一种利用磁场实现大热流密度器件冷却的装置及方法与流程

本发明属于大热流密度器件冷却技术领域，具体为一种利用磁场实现大热流密度器件冷却的装置及方法。

背景技术：

目前市场上的利用导电流体进行大热流密度器件冷却均需采用电磁泵驱动，并且导电流体的流动速度不会随热流密度的增大自动调节，已有的导电流体液态金属冷却在电磁泵的驱动下，液态金属流进换热器将热量带出至外部环境，通过风扇等散热装置冷却后回流至电磁泵进行下一循环，以此达到冷却的目的；此外还有一种方案为利用电子器件自身散发的热量，通过热电效应所产生的电能来驱动电磁泵，来实现一种无需外部能量输入就可形成液态金属自循环的电子器件冷却装置。

现有的热流密度器件冷却存在以下缺陷：

1、采用导电流体包括液态金属或金属粉末的流动换热的方式均需要电磁泵的主动驱动，非利用温差实现塞贝克效应和磁场作用下的自动的驱动方式，电磁泵占据一定的空间体积，在有空间约束条件下，散热面积较小，电磁泵驱动需消耗额外的电能；

2、采用电磁泵驱动导电流体的散热方式流速不具有随大热流密度器件热功率大小自动调节的能力；

3、单回路换热面积有限。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种利用磁场实现大热流密度器件冷却的装置及方法，有效的解决了目前市场上的利用磁场实现大热流密度器件冷却的装置及方法需要电磁泵为主动驱动，电磁泵占据一定空间，受到空间约束，散热面积较小，且电磁泵的驱动需要耗费额外电能、不具有随大热流密度器件热功率大小自动调节的能力、单回路换热面积有限的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用磁场实现大热流密度器件冷却的装置及方法，包括发热器件，所述发热器件的顶部安装有紫铜金属，所述紫铜金属的表面设置有导电流体回路，所述紫铜金属位于导电流体回路底部的表面设置有磁场覆盖区，所述紫铜金属的顶部安装有散热风扇。

优选的，所述紫铜金属的材质为紫铜块。

优选的，所述导电流体回路包括导电流体和液态金属或导电流体和导电金属粉末。

优选的，所述导电流体为镓、镓合金、汞或钾钠合金中的一种

优选的，所述磁场覆盖区采用电磁场或永磁铁实现。

优选的，所述散热风扇为电驱动的强制对流型散热机构。

一种利用磁场实现大热流密度器件冷却的方法，包括以下步骤：

s1、通过导电流体循环回路置于待冷却大热流密度器件上方，大热流密度器件为导电流体循环回路提供热源，电风扇为导电流体提供冷源，在不同温度的金属材料之间形成温度梯度；

s2、导电流体循环回路内侧为一个散热风扇，提供低温区，在回路的一个外侧置于一个发热器件，提供高温区，在整个紫铜金属内部都能形成温度梯度，根据塞贝克原理，在不同温度的金属材料之间形成电势差并在导电流体中产生电流；

s3、在磁场覆盖区的作用下受到电磁力(洛伦兹力)的作用，驱动导电流体在循环回路中流动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)、与采用电磁泵驱动的液态金属冷却装置相比，导电流体的循环不需要电磁泵的驱动，能够在回路的大热流密度器件和冷却风扇之间形成温度梯度和电势差、电流，导电流体受到电磁力(洛伦兹力)的作用，实现导电流体在大热流和磁场作用下的自动循环，本发明结构更为简便，在有约束空间的条件下，节省空间就等同于增加了其换热面积，无需外部能量输入的自驱动性，冷端采用风扇实现冷却，热端依靠大热流密度器件自身的高温实现，温度越高，导电流体速度越快，越能实现高效冷却，为其提供更好的冷却效果；

2)、导电流体的流动速度可以随大热流密度器件热功率的大小自动调节，热功率大时，温度梯度大，热电效应产生的电流大，受到的电磁力大，流动速度快，能带走更多的热量；

3)、与使用相变驱动的和毛细力驱动的传统的热管相比，本发明可利用温差实现塞贝克效应和磁场作用下的自动驱动方式，这种驱动方式更为新颖，本发明利用两种不同金属材料间温差产生贝塞克效应驱动导电工质的方法有望在未来得到广泛应用，特别是在那些需要高效冷却，又需要低级能耗的地方得到应用

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明整体的结构示意图；

图中：1、发热器件；2、紫铜金属；3、导电流体回路；4、磁场覆盖区；5、散热风扇。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一，由图1给出，本发明包括发热器件1，发热器件1的顶部安装有紫铜金属2，紫铜金属2的表面设置有导电流体回路3，紫铜金属2位于导电流体回路3底部的表面设置有磁场覆盖区4，紫铜金属2的顶部安装有散热风扇5。

实施例二，在实施例一的基础上，紫铜金属2的材质为紫铜块，通过紫铜金属2的设置，使得其在该装置进行以导热方式传递热量。

实施例三，在实施例一的基础上，导电流体回路3包括导电流体和液态金属或导电流体和导电金属粉末，通过导电流体回路3的设置，其流动的液态金属如镓、镓合金、汞、钾钠合金等，导电流体或导电的金属粉末，在由大热流密度器件热功率产生的高温区和散热风扇5转动冷却产生的低温区。

实施例四，在实施例一的基础上，磁场覆盖区4采用电磁场或永磁铁实现，通过磁场覆盖区4的设置，使得其根据自身方向决定导电流体为逆时针或顺时针的方向。

实施例五，在实施例一的基础上，散热风扇5为电驱动的强制对流型散热机构，通过散热风扇5的设置，使得其对导电流体提供冷源，在不同温度的金属材料之间形成温度梯度。

一种利用磁场实现大热流密度器件冷却的方法，包括以下步骤：

s1、通过导电流体循环回路置于待冷却大热流密度器件上方，大热流密度器件为导电流体循环回路提供热源，电风扇为导电流体提供冷源，在不同温度的金属材料之间形成温度梯度；

s2、导电流体循环回路内侧为一个散热风扇5，提供低温区，在回路的一个外侧置于一个发热器件1，提供高温区，在整个紫铜金属2内部都能形成温度梯度，根据塞贝克原理，在不同温度的金属材料之间形成电势差并在导电流体中产生电流；

s3、在磁场覆盖区4的作用下受到电磁力洛伦兹力的作用，驱动导电流体在循环回路中流动。

工作原理：工作时，导电流体循环回路置于待冷却大热流密度器件上方，大热流密度器件为导电流体循环回路提供热源，电风扇为导电流体提供冷源，在不同温度的金属材料之间形成温度梯度，导电流体循环回路内侧为一个散热风扇5，提供低温区，在回路的一个外侧置于一个发热器件1，提供高温区，在整个紫铜金属2内部都能形成温度梯度，根据塞贝克原理，在不同温度的金属材料之间形成电势差并在导电流体中产生电流，在磁场覆盖区4的作用下受到电磁力洛伦兹力的作用，驱动导电流体在循环回路中流动，导电流体流动是逆时针方向还是顺时针方向与磁场的方向有关，导电流体流动的速率与冷热源所产生的温度梯度有关，并且大热流密度器件加热功率越高，由塞贝克效应所产生的的驱动力就越强，加速导电流体的流动，使得导电流体换热增大，从而实现导电流体流速随大热流密度器件功率的自适应调节，在循环的过程中，通过上方的电驱动的强制对流风扇对流换热将热量带走。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。