CN110267507B - 一种利用捕获废热实现驱动的散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用捕获废热实现驱动的散热方法，其特征在于：在元器件上布设毛细管网，毛细管网中注入导热流体；采用换热驱动组件使毛细管网的输入端和输出端连通；利用斯特林发动机捕获元器件工作时产生的废热并将废热转化为动能，传动到换热驱动组件上驱动毛细管网内导热流体循环流动；利用循环流动的导热流体带走元器件热量来实现元器件散热。该散热方法可节省能耗，具有良好散热效果。本发明还提供一种实现上述利用捕获废热实现驱动的散热方法、可节省能耗、具有良好散热效果、实现小型化设计的散热装置。
Description
技术领域
本发明涉及元器件散热技术领域，更具体地说，涉及一种利用捕获废热实现驱动的散热方法及散热装置。
背景技术
在智能手机、移动硬盘、U盘等电子设备中，一般存在大功率高热流密度芯片；工作时芯片发热情况严重，影响芯片自身和周围元器件运行，甚至可能导致芯片烧毁；因此需要加设散热措施及时排走芯片工作时产生的热量，以确保设备安全、可靠、稳定地运行。但是现有散热器存在如下不足：
(一)现有散热器采用散热金属片来实现，由于设备内部空间有限，散热金属片的热量仍然积聚在设备内部，不能及时排出到外部环境，因此该散热器的散热效果并不理想；
(二)现有散热器采用散热风扇，需要耗费电能，不符合节能环保要求，并且由于风扇运行需要一定空间，因此对设备整体设计有较大影响，难以缩小设备体积。
发明内容
为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的一个目的在于提供一种利用捕获废热实现驱动、可节省能耗、具有良好散热效果的散热方法。本发明的另一个目的在于提供一种实现上述利用捕获废热实现驱动的散热方法、可节省能耗、具有良好散热效果、实现小型化设计的散热装置。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种利用捕获废热实现驱动的散热方法，其特征在于：在元器件上布设毛细管网，毛细管网中注入导热流体；采用换热驱动组件使毛细管网的输入端和输出端连通；利用斯特林发动机捕获元器件工作时产生的废热并将废热转化为动能，传动到换热驱动组件上驱动毛细管网内导热流体循环流动；利用循环流动的导热流体带走元器件热量来实现元器件散热。
本发明方法可利用元器件工作时产生的废热驱动毛细管网中导热流体流动，达到为元器件散热的技术效果，不需要供电即可实现散热，可节省能耗，节能环保。
优选地，所述毛细管网还伸入到斯特林发动机的冷却腔中，以加大斯特林发动机加热腔和冷却腔之间温差，以加快斯特林发动机的运动速度，从而加速换热驱动组件的速度和导热流体的流动速度，提升散热效果。
实现上述利用捕获废热实现驱动的散热方法的散热装置，其特征在于：包括设置在元器件发热位置上的斯特林发动机、传动组件、内部注有导热流体的毛细管网和换热驱动组件；所述毛细管网布设在元器件上；
所述换热驱动组件包括设有流道腔体的容器和可移动地设置在流道腔体中的动力活塞；毛细管网的输入端和输出端分别与流道腔体单向连通，以实现导热流体在流道腔体和毛细管网中形成单向循环流道；所述动力活塞通过传动组件与斯特林发动机的输出组件连接，以实现斯特林发动机的输出组件驱动传动组件运动，从而带动动力活塞往复运动。
本发明散热装置的工作原理是：当元器件发热位置温度较高时，斯特林发动机可捕获废热并将热能转化为输出组件的动能；输出组件带动传动组件运动从而带动动力活塞往复运动；在动力活塞向外运动时，流道腔体与毛细管网连通的区域变大，内部压强变小，导热流体从毛细管网的输出端被吸入到流道腔体中；在动力活塞向内运动时，流道腔体与毛细管网连通的区域变小，在流道腔体中的导热流体从毛细管网的输入端进入到毛细管网中；因此，在斯特林发动机的带动下，动力活塞往复运动，使导热流体在毛细管网和流道腔体中形成单向循环流动，通过间壁换热降低元器件温度。
