CN109041537B - 一种形状记忆合金驱动的自调节流道冷板及自调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种形状记忆合金驱动的自调节流道冷板及自调节方法，包括上盖板、下盖板和位于其之间的流道板，还包括成型在流道板上下表面的双层结构的流道，在上层流道上设有若干用于放置流道调节组件的安装槽；流道调节组件包括推杆、推杆上的形状记忆合金弹簧和弹簧，还包括固定在推杆上的活动流道壁；上盖板内表面设有与安装槽贴合的热导机构；安装槽内填充有液态工质；通过形状记忆合金弹簧受热导机构和液态工质传热，使其弹力发生变化，进而带动推杆推动活动流道壁发生相应运动，对上层流道的分支流道开启和关闭，从而调节冷板表面的温度分布。本发明解决了由于冷板流道结构不可自动调节而造成的发热器件散热不均及冷板温度不可控的问题。

Description

一种形状记忆合金驱动的自调节流道冷板及自调节方法

技术领域

本发明属于热控制技术领域，涉及一种液冷散热装置，尤其涉及一种形状记忆合金驱动的自调节流道冷板。

背景技术

冷板是一种简单高效的热交换器，其通过热传导和内部流道冷却工质的强迫对流来实现对安装于其表面的发热器件的冷却，而合理的冷板流道设计是影响冷板热交换能力的关键因素之一。现有的冷板流道为一次性加工成型，由于其内部流道及冷却工质流量固定，而实际使用时，发热器件功率及其位置分布千变万化，故针对同一冷板而言，其无法很好地适用于各种工作情况，且容易造成冷板表面某些发热电子器件的散热不均，影响电子器件的寿命与可靠性。而目前尚未发现有冷板能根据实际工况自行调节其内部流道结构及冷却工质流量。

基于上述考虑，如果有一种自调节流道冷板能根据安装在其表面发热器件的发热功率及器件分布，自行调节其内部流道结构及冷却工质流量，使得冷却工质的流动具有热导向型，那么同一冷板便能很好的适用于各式工作情况，且使得冷板上多个发热器件的散热更加均匀，进而使得冷板对不同工况的适应性问题得以很好的解决。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种形状记忆合金驱动的自调节流道冷板，旨在解决由于传统冷板流道结构不可自动调节而造成的发热器件散热不均及冷板温度不可控的问题。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种形状记忆合金驱动的自调节流道冷板，包括上盖板、下盖板和位于上盖板和下盖板之间的流道板，还包括分别加工成型在流道板上下表面的双层结构的流道，以及加工在上层流道上的若干用于放置流道调节组件的安装槽；

所述流道调节组件包括推杆、设在推杆上的形状记忆合金弹簧和弹簧，还包括水平固定在推杆上的活动流道壁；所述上盖板内表面设有与安装槽贴合的若干热导机构；所述安装槽内填充有高导热系数的液态工质；通过形状记忆合金弹簧受热导机构和液态工质传热，使其弹力发生变化，进而带动推杆推动活动流道壁发生相应运动，对上层流道的分支流道开启和关闭，从而调节流道冷板冷板表面的温度分布。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：

进一步，所述上盖板外表面为一光滑表面，发热器件通过热界面材料贴合在该表面上；所述上盖板内表面装有若干热导机构。

进一步，所述热界面材料为导热硅胶、硅脂或衬垫。

进一步，所述热导机构为平板热管，流道调节装置通过平板热管与上盖板相连。

进一步，所述液态工质为硅脂、水或液态金属。

进一步，所述分别加工成型在流道板上下表面的双层结构的流道为工型分形双层流道，其包括上下分布的上流道和下流道，上流道和下流道分别连通一对工型流道，各工型流道分别再连通一对对称分布的工型分型流道；共有32个流道分支，上下流道面各流道分支末端通过通孔连通。

进一步，在安装槽侧设有加工的导向槽，活动流道壁水平放置在上流道中，其延伸终止端垂直伸入导向槽中。

进一步，所述形状记忆合金弹簧设在与上流道中的活动流道壁固连的推杆上段，弹簧设在推杆下段，并与流道调节组件安装槽侧壁接触。

进一步，所述安装槽内填充的高导热系数液态工质将流道调节装置完全浸润。

本发明相应地给出了一种形状记忆合金驱动的自调节流道冷板的调节方法，包括以下步骤：

1)将弹簧和预设有温度阈值的形状记忆合金弹簧安装在推杆上，并连同水平固定在推杆上的活动流道壁共同放置在安装槽中；

2)上盖板的各处电子元件发热温度通过与之相连的热导机构和安装槽内的液态工质传导至形状记忆合金弹簧，使其弹力发生变化；

3)在电子元件发热温度低于第一预设温度时，形状记忆合金弹簧的弹力减小并受弹簧挤压，进而带动推杆推动活动流道壁向安装槽的对侧移动，使得该上流道缩窄至完全关闭，阻断冷却工质流量流动；

