一体化腔体式导电流体热扩展器的制造方法

一体化腔体式导电流体热扩展器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种一体化腔体式导电流体热扩展器，包括：腔体（1），其将吸热端、流道、液体、流体池、驱动泵和散热端合而为一在一个空间内，其内部为腔体结构，并且其内表面为绝缘层（12）；流道式电极对（31、32），设置于腔体内表面，其用作流道及流体流动方向的调整器；磁体对（41、42），设置于腔体内且磁极方向与所述电极对电流方向呈垂直方位设置；导电流体（2），其充于腔体内；电源芯片（7），其设置于腔体外表面，用于给电极对提供输入电流。根据本发明提供的热扩展器，大大减少了制作和封装工序，彻底避免了流体的泄露；其体积紧凑，传热能力显著；腔体内电极对位置可灵活设置，显著提升了电磁驱动力，由此导致的强化传热和流动效果强；腔体内不同部位温度各异的流体之间混合效率高，热量输运能力强。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及热扩展器【技术领域】，特别涉及一种利用电磁力驱动、无需外流道的一 体化腔体式导电流体热扩展器。 一体化腔体式导电流体热扩展器

【背景技术】
[0002] 当前，在信息、能源、光电产业、空间应用、武器系统及电力电子等行业中逐步得到 广泛应用的光电器件，由于集成度的提高，散热问题越来越严重。此方面，高效可靠的冷却 和热管理技术不可或缺。早期光电器件由于发热量低、热流密度小，采用常规的空气冷却即 能满足要求。近年来，随着微纳电子加工技术的突飞猛进，各种计算机芯片、光电器件等的 集成度已达到前所未有的高度。因此，业界普遍认为，发热芯片中产生的难以排解的热量， 艮P "热障"问题已成为制约大量高端芯片、器件和系统进一步朝高性能、高效率、更低温度水 平、微型化乃至提升节能品质的目标迈进时的关键瓶颈。
[0003] 围绕打破"热障"这一世界性难题的重大需求，全球范围内开展了一系列艰苦探 索，形成了此起彼伏的全力攻关态势。总体而言，最典型的三大类热管理技术主要为：风冷、 水冷及热管，其中，风冷出现最早，但逐渐不能满足日益增长的高密度散热需求；水冷及热 管散热在一定程度上可以满足更高的散热负荷需求，但水冷的缺点在于水的热导率低、易 挥发、沸点低，而热管散热的缺点则在于过大的热负荷会导致其失效。为此，近年来，研究者 提出了概念崭新的室温金属流体芯片散热方法，将液态金属作为冷却工质引入到广泛的热 管理领域。由于液体金属具有远高于水、空气及许多非金属介质的热导率，且具有流动性， 因而可实现快速高效的热量输运能力。特别是，由于采用了液体金属，散热器易于采用功耗 较低的电磁泵驱动，由此可实现除流体之外无运动部件的冷却系统。
[0004] 前期发展的电磁驱动的液体金属散热技术的基本原理在于，作为吸热端的热沉外 部四周连接有流体管道，流体管道的远端与散热端连接，流体沿途管道上布置有电磁泵，整 个结构形成一个循环流体通道。这样，一旦开启电磁泵电源，即可驱动管道内流体的流动， 进而带动整个循环通道内流体的流动，于是流体可将热沉处从热源获得的热量带至远端释 放到空气中。这种结构体现出较之机械泵驱动的水冷散热器优越得多的性能，但也存在着 系列不足，主要包括：1.只有热沉位置处占整个循环通道内全部液体金属填充量很小部分 的流体能直接吸收热量，其余部分则在外部管道中流动并传输热量，因而远未发挥液体金 属高效的吸热能力；2.流体传输通道过长，贵金属流体填充量较多，由此增加散热器制造 成本，以至降低其实用性；3.传统的液体金属电磁泵为外置式，布置在远离热沉的管道上， 磁体置于流道外，磁隙大，磁场弱，因而驱动力受到限制；4.传统液态金属散热器中流道由 于空间尺寸有限，管径小，因而设置于其中的电极对平行间隔距离较小，因而电力加载量 小，也导致驱动力偏低；5.特别是，由于泵体涉及电极、泵体、管道、磁体、密封件、基底等结 构，工序多，制作工艺复杂，流体易于从其中的缝隙处泄露，因而这类导电流体外流道式散 热器在密封和避免流体泄露方面有极高要求；6.此外，由于多处管道的引入，造成各部位 连接需要增加特定密封盒固定，特别是在避免流体泄露方面需要作特殊处理，工序复杂繁 多；7.最后，以往的电磁驱动型液态金属散热器中，由于热沉、管道和电磁泵体各部位分别 设计、制作和连接，由此易于引起循环通道内出现某些空腔处不能填充满液态金属的死角， 这会导致运行中某些情况下电极对接触不到金属流体，乃至造成电路断开，继而出现散热 中断乃至造成芯片工作恶化的问题。


