CN207519054U - 一种基于压电泵的微通道相变换热冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于压电泵的微通道相变换热冷却系统，包括压电泵、微通道蒸发器以及散热器，所述压电泵的出水口通过连接管路与微通道蒸发器连接，所述压电泵的进水口通过连接管路与散热器连接，所述微通道蒸发器与所述散热器通过连接管路连接。所述系统采用压电泵驱动技术结合微通道相变换热技术，既利用了压电泵的结构紧凑、噪音小、高效可靠的优点，又利用微通道相变换热的高效传热优势，由此研发的系统具有结构紧凑、高效传热、智能控制的优点。

Description

一种基于压电泵的微通道相变换热冷却系统

技术领域

本实用新型涉及泵驱动两相流相变传热领域，尤其涉及一种压电泵驱动微通道相变换热冷却系统。

背景技术

随着电子器件的高频、高速、高集成化的发展，该类型电子器件的功能日趋复杂，导致电子器件单位容积散热功率越来越大，而且散热热流密度越来越高。长时间高温度工作必然引起电子器件的可靠性下降，使用寿命降低，功能失效。电子器件失效又会导致整个系统停止运行，甚至造成重大损失。目前，两相流循环冷却技术是应用于集成电路等高功耗电路最为有效的冷却技术之一，其通过高性能的动力设备和循环工质可以有效的解决小通道、高热载、高精度、多热源或复杂分布热源的冷却问题。

这种两相流循环冷却系统主要利用机械泵来提供循环动力。机械泵驱动的两相流冷却系统具有低能耗、高控温精度和结构紧凑的特点，能够解决大功率电子器件散热问题，而且工作状态不受重力条件限制。但是，机械泵只能泵送液体，所以现在的冷却系统中需要在机械泵进口管道前增加储液器，机械泵入口液体温度需要一定的过冷度。如果过冷度太低，机械泵内的旋转结构在泵送液体的过程中会产生微小气泡，气泡破灭造成的气蚀作用对所述旋转结构会造成一定危害，并影响机械泵的寿命。故，业界有采用压电泵代替常规机械泵以避免体积大、噪音以及气蚀问题。

压电泵是利用压电材料的逆压电效应来实现泵送流体的功能。典型的压电泵结构主要包括压电振子、阀片、泵体及进出口通道。压电泵内没有旋转结构，既可以泵送气体也可以泵送液体，还可以是气液两相流体。压电泵具有结构简单、成本低廉、体积小、重量轻、耗能低、无噪声、无电磁干扰、寿命较长等优点，还可以根据施加电压或频率控制输出流量。压电泵在制药、医疗机械、化学分析、微小部件清洗、粘结性喷涂以及汽车发动机燃料供给等领域都有所应用。但是，目前基于压电泵驱动的主动冷却系统主要是依靠单相工质强迫对流冷却，工质在热端吸热只是温度增加，不会发生相变。而两相流循环系统则是依靠工质的相变传递热量。与单相对流换热相比，相变换热是一种更高效的换热方式，对于日益严峻大功率电子器件散热能发挥更好的作用。

现有的相变换热冷却技术中，微通道冷却有明显的散热能力强、散热结构小等特点。微通道相变冷却的传热机理是工质流经换热器内部的微细通道时，通过与微通道内壁面的相变对流换热带走电子器件产生的热量。工质在微通道内流动时会形成液膜，工质与壁面的相变换热更加高效。目前，微通道冷却技术一般采用机械泵或者电动力泵维持工质循环，集成度差。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供了一种基于压电泵的微通道相变换热冷却系统，适合解决目前电子器件的高热流密度散热问题。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种基于压电泵的微通道相变换热冷却系统，包括压电泵、微通道蒸发器以及散热器，所述压电泵的出水口通过连接管路与微通道蒸发器连接，所述压电泵的进水口通过连接管路与散热器连接，所述微通道蒸发器与所述散热器通过连接管路连接。

优选的，所述压电泵为有阀压电泵或无阀压电泵。

优选的，所述微通道蒸发器具有的工质流动通道为平行的微细通道。

优选的，所述散热器为风扇散热器或水冷散热器。

优选的，所述微通道蒸发器、散热器、连接管路的材料为铝、铜或者铝合金中的一种。

优选的，所述用于微通道相变换热冷却系统的循环工质为蒸馏水、乙醇或者甲醇中的一种。

本实用新型提供了一种基于压电泵的微通道相变换热冷却系统，其采用压电泵驱动技术结合微通道相变换热技术，既利用了压电泵的结构紧凑、噪音小、高效可靠的优点，又利用微通道相变换热的高效传热优势，由此研发的冷却系统具有结构紧凑、高效传热、智能控制的优点。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图。

