CN113115559A - 一种基于形状记忆合金的散热装置及散热方法 - Google Patents

一种基于形状记忆合金的散热装置及散热方法 Download PDF

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Abstract

一种基于形状记忆合金的散热装置及散热方法，散热装置包括底座，底座的一侧表面上设置有散热器、弹簧以及形状记忆合金，底座的另一侧表面贯穿底座安装预紧装置，预紧装置与弹簧的一端连接，弹簧的另一端连接形状记忆合金，形状记忆合金固定在底座上并能够被弹簧支撑；所述的形状记忆合金在原长状态时能够和热源设备接触吸热，形状记忆合金在收缩状态时能够和散热器接触散热。本发明还提供了一种基于形状记忆合金的散热方法。本发明不仅实现了高效的热量传递，同时利用形状记忆合金相变收缩的特性，实现了热量的远距离传输，并且不需要额外用电，也不需要使用制冷剂，具有环保节能的优点。

Description

一种基于形状记忆合金的散热装置及散热方法
技术领域
本发明属于散热技术领域，具体涉及一种基于形状记忆合金的散热装置及散热方法。
背景技术
随着科技的进步与发展，各种应用于不同领域的新型电子设备被不断开发出来，与之相匹配的散热设备也成为了电子设备高效运行的关键，电子设备的热量若不能及时排出，会严重影响电子设备的正常运转。目前，绝大多数的翅片散热器通过和电子设备发热位置直接接触吸收热量，通过风扇将热量带走；而热管利用热传导和制冷剂相变介质热传递的原理，将热量传递到热源外。前者的局限性在于发热设备和环境热汇距离太近，散热器吸收的热量不能远距离传输，后者的缺陷则是非固态传热导致传热效率低，且制冷剂的使用并不绿色环保。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中散热器的散热效果不佳以及制冷剂造成环境污染的问题，提供一种基于形状记忆合金的散热装置及散热方法，实现高效散热并且绿色节能。
为了实现上述目的，本发明有以下技术方案：
一种基于形状记忆合金的散热装置，包括底座，底座的一侧表面上设置有散热器、弹簧以及形状记忆合金，底座的另一侧表面贯穿底座安装预紧装置，预紧装置与弹簧的一端连接，弹簧的另一端连接形状记忆合金，形状记忆合金固定在底座上并能够被弹簧支撑；所述的形状记忆合金在原长状态时能够和热源设备接触吸热，形状记忆合金在收缩状态时能够和散热器接触散热。
优选的，所述的形状记忆合金为丝状或板状结构，两端分别通过夹具固定在底座上。
优选的，所述的夹具能够调整形状记忆合金的长度，使其在原长状态时能够和热源设备接触紧密。
优选的，所述的弹簧在散热器的两侧对称位置各设置一个，两个夹具设置在两个弹簧的外侧，两个弹簧支撑在形状记忆合金中部的不同位置上。
优选的，所述的底座上开设有螺纹孔，预紧装置通过底座上的螺纹孔和弹簧相连，通过旋转预紧装置改变弹簧的初始长度，使弹簧在初始状态下产生所需的预紧力。
优选的，所述的形状记忆合金采用具有弹热效应的材料制成，常温下处于马氏体状态并能够被温度驱动产生相变；当受到温度高于其奥氏体终止转变温度的热源设备驱动时，形状记忆合金从热源设备吸收热量并发生由马氏体相向奥氏体相的转变，产生收缩相变；形状记忆合金在受到温度低于其马氏体终止转变温度的散热器驱动时，向散热器放出热量并发生由奥氏体相向马氏体相的转变，形状记忆合金能够恢复原长。
优选的，所述弹簧的预紧力方向垂直于散热器，并由散热器指向热源设备。
本发明还提供一种基于形状记忆合金的散热方法，包括循环执行的以下步骤：
步骤一、形状记忆合金在原长状态下通过弹簧提供的预紧力和温度为Tg的热源设备相接触吸热，使形状记忆合金的内部温度不断升高；
步骤二、热源设备的热量传递给形状记忆合金，形状记忆合金在热源设备Tg温度的驱动下发生收缩相变进而产生内部收缩应力，当形状记忆合金的内部收缩应力大于弹簧的预紧力时，形状记忆合金将弹簧压缩，形状记忆合金不断向上移动，并最终和散热器接触；
步骤三、形状记忆合金和散热器相接触后，向温度为Th的环境释放热量，使形状记忆合金的内部温度不断降低；
步骤四、形状记忆合金和散热器接触放热后，形状记忆合金发生由奥氏体相向马氏体相的相变，内部收缩应力不断降低，当内部收缩应力低于弹簧的预紧力时，形状记忆合金在弹簧的预紧力作用下，不断向下移动，并最终和热源设备接触，回到步骤一，完成一个循环。
