[發明專利]基于形狀記憶材料的相變智能冷卻結構

有效

• 申請號: 202010570448.2
• 申請日: 2020-06-20
• 公開（公告）號: CN111725157B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 白長青;李浩冉
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/473
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種基于形狀記憶材料的相變智能冷卻結構，其特征在于：包括毛細管路，設置在毛細管路兩端的受熱面(4)和冷卻液儲液池(3)，設置在冷卻液儲液池(3)上方的冷凝面(5)；核心裝置是基于虹吸原理的毛細管路，該毛細管路由形狀記憶合金波紋毛細管(1)、樹狀微通道(2)、連接管(8)和開口段(7)構成；

所述形狀記憶合金波紋毛細管(1)為多個且豎直布置，由形狀記憶合金制成，低溫下形狀為波紋彎曲狀，高溫下為豎直狀；通過形狀記憶合金的溫控形變特性來自動調節冷卻液的流速，實現冷卻能力的智能調節；形狀記憶合金波紋毛細管(1)上下均有固定裝置(9)限制其水平向運動，保證其變形只引起出口端高度變化，而水平方向位置不變；形狀記憶合金波紋毛細管(1)兩端分別通過連接管(8)與樹狀微通道(2)和開口段(7)相連；開口段(7)下方是與受熱面(4)相連的微型翅片(6)；

所述樹狀微通道(2)下部通過冷卻液入口(2-1)與冷卻液儲液池(3)的液面接觸，其上部末端的微孔提供毛細力，將冷卻水驅動充滿整個形狀記憶合金波紋毛細管，同時仿生樹狀結構能夠有效地消除毛細力與冷卻劑流動阻力之間的矛盾，使流體從主干通道均勻分布到大面積區域；

整個所述毛細管路的最高點與冷卻液儲液池(3)中液面的高度差小于毛細作用能提升液柱的最大高度，那么在毛細作用下，冷卻液會充滿整個毛細管；

所述受熱面(4)直接與熱源接觸，其上有深入到毛細管開口段(7)中的微型翅片(6)及微型翅片(6)之間的微通道。

2.根據 權利要求1所述的一種基于形狀記憶材料的相變智能冷卻結構，其特征在于：所述形狀記憶合金波紋毛細管(1)具有形狀記憶功能，其由低溫相變為高溫相的開始轉變溫度和結束轉變溫度分別為A_s、A_f，且A_s＜A_f；當形狀記憶合金波紋毛細管(1)的溫度T＜A_s時，其形狀無變化，開口段(7)的高度較高，冷卻液雖然充滿整個形狀記憶合金波紋毛細管但沒有流出，冷卻主要靠微型翅片(6)和開口段(7)的冷卻液換熱；當形狀記憶合金波紋毛細管(1)的溫度滿足A_s≤T＜A_f時，其形狀開始改變，彎曲程度減小，使開口段(7)的高度降低，其與冷卻液入口的高度差增大，兩者壓差能夠使冷卻液流出，直接冷卻受熱面(4)，增大了換熱面積，增強冷卻能力；當形狀記憶合金波紋毛細管(1)的溫度滿足A_f≤T時，其完成形變，變得完全順直，使開口段(7)的高度進一步降低，冷卻液在更大壓差的作用下加速流出，進一步提高冷卻能力。

3.根據權利要求1所述的一種基于形狀記憶材料的相變智能冷卻結構，其特征在于：所述冷卻液儲液池(3)中的冷卻液在毛細作用的驅動下，充滿整個形狀記憶合金波紋毛細管；在低溫下，冷卻液停留在形狀記憶合金波紋毛細管(1)中，僅有開口段(7)部分參與換熱；當溫度升高，形狀記憶合金波紋毛細管(1)形變，形狀記憶合金波紋毛細管(1)中冷卻液的出入口壓差增大，其在壓差作用下自動沿微型翅片(6)流下，在受熱面(4)上受熱汽化；之后蒸汽在冷凝面(5)上冷卻液化流回冷卻液儲液池(3)，實現循環利用；因為冷卻液流量與冷卻液儲液池液面高度和毛細管出口之間的高度差密切相關，所以冷凝面(5)要保證有足夠的冷凝效率來維持冷卻液儲液池(3)的液面高度。

4.根據權利要求1所述的一種基于形狀記憶材料的相變智能冷卻結構，其特征在于：所述冷凝面(5)內壁上刻蝕有位于冷卻液儲液池(3)上方用于快速換熱的微通道，外壁上有增大與空氣換熱面積的空冷肋片(10)。

5.根據權利要求1所述的一種基于形狀記憶材料的相變智能冷卻結構，其特征在于：所述冷卻液儲液池(3)中的冷卻液根據冷卻要求的不同選擇不同低沸點的冷卻液。

6.根據權利要求1所述的一種基于形狀記憶材料的相變智能冷卻結構，其特征在于：所述開口段(7)成擴張形狀，便于冷卻液從出口流出的同時，方便與微型翅片(6)換熱。