本发明散热装置利用斯特林发动机作为动力源，捕获元器件工作时产生的废热来驱动毛细管网中导热流体流动，达到为元器件散热的技术效果，不需要供电即可实现散热，可节省能耗，节能环保；采用毛细管网进行散热，可实现散热装置小型化设计，还具有良好的散热效果。
优选地，所述斯特林发动机的输出组件包括活塞一、活塞二、与活塞一连接的导柱一和与活塞二连接的导柱二；所述斯特林发动机还包括缸体；所述缸体依次设有加热腔、回热器和冷却腔；活塞一可移动地设置在加热腔中；所述缸体在冷却腔壁上开设有腔口；活塞二可移动地设置在腔口中；导柱一和导柱二分别与传动组件连接。
优选地，所述毛细管网包括毛细管组一和毛细管组二；所述毛细管组一伸入到冷却腔中，之后从冷却腔中伸出；毛细管组一与冷却腔壁之间密封设置；所述毛细管组二布设在元器件上。毛细管组一经过冷却腔设置，导热流体在流经冷却腔时带走冷却腔中的热量，可增加加热腔和冷却腔之间温差，使斯特林发动机的运动速度加快，从而加快动力活塞的往复运动速度，加速导热流体流动。
优选地，所述传动组件包括钢性结构、连杆一、连杆二、连杆三和与动力活塞连接的导柱三；钢性结构上设有凸轮一和凸轮二；所述连杆一的两端分别通过轴承一与导柱一和钢性结构连接；所述连杆二的两端分别通过轴承二与导柱二和凸轮一连接；所述连杆三的两端分别通过轴承三与导柱三和凸轮二连接。
活塞一和活塞二的运动可带动动力活塞反向运动，在钢性结构转动的过程中，活塞一、活塞二和动力活塞可具有不同行程，便于传动组件的整体设计。
优选地，所述缸体在加热腔一侧贴合元器件发热位置设置；可充分捕获元器件产生的热量来驱动导热流体流动。
优选地，所述毛细管网的输入端和输出端分别通过单向阀与流道腔体连通。
优选地，所述导热流体为带有纳米颗粒的液态金属。
液态金属一般是指液态金属镓及其合金(如镓铟合金、镓铟锡合金等)以及铋基合金，是一类安全无毒的低熔点金属材料，熔点在室温附近。热导率：很高，是水的65倍，具有很好的传热换热能力；热容：水是常温下常见物质中质量比热容最大的物质；尽管液态金属的比热远小于水，但是由于其密度高(大约是水的6倍)，其体积热容能达到水的1/2左右。工作温区：拥有很宽的单相工作温区，从10.7—2200℃始终保持液态。流动性：具有很好的流动性，液态金属的黏度跟水在同一个量级，仅为水的2倍左右。将高热导率纳米颗粒掺混进液态金属，可进一步提升其热导率和换热能力。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明可利用元器件工作时产生的废热驱动毛细管网中导热流体流动，达到为元器件散热的技术效果，不需要供电即可实现散热，可节省能耗，节能环保；采用毛细管网进行散热，可实现散热装置小型化设计，还具有良好的散热效果；
2、本发明可加快斯特林发动机的运动速度，从而加速换热驱动组件的速度和导热流体的流动速度，提升散热效果；
3、本发明在钢性结构转动的过程中，活塞一、活塞二和动力活塞可具有不同行程，便于传动组件的整体设计；
4、本发明采用带有纳米颗粒的液态金属作为导热流体，可提高换热能力。
附图说明
图1是本发明散热装置的结构示意图；
图2是本发明散热装置另一种状态的结构示意图；
其中，1为斯特林发动机、1.1为加热腔、1.2为回热器、1.3为冷却腔、1.4为活塞一、1.5为活塞二、2为传动组件、2.1为钢性结构、2.2为凸轮一、2.3为凸轮二、2.4为连杆一、2.5为连杆二、2.6为连杆三、3为换热驱动组件、3.1为动力活塞、3.2为容器、4为毛细管网、5为元器件、5.1为元器件发热位置。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例一
本实施例一种利用捕获废热实现驱动的散热方法，在元器件上布设毛细管网，毛细管网中注入导热流体；采用换热驱动组件使毛细管网的输入端和输出端连通；利用斯特林发动机捕获元器件工作时产生的废热并将废热转化为动能，传动到换热驱动组件上驱动毛细管网内导热流体循环流动；利用循环流动的导热流体带走元器件热量来实现元器件散热。