【发明内容】

[0005](一）要解决的技术问题
[0006] 本发明的目的在于提供一种一体化的电磁驱动型腔体式导电流体热扩展器，特别 涉及一种利用浸没于整个液体空腔中的机构实现流体的电磁力驱动、且无需外部流通管道 的一体化腔体式导电流体热扩展器，其将吸热端、流道、驱动泵、液体、流体池和散热端合而 为一在一个空间内，通过内置于腔体内且互相间呈垂直方位设置的电极对与磁体对共同产 生电磁驱动力，由此诱发腔体内全场范围内导电流体的迅速流动和充分混合，从而达到将 与腔体局部外壁接触处热源的热量快速高效地传递到腔体远端的目的。
[0007] 本发明首次提供的崭新的一体化结构概念中的电磁驱动型腔体式导电流体热扩 展器，实现了热沉、管道、电极对、液体、电磁泵、远端散热器全系统融为一体的刀片型热扩 展器，可以在电力驱动下诱发腔体中全场范围内导电流体的流动和快速充分混合换热，从 而达到将热量由局部传递到腔体整体的目的，本发明中置于腔体内的电极位置可随意灵活 设置，磁体对设置也相当方便，磁体间隙很小加之电极对以较大相对距离方式设置，显著增 强了电磁场对导电流体的驱动力；而且，由于没有流体沿途多个外管道，因而各管路连接和 密封得以省去，且整个架构功能全部封装在一个腔体内完成，因而彻底避免了流体泄露和 封装的问题，这是传统的外流道和管道式电磁泵无法做到的，因而对于实际热扩展器的制 造和高效应用有很大优势。由此制成的散热器外形类似于很薄的刀片，因此我们将之称为 刀片散热器；相应机构易于适应各种微小空间的安放。
[0008] (二）技术方案
[0009] 为解决传统外管道式液态金属散热器如前所述的问题，本发明提供一种一体化腔 体式导电流体热扩展器，包括：腔体1，其将吸热端、流道、液体、流体池、驱动泵和散热端合 而为一在一个空间内，其内部为空腔结构，并且其内表面为绝缘层12 ;流道式电极对31、 32,设置于腔体内表面，其用作流道及流体流动方向调整器；磁体对41、42,设置于腔体内 且磁极方向与所述电极对电流方向垂直设置；导电流体2,其充于腔体内；电源芯片7,其设 置于腔体外表面，用于给电极对提供输入电流。
[0010] 优选地，所述腔体1的材料为金属材料或非金属材料。
[0011] 优选地，所述金属材料为铝、铜、金、银、钛、镍、不锈钢或石墨。
[0012] 优选地，所述腔体1的内表面为通过阳极氧化、高温纯氧或化学反应处理后的绝 缘层12。
[0013] 优选地，所述非金属材料为环氧树脂、塑料、玻璃、二氧化硅或聚四氟乙烯。
[0014] 优选地，所述流道式电极对31、32浸泡于腔体内，用于分隔腔体内流体2以形成不 同流动方向，所述电极对的导线由腔体1壁面引出。所述电极也可采用腔体上导电的局部 表面充当。
[0015] 优选地，所述磁体对41、42采用永磁体或电磁铁，其数目为1-100。
[0016] 优选地，所述电极对31、32平行布置且可呈直线或曲线形，高度为lOnm?10cm，厚 度为10nm?lcm，长度为1mm?100cm。
[0017] 优选地，所述液体金属为低熔点金属或其合金。
[0018] 优选地，所述液体金属为低熔点金属或其合金为镓、镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟 锡合金、钠钾合金、水银或添加有磁性纳米颗粒的上述金属或其合金的溶液。
[0019] 优选地，所述腔体1外形为矩形、方形、圆形或椭圆形。
[0020] 优选地，所述腔体1外表面设置有导热肋片13。
[0021] (三）有益效果
[0022] 本发明提供的一体化的电磁驱动型腔体式导电流体热扩展器的优点如下：
[0023] 1. 一体化结构消除了外流道管路、驱动泵体的连接和密封，避免了流体泄露和封 装的问题，大大减少了制作和封装工序；
[0024] 2. -体化结构由于制作工序简捷，可形成各种形状的热扩展器，由此能比较灵活 地适应特定光电器件和设备如笔记本电脑、台式机、LED灯、通讯基站内部元件、手机等散热 的需求；
[0025] 3.本发明由于将热沉、管道、电极对、电磁泵、远端散热器全系统融为一体，可形成 刀片式散热器，其体积紧凑美观，传热能力显著；
[0026] 4.电极对由于置于空间较大的腔体内，因而位置可灵活设置，且电极对之间距离 可以很大，由此能承受的电力通路长，因而显著提升了电磁驱动力，由此导致的强化传热和 流动效果强；
[0027] 5.磁体对间隙小，电磁力大，腔体内可设置多种流道，直接承受电磁驱动作用的流 体量较多，腔体内不同部位温度各异的流体之间混合效率高，传热率高。

