一體化腔體式導電流體熱擴展器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種一體化腔體式導電流體熱擴展器，包括：腔體（1），其將吸熱端、流道、液體、流體池、驅動泵和散熱端合而為一在一個空間內，其內部為腔體結構，并且其內表面為絕緣層（12）；流道式電極對（31、32），設置于腔體內表面，其用作流道及流體流動方向的調整器；磁體對（41、42），設置于腔體內且磁極方向與所述電極對電流方向呈垂直方位設置；導電流體（2），其充于腔體內；電源芯片（7），其設置于腔體外表面，用于給電極對提供輸入電流。根據本發明提供的熱擴展器，大大減少了制作和封裝工序，徹底避免了流體的泄露；其體積緊湊，傳熱能力顯著；腔體內電極對位置可靈活設置，顯著提升了電磁驅動力，由此導致的強化傳熱和流動效果強；腔體內不同部位溫度各異的流體之間混合效率高，熱量輸運能力強。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及熱擴展器【技術領域】，特別涉及一種利用電磁力驅動、無需外流道的一 體化腔體式導電流體熱擴展器。 一體化腔體式導電流體熱擴展器
【背景技術】
[0002] 當前，在信息、能源、光電產業、空間應用、武器系統及電力電子等行業中逐步得到 廣泛應用的光電器件，由于集成度的提高，散熱問題越來越嚴重。此方面，高效可靠的冷卻 和熱管理技術不可或缺。早期光電器件由于發熱量低、熱流密度小，采用常規的空氣冷卻即 能滿足要求。近年來，隨著微納電子加工技術的突飛猛進，各種計算機芯片、光電器件等的 集成度已達到前所未有的高度。因此，業界普遍認為，發熱芯片中產生的難以排解的熱量， 艮P "熱障"問題已成為制約大量高端芯片、器件和系統進一步朝高性能、高效率、更低溫度水 平、微型化乃至提升節能品質的目標邁進時的關鍵瓶頸。
[0003] 圍繞打破"熱障"這一世界性難題的重大需求，全球范圍內開展了一系列艱苦探 索，形成了此起彼伏的全力攻關態勢。總體而言，最典型的三大類熱管理技術主要為：風冷、 水冷及熱管，其中，風冷出現最早，但逐漸不能滿足日益增長的高密度散熱需求；水冷及熱 管散熱在一定程度上可以滿足更高的散熱負荷需求，但水冷的缺點在于水的熱導率低、易 揮發、沸點低，而熱管散熱的缺點則在于過大的熱負荷會導致其失效。為此，近年來，研究者 提出了概念嶄新的室溫金屬流體芯片散熱方法，將液態金屬作為冷卻工質引入到廣泛的熱 管理領域。由于液體金屬具有遠高于水、空氣及許多非金屬介質的熱導率，且具有流動性， 因而可實現快速高效的熱量輸運能力。特別是，由于采用了液體金屬，散熱器易于采用功耗 較低的電磁泵驅動，由此可實現除流體之外無運動部件的冷卻系統。
[0004] 前期發展的電磁驅動的液體金屬散熱技術的基本原理在于，作為吸熱端的熱沉外 部四周連接有流體管道，流體管道的遠端與散熱端連接，流體沿途管道上布置有電磁泵，整 個結構形成一個循環流體通道。這樣，一旦開啟電磁泵電源，即可驅動管道內流體的流動， 進而帶動整個循環通道內流體的流動，于是流體可將熱沉處從熱源獲得的熱量帶至遠端釋 放到空氣中。這種結構體現出較之機械泵驅動的水冷散熱器優越得多的性能，但也存在著 系列不足，主要包括：1.只有熱沉位置處占整個循環通道內全部液體金屬填充量很小部分 的流體能直接吸收熱量，其余部分則在外部管道中流動并傳輸熱量，因而遠未發揮液體金 屬高效的吸熱能力；2.流體傳輸通道過長，貴金屬流體填充量較多，由此增加散熱器制造 成本，以至降低其實用性；3.傳統的液體金屬電磁泵為外置式，布置在遠離熱沉的管道上， 磁體置于流道外，磁隙大，磁場弱，因而驅動力受到限制；4.