[发明专利]一种基于电驱动技术的自循环相变冷却装置及其方法

说明书

本发明提供一种基于电驱动技术的自循环相变冷却装置及其方法，包括装置壳体、高压静电发生器、冷凝器、溢流板、储液槽蒸汽通道、毛细管集成板、若干毛细管、绝缘层和热沉；溢流板竖直放置于装置壳体内部，将装置壳体内部分隔为储液槽和蒸汽通道；储毛细管连接高压静电发生器；热沉位于装置壳体内底部，热沉上表面覆盖有绝缘层并作接地处理；本发明以挥发性液体为冷却工质，采用外加高压静电的方式，在电场力和压力的综合作用下，液体工质被驱使不断流向发热表面，液体工质在底部热表面上发生相变换热，过热工质蒸汽向上流动经冷凝器冷凝液化并进入储液槽，电驱动技术有效促进了工作液体的循环流动，从而大幅提升了装置冷却换热能力。

技术领域

本发明属于电子元器件热管理技术领域，尤其涉及一种基于电驱动技术的自循环相变冷却装置及其方法。

背景技术

现阶段，随着电子器件性能的不断提升、体积的不断缩小，其热流密度越来越高，风冷、自然对流等被动式冷却方式已难以满足其散热需求。相变冷却可充分利用液体汽化潜热，实现大热流密度发热元件的高效散热，典型的如热管。热管技术是指介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程，充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力，具有结构简单、性能稳定、噪声低等优点，近年来在芯片、大功率激光器、LED等领域得到了广泛应用。

然而，传统热管的散热能力通常受到吸液芯的毛细极限和充液量的限制。毛细极限即毛细压头，是热管内部工作液体循环的主要推动力，用来克服蒸汽从蒸发段流向冷凝段的压力降。对于大热流密度工况下，工质循环不及时通常会造成蒸发段蒸干甚至损坏，进而导致电子元器件过热发生故障。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于电驱动技术的自循环相变冷却装置及其方法，以挥发性液体为冷却工质，采用外加高压静电的方式，在电场力和压力的综合作用下，液体工质被驱使不断流向发热表面，装置密封性良好，液体工质在底部热表面上发生相变换热，后续在压强差作用下，过热工质蒸汽向上流动经冷凝器冷凝液化并进入储液槽，电驱动技术有效促进了工作液体的循环流动，从而大幅提升了装置冷却换热能力。

本发明的技术方案是：一种基于电驱动技术的自循环相变冷却装置，包括装置壳体、高压静电发生器、冷凝器、溢流板、储液槽蒸汽通道、毛细管集成板、若干毛细管、绝缘层和热沉；所述溢流板竖直放置于装置壳体内部，将装置壳体内部分隔为储液槽和蒸汽通道；所述储液槽底部设置有毛细管集成板，毛细管集成板设有若干毛细管；所述毛细管连接高压静电发生器；所述热沉位于装置壳体内底部、且位于毛细管的下方，热沉上表面覆盖有绝缘层并作接地处理；所述蒸汽通道用于蒸发后的气相工质冷凝回收使用；所述冷凝器设置于储液槽正上方；储液槽中的液体工质在静电力作用下，从毛细管向下流动至热沉表面，液体工质在热沉表面受热蒸发形成气相工质，气相工质沿着蒸汽通道向上运动，并在到达顶部冷凝器附近发生冷凝，冷凝器将热量排向外界，而液化后的工质下落回收至下方储液槽中。

上述方案中，所述装置外壳和溢流板为绝缘材质，所述毛细管集成板为金属材质，毛细管集成板连接高压静电发生器，毛细管集成板与接地的热沉之间形成强烈的针-板非均匀电场。

上述方案中，所述冷却工质为低沸点、挥发性的电介质液体。

上述方案中，还包括泄压阀；所述泄压阀安装在装置壳体上。

上述方案中，所述毛细管为金属材质，孔径范围为100-500μm。

上述方案中，所述热沉上表面旋涂有绝缘层，厚度范围为100-200μm。

上述方案中，所述毛细管距热沉上表面绝缘层距离H范围为5-10mm。

上述方案中，所述热沉上表面始终保有液体工质，且液面高度浸没毛细管的末端。

上述方案中，所述毛细管呈等距阵列布置，且相邻毛细管间距不小于10mm。