4)当电子元件发热温度高于第一预设温度且小于第二预设温度时，形状记忆合金弹簧的弹力上升并挤压弹簧，进而带动推杆拉动活动流道壁向安装槽一侧移动，使得该分支流道宽度随温度上升而逐渐加宽，冷却工质流量增加；

5)当电子元件发热温度高于第二预设温度时，形状记忆合金弹簧的弹力达到最大，使得该分支流道完全开启，冷却工质流量达到最大，从而加强换热。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

1.本发明内部分布有若干流道调节组件，可根据发热器件的分布位置自行调节流道结构，使得冷却工质的流动具有热导向性，会集中流向热源所在区域，从而提高了冷却效率。进一步的，流道调节组件对冷却工质流量的自我调节有效提高了各发热器件间的温度分布均匀性，从而提高了电子元件的可靠性。

2.本发明采用形状记忆合金作为流道调节组件的感温元件及作动元件，无需消耗额外能源即可实现自力式驱动。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明冷板整体结构图；

图2为本发明冷板流道图；

图3为本发明流道调节组件示意图。

图中：、1上盖板；2、下盖板；3、流道板；4、流道调节组件；11、热导机构；32、流道；33、安装槽；34、导向槽；41、形状记忆合金弹簧；42、推杆；43、弹簧；

321、上流道；322、下流道；323、通孔；3211、活动流道壁。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本实施例提供了一种形状记忆合金驱动的自调节流道冷板，参见图1，包括上盖板1，下盖板2和流道板3，还包括加工成型在流道板3上的双层结构的流道32和设在上层流道上的若干流道调节组件4。

上述上盖板1外表面为一光滑表面，发热器件通过热界面材料贴合在该表面上；优选的，上盖板1应选择铜或铝等高导热系数材料以降低其自身热阻，热界面材料为导热硅胶、硅脂或衬垫。上述上盖板1内表面装有若干热导机构11，用以向流道调节组件4传递热量，上述热导机构11在本实施例中为平板热管。

参见图2，在本实施例中，上述流道32为工型分形双层流道，其包括上下分布的上流道321和下流道322，上流道321和下流道322分别连通一对工型流道324，各工型流道分别再连通一对对称分布的工型分型流道325。共有32个流道分支，上下流道面各流道分支末端通过通孔323连通，这样做的有益效果是使得冷却工质冷热分离且实现了各分支流道冷却工质的独立流动。

上述流道32被加工成形在流道板本体31上下表面，在流道板本体上表面的上流道321侧加工成形有若干安装槽33，还包括在安装槽33侧加工的导向槽34，见图3所示。

上述安装槽33内填充有高导热系数的液态工质将流道调节装置4完全浸润，以进一步加强流道调节组件4的感温灵敏度。液态工质为硅脂、水或液态金属。

参见图3，流道调节组件4包括推杆42和设在推杆上的形状记忆合金弹簧41和弹簧43，还包括水平固定在推杆42上的活动流道壁3211。活动流道壁3211水平放置在上流道321中，其延伸终止端垂直伸入导向槽34中。

流道调节组件4在本实施例中共有32个，分别对应配合在上流道321面上的32条流道分支的工型分型流道325上，各流道调节组件4中的形状记忆合金弹簧41设在与上流道321中的活动流道壁3211固连的推杆42上段，弹簧43设在推杆42下段，并与安装槽33槽侧壁接触。

其中，活动流道壁3211安装在上流道321面中，同时各流道调节装置4通过热导机构11与上盖板1内表面相接触。

本实施例的整体运作过程如下：

1)使用时，由于安装在上盖板1各处的电子元件发热功率有高有低，从而造成各电子元件的温度不一，在上盖板1上产生了不同的温度场；将弹簧43和预设有温度阈值的形状记忆合金弹簧41安装在推杆42上，并连同水平固定在推杆上的活动流道壁3211共同放置在安装槽33中；

2)上盖板1的各处电子元件发热温度通过与之相连的热导机构11和安装槽33内的液态工质传导至形状记忆合金弹簧41，使其弹力发生变化；

3)在电子元件发热温度低于第一预设温度时，形状记忆合金弹簧41的弹力减小并受弹簧43挤压，进而带动推杆42推动活动流道壁3211向安装槽33的对侧移动，使得该上流道321缩窄至完全关闭，阻断冷却工质流量流动；

4)当电子元件发热温度高于第一预设温度且小于第二预设温度时，形状记忆合金弹簧41的弹力上升并挤压弹簧43，进而带动推杆42拉动活动流道壁3211向安装槽33一侧移动，使得该分支流道宽度随温度上升而逐渐加宽，冷却工质流量增加；