傳統液態金屬散熱器中流道由 于空間尺寸有限，管徑小，因而設置于其中的電極對平行間隔距離較小，因而電力加載量 小，也導致驅動力偏低；5.特別是，由于泵體涉及電極、泵體、管道、磁體、密封件、基底等結 構，工序多，制作工藝復雜，流體易于從其中的縫隙處泄露，因而這類導電流體外流道式散 熱器在密封和避免流體泄露方面有極高要求；6.此外，由于多處管道的引入，造成各部位 連接需要增加特定密封盒固定，特別是在避免流體泄露方面需要作特殊處理，工序復雜繁 多；7.最后，以往的電磁驅動型液態金屬散熱器中，由于熱沉、管道和電磁泵體各部位分別 設計、制作和連接，由此易于引起循環通道內出現某些空腔處不能填充滿液態金屬的死角， 這會導致運行中某些情況下電極對接觸不到金屬流體，乃至造成電路斷開，繼而出現散熱 中斷乃至造成芯片工作惡化的問題。
【發明內容】
[0005](一）要解決的技術問題
[0006] 本發明的目的在于提供一種一體化的電磁驅動型腔體式導電流體熱擴展器，特別 涉及一種利用浸沒于整個液體空腔中的機構實現流體的電磁力驅動、且無需外部流通管道 的一體化腔體式導電流體熱擴展器，其將吸熱端、流道、驅動泵、液體、流體池和散熱端合而 為一在一個空間內，通過內置于腔體內且互相間呈垂直方位設置的電極對與磁體對共同產 生電磁驅動力，由此誘發腔體內全場范圍內導電流體的迅速流動和充分混合，從而達到將 與腔體局部外壁接觸處熱源的熱量快速高效地傳遞到腔體遠端的目的。
[0007] 本發明首次提供的嶄新的一體化結構概念中的電磁驅動型腔體式導電流體熱擴 展器，實現了熱沉、管道、電極對、液體、電磁泵、遠端散熱器全系統融為一體的刀片型熱擴 展器，可以在電力驅動下誘發腔體中全場范圍內導電流體的流動和快速充分混合換熱，從 而達到將熱量由局部傳遞到腔體整體的目的，本發明中置于腔體內的電極位置可隨意靈活 設置，磁體對設置也相當方便，磁體間隙很小加之電極對以較大相對距離方式設置，顯著增 強了電磁場對導電流體的驅動力；而且，由于沒有流體沿途多個外管道，因而各管路連接和 密封得以省去，且整個架構功能全部封裝在一個腔體內完成，因而徹底避免了流體泄露和 封裝的問題，這是傳統的外流道和管道式電磁泵無法做到的，因而對于實際熱擴展器的制 造和高效應用有很大優勢。由此制成的散熱器外形類似于很薄的刀片，因此我們將之稱為 刀片散熱器；相應機構易于適應各種微小空間的安放。
[0008] (二）技術方案
[0009] 為解決傳統外管道式液態金屬散熱器如前所述的問題，本發明提供一種一體化腔 體式導電流體熱擴展器，包括：腔體1，其將吸熱端、流道、液體、流體池、驅動泵和散熱端合 而為一在一個空間內，其內部為空腔結構，并且其內表面為絕緣層12 ;流道式電極對31、 32,設置于腔體內表面，其用作流道及流體流動方向調整器；磁體對41、42,設置于腔體內 且磁極方向與所述電極對電流方向垂直設置；導電流體2,其充于腔體內；電源芯片7,其設 置于腔體外表面，用于給電極對提供輸入電流。
[0010] 優選地，所述腔體1的材料為金屬材料或非金屬材料。
[0011] 優選地，所述金屬材料為鋁、銅、金、銀、鈦、鎳、不銹鋼或石墨。
[0012] 優選地，所述腔體1的內表面為通過陽極氧化、高溫純氧或化學反應處理后的絕 緣層12。
[0013] 優選地，所述非金屬材料為環氧樹脂、塑料、玻璃、二氧化硅或聚四氟乙烯。
[0014] 優選地，所述流道式電極對31、32浸泡于腔體內，用于分隔腔體內流體2以形成不 同流動方向，所述電極對的導線由腔體1壁面引出。所述電極也可采用腔體上導電的局部 表面充當。
[0015] 優選地，所述磁體對41、42采用永磁體或電磁鐵，其數目為1-100。
[0016] 優選地，所述電極對31、32平行布置且可呈直線或曲線形，高度為lOnm?10cm，厚 度為10nm?lcm，長度為1mm?100cm。