本发明方法可利用元器件工作时产生的废热驱动毛细管网中导热流体流动，达到为元器件散热的技术效果，不需要供电即可实现散热，可节省能耗，节能环保。
优选地，毛细管网还伸入到斯特林发动机的冷却腔中，以加大斯特林发动机加热腔和冷却腔之间温差，以加快斯特林发动机的运动速度，从而加速换热驱动组件的速度和导热流体的流动速度，提升散热效果。
实现上述利用捕获废热实现驱动的散热方法的散热装置，其结构如图1和图2所示；包括设置在元器件发热位置5.1上的斯特林发动机1、传动组件2、内部注有导热流体的毛细管网4和换热驱动组件3。
斯特林发动机的工作原理采用现有斯特林发动机的工作原理，斯特林发动机1包括活塞一1.4、活塞二1.5、与活塞一1.4连接的导柱一、与活塞二1.5连接的导柱二和缸体；缸体依次设有加热腔1.1、回热器1.2和冷却腔1.3；活塞一1.4可移动地设置在加热腔1.1中；缸体在冷却腔1.3壁上开设有腔口；活塞二1.5可移动地设置在腔口中。
换热驱动组件3包括设有流道腔体的容器3.2和可移动地设置在流道腔体中的动力活塞3.1；毛细管网4的输入端和输出端分别与流道腔体单向连通，以实现导热流体在流道腔体和毛细管网4中形成单向循环流道，图1和图2中箭头方向为导热流体流动方向；动力活塞3.1通过传动组件2与导柱一和导柱二连接，以实现斯特林发动机1驱动传动组件2运动，从而带动动力活塞3.1往复运动。
本发明散热装置的工作原理是：当元器件发热位置5.1温度较高时，斯特林发动机1可捕获废热并将热能转化为导柱一和导柱二的动能；导柱一和导柱二带动传动组件运动从而带动动力活塞3.1往复运动；在动力活塞3.1向外运动时，流道腔体与毛细管网4连通的区域变大，内部压强变小，导热流体从毛细管网4的输出端被吸入到流道腔体中；在动力活塞3.1向内运动时，流道腔体与毛细管网4连通的区域变小，在流道腔体中的导热流体从毛细管网4的输入端进入到毛细管网4中；因此，在斯特林发动机1的带动下，动力活塞3.1往复运动，使导热流体在毛细管网4和流道腔体中形成单向循环流动，通过间壁换热降低元器件5温度。
本发明散热装置利用斯特林发动机作为动力源，捕获元器件5工作时产生的废热来驱动毛细管网4中导热流体流动，达到为元器件5散热的技术效果，不需要供电即可实现散热，可节省能耗，节能环保。采用毛细管网进行散热，可实现散热装置小型化设计，还具有良好的散热效果。
优选的方案是：缸体在加热腔1.1一侧贴合元器件发热位置5.1设置；可充分捕获元器件5产生的热量来驱动导热流体流动。
传动组件2包括钢性结构2.1、连杆一2.4、连杆二2.5、连杆三2.6和与动力活塞3.1连接的导柱三；钢性结构2.1上设有凸轮一2.2和凸轮二2.3；连杆一2.4的两端分别通过轴承一与导柱一和钢性结构2.1连接；连杆二2.5的两端分别通过轴承二与导柱二和凸轮一2.2连接；连杆三2.6的两端分别通过轴承三与导柱三和凸轮二2.3连接。
活塞一1.4和活塞二1.5的运动可带动动力活塞3.1反向运动，在钢性结构2.1转动的过程中，活塞一1.4、活塞二1.5和动力活塞3.1可具有不同行程，便于传动组件2的整体设计。
毛细管网4的输入端和输出端优选分别通过单向阀与流道腔体连通。导热流体为现有导热流体，例如水等。
毛细管网4包括毛细管组一和毛细管组二；毛细管组一伸入到冷却腔1.3中，之后从冷却腔1.3中伸出；毛细管组一与冷却腔1.3壁之间密封设置；毛细管组二布设在元器件5上。毛细管组一经过冷却腔1.3设置，导热流体在流经冷却腔1.3时带走冷却腔1.3中的热量，可增加加热腔1.1和冷却腔1.3之间温差，使斯特林发动机1的运动速度加快，从而加快动力活塞3.1的往复运动速度，加速导热流体流动。部分毛细管网还可以布设在不发热区域，以实现导热流体快速降温。
实施例二
