[发明专利]一种基于液态金属多相流体的散热装置

说明书

本发明提供一种基于液态金属多相流体的散热装置，包括：冷却工质容器、液态金属容器、管道混合器、换热装置、冷却装置及分离装置，冷却工质容器内盛有冷却工质，液态金属容器内盛有液态金属，将冷却工质与液态金属进行混合后通入换热装置内，从而对热源部件进行冷却散热。本发明提供的散热装置，将液态金属与另一种冷却工质混合流动来实现散热，由于液态金属具有较低的蒸汽压和很高的沸点，作为冷却剂时可在较宽的工作温度区间内保持液态；在较低泵送功耗下，液‑液两相流动的内部环流可以有效地提高换热系数，液态金属可以始终进行单相对流换热，因而提高了散热系统工作的临界热流密度数值，保证了散热系统的可靠性，并提高系统抗热冲击的能力。

技术领域

本发明实施例涉及散热技术领域，更具体地，涉及一种基于液态金属多相流体的散热装置。

背景技术

随着当今微电子技术的迅速发展，电子器件的性能与集成度不断提高，导致电子器件及设备的热流密度急剧增大。例如，如今的微处理器的热流密度已经达到100W/cm²的量级，一些高端的处理器甚至达到1kW/cm²以上量级。“热障”问题已经成为制约电子器件向更高性能发展的瓶颈。传统的风冷与单相液冷技术已经不足以应对这一问题，多相流散热技术是未来电子设备热管理技术中极有潜力的发展方向。

根据相态的不同，物质主要可以分为气相、液相、固相。多相流即上述物质相态中的两种或多种的混合流体。相与相之间的转变通常伴随着热量的吸收或释放，即相变潜热。此外，由于不同物质相态之间存在热物性的差异和复杂的相互作用，多相流体的流动换热往往具有不同于单相流体的特性。目前在电子散热领域的多相散热技术就是利用上述两方面的特点，来实现热量的转移。例如常见的热管，就是利用了密封的铜管内工质的沸腾与冷凝实现热量的传递与转移。而被视为新型换热工质的纳米流体，则是利用固体颗粒的高热导率来增强了载体流体的传热性能。由于以上特点，多相流体能够达到远超单相流体的换热性能，例如有相变的多相流能够达到的热流密度是单相流体散热的10倍，无相变的多相流散热也能达到单相流体的3-5倍。

但是，在对大功率激光器等具有极高热流密度的设备进行单工质多相流散热时，一旦达到临界热流密度，冷却工质会产生大量过热蒸汽，使流道内表面出现干涸，导致散热系统失效。此外，以纳米流体为代表的固液两相流体中，颗粒的沉降会显著影响纳米流体的热物理性能，从而影响散热性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明实施例的目的是提供一种基于液态金属多相流体的散热装置，利用液态金属热导率高、沸点高的特点，将液态金属与其他冷却工质的混合流动来获得更好的换热性能，以解决现有的单工质流体以及固-液两相流体散热性差的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于液态金属多相流体的散热装置，包括：

冷却工质容器(1)、液态金属容器(2)、管道混合器(5)、换热装置(6)、冷却装置(8)以及分离装置(9)，所述冷却工质容器(1)内盛有冷却工质，所述液态金属容器(2)内盛有液态金属；

所述管道混合器(5)包括：冷却工质入口、液态金属入口和混合液出口，所述分离装置(9)包括：冷却工质出口、液态金属出口和混合液入口；

所述冷却工质容器(1)的出口通过管道(10)与所述冷却工质入口连通，所述液态金属容器(2)的出口通过管道(10)与液态金属入口连通，所述混合液出口、换热装置(6)、冷却装置(8)以及混合液入口通过管道(10)依次连通，所述冷却工质容器(1)的入口通过管道(10)与所述冷却工质出口连通，所述液态金属容器(2)的入口通过管道(10)与所述液态金属出口连通；