仿生动力驱动型热管散热器制造技术

本发明专利技术涉及一种仿生动力驱动型热管散热器，包括：其空心内腔内装有多孔芯体材料的空心平板基底；分别连接于空心平板基底侧端的的空心管道体；空心管道体内腔种充填有多孔芯体材料或在所述空心管道体内腔壁上开有微槽道；多孔芯体材料的毛细孔隙和所述的微槽道分别与空心平板基底的空心内腔相通；多孔芯体材料的毛细孔隙或所述微槽道内充满蒸汽或液态工质；本发明专利技术的仿生动力驱动型热管散热器仿照高大植物利用其叶片表面的水份蒸腾作用驱动树干内部实现远距离流体输运的原理，以热管方式实现热量传输，可作为高功率密度光电器件的理想散热机构；使用时将其贴附于电子器件发热端，即可实现高效散热。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种仿生动力驱动型热管，特别涉及一种仿高大植物利用其叶片表 面的水份蒸腾作用而驱动树干内部流体实现远距离输运的以热管方式实现热量传输 的仿植物叶片表面蒸腾作用的仿生动力驱动型热管散热器。
技术介绍
近年来，计算机、微电子、光电芯片等一直是朝着提高集成度、减小尺寸及增 加时钟频率的趋势发展，"热障"问题因此日显严峻。按照著名的"摩尔定律"推算计算机芯片上的晶体管使用量18个月翻一番，那么到2010年，芯片上晶体管使用数 量将突破10亿，此时，芯片耗能和散热问题也凸现出来。实际上，现有AMD桌面 Athlon 1200MHz产生的热量已达66瓦， 一颗Pentium4@2 GHz芯片的消耗功率更高 达75瓦。由此带来的过高温度将降低芯片的工作稳定性，增加出错率，同时模块内 部与其外部环境间所形成的热应力会直接影响到芯片的电性能、工作频率、机械强 度及可靠性。事实上，不仅对于计算机芯片，对于大量功率电T设备、光电器件以 及近年来发展迅速的微/纳电子机械系统等，都存在着类似的广泛而迫切的散热冷却 需要，有的情况下甚至要求更高，比如， 一些微系统的热流密度已高达103W/ cm2。这些态势都表明，目前对高性能散热技术的需求己提到了前所未有的层面，相 关研究是多个学科领域共同的前沿和关注的重大课题。计算机芯片技术发展对高性能散热方法的迫切要求与实际应用的广阔空间，使 得对超高热流密度光电子芯片、微系统的散热技术研究成为国际上异常重要而活跃 的研究领域。当前的技术现状是，各类计算机芯片普遍采用受迫对流空气来冷却发 热器件，即通过扩展肋片，改进气流分布，增大风压，将冷却空气压送至散热器件表面以将该处热量散走，此种方式的冷却效率与风扇速度成正比，因而会产生明显 噪音；而且一旦微器件发热密度过高时，空气冷却将很难胜任。目前，气冷方式的 散热能力已渐趋极限，难以适应功耗继续增加的需要，特别是在如多核台式机、笔 记本电脑等设备的狭小受限空间中更是如此。随着计算机芯片集成度的飞速增长， 要求的换热强度越来越高，采用水冷或热管散热的方式已提到日程上来，相应产品 相继出现在市场上。液体因单位体积热容远大于气体，作为循环工质能够提供更高 的冷却功率，是一种较佳选择。据业界人士分析，液冷可能会成为一个主流。实际 上就计算机CPU的散热问题而言，Intel、 NEC、松下、日立等国际著名公司新近都 推出了基于液冷的散热方案。然而，这类液体冷却虽然效率较高，似在运行中必须 依赖驱动装置，这无疑会使整套散热系统的体积增大，功耗提升。也因如此，长期 以来，围绕液体冷却中的驱动泵开展研究， 一直是工程师们的重大努力方向。与之 相比，热管作为一种无外力驱动的基于相变传热的冷却方式，可以达到较之单相流 体更高的热流转移通量，因而目前其应用颇为引人瞩目。可以认为，在众多的高效散热方法中，热管技术在性能上表现突出。它以毛细 力作为循环动力，又以相变(蒸发与凝结)换热作为传热的主要方式，具有传热能 力大、质量轻、温度控制能力强、传热效率高等特点，迄今在许多领域内被竞相加 以探索，其在计算机元器件散热方面的应用正如火如荼。采用相变传热与单相传热或导热相比，所需工质少，热传输量大，因而可减轻 重量。热管运行的推力来自毛细芯的抽吸力，要使热管正常工作，必须使毛细压差 大于流体流动的总压降，因而如何选择和制作毛细抽吸力较大的毛细芯是一个关 键。但是，当芯片发热密度过高时，会导致热管内部液体全部蒸发干，从而工质难 以完成正常的循环输运，于是会引起烧毁现象发生，对于超高功率的发热元件，热 管散热存在工作极限，必须突破其现有热量及工作流体传输的途径。考虑到上述因 素，本专利技术提供一种新的热管方案，可以实现形式更加多样化且无烧干风险的热管 散热器
