CN106098657A - 一种电液动力微泵驱动的小型液冷系统与方法 - Google Patents

一种电液动力微泵驱动的小型液冷系统与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电液动力微泵驱动的小型液冷系统与方法；包括灌注有液态工质的液冷块和灌注有液态工质的换热器；换热器的出口通过第一环路管道连接液冷块的进口，在第一环路管道的管路上串联有第一电液动力微泵；液冷块的出口通过第二环路管道连接换热器的进口，在第二环路管道的管路上串联有第二电液动力微泵；本小型液冷系统不仅解决了大功率电子器件高效散热问题，而且解决了传统机械泵具有体积大、功耗高、噪声大、流量控制不精准等缺点；具有无运动部件、运行可靠、功耗低、容易制作和无需维护等优点，并且可以直接与芯片或流道集成，无需独立空间。可被运用在电子器件冷却、药物输送和微机电系统等领域。

Description

一种电液动力微泵驱动的小型液冷系统与方法
技术领域
本发明涉及流体动力领域和传热装置，尤其涉及一种电液动力微泵驱动的小型液冷系统与方法。
背景技术
随着电子制造技术的发展，电子元件的集成度越来越高。摩尔定律指出，集成电路的晶体管密度每隔18个月就增加一倍。电子元件的集成度越高，热流密度越大。电子元件的可靠性和寿命将越来越依赖于热控制系统的完善程度。相关研究表明，电子元件的工作温度每升高10℃，系统的可靠性和电子元件的寿命将会下降一半左右。目前高热流器件的散热功率已达10^6w/m^2的量级，而下一代电子元器件的散热将超过10^7w/m^2。这些热量需要及时排出以保证芯片的温度处于所允许的范围内，现有的风冷技术是不可能满足如此高的热流密度的散热需求。大功率电子芯片的散热问题已经成为微电子行业发展的一个瓶颈，也是目前电子器件封装和应用必须解决的核心问题。通过对芯片散热的研究，研究人员发现可以采用液体冷却的方式解决大功率电子器件的散热问题。
在微电子散热领域，研究发现在微通道热沉中对工质进行强制对流会使散热效果有显著地提高而液体工质在微通道结构会产生很高的流动压差，因此常规的流体的驱动方法在微管道中是不可行的。这就需要一种既不增加热沉体积又能够稳定工作提供足够流体出口压力的工质驱动器来作为工质流动的动力源。传统机械泵具有体积大、功耗高、噪声大、流量控制不精准等缺点。
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，提供一种工艺结构简单紧凑、散热效率高的电液动力微泵驱动的小型液冷系统与方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种电液动力微泵驱动的小型液冷系统，包括灌注有液态工质的液冷块1和灌注有液态工质的换热器4；所述换热器4的出口通过第一环路管道2连接液冷块1的进口，在第一环路管道2的管路上串联有第一电液动力微泵3；
所述液冷块1的出口通过第二环路管道21连接换热器4的进口，在第二环路管道21的管路上串联有第二电液动力微泵31。
所述第一电液动力微泵3包括具有腔体3-3、与腔体3-3相配的密封端盖3-1、设置在密封端盖3-1内表面并延伸至与腔体3-3内部的基体3-2、附着在基体3-2下表面的由相互间隔交错分布的阴极和阳极构成的电极阵列3-5；所述第二电液动力微泵31的结构与第一电液动力微泵3相同；
液态工质在第一电液动力微泵3和第二电液动力微泵31的驱动力作用下，从液冷块1的出口流出并通过第二环路管道21上的第二电液动力微泵31进入换热器4，在换热器4内进行热交换；完成热交换后的液态工质，再由换热器4的出口流出并通过第一环路管道2上的第一电液动力微泵3返回至换热器4内；以此不断循环。
所述电极阵列3-5中的一个阴极和与之相邻的一个阳极构成一组电极对；所述电极阵列3-5中的阴极和阴极分别并联后，再通过各自的接线端子3-6连接设置在密封端盖3-1上的接线柱3-4连接外部电源。
所述电极阵列3-5为梳齿状电极阵列。
所述换热器4安装有散热翅片4-1。
所述基体3-2为条形绝缘材料制成；所述腔体3-3为条形空腔。
所述密封端盖3-1与腔体3-3之间通过螺栓连接。
