[发明专利]一种用于高热流密度器件的散热及余热回收系统

说明书

技术领域

本发明涉及高热流密度器件，尤其是涉及一种用于高热流密度器件的散热及余热回收系统。

背景技术

随着科技的日新月异，涌现出大量高热流密度器件。其中某些器件的热流密度甚至达到200W/cm²，而这导致集成电路和半导体器件的性能、可靠性和安全性均受到较大影响。如何运用良好的散热手段有效地解决散热问题已成为当前电子电器设备亟待解决的关键技术。

平板热管是一个内壁具有毛细结构的真空腔体，腔体抽成真空并充入工质，通过平板内壁吸液芯内的工质蒸发、冷凝相变实现热量的快速散失。由于平板热管具有良好的导热性、等温性、快速热启动性等特点，人们将其广泛应用于高热流密度器件的散热。目前，平板热管结构多为扁平状，抗压能力一般较差，容易因温度过高或外加压力而产生内陷或裂缝变形现象，一般不采用可以提升平板热管使用温度的氨作为工质，因为相对于水、酒精等低饱和蒸汽压力的工质，氨的饱和蒸汽压力提高了几十倍。因此平板热管的一项技术难点就是耐压性。另外，相比于传统热管的一维散热而言，平板热管的二维面散热对多热源器件的散热更有优势。且其金属基板可代替电子器件的内基板，便于与电子器件的一体化封装，降低器件整体热阻。

温差发电现象是在1821年由赛贝克发现,把两种不同的金属导体接成闭合电路时，若把它的两个接点分别置于温度不同的两个环境中，则电路中就会有电流产生，这一现象称为塞贝克(Seebeck)效应，这种情况下产生电流的电动势叫做温差电动势。塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电势差取决于金属的电子逸出功和有效电子密度这两个基本因素。半导体的温差电势最明显,可用作热电转换器件。

公告号为CN 104748597 A的中国发明专利公开一种平板热管及其制作方法，该装置包括蒸发盖板、冷凝盖板、多孔毛细结构和若干个支撑柱；该发明虽然兼顾平板热管散热性能与机械强度，但由于其支撑柱需插入毛细结构的通孔，导致其散热性能无法达到最优，且制造过程复杂。公告号为CN 104713395A的中国发明专利公开了一种高耐压性平板热管及其加工方法，其包括上金属盖板、下金属盖板、毛细腔和加强筋；该发明在上金属盖板直接加工出加强筋，虽然提高了热管的耐压性，但加强筋的存在会导致平板热管整体热阻增加，从而降低其传热效率。

公告号为CN 204534496 U的中国发明专利中所公开的一种可利用余热的LED散热装置，其采用微槽平板热管，且将其置于内基板和热电转换模块之间。内基板使得器件的整体热阻较大，而微槽平板热管的使用有局限性。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供可以应用于高热流密度器件的热控制及其余热回收，不仅可解决高热流密度器件的散热问题，而且还将余热用于发电，减少资源的消耗，具有很好应用潜力和推广前景的一种用于高热流密度器件的散热及余热回收系统。

本发明设有散热模块和热电转换与储能模块；

所述散热模块设有平板热管、散热风扇、散热翅片，所述平板热管设有上金属盖板和下金属盖板，所述平板热管蒸发面设有阵列排布的多孔凸起结构，所述多孔凸起结构顶端设有内凹槽；所述平板热管冷凝面设有与所述内凹槽配合的多孔凸台结构，所述多孔凸台结构与所述内凹槽组合成多孔吸液芯；

所述热电转换与储能模块设有半导体热电转换器、稳压电路、储能电池，半导体热电转换器、稳压电路、储能电池依次连接，所述散热翅片设在半导体热电转换器或平板热管冷端，散热翅片作为辅助散热元件。

所述半导体热电转换器可采用半导体温差发电组件。

所述上金属盖板和下金属盖板可采用铜、铜合金、铝、铝合金及镍等中的一种材料制成的盖板。

所述多孔吸液芯、多孔凸起结构、多孔凸台结构均可采用金属粉末通过烧结形成，具有多孔隙结构，能够提供良好的毛细压力和工质液体回流路径。所述金属粉末可采用铜粉、镍粉、铝粉及碳纳米粉等中的一种。所述工质液体可采用水、乙醇、丙酮、甲醇、氨等中的一种，优选氨，工质液体的注入量可为多孔吸液芯、多孔凸起结构、多孔凸台结构内腔容积的10％～40％。

所述多孔凸起结构其外形可采用长方体，所述多孔凸台结构可采用倒置几何体，所述倒置几何体可采用倒梯形台等。

所述平板热管的制造方法，包括如下步骤：

1)通过电火花线切割设备和数控铣床等加工制造出相关模具；