并抽取环路内的真空，再向其内加入液体工质。
4.根据权利要求1至3中任一项所述集成电流体动力微泵的反重力环路热管，其特征在于：所述热管(8)的内径小于蒸发段(1)和冷凝段(3)的内径；
所述输液部(4)连接冷凝段(3)之间的热管段内径，小于蒸发段(1)和冷凝段(3)的内径；所述输液部(4)连接热管(8)之间的热管段内径，也小于蒸发段(1)和冷凝段(3)的内径。
5.根据权利要求4所述集成电流体动力微泵的反重力环路热管，其特征在于：所述蒸发段(1)由紫铜管内塞入铜粉和棒芯烧结而成，烧结结束后铜粉与紫铜管结为一体，抽离棒芯，得到蒸发段(1)。
6.根据权利要求4所述集成电流体动力微泵的反重力环路热管，其特征在于：所述圆筒部(61)的壁厚为0.5mm～2mm。
7.根据权利要求4所述集成电流体动力微泵的反重力环路热管，其特征在于：所述电流体动力微泵(5)由电极片与硅基板嵌套配合和两块硅基板键合连接得到；其中电极片为平板型结构，板厚0.6mm，其表面包括加工有梳齿状结构凸起电极的发射极和集电极；
所述发射极和集电极的高度为20～50μm，所述发射极与集电极平行交错分布，电极表面镀有金，相邻的发射极和集电极构成一个电极对，同一电极对的集电极与发射极之间的距离为0.1mm～0.3mm。
8.根据权利要求7所述集成电流体动力微泵的反重力环路热管，其特征在于：每个电极对之间的距离为集电极与发射极之间距离的2～3倍；所有发射极末端与直流电源正极连接，所有集电极末端与直流电源负极连接。
9.一种反重力环路热管的循环方法，其特征在于采用权利要求1至8中任一项所述集成电流体动力微泵的反重力环路热管实现，包括如下步骤：
步骤一：蒸发段(1)内的液体工质因受热，转变成为气态工作介质；气态工作介质从处于高气压状态的蒸发段(1)流进绝热段(2)，再从绝热段(2)进入冷凝段(3)进行冷却；
步骤二：气态工作介质在冷凝段(3)受到冷却作用后重新恢复成液态工作介质，此时液态工作介质进入输液部(4)中，利用输液部(4)的电流体动力微泵(5)驱动该液体工作介质，使其依次进入热管(8)、蒸发段(1)中；
步骤三：蒸发段(1)中由于液态工作介质转变成气态工作介质，则吸液芯(6)因液体减少而吸液芯(6)流道中的毛细力增大，加快输液部(4)中的液态工作介质进入吸液芯的流动速度；如此反复，工作介质在环路中的蒸发段、绝热段、冷凝段和输液段循环流动。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109631633A (zh) * 2018-12-29 2019-04-16 中国科学院合肥物质科学研究院 一种提升反重力能力的高温热管结构
CN110081746A (zh) * 2018-06-12 2019-08-02 山东大学 一种环路热管冷凝管间距的设计方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1655666A (zh) * 2004-02-10 2005-08-17 日立电线株式会社 液体循环式冷却装置
CN203203444U (zh) * 2013-02-28 2013-09-18 北京德能恒信科技有限公司 一种动力热管系统
CN104767354A (zh) * 2015-03-19 2015-07-08 华南理工大学 一种基于双极片复合电场的电流体动力微泵
CN105074373A (zh) * 2013-02-14 2015-11-18 欧热管公司 具有两相流体的热传输装置
US20160047605A1 (en) * 2014-08-14 2016-02-18 Ibérica Del Espacio, S.A. Advanced control two phase heat transfer loop
CN105423790A (zh) * 2015-12-04 2016-03-23 王轶珂 一种吸热散热装置
CN205843453U (zh) * 2016-05-11 2016-12-28 华南理工大学 一种集成电流体动力微泵的反重力环路热管

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1655666A (zh) * 2004-02-10 2005-08-17 日立电线株式会社 液体循环式冷却装置
CN105074373A (zh) * 2013-02-14 2015-11-18 欧热管公司 具有两相流体的热传输装置
CN203203444U (zh) * 2013-02-28 2013-09-18 北京德能恒信科技有限公司 一种动力热管系统
US20160047605A1 (en) * 2014-08-14 2016-02-18 Ibérica Del Espacio, S.A. Advanced control two phase heat transfer loop
CN104767354A (zh) * 2015-03-19 2015-07-08 华南理工大学 一种基于双极片复合电场的电流体动力微泵
CN105423790A (zh) * 2015-12-04 2016-03-23 王轶珂 一种吸热散热装置
CN205843453U (zh) * 2016-05-11 2016-12-28 华南理工大学 一种集成电流体动力微泵的反重力环路热管

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110081746A (zh) * 2018-06-12 2019-08-02 山东大学 一种环路热管冷凝管间距的设计方法
CN110081746B (zh) * 2018-06-12 2020-10-20 山东大学 一种环路热管冷凝管间距的设计方法
CN109631633A (zh) * 2018-12-29 2019-04-16 中国科学院合肥物质科学研究院 一种提升反重力能力的高温热管结构

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