[發明專利]一種用于毛細泵環的可變容積冷凝器

有效

• 申請號: 201710288109.3
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107024126B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 周偉;凌偉淞;柯育智;劉韶宇;劉瑞亮
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: F28D15/04
• 分類號: F28D15/04
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種用于毛細泵環的可變容積冷凝器，涉及一種用于電子芯片散熱的毛細泵環。設有冷凝器、汽缸、儲液室、水泵、電磁閥、直線電機、壓力傳感器、單片機和若干銅管；所述汽缸與冷凝器的頂部通過銅管密封連接；所述直線電機與汽缸的活塞連接；所述水泵兩端通過銅管分別與汽缸和儲液室連接；所述電磁閥安裝在水泵的入口；所述壓力傳感器安裝在冷凝器的入口；所述單片機采集壓力傳感器的壓力信號，并且根據制定程序控制電磁閥、水泵和直線電機動作。

技術領域

本發明涉及一種用于電子芯片散熱的毛細泵環，尤其是涉及一種用于毛細泵環的可變容積冷凝器。

背景技術

隨著微電子技術的高速發展，處理器的主頻和集成度越來越高，單位容積上的芯片功耗急劇增加，導致熱流密度隨之增加。比如，一顆1W的LED燈珠的熱流密度已經達到100W/cm²；又如，計算機CPU的熱流密度普遍在60～100W/cm²，有的甚至高達200W/cm²。當電子芯片的熱流密度超過0.08W/cm²時，自然散熱已經無法滿足其散熱方式；當熱流密度超過0.3W/cm²時，強迫對流散熱已經達到極限。高熱流密度芯片的熱控制問題已經成為當前制約高集成度芯片技術發展的瓶頸，電子元器件可靠性的改善、功率容量的增加、集成度的提高以及結構的微型化直接取決于芯片的熱控制問題的解決。

為解決高熱流密度電子芯片的散熱問題，近年來相變散熱得到了廣泛的應用。毛細泵環是典型的相變散熱裝置，由蒸發器、冷凝器、汽液聯管以及液體工質等組成。蒸發器與電子芯片直接接觸，內部的液體吸收了芯片的熱量汽化成蒸汽，相變壓力迫使蒸汽沿著蒸汽聯管到達冷凝器，液化后放出熱量變成液體，經過液體聯管回到蒸發器。由于毛細泵環采用相變傳熱機制，其散熱能力比當前主要的散熱方式高2個數量級以上。通過吸液芯的毛細力和蒸汽相變壓力以及重力輔助運行，無需外部能源輸入，具有節能減排的優勢。同時，當工作時，振動小，無噪音。將蒸汽和液體分開，吸液芯只存在于蒸發器，避免了熱管的攜帶極限，進一步提升了毛細泵環的散熱能力。

但是目前的毛細泵環均為固定容積式，即完成設計以及加工安裝之后，其內部容積無法調節，這就會給毛細泵環的使用范圍帶來挑戰。若將內部容積設計過高，在低熱負荷時毛細泵環無法順利啟動，且靈敏度不高；若內部容積設計過低，在高熱負荷時內部壓力過高，液體沸點上升，傳熱效率受影響。比如，當熱負荷為200W時，毛細泵環的內部壓力已經超過6個標準大氣壓，不但降低傳熱效率，且增大了使用的安全隱患。因此設計一款可變容積的冷凝器，實現毛細泵環內部容積隨熱負荷變化而變化具有重要的意義。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，本發明提供一種用于毛細泵環的可變容積冷凝器。該冷凝器可以隨熱負荷的變化實時改變毛細泵環內部容積，擴大了毛細泵環的熱負荷調節范圍。

本發明設有冷凝器、汽缸、儲液室、水泵、電磁閥、直線電機、壓力傳感器、單片機和若干銅管；所述汽缸與冷凝器的頂部通過銅管密封連接；所述直線電機與汽缸的活塞連接；所述水泵兩端通過銅管分別與汽缸和儲液室連接；所述電磁閥安裝在水泵的入口；所述壓力傳感器安裝在冷凝器的入口；所述單片機采集壓力傳感器的壓力信號，并且根據制定程序控制電磁閥、水泵和直線電機動作。

所述汽缸的活塞可通過運動實現冷凝器容積的變化。

所述汽缸的活塞可采用GGr15高碳鉻軸承鋼通過精密研磨而成，具有良好的密封性和耐磨性。

所述汽缸的容積可采用毛細泵環基本容積的3～5倍。

所述直線電機可采用磁懸浮式電機，采用無旋轉結構，其運動精度高。

所述水泵可采用正反轉水泵，可實現泵水和抽水功能。

所述電磁閥與水泵的運轉可同步開閉，保證汽缸的氣密性。