相较于现有技术，本发明有如下的有益效果：通过弹簧支撑的形状记忆合金进行固态接触吸放热，实现了高效的热量传递，利用形状记忆合金相变收缩的特性，实现了热量的远距离传输，并且本发明提出的散热装置不需要额外用电，也不需要使用制冷剂，因此，是一种绿色节能的散热装置。适用于芯片等电子元器件的高效散热。
进一步的，本发明通过夹具固定形状记忆合金的两端，夹具能够调整形状记忆合金的长度，同时预紧装置能够改变弹簧的初始长度，调节弹簧在初始状态下的预紧力，使形状记忆合金能够在原长以及相变收缩之后分别和热源设备及散热器均接触紧密，预紧装置由底座上的螺纹孔穿过保证了弹簧的预紧力方向垂直于散热器，从而有效提高了散热效率和散热质量。
相较于现有技术，本发明基于形状记忆合金的散热方法能够循环长效的对热源设备进行散热，并且散热高效，同时不需要额外用电，也不需要使用制冷剂，环保节能。
附图说明
图1本发明散热装置处于吸收热源设备热量状态下的剖面示意图；
图2本发明散热装置处于向环境散热状态下的剖面示意图；
图3本发明散热装置对应的循环应变-温度示意图；
附图中：101-热源设备；102-弹簧；103-散热器；104-底座；105-夹具；106-预紧装置；107-形状记忆合金。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种基于形状记忆合金的散热装置，包括底座104，底座104的一侧表面设置有散热器103、弹簧102以及形状记忆合金107，底座104的另一侧表面贯穿底座104安装预紧装置106，预紧装置106与弹簧102的一端连接，弹簧102的另一端连接形状记忆合金107，形状记忆合金107固定在底座104上并能够被弹簧102支撑。
处于原长状态下的形状记忆合金107通过弹簧102提供的预紧力和热源装置101紧密接触，形状记忆合金107的原始长度通过固定在底座104上的夹具105进行调节固定，弹簧102的预紧力通过预紧装置106进行调节，预紧装置106的一端和弹簧102固定连接，预紧装置106可以是螺栓、螺丝等装置，通过将预紧装置106旋入底座104上的螺纹孔来调节弹簧102的预紧力。在底座104上固定的散热器103用于向环境热汇散热，形状记忆合金107在收缩状态下可以和散热器103紧密接触，将吸收的热量通过散热器103排向环境热汇。
形状记忆合金107采用具有弹热效应的材料制成，常温下处于马氏体状态并能够被温度驱动产生相变；当受到温度高于其奥氏体终止转变温度的热源设备101驱动时，形状记忆合金107从热源设备101吸收热量并发生由马氏体相向奥氏体相的转变，产生收缩相变；形状记忆合金107在受到温度低于其马氏体终止转变温度的散热器103驱动时，向散热器103放出热量并发生由奥氏体相向马氏体相的转变，形状记忆合金107能够恢复原长。
本发明基于形状记忆合金的散热方法为：形状记忆合金107通过弹簧102的预紧力和热源设备101接触吸热，如图1所示，形状记忆合金107发生吸热收缩相变，形状记忆合金107长度减小，产生收缩应力并不断向散热器103方向移动，当形状记忆合金107最终和散热器103接触时，如图2所示，形状记忆合金107将热量向散热器103传递，散热器103向环境热汇散热，形状记忆合金107在该过程由于放热导致温度降低，发生逆向相变，形状记忆合金107开始恢复原长，内部收缩应力不断减小，在弹簧102预紧力的作用下不断向热源设备101方向移动，最终和热源设备101紧密接触，完成了一个散热装置的吸热和放热过程。
本发明基于形状记忆合金的散热装置在外界温度的驱动下会产生弹热效应，图3描述了温度驱动形状记忆合金循环相变过程的应变、温度示意图，实际使用时，根据底座104和热源设备101之间的距离，调节预紧装置106和夹具105，来保证原长状态下形状记忆合金107和热源设备101能紧密贴合，使得形状记忆合金107能高效吸收热源设备101的热量。
形状记忆合金107从温度为Tg的热源设备101中吸收热量的过程对应于图3中由B1到B2的过程，该过程处于环境温度Th的形状记忆合金107由马氏体相向奥氏体相转变，形状记忆合金107温度不断升高，相变过程伴随着形状记忆合金107应变不断减小，产生对外收缩应力；形状记忆合金107和散热器103接触放热的过程对应于图3中由B2到B1的过程，形状记忆合金107开始发生由奥氏体相向马氏体相的转变，伴随着形状记忆合金107应变不断增大，对外收缩应力不断减小，形状记忆合金107开始恢复原长。