所述密封端盖3-1与接线柱3-4之间的连接采用密封连接。
所述密封端盖3-1与腔体3-3之间的结合面为气密封结合。
一种散热方法如下：
步骤一：将液冷块1与外界待散热的热源紧密贴合；接通外部电源，启动第一电液动力微泵3和第二电液动力微泵31，使其处于工作状态；
步骤二：待散热的热源将其热量传递给液冷块1内部循环流动的液态工质；
步骤三：液态工质在第一电液动力微泵3和第二电液动力微泵31的驱动力作用下，从液冷块1的出口流出并通过第二环路管道21上的第二电液动力微泵31进入换热器4，在换热器4内进行热交换；完成热交换后的液态工质，再由换热器4的出口流出并通过第一环路管道2上的第一电液动力微泵3返回至换热器4内；液态工质以此不断循环，最终将热源产生的热量通过换热器4传递至空气中。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明换热器4、第一环路管道2、液冷块1、第一环路管道2、第一电液动力微泵3、第二环路管道21和第二电液动力微泵31等构成了一个闭环式液态工质的循环回路回路。液态工质通过电液动力微泵所提供的驱动力循环流动。液冷系统在液冷块处受到外界热源的作用，通过液态工质的循环流动把液冷块受到的外界热量带到换热器处，并通过换热器翅片把热量散发至外部。
本发明不仅解决了大功率电子器件高效散热问题，而且解决了传统机械泵具有体积大、功耗高、噪声大、流量控制不精准等缺点；本发明电液动力微泵具有无运动部件、运行可靠、功耗低、容易制作和无需维护等优点，并且可以直接与芯片或流道集成，无需独立空间。电液动力微泵驱动的小型液冷系统具有体积小、运行可靠、功耗低、传热功率大等优点，可被运用在电子器件冷却、药物输送和微机电系统等领域。
附图说明
图1为本发明电液动力微泵驱动的小型液冷系统的结构示意图。
图2为本发明电液动力微泵结构示意图。
图3为本发明基体与电极阵列的结构分布示意图。
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3所示。本发明公开了一种电液动力微泵驱动的小型液冷系统，包括灌注有液态工质的液冷块1和灌注有液态工质的换热器4；所述换热器4的出口通过第一环路管道2连接液冷块1的进口，在第一环路管道2的管路上串联有第一电液动力微泵3；所述液冷块1的出口通过第二环路管道21连接换热器4的进口，在第二环路管道21的管路上串联有第二电液动力微泵31。
所述第一电液动力微泵3包括具有腔体3-3、与腔体3-3相配的密封端盖3-1、设置在密封端盖3-1内表面并延伸至与腔体3-3内部的基体3-2、附着在基体3-2下表面的由相互间隔交错分布的阴极和阳极构成的电极阵列3-5。所述阴极和阳极向下凸起，并与腔体3-3的内底壁接触或者间隙配合。所述腔体3-3的进口与出口的区域，分别设有向下凹陷的沉槽，为液态工质的进出提供一个缓冲区，以提高液态工质的流动效率。
所述第二电液动力微泵31的结构与第一电液动力微泵3相同；所述电极阵列3-5为梳齿状电极阵列，当然根据具体应用要求也可以是其他任意形状。
液态工质在第一电液动力微泵3和第二电液动力微泵31的驱动力作用下，从液冷块1的出口流出并通过第二环路管道21上的第二电液动力微泵31进入换热器4，在换热器4内进行热交换；完成热交换后的液态工质，再由换热器4的出口流出并通过第一环路管道2上的第一电液动力微泵3返回至换热器4内；以此不断循环。
所述电极阵列3-5中的一个阴极和与之相邻的一个阳极构成一组电极对；所述电极阵列3-5中的阴极和阴极分别并联后，再通过各自的接线端子3-6连接设置在密封端盖3-1上的接线柱3-4连接外部电源。
所述换热器4安装有散热翅片4-1。所述基体3-2为条形绝缘材料制成；所述腔体3-3为条形空腔。所述密封端盖3-1与腔体3-3之间通过螺栓连接。所述密封端盖3-1与接线柱3-4之间的连接采用密封连接。所述密封端盖3-1与腔体3-3之间的结合面为气密封结合。
本发明散热方法可通过如下步骤实现：
步骤一：将液冷块1与外界待散热的热源紧密贴合；接通外部电源，启动第一电液动力微泵3和第二电液动力微泵31，使其处于工作状态；
步骤二：待散热的热源将其热量传递给液冷块1内部循环流动的液态工质；