5)当电子元件发热温度高于第二预设温度时，形状记忆合金弹簧41的弹力达到最大，使得该分支流道完全开启，冷却工质流量达到最大。

本发明通过上盖板各低温位置处对应的流道调节组件控制该处的分支流道关闭以阻断冷却工质通过，各高温位置处对应的流道调节组件控制该处的分支流道加宽以增大冷却工质流量，从而加强换热。最终效果是缩窄低温位置流道的同时又加宽了高温位置的流道，使得冷却工质的流动具有了热导向性，更倾向于流向高温位置，相比传统冷板，在冷却工质流量恒定的前提下提高了冷板的散热效率，并有效改善了冷板表面的温度分布不均问题。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种形状记忆合金驱动的自调节流道冷板，其特征在于，包括上盖板(1)、下盖板(2)和位于上盖板和下盖板之间的流道板(3)，还包括分别加工成型在流道板(3)上下表面的双层结构的流道(32)，以及加工在上层流道上的若干用于放置流道调节组件(4)的安装槽(33)；

所述流道调节组件(4)包括推杆(42)、设在推杆上的形状记忆合金弹簧(41)和弹簧(43)，还包括水平固定在推杆(42)上的活动流道壁(3211)；所述上盖板(1)内表面设有与安装槽(33)贴合的若干热导机构(11)；所述安装槽(33)内填充有液态工质；通过形状记忆合金弹簧(41)受热导机构(11)和液态工质传热，使其弹力发生变化，进而带动推杆(42)推动活动流道壁(3211)发生相应运动，对上层流道的分支流道开启和关闭，从而调节流道冷板冷板表面的温度分布。

2.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的自调节流道冷板，其特征在于，所述上盖板(1)外表面为一光滑表面，发热器件通过热界面材料贴合在该表面上；所述上盖板(1)内表面装有若干热导机构(11)。

3.根据权利要求2所述的形状记忆合金驱动的自调节流道冷板，其特征在于，所述热界面材料为导热硅胶、硅脂或衬垫。

4.根据权利要求2所述的形状记忆合金驱动的自调节流道冷板，其特征在于，所述热导机构(11)为平板热管，流道调节装置(4)通过平板热管与上盖板(1)相连。

5.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的自调节流道冷板，其特征在于，所述液态工质为硅脂、水或液态金属。

6.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的自调节流道冷板，其特征在于，所述分别加工成型在流道板(3)上下表面的双层结构的流道(32)为工型分形双层流道，其包括上下分布的上流道(321)和下流道(322)，上流道(321)和下流道(322)分别连通一对工型流道(324)，各工型流道分别再连通一对对称分布的工型分型流道(325)；共有32个流道分支，上下流道面各流道分支末端通过通孔(323)连通。

7.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的自调节流道冷板，其特征在于，在安装槽(33)侧设有加工的导向槽(34)，活动流道壁(3211)水平放置在上流道(321)中，其延伸终止端垂直伸入导向槽(34)中。

8.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的自调节流道冷板，其特征在于，所述形状记忆合金弹簧(41)设在与上流道(321)中的活动流道壁(3211)固连的推杆(42)上段，弹簧(43)设在推杆(42)下段，并与安装槽(33)槽侧壁接触。

9.根据权利要求1-8任一项所述的形状记忆合金驱动的自调节流道冷板，其特征在于，所述安装槽(33)内填充的高导热系数液态工质将流道调节装置(4)完全浸润。

10.一种权利要求9所述形状记忆合金驱动的自调节流道冷板的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将弹簧和预设有温度阈值的形状记忆合金弹簧安装在推杆上，并连同水平固定在推杆上的活动流道壁共同放置在安装槽中；

2)上盖板的各处电子元件发热温度通过与之相连的热导机构和安装槽内的液态工质传导至形状记忆合金弹簧，使其弹力发生变化；

3)在电子元件发热温度低于第一预设温度时，形状记忆合金弹簧的弹力减小并受弹簧挤压，进而带动推杆推动活动流道壁向安装槽的对侧移动，使得该上流道缩窄至完全关闭，阻断冷却工质流量流动；

4)当电子元件发热温度高于第一预设温度且小于第二预设温度时，形状记忆合金弹簧的弹力上升并挤压弹簧，进而带动推杆拉动活动流道壁向安装槽一侧移动，使得该分支流道宽度随温度上升而逐渐加宽，冷却工质流量增加；

5)当电子元件发热温度高于第二预设温度时，形状记忆合金弹簧的弹力达到最大，使得该分支流道完全开启，冷却工质流量达到最大，从而加强换热。