电子设备内部基于微通道传热特性的温度控制方法技术

编号:201710524344 阅读:6 评论( 0 )

电子设备内部基于微通道传热特征的温度控制方法,它涉及一种温度控制方法,具体涉及一种电子设备内部基于微通道传热特征的温度控制方法。本发明专利技术为了解决现有微通道内流体驱动方式结构复杂难以集成化,且功耗和体积较大,造价和加工技术要求较高的问题。本发明专利技术的具体步骤为:步骤一、将电源的正极和负极分别设置在微通道的两侧,在微通道的上表面和下表面分别各设置一个磁场;步骤二、调节微通道两侧施加电极的电势;步骤三、对微通道上表面和下表面施加磁场的大小进行调控;步骤四、对微通道内部磁场方向角大小进行调控;步骤五、通过步骤二至步骤三的调控实现对微通道内电解质溶液流动换热的调控。本发明专利技术属于电子设备领域。

Temperature control method based on micro channel heat transfer characteristics in electronic equipment

A temperature control method based on micro channel heat transfer characteristics in electronic equipment relates to a temperature control method, in particular to a temperature control method based on micro channel heat transfer characteristics in an electronic device. The invention solves the problems of complicated structure, difficult integration, large power consumption and large volume and high requirement of cost and processing technology in the existing microchannel. The specific steps of the invention is as follows: step one, the positive and negative power supply are respectively arranged on both sides of the micro channel, micro channel in the upper and lower surfaces are respectively provided with a magnetic field; step two, adjust the micro channel on both sides of the electrode potential is applied; step three, the size of the surface and the lower surface of the applied magnetic field on the micro channel regulation; step four, the internal magnetic field direction micro channel angle regulation; regulatory steps to achieve the heat transfer on the electrolyte flow in the microchannel, by regulating the five steps two and three. The invention belongs to the field of electronic equipment.

