CN114340342B - 一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统及散热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统及散热方法，所述散热系统包括散热壳体、冷凝管道、介质保持器、正电极、负电极和电压源，所述散热壳体内部具有冷却腔体，在冷却腔体底部充有纳米流体，在散热壳体的前侧内壁上设置介质保持器，在散热壳体的后侧壁内部设置正电极，负电极的整体设置在散热壳体的后侧壁内部，该正电极的外端部与电压源的正极连接，散热壳体的顶端与散热壳体底端侧壁之间通过冷凝管道与冷却腔体连通，在接近散热壳体的底部设置负电极，在散热壳体后侧壁与侧盖板之间以及在冷却腔体与正电极之间形成电场，促使散热壳体内的纳米流体再次悬浮，提升了系统散热性能很好的解决纳米流体工质烧干或者供应不足问题。
Description
技术领域
本发明属于散热技术领域，特别涉及热管散热技术领域，尤其涉及一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统及散热方法。
背景技术
对于集成电路、微处理器和功率放大器等各种高性能器电子器件设备朝着高密度、大功率、高频化的方向发展，为了使这些高性能器电子器件发挥其最佳性能并保障操作可靠性、安全性及使用寿命，采取有效的散热冷却方式，显得尤为迫切与重要。然而，目前高性能电子器件封装面积的发热量已超过100w/cm2，这些高性能器件的高发热量的散热技术正日益成为制约技术发展的瓶颈，现在的电子器件设备大多数采用风冷散热和热管散热方式，其风冷散热造价低、结构简单等优点，被广泛的应用于各种电子设备中。但是，其噪音大，冷却效果差，远远不能满足高性能器电子器件的散热需求。热管是一种性能优异的传热元件，它是依靠自身内部工作液体相变来实现传热，具有较大的传热能力、较高的等温性、恒温、环境适应性强等特点。传统的热管存在工质烧干或者供应不足问题，导致散热性能降低，利用EHD效应可以很好的解决工质烧干或者供应不足问题，保证热管正常高效工作，为此，将纳米流体引入换热领域与电场的主动强化作用结合起来，相比于纯工质而言，电场对纳米流体的强化换热效果更为显著，目前尚未发现电子设备散热系统中将纳米流体与电场耦合对进行散热的相关技术文件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统及散热方法，本发明能利用电场作用促使散热壳体内的纳米流体再次悬浮，很好的解决纳米流体工质烧干或者供应不足问题，避免纳米流体工质长时间工作后容易因团聚而沉积在冷却腔体内，提升了散热壳体的散热性能，可以很好的解决纳米流体工质烧干或者供应不足问题，保证热管正常高效工作。为了实现上述目的，本发明采用以下技术效果：
根据本发明的一个方面，提供了一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统，所述散热系统包括电压源，所述散热系统还包括散热壳体、冷凝管道、介质保持器、正电极和负电极，所述散热壳体内部具有冷却腔体，在冷却腔体的底部填充有纳米流体，在散热壳体的前侧内壁上设置所述介质保持器，在散热壳体的后侧壁内部设置所述正电极，所述负电极的整体设置在散热壳体的后侧壁内部，该正电极的外端部与所述电压源的正极连接，所述散热壳体的顶端与散热壳体底端侧壁之间通过冷凝管道与冷却腔体连通，在接近所述散热壳体的底部设置所述负电极，该负电极的一端从伸入冷却腔体内且位于纳米流体的液面之下，所述负电极的另一端伸出散热壳体外部与电压源的负极连接。
上述方案进一步优选的，所述散热壳体的顶端具有上开口，所述散热壳体的前侧侧壁上开设有沿上开口竖直向下接近底端的侧开口，沿侧开口的两侧和底部设置有一体连通的插接滑槽，在侧开口两侧滑槽内插接所述介质保持器，在侧开口上设置有用于密封固定所述介质保持器的侧盖板，在所述上开口上设置有用于固定所述介质保持器顶端的上盖板，所述负电极位于侧开口的下端之下，所述上盖板的顶端与冷却腔体的底端侧壁之间通过冷凝管道连通。
