CN113923950A - 一种利用磁场和微槽道实现大热流密度器件冷却的装置及方法 - Google Patents

一种利用磁场和微槽道实现大热流密度器件冷却的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及大热流密度器件冷却技术领域，且公开了一种利用磁场和微槽道实现大热流密度器件冷却的装置及方法，解决了目前市场上的实现大热流密度器件冷却的装置需要泵主动驱动，泵占据很大空间，需要消耗大量电能，利用磁场和热电效应主动驱动的传统流道驱动力有限的问题。其包括发热器件，所述发热器件的顶部安装有导电流体回路，导电流体回路的外壁为紫铜金属，导电流体回路中布置有微槽道结构，导电流体回路处于磁铁产生的磁场区域内。本发明可利用磁场和槽道与液态金属壁面温差产生的热电流实现液态金属的主动流动，不需要使用泵的驱动，节省空间，散热面积大，驱动力大，散热效果好的优点。

Description

一种利用磁场和微槽道实现大热流密度器件冷却的装置及 方法
技术领域
本发明属于大热流密度器件冷却技术领域，具体为一种利用磁场和微槽道实现大热流密度器件冷却的装置及方法。
背景技术
目前市场上的利用导电流体进行大热流密度器件冷却需采用电磁泵驱动，电磁泵驱动导电流体循环将大热流密度器件热量带出，通过水冷或风冷等方式将导电流体冷却后流至电磁泵循环。此外还有一种方案为利用电子器件和环境之间的温度差在微槽道结构表面产生热电流，利用磁场和电流之间的相互作用驱动导电流体流动换热。
现有的热流密度器件冷却存在以下缺陷：
1、电磁泵驱动导电流体换热的方式，电磁泵占据很大空间，换热面积有限，需要消耗大量电能。
2、利用热电效应自驱动的方式，不具有微槽道结构的流道产生的热电流小，驱动力弱。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种利用磁场和微槽道实现大热流密度器件冷却的装置及方法，有效的解决了目前市场上的利用磁场实现大热流密度器件冷却的装置需要电磁泵为主动驱动，空间受限散热面积小，耗费大量电能，利用热电效应自驱动但不具有上述康铜材料微槽道结构的方式驱动力弱的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用磁场和微槽道实现大热流密度器件冷却的装置及方法，包括发热器件，所述发热器件的顶部安装有导电流体回路，导电流体回路的外壁为紫铜金属，导电流体回路中布置有微槽道结构，导电流体回路处于磁铁产生的磁场区域内，所述导电流体回路的内部安装有散热风扇。
优选的，所述导电流体回路包括导电流体、液态金属或导电金属粉末。
优选的，所述导电流体为如镓、镓合金、汞、钾钠合金、盐溶液或导电的金属粉末的一种。
优选的，所述槽道结构的材质为康铜片。
优选的，所述散热风扇为电驱动的强制对流型散热机构。
一种利用磁场和微槽道实现大热流密度器件冷却的方法，包括以下步骤：
S1、通过导电流体循环回路置于待冷却大热流密度器件上方，在槽道结构的下方为大热流密度器件，温度高，上方有电风扇散热，温度低，在导电流体和槽道结构界面上下方向形成温度梯度。
S2、在槽道结构的下方为大热流密度器件，温度高，上方有电风扇散热，温度低，在导电流体和槽道结构界面上下方向形成温度梯度。根据热电效应原理，在导电流体和槽道结构界面形成温度梯度进而产生热电势，并在导电流体和槽道结构中产生热电流，热电流的大小与两种材料之间的热电系数差正相关，所用康铜材料与导电流体之间具有较大的热电系数差，电阻值小；
S3、在磁场作用下受到电磁力(洛伦兹力)的作用，驱动导电流体在循环回路中流动，并且热电流越大，驱动力越大。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)、与采用电磁泵驱动的液态金属冷却装置相比，导电流体的循环不需要电磁泵的驱动，利用槽道结构和导电流体界面产生的热电流，在电磁力的作用下，实现导电流体在回路中循环流动，。本发明结构简单，占用面积小，散热面积大，不需额外耗费电能。
2)、与热电效应自驱动的传统流道相比，所述槽道结构和导电流体间存在较大的热电系数差，并且电阻值小，能够产生较大的热电流，在电磁力的作用下，实现导电流体在回路中快速流动，换热系数高，换热量大。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明整体的结构示意图；
图中：1、发热器件；2、导电流体回路；3、紫铜金属外壁；4、槽道结构；5、磁场区域；6、散热风扇。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一，由图1给出，本发明包括发热器件1，发热器件1的上部安装有导电流体回路2，导电流体回路2的外壁面为紫铜金属外壁3，导电流体回路2中布置有槽道结构4，磁场区域域5，导电流体回路2内部安装有散热风扇6。