步骤三：液态工质在第一电液动力微泵3和第二电液动力微泵31的驱动力作用下，从液冷块1的出口流出并通过第二环路管道21上的第二电液动力微泵31进入换热器4，在换热器4内进行热交换；完成热交换后的液态工质，再由换热器4的出口流出并通过第一环路管道2上的第一电液动力微泵3返回至换热器4内；液态工质以此不断循环，最终将热源产生的热量通过换热器4传递至空气中。
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 (10)

1.一种电液动力微泵驱动的小型液冷系统，其特征在于：包括灌注有液态工质的液冷块(1)和灌注有液态工质的换热器(4)；
所述换热器(4)的出口通过第一环路管道(2)连接液冷块(1)的进口，在第一环路管道(2)的管路上串联有第一电液动力微泵(3)；
所述液冷块(1)的出口通过第二环路管道(21)连接换热器(4)的进口，在第二环路管道(21)的管路上串联有第二电液动力微泵(31)。
2.根据权利要求1所述电液动力微泵驱动的小型液冷系统，其特征在于：所述第一电液动力微泵(3)包括具有腔体(3-3)、与腔体(3-3)相配的密封端盖(3-1)、设置在密封端盖(3-1)内表面并延伸至与腔体(3-3)内部的基体(3-2)、附着在基体(3-2)下表面的由相互间隔交错分布的阴极和阳极构成的电极阵列(3-5)；
所述第二电液动力微泵(31)的结构与第一电液动力微泵(3)相同；
液态工质在第一电液动力微泵(3)和第二电液动力微泵(31)的驱动力作用下，从液冷块(1)的出口流出并通过第二环路管道(21)上的第二电液动力微泵(31)进入换热器(4)，在换热器(4)内进行热交换；完成热交换后的液态工质，再由换热器(4)的出口流出并通过第一环路管道(2)上的第一电液动力微泵(3)返回至换热器(4)内；以此不断循环。
3.根据权利要求2所述电液动力微泵驱动的小型液冷系统，其特征在于：所述电极阵列(3-5)中的一个阴极和与之相邻的一个阳极构成一组电极对；所述电极阵列(3-5)中的阴极和阴极分别并联后，再通过各自的接线端子(3-6)连接设置在密封端盖(3-1)上的接线柱(3-4)连接外部电源。
4.根据权利要求2所述电液动力微泵驱动的小型液冷系统，其特征在于：所述电极阵列(3-5)为梳齿状电极阵列；所述阴极和阳极向下凸起，并与腔体3-3的内底壁面接触或者间隙配合；所述腔体3-3的进口与出口的区域分别设有向下凹陷的沉槽。
5.根据权利要求2所述电液动力微泵驱动的小型液冷系统，其特征在于：所述换热器(4)安装有散热翅片(4-1)。
6.根据权利要求2所述电液动力微泵驱动的小型液冷系统，其特征在于：所述基体(3-2)为条形绝缘材料制成；所述腔体(3-3)为条形空腔。
7.根据权利要求2所述电液动力微泵驱动的小型液冷系统，其特征在于：所述密封端盖(3-1)与腔体(3-3)之间通过螺栓连接。
8.根据权利要求3所述电液动力微泵驱动的小型液冷系统，其特征在于：所述密封端盖(3-1)与接线柱(3-4)之间的连接采用密封连接。
9.根据权利要求3所述电液动力微泵驱动的小型液冷系统，其特征在于：所述密封端盖(3-1)与腔体(3-3)之间的结合面为气密封结合。
10.一种散热方法，其特征在于采用权利要求1至9中任一项所述电液动力微泵驱动的小型液冷系统实现，其包括如下步骤：
步骤一：将液冷块(1)与外界待散热的热源紧密贴合；接通外部电源，启动第一电液动力微泵(3)和第二电液动力微泵(31)，使其处于工作状态；
步骤二：待散热的热源将其热量传递给液冷块(1)内部循环流动的液态工质；
步骤三：液态工质在第一电液动力微泵(3)和第二电液动力微泵(31)的驱动力作用下，从液冷块(1)的出口流出并通过第二环路管道(21)上的第二电液动力微泵(31)进入换热器(4)，在换热器(4)内进行热交换；完成热交换后的液态工质，再由换热器(4)的出口流出并通过第一环路管道(2)上的第一电液动力微泵(3)返回至换热器(4)内；液态工质以此不断循环，最终将热源产生的热量通过换热器(4)传递至空气中。
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