上述方案进一步优选的，在所述上盖板上设置有多个与冷却腔体连通的流出接头，在相对于侧开口一侧的散热壳体的底端侧壁设置有多个与冷却腔体连通的流入接头，每个流出接头与流入接头之间通过冷凝管道相互连通。
上述方案进一步优选的，在所述介质保持器的内侧壁上设有由上开口方向至底部方向呈竖直分布的沟槽，所述上盖板通过螺栓与介质保持器的上端连接，该介质保持器的下端与所述插接滑槽的底部密封粘结。
上述方案进一步优选的，所述介质保持器包括上介质保持器和下介质保持器，在上介质保持器的内侧壁和下介质保持器的内侧壁设置上下一体贯通的沟槽，所述上盖板通过螺栓与上介质保持器的上端连接，所述上介质保持器的下端与下介质保持器的上端密封接触，该下介质保持器的下端密封粘结在插接滑槽的底部。
上述方案进一步优选的，所述沟槽为矩形沟槽、V形沟槽、梯形沟槽或波浪形沟槽，在所述沟槽的内壁上设置有毛细介质结构或多孔径介质结构。
上述方案进一步优选的，所述纳米流体由纳米粉体与溶剂相互混合而成，所述纳米粉体的粒径为10nm-100nm。
上述方案进一步优选的，所述纳米粉体为纳米金属粉体、纳米金属氧化物粉体和纳米非金属中的一种或多种混合，所述溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、甲苯、水、液态氨、液态氮、液态二氧化碳或R123制冷剂中的一种。
根据本发明的另一方面，本发明利用一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统的散热方法，包括如下步骤，所述散热壳体获取电子设备的热量，使热量传导至散热壳体内部的冷却腔体中，冷却腔体底部存储的纳米流体受热汽化而逐渐上升，启动电压源，使散热壳体后侧壁内部的正电极与侧盖板之间以及在冷却腔体底部的负电极与正电极之间形成电场，促使冷却腔体沉积的纳米流体再次悬浮，一部分受热汽化的纳米流体浸入介质保持器内壁的毛细介质结构或多孔径介质结构中进行冷却散热，由于受热汽化面积的不断上升，使另外部分受热汽化的纳米流体从散热壳体顶端逸出并通过冷凝管道进行冷凝后，再次回流至冷却腔体底部，冷凝后的纳米流体再次循环受热而汽化带走冷却腔体内的热量，从而循环地对散热壳体进行散热。
综上所述，本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
本发明的热管系统能在散热壳体后侧壁与侧盖板之间以及在冷却腔体与正电极之间形成电场，促使散热壳体内的纳米流体再次悬浮，很好的解决纳米流体工质烧干或者供应不足问题，避免纳米流体工质长时间工作后容易因团聚而沉积在冷却腔体内，提升了散热壳体的散热性能，可以很好的解决纳米流体工质烧干或者供应不足问题，保证热管正常高效工作，产生的电场提升毛细介质结构或多孔径介质结构内毛细湿润长度以及充液率。
附图说明
图1是本发明的一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统的系统结构示意图；
图2是本发明的一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统的剖面结构示意图；
图3是本发明的一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统的爆炸结构示意图；
图4是本发明的介质保持器的结构示意图；
图5是本发明的一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统的工作示意图；
