仿心脏结构的仿生动力驱动型散热器制造技术

一种仿心脏结构的仿生动力驱动型散热器，包括工作时与发热面相连的方形空心主腔体，其内横向安装一由驱动电机驱动并可沿腔体内壁上下滑动的活塞；活塞上对称地设有偶数个小孔；小孔内壁上安装方向朝上且向外倾斜的上单向瓣膜；分别焊接于空心主腔体左、右侧壁上的由空心弯管围成的半圆型左空心腔体和半圆型右空心腔体；左和右空心腔体的空心弯管内腔分别与空心主腔体的内腔相连通；其内装有流动工质；安装在左、右空心腔体与空心主腔体内腔连通的下连通口处方向朝下且向内侧倾斜的第一和第二下单向瓣膜；该散热器体积较小，符合现代电子设备日渐紧凑的趋势；结构简单，流动阻力小，节约驱动电机电能；另外工质流动速度可以非常快，散热效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种仿生动力驱动型散热器，特别涉及一种模仿心脏结构的驱动全身 血液流动以实现热量对流传输的仿心脏结构的仿生动力驱动型散热器。
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 机芯片上的晶体管每18个月翻一番，那么到2010年，芯片上晶体管的数量将突破10 亿，此时，芯片耗能和散热问题也凸现出来。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 量功率电子设备、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。以上态势表明，目前对 高性能散热技术的需求已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。目前市面上出售的芯片散热器主要有空气散热器、液体散热器、热管散热器、 制冷剂冷却器、半导体冷却器。前三种是利用各种导热介质将热量从热端传导到冷端 来降低芯片的温度，后两种则是依靠主动产生的冷量达到降低芯片温度的目的。空气 散热器由于空气的传热系数较低，虽然结合使用了诸多高热导率材料如铝、铜甚至银 等并使用了各种增强传热的方式如肋片、风扇等，但目前这类散热器的传热系数已基 本趋于其物理极限，进一步提升性能需要付出的代价比较大。且随着风扇速度的提高, 产生的噪声也不断增大，面对日渐增大的芯片发热密度，此类方法已不能很好适应。 不过，由于其价格较为低廉，因此在实际应用中还是一种比较普遍的散热方式。热管 散热器的传热系数很高，但制作工艺、封装条件要求较高，随着技术的进步，价格开 始逐步下降，但仍然徘徊在大量应用的门槛之外，而且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，会引起烧毁现象发 生。制冷剂冷却器和半导体冷却器由于具备主动制冷的方式，使得它们在高发热功率 的芯片冷却上的应用具有先天的优势，但是制作工艺复杂，成本相对高昂，在市面上 较少见到。相较之下，液冷散热器是兼顾传热效率和生产成本的较好结合。液体的热导率特 别是对流传热速率以及比热容为空气所无法企及，且流体工质可以利用一些价格比较 低廉的液体，如水、酒精等，制造工艺也没有热管散热器、制冷剂冷却器和半导体冷 却器要求高。可以预见，在今后较长的一段时期内，液冷散热器可能会成为市场的主 流。液冷散热器主要由吸热模块、散热模块、流体泵、流体工质等组成，其基本工作 原理是外部的热负荷加于吸热模块，工质温度上升，随后在泵的驱动下被传输到散 热模块，热量从工质中散发到空气中。这样，工质在热管中不断循环流动，将热量持 续地输运出去。然而，目前市面上出售的液冷系统大都是流体驱动泵与冷却模块分离的，这样增 加了散热系统的体积，增大了流动的阻力和功耗，并且安装过程比较复杂。正因如此， 长期以来，围绕液体冷却中的驱动泵开展研究，如何提高驱动效率一直是工程师们的 重大努力方向。从仿生学的角度看，心脏作为人体血液唯一的驱动力来源，其小巧的 体积却能够提供足以克服人体内复杂血管网络流动阻力的持续动力，给流体驱动泵的 设计提供了新的思路。正是基于这一考虑，本专利技术提供一种新的液冷散热器方案，可 以实现形式更加多样化的散热器。