[0017] 優選地，所述液體金屬為低熔點金屬或其合金。
[0018] 優選地，所述液體金屬為低熔點金屬或其合金為鎵、鎵銦合金、鎵銦錫合金、鉍銦 錫合金、鈉鉀合金、水銀或添加有磁性納米顆粒的上述金屬或其合金的溶液。
[0019] 優選地，所述腔體1外形為矩形、方形、圓形或橢圓形。
[0020] 優選地，所述腔體1外表面設置有導熱肋片13。
[0021] (三）有益效果
[0022] 本發明提供的一體化的電磁驅動型腔體式導電流體熱擴展器的優點如下：
[0023] 1. 一體化結構消除了外流道管路、驅動泵體的連接和密封，避免了流體泄露和封 裝的問題，大大減少了制作和封裝工序；
[0024] 2. -體化結構由于制作工序簡捷，可形成各種形狀的熱擴展器，由此能比較靈活 地適應特定光電器件和設備如筆記本電腦、臺式機、LED燈、通訊基站內部元件、手機等散熱 的需求；
[0025] 3.本發明由于將熱沉、管道、電極對、電磁泵、遠端散熱器全系統融為一體，可形成 刀片式散熱器，其體積緊湊美觀，傳熱能力顯著；
[0026] 4.電極對由于置于空間較大的腔體內，因而位置可靈活設置，且電極對之間距離 可以很大，由此能承受的電力通路長，因而顯著提升了電磁驅動力，由此導致的強化傳熱和 流動效果強；
[0027] 5.磁體對間隙小，電磁力大，腔體內可設置多種流道，直接承受電磁驅動作用的流 體量較多，腔體內不同部位溫度各異的流體之間混合效率高，傳熱率高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發明一體化的電磁驅動型腔體式導電流體熱擴展器外觀示意圖；
[0029] 圖2為圖1的A-A剖面(平面橫截面）示意圖；
[0030] 圖3為圖1的B-B剖面(縱向橫截面）示意圖；
[0031] 圖4為圖1的C-C剖面(橫向橫截面）示意圖；
[0032] 圖5是本發明的單側帶有肋片的一體化導電流體熱擴展器外觀示意圖；
[0033] 圖6是本發明的雙側帶有肋片的一體化導電流體熱擴展器外觀示意圖；
[0034] 圖7是本發明的鋸齒形電極對的一體化導電流體熱擴展器外觀示意圖；
[0035] 圖8是本發明的弧形電極對的一體化導電流體熱擴展器外觀示意圖；
[0036] 圖9是本發明的間斷形電極對的一體化導電流體熱擴展器外觀示意圖；
[0037] 圖10是本發明的腔體內局部表面充當電極的一體化導電流體熱擴展器外觀示意 圖；
[0038] 圖11是本發明的腔體可呈不同形狀的一體化導電流體熱擴展器外觀示意圖；
[0039] 圖12是本發明的丁字形腔體組合的一體化導電流體熱擴展器外觀示意圖；
[0040] 圖13是本發明的V字形腔體組合的一體化導電流體熱擴展器外觀示意圖。
【具體實施方式】
[0041] 下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0042] 本發明的技術方案如下：
[0043] 本發明提供的一體化腔體式導電流體熱擴展器，其包括：
[0044] -內部為薄壁中空結構的腔體1，其吸熱端、流道、液體、驅動泵、流體池和散熱端 合而為一個連通的整體空腔；由此可形成薄片型熱擴展器，當其外壁局部貼附于熱源時，腔 體內該處流體2可迅速吸收熱量，并由此傳輸到腔體遠端一側再釋放出去；
[0045] 所述腔體1材料為金屬時，其內表面為通過諸如陽極氧化、高溫純氧作用或化學 反應處理后的絕緣層12,也可為由鍍制有環氧樹脂、塑料、二氧化硅或聚四氟乙烯等構成的 絕緣層12 ;若所述腔體材料為非金屬如環氧樹脂、塑料、二氧化硅或聚四氟乙烯時，其內表 面自動絕緣，此時無需作額外處理；