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种仿生动力驱动型热管散热器，特别涉及一种仿照 高大植物利用其叶片表面的水份蒸腾作用驱动树干内部流体实现远距离输运的原 理，以热管方式完成热量传输的仿生动力驱动型热管散热器，可作为高功率密度器 件中的理想散热机构。其概念新颖，基于叶片表面的水份蒸腾作用驱动流体的输 运，同时又部分采纳了热管换热的概念，是液冷与热管散热方式的优势结合。本专利技术的技术方案如下本专利技术提供的仿生动力驱动型热管散热器，包括一空心平板基底1;所述空心平板基底1的空心内腔内装有多孔芯体材料21;分别连接于所述空心平板基底l侧端的空心管道体11;所述空心管道体U内腔 中充填有多孔芯体材料或在所述空心管道体11内腔壁上开有微槽道；所述多孔芯体 材料的毛细孔隙和所述的微槽道分别与所述空心平板基底1的空心内腔相通；所述多孔芯体材料的毛细孔隙或所述微槽道内充满蒸汽或液态工质15。本专利技术提供的仿生动力驱动型散热装置，还可进一步包括安装在所述空心管道 体11或空心平板基底1的外壁上的用于强化传热的散热肋片5。所述的空心平板基底l为铝、铜、银或硅材质的空心平板基底。所述的空心管道体11为2-10个。所述多孔芯体材料21为铝网、铜网、银网或碳纳米管。 所述微槽道的横截面形状为正方形、三角形或圆形。 所述多孔芯体材料为碳纳米管。 所述散热肋片5为2到1000枚。所述多孔芯体材料的毛细孔隙或所述微槽道内填充的液态工质15为纯水、酒 精、氨、R134a、水银或金属镓。本专利技术所述的散热装置中的每一部件既可单独组成一个散热器，也可堆叠和焊 接在一起形成平行的顺流或逆流换热器。 本专利技术装置的运行易于理解，沿空心管道体U内壁可设置微槽道，或铺设一定 多孔芯体材料(如碳纳米管)，多孔芯体材料的毛细孔隙中充满着液态工质15 (如水、 酒精、氨、R134a、水银或金属镓等)，空心管道体11为液态工质15的流通通路； 于是，当空心平板基底1接触热源时，热量将通过空心平板基底1传给多孔芯体材 料及其内充满的液态工质15，于是温度升高后的液态工质15在多孔芯体材料的自由 表面上的蒸发将加强；蒸发空间内的蒸汽压力可表示为Pl;与此同时，散热器其他 部位如空心管道体ll表面及肋片5处于自然排热状态，称为排热段或凝结段，此段 中的蒸汽饱和压力用P2表示；于是，在压差(P1-P2)的作用下，液态工质15产生的 蒸汽由蒸发空间表面流动进入到空心管道体11的内腔中，并沿途凝结下来，放出汽 化潜热。这样，热量即通过凝结液、多孔芯体材料和空心管道体11的管壁传到外界 热沉中去。蒸汽放出潜热后凝结成液态工质液体15，再通过空心管道体11的吸液芯 所具备的毛细力的驱动回流到多孔芯体材料中，由此，即完成一个流动循环。本专利技术的关键之处在于引入了仿照叶片(在本专利技术中相当于平板基底1中的多 孔芯体材料表面)表面的水份蒸腾作用驱动树干(在本专利技术中指的是平板基底1底 部)内部流体输运，从而以热管方式实现热量传输的仿生动力驱动型散热装置概 念，在技术内涵上大大丰富了传统热管技术及需依赖驱动泵运行的液冷散热器，综 合了液体冷却及热管散热的方式，是传统芯片散热技术的一个重要拓展。本专利技术的优点在于首先，采用叶面蒸腾原理的驱动力更大，由此作成的散热 器传热能力比传统热管更高，且不易出现烧干现象，是满足发热功率更大的器件的 理想散热方式。正是由于这些综合因素，使得本专利技术相比于以往的热管或液冷散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生动力驱动型热管散热器，包括：一空心平板基底（１）；所述空心平板基底（１）的空心内腔内装有多孔芯体材料（２１）；分别连接于所述空心平板基底（１）侧端的的空心管道体（１１）；所述空心管道体（１１）内腔种充填有多孔芯体材料或在所述空心管道体（１１）内腔壁上开有微槽道；所述多孔芯体材料的毛细孔隙和所述的微槽道分别与所述空心平板基底（１）的空心内腔相通；所述多孔芯体材料的毛细孔隙或所述微槽道内充满蒸汽或液态工质（１５）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，肖剑，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]