附图中，散热壳体，冷凝管道2，介质保持器3，正电极4，负电极5，电压源6，纳米流体7，冷却腔体10，流出接头11，流入接头12，沟槽30，上开口100，侧开口101，插接滑槽102，侧盖板103，上盖板104，上介质保持器300，下介质保持器301，螺栓104a。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
结合图1和图2所示，根据本发明的一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统，所述散热系统包括散热壳体1、冷凝管道2、介质保持器3、正电极4、负电极5和电压源6，所述正电极4和负电极5可以采用线电极、针状电极、网状电极、平板电极中一种或任意两两组合形式，散热壳体1的材料为绝缘材质，其尺寸的长、宽、高分别为25-30mm、10-15mm、45-60mm，散热壳体1的壁厚为2-3mm，所述散热壳体1内部具有冷却腔体10，在冷却腔体10的底部填充有纳米流体7，所述纳米流体可以由一种纳米颗粒与基液溶剂混合而成的单一纳米流体，也可以为多种纳米颗粒与基液混合而成的混合体纳米流体，所述纳米流体7由纳米颗粒与基液相互混合而成，将固体纳米颗粒(包括但不仅限于金属、金属氧化物、非金属氧化物等纳米颗粒)分散到基液或溶剂(基液包括但不仅限于传统的换热工质，如水、矿物油和乙二醇等)中形成的胶状混合物，所述纳米颗粒的粒径为10nm-100nm，优选为20nm-40nm，所述纳米颗粒为纳米金属粉体、纳米金属氧化物粉体和纳米非金属中的一种或多种混合，本发明采用的纳米粉体为纳米铜粉体、纳米铝粉体等，纳米金属氧化物粉体采用纳米氧化铝粉体、纳米四氧化三铁粉体、纳米二氧化钛粉体或纳米二氧化锰粉体等，纳米非金属采用纳米二氧化硅硅粉体或纳米碳化硅粉体等粉体，本发明的基液或溶剂可采用甲醇、乙醇、丙酮、甲苯、液态氨、液态氮、液态二氧化碳或R123制冷剂中的一种，在散热壳体1的前侧内壁上设置所述介质保持器3，介质保持器3的宽度为15mm-20mm，长(高)为25mm-35mm，厚度为0.2mm-1.5mm，在散热壳体1的后侧壁内部设置所述正电极4，该正电极4由3根以上并行的线电极组成，所述负电极5的整体设置在散热壳体1的后侧壁内部，该正电极4的外端部与所述电压源6的正极连接，所述散热壳体1的顶端与散热壳体1底端侧壁之间通过冷凝管道2与冷却腔体10连通，在接近所述散热壳体1的底部设置所述负电极5，该负电极5的一端从伸入冷却腔体10内且位于纳米流体7的液面之下，所述负电极5的另一端伸出散热壳体1外部与电压源6的负极(地)连接。
在本发明中，结合图1、图2和图3所示，所述散热壳体1的顶端具有上开口100，所述散热壳体1的前侧侧壁上开设有沿上开口100竖直向下接近底端的侧开口101，沿侧开口100的两侧和底部设置有一体连通的插接滑槽102，在侧开口100两侧滑槽内插接所述介质保持器3，在侧开口101上设置有用于密封固定所述介质保持器3的侧盖板103，在所述上开口100上设置有用于固定所述介质保持器3顶端的上盖板104，所述负电极5位于侧开口100的下端之下，所述上盖板104的顶端与冷却腔体10的底端侧壁之间通过冷凝管2连通，在所述上盖板104上设置有多个与冷却腔体10连通的流出接头11，在相对于侧开口101一侧的散热壳体1的底端侧壁设置有多个与冷却腔体10连通的流入接头12，每个流出接头11与流入接头12之间通过冷凝管道2相互连通，在所述介质保持器3的内侧壁上设有由上开口100方向至底部方向呈竖直分布的沟槽30，如图4所示，所述沟槽30为矩形沟槽、V形沟槽、梯形沟槽或波浪形沟槽，在所述沟槽30的内壁上设置有毛细介质结构或多孔径介质结构，沟槽30的内壁的孔径介质结构由具有较好的润湿性材质形成大量密集成群的微小空隙，所述上盖板104通过螺栓104a与介质保持器3的上端连接，该介质保持器3的下端与所述插接滑槽102的底部密封粘结；所述介质保持器3包括上介质保持器300和下介质保持器301，在上介质保持器300的内侧壁和下介质保持器301的内侧壁设置上下一体贯通的沟槽30，所述上盖板104通过螺栓104a