[0046] 腔體1外形平面可為矩形、方形、圓形或橢圓形或更多形狀，外表的壁面上設置有 增強換熱的導熱肋片13 ;所述的腔體1、81、82也可多個組合在一起，形成各種空間結構但 內腔道流體彼此連通的腔體，如丁字型、U型、V型等，以實現熱量按特定路徑輸送；所述電 極片31和電極片32與磁體41、42之間的磁極方向垂直；
[0047] -設置于腔體1內表面的調整流體流動方向及流動空間的電極對31、32 ;所述腔 體內表面絕緣層12上設置有電極對31、32,其沉浸于腔體1內的導電流體2中構成一定流 道結構，旨在分隔腔體內流體以形成不同方向的流動；電極對材料由鋁、銅、金、銀、鈦、鎳、 不銹鋼、石墨等制成，電極對數目可為1-100個，電極對31、32的導線由腔體壁面引出；平行 布置電極對可呈直線、齒形或曲線形，高度為10納米?l〇cm，厚度為10納米?lcm，長度為 1mm ~ 100cm ；
[0048] -設置于腔體內且與所述電極對電流方向垂直設置的磁體對41、42 ;所述磁體對 與電極對直接，形成一個沉浸于流體2中的內在驅動泵整體，磁體對間隙為10納米?10mm ; 所述上磁體41和下磁體42組成磁體對，磁體對也可由1-100個分散磁體組成，磁體對41、 42數目可為1-100個；所述上磁體41和下磁體42采用永磁體或電磁鐵；視需要，磁體對也 可設置在腔體的外壁面，同樣能達到提供磁場的目的。
[0049] -填充于腔體內的導電流體2 ;所述導電流體2可為液體金屬、離子液體、銅基/ 鋁基類納米顆粒流體或NaCl等鹽溶液導電流體；所述液體金屬為低熔點金屬或其合金如 鎵、鎵銦合金、鎵銦錫合金、鉍銦錫合金、鈉鉀合金、水銀、添加有磁性納米顆粒的上述溶液； 所述離子液體也稱室溫融熔鹽，由典型的陽離子如烷基季銨離子[NR4]+、烷基季膦離子 [PR4]+、烷基取代的咪唑離子[Rmim]+、烷基取代的吡啶離子[RPy] +及陰離子如含A1C13類 鹵化鹽（其中 C1 也可用 代替）、BF4-、BF6-、TA-、HB-、Tf〇-、Tf2N-、Nf〇-、Beti-、Tf3C-、 SbF6-、AsF6-、N02-等組成；
[0050] -設置于腔體外表面用于提供電極對輸入電流的電源芯片7,與所述電極片31和 所述電極片32電連接，所述電源芯片為可控電路模塊，以控制施加在電極片31、32上的電 流以脈沖或連續式驅動；
[0051] 腔體1材料可為金屬材料如鋁、銅、金、銀、鈦、鎳、不銹鋼、石墨或非金屬材料如環 氧樹脂、塑料、玻璃、二氧化硅或聚四氟乙烯等；
[0052] 腔體1兼顧著固定磁體對41、42的作用，其上下表面分別開有凹槽用于固定上磁 體41和下磁體42 ;充滿腔體的導電流體2,會被上磁體41和下磁體42及電極片31和電極 片32聯合產生的電磁力驅動并在電極對31、32構成的空間內流動，從而帶動整個腔體1空 間內流體的相對運動，電極對31、32間距可在1mm到10cm，長度可在1mm到10cm ;
[0053] 上磁體41和下磁體42分別設置在腔體1的上下表面凹槽內，上磁體41和下磁體 42與導電流體2直接接觸。設置于腔體內相對的電極片31和電極片32與磁體41、42之間 的磁極方向垂直，其高度可為10納米到l〇cm范圍，厚度為10納米到lcm范圍，沿流動方向 長度可為1_到l〇〇cm。
[0054] 電極對（電極片31和電極片32)通過導線與外部的控制電路模塊7形成電連接， 控制電路模塊7由外界電源供電；相向設置的電極對（電極片31和電極片32)電流方向與 磁體組41、42的磁場方向垂直；控制電路模塊7內的驅動程序可控制以脈沖或連續方式控 制電流，從而驅動導電流體2以對應方式流動，由此達到強化傳熱的目的。此電極也可采用 金屬腔體內表面上未作絕緣處理的一部分表面充當，以進一步節省空間。
