[发明专利]一体化腔体式导电流体热扩展器

说明书

技术领域

本发明涉及热扩展器技术领域，特别涉及一种利用电磁力驱动、无需外流道的一体化腔体式导电流体热扩展器。

背景技术

当前，在信息、能源、光电产业、空间应用、武器系统及电力电子等行业中逐步得到广泛应用的光电器件，由于集成度的提高，散热问题越来越严重。此方面，高效可靠的冷却和热管理技术不可或缺。早期光电器件由于发热量低、热流密度小，采用常规的空气冷却即能满足要求。近年来，随着微纳电子加工技术的突飞猛进，各种计算机芯片、光电器件等的集成度已达到前所未有的高度。因此，业界普遍认为，发热芯片中产生的难以排解的热量，即“热障”问题已成为制约大量高端芯片、器件和系统进一步朝高性能、高效率、更低温度水平、微型化乃至提升节能品质的目标迈进时的关键瓶颈。

围绕打破“热障”这一世界性难题的重大需求，全球范围内开展了一系列艰苦探索，形成了此起彼伏的全力攻关态势。总体而言，最典型的三大类热管理技术主要为：风冷、水冷及热管，其中，风冷出现最早，但逐渐不能满足日益增长的高密度散热需求；水冷及热管散热在一定程度上可以满足更高的散热负荷需求，但水冷的缺点在于水的热导率低、易挥发、沸点低，而热管散热的缺点则在于过大的热负荷会导致其失效。为此，近年来，研究者提出了概念崭新的室温金属流体芯片散热方法，将液态金属作为冷却工质引入到广泛的热管理领域。由于液体金属具有远高于水、空气及许多非金属介质的热导率，且具有流动性，因而可实现快速高效的热量输运能力。特别是，由于采用了液体金属，散热器易于采用功耗较低的电磁泵驱动，由此可实现除流体之外无运动部件的冷却系统。

前期发展的电磁驱动的液体金属散热技术的基本原理在于，作为吸热端的热沉外部四周连接有流体管道，流体管道的远端与散热端连接，流体沿途管道上布置有电磁泵，整个结构形成一个循环流体通道。这样，一旦开启电磁泵电源，即可驱动管道内流体的流动，进而带动整个循环通道内流体的流动，于是流体可将热沉处从热源获得的热量带至远端释放到空气中。这种结构体现出较之机械泵驱动的水冷散热器优越得多的性能，但也存在着系列不足，主要包括：1.只有热沉位置处占整个循环通道内全部液体金属填充量很小部分的流体能直接吸收热量，其余部分则在外部管道中流动并传输热量，因而远未发挥液体金属高效的吸热能力；2.流体传输通道过长，贵金属流体填充量较多，由此增加散热器制造成本，以至降低其实用性；3.传统的液体金属电磁泵为外置式，布置在远离热沉的管道上，磁体置于流道外，磁隙大，磁场弱，因而驱动力受到限制；4.传统液态金属散热器中流道由于空间尺寸有限，管径小，因而设置于其中的电极对平行间隔距离较小，因而电力加载量小，也导致驱动力偏低；5.特别是，由于泵体涉及电极、泵体、管道、磁体、密封件、基底等结构，工序多，制作工艺复杂，流体易于从其中的缝隙处泄露，因而这类导电流体外流道式散热器在密封和避免流体泄露方面有极高要求；6.此外，由于多处管道的引入，造成各部位连接需要增加特定密封盒固定，特别是在避免流体泄露方面需要作特殊处理，工序复杂繁多；7.最后，以往的电磁驱动型液态金属散热器中，由于热沉、管道和电磁泵体各部位分别设计、制作和连接，由此易于引起循环通道内出现某些空腔处不能填充满液态金属的死角，这会导致运行中某些情况下电极对接触不到金属流体，乃至造成电路断开，继而出现散热中断乃至造成芯片工作恶化的问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种一体化的电磁驱动型腔体式导电流体热扩展器，特别涉及一种利用浸没于整个液体空腔中的机构实现流体的电磁力驱动、且无需外部流通管道的一体化腔体式导电流体热扩展器，其将吸热端、流道、驱动泵、液体、流体池和散热端合而为一在一个空间内，通过内置于腔体内且互相间呈垂直方位设置的电极对与磁体对共同产生电磁驱动力，由此诱发腔体内全场范围内导电流体的迅速流动和充分混合，从而达到将与腔体局部外壁接触处热源的热量快速高效地传递到腔体远端的目的。