本实施例一种实现利用捕获废热实现驱动的散热方法的散热装置，与实施例一的区别在于：本实施例中，毛细管网也可以只布设在元器件上而不经过斯特林发动机的冷却腔。本实施例的其余结构与实施例一相同。
实施例三
本实施例一种实现利用捕获废热实现驱动的散热方法的散热装置，与实施例一的区别在于：本实施例中，导热流体为带有纳米颗粒的液态金属。液态金属一般是指液态金属镓及其合金(如镓铟合金、镓铟锡合金等)以及铋基合金，是一类安全无毒的低熔点金属材料，熔点在室温附近。热导率：很高，是水的65倍，具有很好的传热换热能力；热容：水是常温下常见物质中质量比热容最大的物质；尽管液态金属的比热远小于水，但是由于其密度高(大约是水的6倍)，其体积热容能达到水的1/2左右。工作温区：拥有很宽的单相工作温区，从10.7—2200℃始终保持液态。流动性：具有很好的流动性，液态金属的黏度跟水在同一个量级，仅为水的2倍左右。将高热导率纳米颗粒掺混进液态金属，可进一步提升其热导率和换热能力。
本实施例的其余结构与实施例一相同。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的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 (7)
1.一种散热装置，其特征在于：包括设置在元器件发热位置上的斯特林发动机、传动组件、内部注有导热流体的毛细管网和换热驱动组件；所述毛细管网布设在元器件上；
所述换热驱动组件包括设有流道腔体的容器和可移动地设置在流道腔体中的动力活塞；毛细管网的输入端和输出端分别与流道腔体单向连通，以实现导热流体在流道腔体和毛细管网中形成单向循环流道；所述动力活塞通过传动组件与斯特林发动机的输出组件连接，以实现斯特林发动机的输出组件驱动传动组件运动，从而带动动力活塞往复运动；
利用斯特林发动机捕获元器件工作时产生的废热并将废热转化为动能，传动到换热驱动组件上驱动毛细管网内导热流体循环流动；利用循环流动的导热流体带走元器件热量来实现元器件散热；
所述毛细管网还伸入到斯特林发动机的冷却腔中，以加大斯特林发动机加热腔和冷却腔之间温差，以加快斯特林发动机的运动速度，从而加速换热驱动组件的速度和导热流体的流动速度，提升散热效果。
2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：所述斯特林发动机的输出组件包括活塞一、活塞二、与活塞一连接的导柱一和与活塞二连接的导柱二；所述斯特林发动机还包括缸体；所述缸体依次设有加热腔、回热器和冷却腔；活塞一可移动地设置在加热腔中；所述缸体在冷却腔壁上开设有腔口；活塞二可移动地设置在腔口中；导柱一和导柱二分别与传动组件连接。
3.根据权利要求2所述的散热装置，其特征在于：所述毛细管网包括毛细管组一和毛细管组二；所述毛细管组一伸入到冷却腔中，之后从冷却腔中伸出；毛细管组一与冷却腔壁之间密封设置；所述毛细管组二布设在元器件上。
4.根据权利要求2所述的散热装置，其特征在于：所述传动组件包括钢性结构、连杆一、连杆二、连杆三和与动力活塞连接的导柱三；钢性结构上设有凸轮一和凸轮二；所述连杆一的两端分别通过轴承一与导柱一和钢性结构连接；所述连杆二的两端分别通过轴承二与导柱二和凸轮一连接；所述连杆三的两端分别通过轴承三与导柱三和凸轮二连接。
5.根据权利要求2所述的散热装置，其特征在于：所述缸体在加热腔一侧贴合元器件发热位置设置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的散热装置，其特征在于：所述毛细管网的输入端和输出端分别通过单向阀与流道腔体连通。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的散热装置，其特征在于：所述导热流体为带有纳米颗粒的液态金属。
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