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1 技术实现步骤摘要

电子设备内部基于微通道传热特性的温度控制方法
本专利技术涉及一种温度控制方法,具体涉及一种电子设备内部基于微通道传热特征的温度控制方法,属于电子设备领域。
技术介绍
近年来,随着微电子和微机电系统技术的迅速发展,电子元器件体积不断变小,性能、速度不断的提高,使电子设备趋向大功率、微型化发展。然而,电子设备的微型化和集成化,给电子设备的有效散热带来了巨大挑战。电子元件的能耗和发热功率越来越大,单位容积电子器件的发热量和热流密度大幅度增加。电子元器件在工作时对温度很敏感,温度过高会导致其性能显著下降,直接影响系统工作的稳定性和可靠性。研究显示,CPU芯片的发热功率已由几年前的100W增加到当前的200W以上,其透过散热器基板传导的热流密度高达105W/m2,并有逐年增加的趋势。一个半导体元件的温度每升高10℃,系统可靠性将降低50%。其中有超过55%的电子设备失效或损坏是由于温度过高引起的,当电子元器件工作时,在消耗功率的同时会使元件的温度迅速升高,如果热量不能及时的传递和扩散出去,就会使电子元器件内部的温度不断的增大,当温度上升到一定程度会导致电子元件工作的安全性和可靠性明显的降低,最后导致功能失效。如果不能及时的将所产生的热量排放到外界环境中会导致电子设备不能正常的工作。因此必须对集成化的电子设备进行热分析和热控制,合理寻找有效的散热方式,将设备内的热量传递到外界空间中,从而控制电子设备在工作时的温度不超过允许最高温度,以提高电子设备工作的稳定性和安全性的目的。目前风扇冷却技术是用于电子设备冷却使用的最普遍的方式,即利用风扇将冷却空气压送至散热器件表面以将该处热量散走。随着电子设备的微型化和集成化,这种冷却方式确定也越来越明显。第一,随着电子设备的能耗和发热功率也越来越大,传统的风扇冷却的散热量有限,无法满足电子设备的高热流密度的散热要求。第二,风扇冷却效率与风扇速度成正比,因而高功率工作时会造成很大的噪音。第三,常规的提高风扇散热器冷却的方法有提高风扇的转速和增大翅片的尺寸等,但是这两种方法都不能无限地增加风扇散热器的散热能力,风冷技术已不能满足芯片日益增长的散热要求。目前针对以上传统电子设备散热所存在的问题,提出一种新型的解决方案。其中液体因其单位热容比气体大,以之作为循环工质的冷却方式能达到比风冷更高的冷却效果。在液体冷却电子设备中,微通道结构也是一种强化换热结构,尺寸可以从数微米到数毫米,制作的材料有硅、铜、铝及其合金等,冷却介质选用电解质溶液,可以使微管道具有很高的传热系数。因而在电子设备冷却应用上,微加工技术易于操作和实现,其作为高效紧凑型换热器或冷却装置极具优势。为了保证在微通道内流体的稳定循环流动和传热,流体驱动方式一般分为以下两种:一是机械驱动方式,包括气动微泵、压电微泵、离心力微泵等,主要是利用自身的活动机械部件的运动驱动流体。这种驱动方式必须与单向阀配合使用,微阀会增加微泵结构的复杂性和加工难度。需要通过机械部件的高频振动驱动流体,因此要注意泵膜的使用寿命。结构复杂,集成化难度大,对微加工技术要求高,造价高。二是非机械驱动方式,包括压力驱动、电渗驱动等动电驱动,其特点是微泵系统本身没有活动的机械部件。但这种方式也具有一些局限性,电渗流的速度大小与微通道的横向尺寸无关,容易控制。压力驱动流的流动速度不仅与微通道横向尺寸有关,还与沿程的压力梯度相关,控制起来必须考虑两方面的因素。由于电渗驱动必须在产生双电层的基础上才有,所以管壁材料必须本身可以带上电荷或强烈吸附某些离子才能符合要求。驱动电渗流需要很高的电压,这将会带来安全问题,而且功耗大、体积大,不易微型化。
技术实现思路
本专利技术为解决现有微通道内流体驱动方式结构复杂难以集成化,且功耗和体积较大,造价和加工技术要求较高的问题,进而提出电子设备内部基于微通道传热特征的温度控制方法。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是:本专利技术所述方法的具体步骤如下:步骤一、将电源的正极和负极分别设置在微通道的两侧,在微通道的上表面和下表面分别各设置一个磁场;步骤二、调节微通道两侧施加电极的电势;步骤三、对微通道上表面和下表面施加磁场的大小进行调控;步骤四、对微通道内部磁场方向角大小进行调控;步骤五、通过步骤二至步骤三的调控实现对微通道内电解质溶液流动换热的调控。本专利技术的有益效果是:1、实现微型化电子设备的高效散热:电子元器件体积小、性能和速度不断的提高,能耗和发热功率大等因素,造成电子设备在工作时温度过高,直接影响系统工作的稳定性和可靠性。本专利中利用微通道结构作为换热结构,换热比表面积很大,结构体积小并且紧凑,可以实现高效换热。以电解质溶液作为换热工质,热稳定性好,换热系数大,可以根据实际需要调剂换热工质的物理化学特性,满足电子设备对散热的需求,调控更加简单方便,可操作性强;2、实现电子设备内部主动散热调控:目前电子设备冷却方式主要靠风扇冷却,这种方式散热量有限,工作时产生的噪声大,结构大,不能满足微型化电子设备对高热流密度散热的要求。本专利技术中在微通道外部施加电场和磁场来驱动电解质溶液流动,实现与壁面热量交换。通过改变电极两端电势的大小、磁场的大小和方向角就轻松的调控微通道换热量大小,改变微通道的换热能力,操作方便,容易控制电子设备内部的温度场。3、节省电子设备内部空间:将本专利技术安装微型电子设备内部、节约占用的空间是实现有效降低设备工作温度的关键。微通道结构的尺寸是微米级尺度,结构轻小,可以实现集成化微通道结构,使结构紧凑,占据空间小,可以安装在所需要换热的电子元器件内而不影响其正常的工作,加工技术成熟、安装方便。并且提高了换热面积,对于大功率的电子设备效果更突出。4、节约能量消耗:如果只有电场驱动液体流动想要达到相同的效果所需要电势差非常大,相对应的能量消耗很大,当需要散热的设备较大时能量的消耗更大。本专利技术中利用电场和磁场的相互作用下驱动电解质溶液实现换热,需要的电极电势可以到达只有电势驱动的十分之一,大大降低能量的消耗,使用寿命也相应的增大。附图说明图1是微通道三维模型示意图;图2是微通道的主视图;图3是微通道的侧视图;图4是电解质溶液流速随磁场强度的变化示意图;图5是Nu数随流速的变化示意图;图6是热流密度随磁场强度的变化示意图;图7是改变磁场角度的微通道二维截面示意图,其中constan表示壁面温度为恒定值,Hotwall表示微通道为热壁面,流体的温度低于壁面温度以实现与微通道壁面进行热量交换;图8是电解质溶液流速随磁场方向角的变化示意图;图9是Nu数随流速的变化示意图;图10是热流密度随磁场方向角的变化示意图;图11是电解质溶液流速随施加电势大小的变化示意图;图12是Nu数随流速的变化示意图;图13是热流密度随施加电势大小变化示意图。具体实施方式具体实施方式一:结合图1至图3说明本实施方式,本实施方式所述电子设备内部基于微通道传热特征的温度控制方法是通过以下步骤实现的:步骤一、将电源1的正极和负极分别设置在微通道3的两侧,在微通道3的上表面和下表面分别各设置一个磁场2;步骤二、调节微通道3两侧施加电极的电势;步骤三、对微通道3上表面和下表面施加磁场的大小进行调控;步骤四、对微通道3内部磁场方向角大小进行调控;步骤五、通过步骤二至步骤三本文档来自技高网
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电子设备内部基于微通道传热特性的温度控制方法
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2 技术保护点