[0055] 本發明的一體化的電磁驅動型腔體式導電流體熱擴展器的特點在于：這種薄片型 散熱器1結構從外表看類似于刀片，因此也可稱為刀片散熱器；當接通控制電路模塊7的外 接電源時，處于腔體1內的導電流體2會受到電磁力持續作用，使得電極對31、32及磁體對 41、42之間的導電流體2產生運動，這種高速的導電流體2會誘發腔體1內其余部分流體流 動，繼而沖刷發熱表面，由此達到很高的冷卻散熱能力。控制電路模塊7可以控制電流輸入 正反向、大小及頻率，從而控制腔體內導電流體2的運動方式。本發明中電極（電極片31和 電極片32)的結構可以多種形式設置。
[0056] 所述電極對由與導電流體2不發生腐蝕作用的材料制成，以確保不會被所輸送的 導電流體2所腐蝕。比如，所述電極（電極片31和電極片32)可為導電材料如銅、不銹鋼、 石墨、金、鈦、鎳或銀等材料。
[0057] 以上本發明提供的一體化的電磁驅動型腔體式導電流體熱擴展器，其驅動原理也 可不限于此，還可采用更多其他驅動原理，如電潤濕、機械、電磁體驅動方式等。由此可實現 不同形式的散熱器。
[0058] 以往，用于驅動流體的電磁泵均采用單一直流道，其驅動力有限，而本發明采用大 空腔內長距離電極對31、32,可在同樣空間下布置大量流道從而驅動更多流體的流動，此 一體化的液態金屬熱擴展器至今在國內外文獻和專利中未見報道，是一種概念嶄新的散熱 器。
[0059] 本發明的一體化的電磁驅動型腔體式導電流體熱擴展器的制作如下：
[0060] 通過手工或機械加工的方法制作出開口腔體，同時制作出腔體蓋，在腔體下表面 和腔體蓋上用機加工方式去除部分結構，形成用以固定磁體的凹槽結構；若腔體為非金屬 材料，則直接進行后續制作即可，若腔體材料為金屬，則需對其內表面予以絕緣化，此方面 可通過陽極氧化、高溫純氧氧化或化學反應途徑實現氧化，由此可在腔體內表面形成絕緣 層；之后，在腔體內上、下表面上提前做好的凹槽處分別安放并固定好一對平片型磁體；參 照下磁體位置，在其上表面引入并固定一對特定形狀的電極對，此電極也可采用金屬腔體 內表面上未作絕緣處理的一部分表面充當，以進一步節省空間；之后將腔體蓋與下腔體蓋 合并焊接好縫隙，確保上下磁體對準，且其中間為電極對，也起到分隔開磁體對的目的；最 后，將腔體蓋與下腔體焊接在一起，便完成了一體化熱擴展器的制作；此磁體對和電極對在 通電情況下，即可驅動腔體內導電流體的流動繼而實現熱量的輸運。
[0061] 實施例1 :
[0062] 圖1是本發明的一體化的電磁驅動型腔體式導電流體熱擴展器外觀示意圖（也是 一個實施例的結構示意圖);圖2為圖1的A-A剖面(平面橫截面)示意圖；圖3為圖1的B-B 剖面(縱向橫截面）示意圖；圖4為圖1的C-C剖面(橫向橫截面）示意圖。如圖所示，本發 明的一體化的電磁驅動型腔體式導電流體熱擴展器，其包括：
[0063] 一內部為薄壁中空結構的腔體1，其吸熱端、流道、液體、驅動泵、流體池和散熱端 合而為一形成腔體；由此可形成刀片型熱擴展器；
[0064] 所述腔體1材料為金屬時，其內表面為通過諸如陽極氧化、高溫純氧作用或化學 反應處理后的絕緣層12,也可為由鍍制有環氧樹脂、塑料、二氧化硅或聚四氟乙烯等構成的 絕緣層12 ;若所述腔體1材料為非金屬如環氧樹脂、塑料、玻璃、二氧化硅或聚四氟乙烯時， 其內表面自動絕緣，此時無需作額外處理；
[0065] 腔體1外形平面可為矩形、方形、圓形或橢圓形或更多形狀，外表的壁面上設置有 增強換熱的導熱肋片13 ;