与上介质保持器300的上端连接，所述上介质保持器300的下端与下介质保持器301的上端密封接触，该下介质保持器301的下端密封粘结在插接滑槽102的底部，将所述下介质保持器301插接装配至插接滑槽102内进行固定，然后再插入所述上介质保持器300，再将所述侧盖板103装配在散热壳体1的后侧，从而将侧开口101进行密封以及将介质保持器3固定在散热壳体1的后侧上，随后在散热壳体1内填充纳米流体7，纳米流体7的高度与侧开口101的下端边缘平齐或位于下端边缘之下，并通过纳米流体7将负电极5进行淹没覆盖，再通过上盖板104对散热壳体1顶端的上开口100进行密封以及对上介质保持器300通过螺栓104a进行固定连接，并保证内部密封，将上盖板104通过冷凝管道2与所述与冷却腔体10的底端侧壁进行连通以及抽出冷却腔体10内部的真空，并保证散热壳体1的顶端之间与底端侧壁之间形成良好的循环连通状态，散热壳体1的内腔侧壁正电极4与侧盖板103(后盖板)产生电场，散热壳体1的内腔侧壁正电极4与接近冷却腔体10底部的负电极5之间产生电场，侧盖板103(后盖板)与接近冷却腔体10底部的负电极5电极接地，散热壳体1的内腔侧壁内的正电极4接电压源6的高压端(正极)，如图5所示，冷却腔体10的内腔侧壁电极与侧盖板103(后盖板)产生的电场提升毛细结构或者多孔介质结构内毛细湿润长度以及充液率，毛细介质结构或多孔径介质结构在平板基材(介质保持器3的侧壁)上加工出较小尺寸的沟槽30，沟槽30具有毛细结构，其沟槽30的深度为0.3-0.5mm，沟槽30的宽度为0.3-0.8mm，纳米流体7浸入内腔内后，沟槽30内纳米流体高度高于冷却腔体10内的内液面高度，侧盖板103(后盖板)连接电子设备散热传热至毛细介质结构或多孔径介质结构内，沟槽30内的纳米流体受热汽化，蒸汽进入冷凝管道2内冷凝为液体再次流入冷却腔体10内，形成一次完整的热管系统循环，散热壳体1的内腔侧壁内的正电极4与侧盖板103(后盖板)产生的电场提升毛细介质结构或多孔径介质结构内毛细湿润长度以及充液率，散热壳体1的内腔侧壁内的正电极4与底部的负电极5产生的电场可以使沉积的纳米颗粒再悬浮。
在本发明中，结合图1、图2、图3和图5所示，本发明一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统进行散热方法，包括如下步骤，所述散热壳体1获取电子设备的热量，使热量传导至散热壳体1内部的冷却腔体10中，冷却腔体10底部存储的纳米流体7受热汽化而逐渐上升，启动电压源6，所述电压源6为高压交变电压或高压直流电压，高压交变电压或高压直流电压的电压范围为1000伏以上，其上限电压不击穿散热壳体1为最大上限电压，使散热壳体1后侧壁内部的正电极4与侧盖板103之间形成电场，在散热壳体1内部产生EHD效应，从而提升毛细介质结构或多孔径介质结构内毛细湿润长度以及充液率，以及在冷却腔体10底部的负电极5与正电极4之间形成电场从而可以使沉积的纳米颗粒再悬浮，保持纳米流体7的热物理性质的稳定性，也可以了降低纳米流体的制备难度和成本，以便促使冷却腔体10沉积的纳米流体7再次悬浮后，一部分受热汽化的纳米流体浸入介质保持器3内壁的毛细介质结构或多孔径介质结构中进行冷却散热，由于受热汽化面积的不断上升，使另外部分受热汽化的纳米流体7从散热壳体1顶端逸出并通过冷凝管道2进行冷凝后，再次回流至冷却腔体10底部，冷凝后的纳米流体再次循环受热而汽化带走冷却腔体10内的热量，从而循环地对散热壳体1进行散热，本发明利用电场、流场和温度场之间进行耦合，对纳米颗粒进行再悬浮并在电场作用力下形成既定方向运动，达到强化换热的效果，避免纳米流体工质长时间工作后容易因团聚而沉积在冷却腔体10内，提升了散热壳体1的散热性能，可以很好的解决纳米流体工质烧干或者供应不足问题，保证热管正常高效工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