弹簧102提供的预紧力方向由底座104指向热源设备101，通过在散热器103的两端各布置一个弹簧102的方式来保证形状记忆合金107受到均匀的预紧力作用，从而使形状记忆合金107能和热源设备101紧密贴合，形状记忆合金107收缩过程产生的收缩应力方向由热源设备101指向底座104，当收缩应力大于弹簧102的预紧力时，形状记忆合金107向散热器103方向移动；当收缩应力小于弹簧102的预紧力时，形状记忆合金107向热源设备101方向移动。
以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于形状记忆合金的散热装置，其特征在于：包括底座(104)，底座(104)的一侧表面上设置有散热器(103)、弹簧(102)以及形状记忆合金(107)，底座(104)的另一侧表面贯穿底座(104)安装预紧装置(106)，预紧装置(106)与弹簧(102)的一端连接，弹簧(102)的另一端连接形状记忆合金(107)，形状记忆合金(107)固定在底座(104)上并能够被弹簧(102)支撑；所述的形状记忆合金(107)在原长状态时能够和热源设备(101)接触吸热，形状记忆合金(107)在收缩状态时能够和散热器(103)接触散热。
2.根据权利要求1所述基于形状记忆合金的散热装置，其特征在于：所述的形状记忆合金(107)为丝状或板状结构，两端分别通过夹具(105)固定在底座(104)上。
3.根据权利要求2所述基于形状记忆合金的散热装置，其特征在于：所述的夹具(105)能够调整形状记忆合金(107)的长度，使其在原长状态时能够和热源设备(101)接触紧密。
4.根据权利要求2所述基于形状记忆合金的散热装置，其特征在于：所述的弹簧(102)在散热器(103)的两侧对称位置各设置一个，两个夹具(105)设置在两个弹簧(102)的外侧，两个弹簧(102)支撑在形状记忆合金(107)中部的不同位置上。
5.根据权利要求1所述基于形状记忆合金的散热装置，其特征在于：底座(104)上开设有螺纹孔，预紧装置(106)通过底座(104)上的螺纹孔和弹簧(102)相连，通过旋转预紧装置(106)改变弹簧(102)的初始长度，使弹簧(102)在初始状态下产生所需的预紧力。
6.根据权利要求1所述基于形状记忆合金的散热装置，其特征在于：所述的形状记忆合金(107)采用具有弹热效应的材料制成，常温下处于马氏体状态并能够被温度驱动产生相变；当受到温度高于其奥氏体终止转变温度的热源设备(101)驱动时，形状记忆合金(107)从热源设备(101)吸收热量并发生由马氏体相向奥氏体相的转变，产生收缩相变；形状记忆合金(107)在受到温度低于其马氏体终止转变温度的散热器(103)驱动时，向散热器(103)放出热量并发生由奥氏体相向马氏体相的转变，形状记忆合金(107)能够恢复原长。
7.根据权利要求1所述基于形状记忆合金的散热装置，其特征在于：所述弹簧(102)的预紧力方向垂直于散热器(103)，并由散热器(103)指向热源设备(101)。
8.一种基于形状记忆合金的散热方法，其特征在于，包括循环执行的以下步骤：
步骤一、形状记忆合金(107)在原长状态下通过弹簧(102)提供的预紧力和温度为Tg的热源设备(101)相接触吸热，使形状记忆合金(107)的内部温度不断升高；
步骤二、热源设备(101)的热量传递给形状记忆合金(107)，形状记忆合金(107)在热源设备(101)Tg温度的驱动下发生收缩相变进而产生内部收缩应力，当形状记忆合金(107)的内部收缩应力大于弹簧(102)的预紧力时，形状记忆合金(107)将弹簧(102)压缩，形状记忆合金(107)不断向上移动，并最终和散热器(103)接触；
步骤三、形状记忆合金(107)和散热器(103)相接触后，向温度为Th的环境释放热量，使形状记忆合金(107)的内部温度不断降低；
步骤四、形状记忆合金(107)和散热器(103)接触放热后，形状记忆合金(107)发生由奥氏体相向马氏体相的相变，内部收缩应力不断降低，当内部收缩应力低于弹簧(102)的预紧力时，形状记忆合金(107)在弹簧(102)的预紧力作用下，不断向下移动，并最终和热源设备(101)接触，回到步骤一，完成一个循环。
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