[0066] 一設置于腔體1內表面的調整流體流動方向及流動空間的電極對31、32 ;所述腔 體1內表面絕緣層12上設置有電極對31、32,其沉浸于腔體內的導電流體2中構成一定流 道結構31、32,旨在分隔腔體內流體以形成不同方向的流動；電極對31、32材料由鋁、銅、 金、銀、鈦、鎳、不銹鋼、石墨等制成，電極對31、32數目可為1-100個，電極對31、32的導 線由腔體1壁面引出；平行布置電極對31、32可呈直線、齒形或曲線形，高度為10納米? 10cm，厚度為10納米?lcm，長度為1mm?100cm ;
[0067] -設置于腔體內且與所述電極對31、32電流方向垂直設置的磁體對41、42 ;所述 磁體41、42對與電極對31、32直接，形成一個沉浸于流體中的內在驅動泵整體，磁體對41、 42間隙為10納米?10mm ;所述上磁體41和下磁體42組成磁體對，磁體對41、42也可由 1-100個分散磁體組成，磁體對數目可為1-100個；所述上磁體41和下磁體42采用永磁體 或電磁鐵；
[0068] 一填充于腔體內的導電流體2 ;所述導電流體2可為液體金屬、離子液體、銅基 /鋁基類納米顆粒流體或NaCl等鹽溶液導電流體；所述液體金屬為低熔點金屬或其合金 如鎵、鎵銦合金、鎵銦錫合金、鈉鉀合金甚至是水銀，或添加有磁性納米顆粒的上述溶液； 所述離子液體也稱室溫融熔鹽，由典型的陽離子如烷基季銨離子[NR4]+、烷基季膦離子 [PR4]+、烷基取代的咪唑離子[Rmim]+、烷基取代的吡啶離子[RPy] +及陰離子如含A1C13類 鹵化鹽（其中 C1 也可用 代替）、BF4-、BF6-、TA-、HB-、Tf〇-、Tf2N-、Nf〇-、Beti-、Tf3C-、 SbF6-、AsF6-、N02-等組成；
[0069] -設置于腔體外表面用于提供電極對31、32輸入電流的電源芯片，與所述電極片 31和所述電極片32電連接，所述可控電源芯片為控制電路模塊7,以控制施加在電極片31、 32上的電流以脈沖或連續式驅動；控制電路模塊7可以控制電流輸入正反向、大小及頻率， 從而控制腔體1內導電流體2的運動方式。本發明中電極（電極片31和電極片32)的結構 可以多種形式設置。
[0070] 腔體1材料可為金屬材料如鋁、銅、金、銀、鈦、鎳、不銹鋼、石墨或非金屬材料如環 氧樹脂、塑料、玻璃、二氧化硅或聚四氟乙烯等；
[0071] 腔體1兼顧著固定磁體對41、42的作用，其上下表面分別開有凹槽用于固定上磁 體41和下磁體42 ;充滿腔體的導電流體2,會被上磁體41和下磁體42及電極片31和電極 片32聯合產生的電磁力驅動并在電極對31、32構成的空間內流動，從而帶動整個腔體1空 間內流體的相對運動，電極對31、32間距可在1mm到10cm，長度可在1mm到10cm ;
[0072] 上磁體41和下磁體42分別設置在腔體1的上下表面凹槽內，上磁體41和下磁體 42與導電流體2直接接觸。設置于腔體1內相對的電極片31和電極片32與磁體41、42之 間的磁極方向垂直，其高度可為10納米到l〇cm范圍，厚度為10納米到lcm范圍，沿流動方 向長度可為1mm到l〇〇cm。磁體(上磁體41和下磁體42)可采用釹鐵硼等材料制成的永磁 體或電磁鐵等制成，可從市場購買原材料加工或直接訂制，工藝相對成熟。
[0073] 電極對（電極片31和電極片32)通過導線與外部的控制電路模塊7形成電連接， 控制電路模塊7由外界電源供電；相向設置的電極對（電極片31和電極片32)電流方向與 磁體組41、42的磁場方向垂直；控制電路7預先編制有特定驅動程序及電路，通過特定電輸 出可控制電磁泵以脈沖或連續式驅動，從而可根據需要促使導電流體2產生多種復雜的流 動，來達到強化傳熱的目的。電極也可采用金屬腔體內表面上未作絕緣處理的一部分表面 充當，以進一步節省空間。
[0074] 所述電極對41、42由與導電流體2不發生腐蝕作用的材料制成，以確保不會被所 輸送的導電流體2所腐蝕。比如，所述電極（電極片31和電極片32)可為導電材料如銅、不 銹鋼、石墨、金、鈦、鎳或銀等材料。