统，所述散热系统包括电压源，其特征在于：所述散热系统还包括散热壳体、冷凝管道、介质保持器、正电极和负电极，所述散热壳体内部具有冷却腔体，在冷却腔体的底部填充有纳米流体，在散热壳体的前侧内壁上设置所述介质保持器，在散热壳体的后侧壁内部设置所述正电极，所述负电极的整体设置在散热壳体的后侧壁内部，该正电极的外端部与所述电压源的正极连接，所述散热壳体的顶端与散热壳体底端侧壁之间通过冷凝管道与冷却腔体连通，在接近所述散热壳体的底部设置所述负电极，该负电极的一端从伸入冷却腔体内且位于纳米流体的液面之下，所述负电极的另一端伸出散热壳体外部与电压源的负极连接；
所述散热壳体的顶端具有上开口，所述散热壳体的前侧侧壁上开设有沿上开口竖直向下接近底端的侧开口，沿侧开口的两侧和底部设置有一体连通的插接滑槽，在侧开口两侧滑槽内插接所述介质保持器，在侧开口上设置有用于密封固定所述介质保持器的侧盖板，在所述上开口上设置有用于固定所述介质保持器顶端的上盖板，所述负电极位于侧开口的下端之下，所述上盖板的顶端与冷却腔体的底端侧壁之间通过冷凝管道连通；
在所述上盖板上设置有多个与冷却腔体连通的流出接头，在相对于侧开口一侧的散热壳体的底端侧壁设置有多个与冷却腔体连通的流入接头，每个流出接头与流入接头之间通过冷凝管道相互连通；所述纳米流体由纳米粉体与溶剂相互混合而成，所述纳米粉体的粒径为10nm-100nm；所述纳米粉体为纳米金属粉体、纳米金属氧化物粉体和纳米非金属中的一种或多种混合。
2.根据权利要求1所述的一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统，其特征在于：在所述介质保持器的内侧壁上设有由上开口方向至底部方向呈竖直分布的沟槽，所述上盖板通过螺栓与介质保持器的上端连接，该介质保持器的下端与所述插接滑槽的底部密封粘结。
3.根据权利要求2所述的一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统，其特征在于：所述介质保持器包括上介质保持器和下介质保持器，在上介质保持器的内侧壁和下介质保持器的内侧壁设置上下一体贯通的沟槽，所述上盖板通过螺栓与上介质保持器的上端连接，所述上介质保持器的下端与下介质保持器的上端密封接触，该下介质保持器的下端密封粘结在插接滑槽的底部。
4.根据权利要求2或3所述的一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统，其特征在于：所述沟槽为矩形沟槽、V形沟槽、梯形沟槽或波浪形沟槽，在所述沟槽的内壁上设置有毛细介质结构或多孔径介质结构。
5.根据权利要求1所述的一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统，其特征在于：所述溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、甲苯、水、液态氨、液态氮、液态二氧化碳或R123制冷剂中的一种。
6.一种利用权利要求1-5任一权利要求所述的一种纳米流体再悬浮式电子设备散热系统的散热方法，其特征在于：包括如下步骤，所述散热壳体获取电子设备的热量，使热量传导至散热壳体内部的冷却腔体中，冷却腔体底部存储的纳米流体受热汽化而逐渐上升，启动电压源，使散热壳体后侧壁内部的正电极与侧盖板之间以及在冷却腔体底部的负电极与正电极之间形成电场，促使冷却腔体沉积的纳米流体再次悬浮，一部分受热汽化的纳米流体浸入介质保持器内壁的毛细介质结构或多孔径介质结构中进行冷却散热，由于受热汽化面积的不断上升，使另外部分受热汽化的纳米流体从散热壳体顶端逸出并通过冷凝管道进行冷凝后，再次回流至冷却腔体底部，冷凝后的纳米流体再次循环受热而汽化带走冷却腔体内的热量，从而循环地对散热壳体进行散热。
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