图2是本实用新型微通道蒸发器的结构剖面示意图。

图3是本实用新型微通道蒸发器内相变传热示意图。

附图标记说明：1、压电泵；2、微通道蒸发器；3、散热器；4、连接管路；5、工质流动通道。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1，本实用新型提供了一种基于压电泵的微通道相变换热冷却系统，包括压电泵1、微通道蒸发器2以及散热器3。所述压电泵1的出水口通过连接管路4与微通道蒸发器2连接，所述压电泵1的进水口通过连接管路4与散热器3连接，所述微通道蒸发器2与所述散热器3通过连接管路4连接。

本实用新型所述的微通道相变换热冷却系统为闭式密封型系统，系统利用压电泵1为闭式回路内传热工质的两相流动提供动力，传热工质流经微通道蒸发器2具有的工质流动通道5内吸收热量，液相工质蒸发变成气相工质，当流到散热器3时，气相工质冷凝成液相工质，释放潜热。热量通过工质的相变过程从微通道蒸发器2传递到散热器3，并通过散热器3释放到外界环境之中。

本实用新型采用的压电泵1可以是有阀压电泵或无阀压电泵。所述压电泵1主要包括压电振子、阀片、泵体及进出口通道。当压电泵1在给定信号下工作时，压电材料发生变形，泵腔体积周期性变化。泵腔体积增大时，传热工质从散热器3进入压电泵1腔内；当泵腔体积减小时，传热工质从泵腔流出，进入微通道蒸发器2吸热。如此往复，实现传热工质在冷却系统内循环流动。

所述压电泵1可以直接泵送气液两相流体，流量可通过施加电压及频率精确控制，并根据传热热流设定工作流量。由于相变传热换热系数高及传热能力强等特点，在蒸发器3处能通过相变吸收较多热量，传热温差也较低，能解决高热流密度散热问题。

本实用新型采用的压电泵1功率小，对系统的换热冷却过程影响可以忽略，并具有体积小、重量轻、集成方便等特点，能显著减小系统的体积和重量。

如图2所示，所述微通道蒸发器2的工质流动通道5为平行的微细通道，工质在微通道蒸发器2内平行流动。在实际应用过程中，微通道蒸发器2可与电子器件直接接触。本实用新型采用的微通道蒸发器2具有微细通道的结构特点，工质在微细通道内流动并产生相变。所述微通道蒸发器2具有传热能力强，结构紧凑的优点。

如图3所示，依箭头方向，工质在微通道蒸发器2入口处为液相工质，在微通道内吸热发生相变，在出口处为气相工质。

本实用新型采用的散热器3可以是风扇散热器，也可以是通过水冷散热器。

本实用新型采用的循环工质可以是蒸馏水、乙醇或者甲醇等。工质充装时，需要对整个管路系统抽真空后再灌装一定充液率的工质。

本实用新型所述的微通道蒸发器2、散热器3、连接管路4的材料可以是导热性好的铝、铝合金或者铜金属等等。

本实用新型采用的基于压电泵的微通道相变换热冷却系统利用工质的相变传递热量，具有传热效率快，传热温差小的特点，而且，压电泵驱动两相流换热冷却系统可以克服重力条件稳定工作，不仅可以应用在地面电子器件换热，还可以应用于航空航天电子器件换热。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (6)

1.一种基于压电泵的微通道相变换热冷却系统，其特征在于，包括压电泵、微通道蒸发器以及散热器，所述压电泵的出水口通过连接管路与微通道蒸发器连接，所述压电泵的进水口通过连接管路与散热器连接，所述微通道蒸发器与所述散热器通过连接管路连接。

2.根据权利要求1所述的微通道相变换热冷却系统，其特征在于，所述压电泵为有阀压电泵或无阀压电泵。

3.根据权利要求1所述的微通道相变换热冷却系统，其特征在于，所述微通道蒸发器具有的工质流动通道为平行的微细通道。

4.根据权利要求1所述的微通道相变换热冷却系统，其特征在于，所述散热器为风扇散热器或水冷散热器。

5.根据权利要求1所述的微通道相变换热冷却系统，其特征在于，所述微通道蒸发器、散热器、连接管路的材料为铝、铜或铝合金中的一种。

6.根据权利要求1所述的微通道相变换热冷却系统，其特征在于，所述用于微通道相变换热冷却系统的循环工质为蒸馏水、乙醇或甲醇中的一种。