[0075] 實施例2 :
[0076] 圖5是本發明的單側帶有肋片13的一體化的電磁驅動型腔體式導電流體熱擴展 器外觀示意圖；本實施例中，腔體1外表面單側設置有肋片13,用于增強換熱。其余結構與 實施例1完全相同。
[0077] 實施例3 :
[0078] 圖6是本發明的腔體雙側均帶有肋片的一體化的電磁驅動型腔體式導電流體熱 擴展器外觀示意圖；本實施例中，腔體1外表面兩側均設置有肋片13,用于增強換熱。其余 結構與實施例1完全相同。
[0079] 實施例4 :
[0080] 圖7是本發明的腔體內平行布置的電極地呈鋸齒形結構的一體化的電磁驅動型 腔體式導電流體熱擴展器外觀示意圖；本實施例中，腔體1內電極對31、32并非如實施例 1所述的平行直線型結構，而呈周期變化的鋸齒形，目的在于誘發更為復雜的流體流動來達 到增強換熱的目的。其余結構與實施例1完全相同。
[0081] 實施例5:
[0082] 圖8是本發明的腔體內平行布置的電極地呈弧形結構的一體化的電磁驅動型腔 體式導電流體熱擴展器外觀示意圖；本實施例中，腔體1內電極對31、32并非如實施例1所 述的平行直線型結構，而呈弧形變化的鋸齒形，目的在于誘發特定弧形流動特征的流體流 動來達到傳遞熱量的目的。其余結構與實施例1完全相同。
[0083] 實施例6 :
[0084] 圖9是本發明的腔體內平行布置的電極對間斷形結構的一體化的電磁驅動型腔 體式導電流體熱擴展器外觀示意圖；本實施例中，腔體1內電極對31、32并非如實施例1所 述的一整段型平行直線型結構，而呈周期間斷的直線電極，目的在于誘發流體的紊流來達 到增強傳熱的目的。其余結構與實施例1完全相同。
[0085] 實施例7 :
[0086] 圖10是本發明的腔體內局部表面充當電極的一體化的電磁驅動型腔體式導電流 體熱擴展器外觀示意圖。其余結構與實施例1完全相同。
[0087] 實施例8 :
[0088] 圖11是本發明的腔體可根據空間受限的發熱源要求對應設置的幾類不同形狀的 一體化的電磁驅動型腔體式導電流體熱擴展器外觀示意圖；本實施例中，腔體1制作成不 同形狀，以便靈活地安裝于特定發熱源部位。其余結構與實施例1完全相同。
[0089] 實施例9 :
[0090] 圖12是本發明的丁字型組合式腔體型一體化電磁驅動型腔體式導電流體熱擴展 器的外觀示意圖；本實施例中，腔體1內電極31、32,磁體對41、42等與實施例1完全一致， 但采用了兩個刀片式腔體1、81以丁字型連通。此基底結構1易于安裝于某些發熱器件表 面，而垂直的腔體81則可將熱量傳輸至其遠端來達到靈活傳熱的目的。其余結構與實施例 1完全相同。
[0091] 實施例10 :
[0092] 圖13是本發明的V型組合式腔體型一體化電磁驅動型腔體式導電流體熱擴展器 的外觀示意圖；形狀與實施例8不同，但內部其余結構與實施例8完全相同。
[0093] 本發明的工作原理為：在兩磁體41、42的N極和S極的磁隙間為導電流體2的腔體 1，當向此處對應設置的腔體1內電極對（電極片31和電極片32)間通以直流電時，在垂直 于磁場方向將產生能夠推動導電流體2流動的電磁力，電磁力的方向由磁場和電流方向決 定，這樣，在本發明提供的一體化結構中，腔體內流體自身即可獲得驅動力從而產生運動， 根據電極形狀、外加電流特點，可實現不同形式的流動，從而產生不同溫度流體的高效混合 乃至顯著提升熱量輸運能力。使用時，只需將腔體上導線接通控制電路7,即可產生驅動力， 實現熱量擴展的目的。