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散热器，特别是提供及一种模仿心 脏结构驱动全身血液流动以实现热量对流传输的仿心脏结构的仿生动力驱动型散热 器，可作为高功率密度器件中的理想散热装置。本专利技术技术方案如下本专利技术提供的仿心脏结构的仿生动力驱动型散热器，包括一方形空心主腔体l，方形空心主腔体l内横向安装一由驱动电机5驱动并可沿 腔体内壁上下滑动的活塞4;所述活塞4上对称地设有偶数个小孔7;每个小孔7的 内壁上均安装有方向朝上且向外侧倾斜的上单向瓣膜6;分别焊接于所述方形空心主腔体1左、右侧壁上的由空心弯管围成的半圆型 左空心腔体2和半圆型右空心腔体22;所述半圆型左空心腔体2和半圆型右空心腔体 22的空心弯管内腔分别与所述方形空心主腔体1的内腔相连通；装于所述方形空心主腔体1、半圆型左空心腔体2和半圆型右空心腔体22相连通的腔体内的流动工质9;安装在所述半圆型左空心腔体2的弯管管腔与所述方形空心主腔体1的内腔连通的下连通口处的一方向朝下且向内侧倾斜的第一下单向瓣膜88;安装于所述半圆型右空心腔体22的弯管管腔与所述方形空心主腔体1的内 腔连通的下连通口处的一方向朝下且向内侧倾斜的第二下单向瓣膜8。本专利技术提供的仿心脏结构的仿生动力驱动型散热器，还可包括安装于所述方形空 心主腔体1、半圆型左空心腔体2和/或半圆型右空心腔体22外表面上的散热肋片3。 所述散热肋片3为2到1000枚。所述方形空心主腔体1、半圆型左空心腔体2和半圆型右空心腔体22均为铝、铜 或硅材质的空心腔体。所述的驱动电机外壳和活塞的材质均为塑料或橡胶材质。所述的上单向瓣膜6、第一下单向瓣膜88和第二下单向瓣膜8均为塑料、橡胶材 质的单向瓣膜；或者均为外表面上包裹有塑料或橡胶的铜或铝材质的单向瓣膜。 所述小孔为矩形孔、圆形孔或三角形孔，其数量为2、 4、 6或8。 所述上单向瓣膜6、第一下单向瓣膜88和第二下单向瓣膜8的截面为矩形、圆形 或三角形。所述半圆型左空心腔体2和半圆型右空心腔体22的弯管管腔的横截面形状为矩 形、三角形或圆形。所述流动工质9为纯水、酒精、氨、水银或金属镓。本专利技术的仿心脏结构的仿生动力驱动型散热器，其流动工质的流通通道孔道易于 通过现有加工技术制做。每一器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过程如下当驱动电机5带动活塞4向下运动时，压縮下面的 流动工质9，下单向瓣膜8和88关闭，上单行瓣膜6打开，流动工质9从活塞4下面 被挤压到活塞4上面；当驱动电机5带动活塞4向上运动时，压缩上面的流动工质9， 上单向瓣膜6关闭，下单向瓣膜8和88打开，流动工质9从活塞4上面被挤压流经 半圆型左空心腔体2和半圆型右空心腔体22的弯管管腔到活塞4下面；如此，完成 一个流动循环。流动工质9在散热器的底部吸收热量，温度升高，称为吸热端；流动 工质9在散热器的顶部和其流通通道中会释放热量，温度降低，成为放热段，中肋片 3起到强化换热的作用。这样，完成整个散热过程。以上结构及流动工质9的充填采用常规的换热器加工方式即可完成。 本专利技术的仿心脏结构的仿生动力驱动型散热器，其优点如下本专利技术的关键之处 在于引入了心脏单向泵送驱动血液在血管网络中流动，从而实现热量从热端到冷端的 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的流动设计，是 传统散热器技术的一个拓展；而且体积较小，结构简单，流动阻力小，可节约驱动电 机的电能，符合现代电子设备日渐紧凑的趋势；流动速度可以非常快，能够很快地将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿心脏结构的仿生动力驱动型散热器，包括：一方形空心主腔体（１），方形空心主腔体（１）内横向安装一由驱动电机（５）驱动并可沿腔体内壁上下滑动的活塞（４）；所述活塞（４）上对称地设有偶数个小孔（７）；每个小孔（７）的内壁上均安装有方向朝上且向外侧倾斜的上单向瓣膜（６）；分别焊接于所述方形空心主腔体（１）左、右侧壁上的由空心弯管围成的半圆型左空心腔体（２）和半圆型右空心腔体（２２）；所述半圆型左空心腔体（２）和半圆型右空心腔体（２２）的空心弯管内腔分别与所述方形空心主腔体（１）的内腔相连通；装于所述方形空心主腔体（１）、半圆型左空心腔体（２）和半圆型右空心腔体（２２）相连通的腔体内的流动工质（９）；安装在所述半圆型左空心腔体（２）的弯管管腔与所述方形空心主腔体（１）的内腔连通的下连通口处的一方向朝下且向内侧倾斜的第一下单向瓣膜（８８）；安装于所述半圆型右空心腔体（２２）的弯管管腔与所述方形空心主腔体（１）的内腔连通的下连通口处的一方向朝下且向内侧倾斜的第二下单向瓣膜（８）。

【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]