实施例二，在实施例一的基础上，导电流体回路2的外壁为紫铜金属，大热流密度器件的热量由紫铜已导热的方式传递给导电流体。
实施例三，在实施例一的基础上，导电流体回路2包括导电流体、液态金属或导电金属粉末，通过导电流体回路2的设置，其流动的液态金属如镓、镓合金、汞、钾钠合金等，导电流体或导电的金属粉末，在由大热流密度器件热功率产生的高温区和散热风扇6转动冷却产生的低温区。
实施例四，在实施例一的基础上，磁场区域5采用电磁场或永磁铁实现，通过磁场区域5的设置，使得其根据自身方向决定导电流体为逆时针或顺时针的方向。
实施例五，在实施例一的基础上，散热风扇6为电驱动的强制对流型散热机构，通过散热风扇6的设置，使得其对导电流体提供冷源，在导电流体和槽道结构4界面形成温度梯度。
一种利用磁场实现大热流密度器件冷却的方法，包括以下步骤：
S1、通过导电流体循环回路置于待冷却大热流密度器件上方，在槽道结构4的下方为大热流密度器件，温度高，上方有散热风扇6散热，温度低，在导电流体和槽道结构4界面上下方向形成温度梯度。
S2、在槽道结构4的下方为大热流密度器件，温度高，上方有电风扇散热，温度低，在导电流体和槽道结构4界面上下方向形成温度梯度。根据热电效应原理，在导电流体和槽道结构4界面形成温度梯度进而产生热电势，并在导电流体和槽道结构4中产生热电流，热电流的大小与两种材料之间的热电系数差正相关，所用康铜材料与导电流体之间具有较大的热电系数差；
S3、在磁场作用下受到电磁力(洛伦兹力)的作用，驱动导电流体在循环回路中流动，并且热电流越大，驱动力越大。
工作原理：工作时，导电流体循环回路置于待冷却大热流密度器件上方，导电流体回路2中槽道结构4的下方为大热流密度器件，温度高；上方有电风扇散热，温度低。在导电流体和槽道结构4界面形成温度梯度，根据热电效应原理，在导电流体和槽道结构4界面产生热电势并在导电流体中产生热电流，在磁场区域5的作用下受到电磁力的作用，驱动导电流体在循环回路中流动，导电流体流动是逆时针方向还是顺时针方向与磁场的方向有关，在温度梯度一定的情况下，导电流体流动的速率与槽道结构4和导电流体之间的热电系数差正相关，热电系数差越大，产生的热电流越大，电磁力越大，驱动力就越强，导电流体流动增强，换热量增大，在循环的过程中，通过上方的电驱动的强制对流风扇对流换热将热量带走。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种利用磁场和微槽道实现大热流密度器件冷却的装置，包括发热器件(1)，其特征在于：所述发热器件(1)的上部有导电流体回路(2)，导电流体回路(2)的外壁面为紫铜金属外壁(3)，导体回路中布置有槽道结构(4)，发热器件(1)位于磁场区域(5)内，导电流体回路(2)内部安装有散热风扇(6)。
2.根据权利要求1所述的一种利用磁场和微槽道实现大热流密度器件冷却的装置，其特征在于：所述槽道结构(4)的材质为康铜片。
3.根据权利要求1所述的一种利用磁场和微槽道实现大热流密度器件冷却的装置，其特征在于：所述导电流体回路(2)包括导电流体、液态金属或导电金属粉末。
4.根据权利要求3所述的一种利用磁场和微槽道实现大热流密度器件冷却的装置，其特征在于：所述导电流体如镓、镓合金、汞、钾钠合金、盐溶液或导电的金属粉末的一种。
5.根据权利要求1所述的一种利用磁场和微槽道实现大热流密度器件冷却的装置，其特征在于：所述散热风扇(6)为电驱动的强制对流型散热机构。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种利用磁场和微槽道实现大热流密度器件冷却的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、通过导电流体回路(2)置于待冷却大热流密度器件上方，在槽道结构(4)的下方为大热流密度器件，温度高，上方有散热风扇(6)散热，温度低，以在导电流体和槽道结构(4)界面上下方向形成温度梯度。
S2、根据热电效应原理，在导电流体和槽道结构(4)界面形成温度梯度进而产生热电势，并在导电流体和槽道结构(4)中产生热电流，热电流的大小与两种材料之间的热电系数差正相关，所用康铜材料与导电流体之间具有较大的热电系数差，电阻值小；
S3、在磁场作用下，驱动导电流体在循环回路中流动，并且热电流越大，驱动力越大。
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