[0094] 本發明提供的上述利用電磁力驅動、無需外流道的一體化腔體式導電流體熱擴展 器，其將吸熱端、流道、驅動泵、液體、流體池和散熱端合而為一，通過內置于腔體內且互相 間呈垂直方位的電極對與磁體對共同產生電磁驅動力，由此誘發腔體內全場范圍內導電流 體的迅速流動，從而達到將與腔體外壁接觸處熱源的熱量快速傳遞到遠端的需要。
[0095] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人 員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換 也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種一體化腔體式導電流體熱擴展器，其特征在于，包括： 腔體（1 )，其將吸熱端、流道、液體、流體池、驅動泵和散熱端合而為一在一個空間內，其 內部為空腔結構，并且其內表面為絕緣層（12); 流道式電極對（31、32)，設置于腔體內表面，其用作流道及流體流動方向調整器； 磁體對（41、42)，設置于腔體內且磁極方向與所述電極對電流方向呈垂直方位設置； 導電流體（2)，其充于腔體內； 電源芯片（7 )，其設置于腔體外表面，用于給電極對提供輸入電流。
2. 根據權利要求1所述的熱擴展器，其特征在于，所述腔體（1)的材料為金屬材料或非 金屬材料。
3. 根據權利要求2所述的熱擴展器，其特征在于，所述金屬材料為鋁、銅、金、銀、鈦、 鎳、不銹鋼或石墨。
4. 根據權利要求2或3所述的熱擴展器，其特征在于，所述腔體（1)的內表面設有通過 陽極氧化、高溫純氧或化學反應處理后的絕緣層（12 )。
5. 根據權利要求2所述的熱擴展器，其特征在于，所述非金屬材料為環氧樹脂、塑料、 玻璃、二氧化硅或聚四氟乙烯。
6. 根據權利要求1所述的熱擴展器，其特征在于，所述流道式電極對（31、32)浸沒于腔 體內，用于分隔腔體內流體（2)以形成不同流動方向，所述電極對的導線由腔體（1)壁面引 出。
7. 根據權利要求6所述的熱擴展器，其特征在于，所述流道式電極對（31、32)的材料為 鋁、銅、金、銀、鈦、鎳、不銹鋼或石墨，其數目為1-100。
8. 根據權利要求1、6或7所述的熱擴展器，其特征在于，所述電極對（31、32)平行布置 且可呈直線或曲線形，高度為l〇nm?10cm，厚度為10nm?lcm，長度為1mm?100cm。
9. 根據權利要求1所述的熱擴展器，其特征在于，所述磁體對（41、42)與電極對（31、 32)成垂直方向內置于腔體（1)上下兩個表面，形成一個整體，磁體對（41、42)間隙為10納 米?10mm η
10. 根據權利要求6所述的熱擴展器，其特征在于，所述磁體對（41、42)采用永磁體或 電磁鐵，其數目為1-100。
11. 根據權利要求1所述的熱擴展器，其特征在于，所述腔體（1)內的導電流體（2)為 液體金屬、離子液體、銅基/鋁基納米顆粒流體或NaCl鹽溶液。
12. 根據權利要求11所述的熱擴展器，其特征在于，所述液體金屬為低熔點金屬或其 合金。
13. 根據權利要求12所述的熱擴展器，其特征在于，所述液體金屬為低熔點金屬或其 合金為鎵、鎵銦合金、鎵銦錫合金、鉍銦錫合金、鈉鉀合金、水銀或添加有磁性納米顆粒的上 述金屬或其合金的溶液。
14. 根據權利要求1所述的熱擴展器，其特征在于，所述腔體（1)外形為矩形、方形、圓 形或橢圓形。
15. 根據權利要求1或14所述的熱擴展器，其特征在于，所述腔體（1)外表面設置有導 熱肋片（13)。
【文檔編號】H05K7/20GK104125753SQ201310156688
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月28日 優先權日:2013年4月28日
【發明者】劉靜 申請人:中國科學院理化技術研究所