电子设备内部基于微通道传热特征的温度控制方法,其特征在于:所述电子设备内部基于微通道传热特征的温度控制方法是通过以下步骤实现的:步骤一、将电源(1)的正极和负极分别设置在微通道(3)的两侧,在微通道(3)的上表面和下表面分别各设置一个磁场(2);步骤二、调节微通道(3)两侧施加电极的电势;步骤三、对微通道(3)上表面和下表面施加磁场的大小进行调控;步骤四、对微通道(3)内部磁场方向角大小进行调控;步骤五、通过步骤二至步骤三的调控实现对微通道(3)内电解质溶液流动换热的调控。

3 技术保护范围摘要

1.电子设备内部基于微通道传热特征的温度控制方法,其特征在于:所述电子设备内部基于微通道传热特征的温度控制方法是通过以下步骤实现的:步骤一、将电源(1)的正极和负极分别设置在微通道(3)的两侧,在微通道(3)的上表面和下表面分别各设置一个磁场(2);步骤二、调节微通道(3)两侧施加电极的电势;步骤三、对微通道(3)上表面和下表面施加磁场的大小进行调控;步骤四、对微通道(3)内部磁场方向角大小进行调控;步骤五、通过步骤二至步骤三的调控实现对微通道(3)内电解质溶液流动换热的调控。2.根据权利要求1所述电子设备内部基于微通道传热特征的温度控制方法,其特征在于:步骤二中改变微通道左右两端施加电极的电势是通过以下两种方法实现的:第一种、在电路中串联...

4 专利技术属性

发明(设计)人:马宇宋苗苗迟晓婷
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学
专利类型:发明
专利号:201710524344
国别省市:黑龙江,23

5 专利技术项目评估

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6 相关技术资料

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