【专利附图】

【附图说明】
[0028] 图1是本发明一体化的电磁驱动型腔体式导电流体热扩展器外观示意图；
[0029] 图2为图1的A-A剖面(平面横截面）示意图；
[0030] 图3为图1的B-B剖面(纵向横截面）示意图；
[0031] 图4为图1的C-C剖面(横向横截面）示意图；
[0032] 图5是本发明的单侧带有肋片的一体化导电流体热扩展器外观示意图；
[0033] 图6是本发明的双侧带有肋片的一体化导电流体热扩展器外观示意图；
[0034] 图7是本发明的锯齿形电极对的一体化导电流体热扩展器外观示意图；
[0035] 图8是本发明的弧形电极对的一体化导电流体热扩展器外观示意图；
[0036] 图9是本发明的间断形电极对的一体化导电流体热扩展器外观示意图；
[0037] 图10是本发明的腔体内局部表面充当电极的一体化导电流体热扩展器外观示意 图；
[0038] 图11是本发明的腔体可呈不同形状的一体化导电流体热扩展器外观示意图；
[0039] 图12是本发明的丁字形腔体组合的一体化导电流体热扩展器外观示意图；
[0040] 图13是本发明的V字形腔体组合的一体化导电流体热扩展器外观示意图。

【具体实施方式】
[0041] 下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0042] 本发明的技术方案如下：
[0043] 本发明提供的一体化腔体式导电流体热扩展器，其包括：
[0044] -内部为薄壁中空结构的腔体1，其吸热端、流道、液体、驱动泵、流体池和散热端 合而为一个连通的整体空腔；由此可形成薄片型热扩展器，当其外壁局部贴附于热源时，腔 体内该处流体2可迅速吸收热量，并由此传输到腔体远端一侧再释放出去；
[0045] 所述腔体1材料为金属时，其内表面为通过诸如阳极氧化、高温纯氧作用或化学 反应处理后的绝缘层12,也可为由镀制有环氧树脂、塑料、二氧化硅或聚四氟乙烯等构成的 绝缘层12 ;若所述腔体材料为非金属如环氧树脂、塑料、二氧化硅或聚四氟乙烯时，其内表 面自动绝缘，此时无需作额外处理；
[0046] 腔体1外形平面可为矩形、方形、圆形或椭圆形或更多形状，外表的壁面上设置有 增强换热的导热肋片13 ;所述的腔体1、81、82也可多个组合在一起，形成各种空间结构但 内腔道流体彼此连通的腔体，如丁字型、U型、V型等，以实现热量按特定路径输送；所述电 极片31和电极片32与磁体41、42之间的磁极方向垂直；
[0047] -设置于腔体1内表面的调整流体流动方向及流动空间的电极对31、32 ;所述腔 体内表面绝缘层12上设置有电极对31、32,其沉浸于腔体1内的导电流体2中构成一定流 道结构，旨在分隔腔体内流体以形成不同方向的流动；电极对材料由铝、铜、金、银、钛、镍、 不锈钢、石墨等制成，电极对数目可为1-100个，电极对31、32的导线由腔体壁面引出；平行 布置电极对可呈直线、齿形或曲线形，高度为10纳米?l〇cm，厚度为10纳米?lcm，长度为 1mm ~ 100cm ；
[0048] -设置于腔体内且与所述电极对电流方向垂直设置的磁体对41、42 ;所述磁体对 与电极对直接，形成一个沉浸于流体2中的内在驱动泵整体，磁体对间隙为10纳米?10mm ; 所述上磁体41和下磁体42组成磁体对，磁体对也可由1-100个分散磁体组成，磁体对41、 42数目可为1-100个；所述上磁体41和下磁体42采用永磁体或电磁铁；视需要，磁体对也 可设置在腔体的外壁面，同样能达到提供磁场的目的。
[0049] -填充于腔体内的导电流体2 ;所述导电流体2可为液体金属、离子液体、铜基/ 铝基类纳米颗粒流体或NaCl等盐溶液导电流体；所述液体金属为低熔点金属或其合金如 镓、镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟锡合金、钠钾合金、水银、添加有磁性纳米颗粒的上述溶液； 所述离子液体也称室温融熔盐，由典型的阳离子如烷基季铵离子[NR4]+、烷基季膦离子 [PR4]+、烷基取代的咪唑离子[Rmim]+、烷基取代的吡啶离子[RPy] +及阴离子如含A1C13类 卤化盐（其中 C1 也可用 代替）、BF4-、BF6-、TA-、HB-、Tf〇-、Tf2N-、Nf〇-、Beti-、Tf3C-、 SbF6-、AsF6-、N02-等组成；
[0050] -设置于腔体外表面用于提供电极对输入电流的电源芯片7,与所述电极片31和 所述电极片32电连接，所述电源芯片为可控电路模块，以控制施加在电极片31、32上的电 流以脉冲或连续式驱动；
[0051] 腔体1材料可为金属材料如铝、铜、金、银、钛、镍、不锈钢、石墨或非金属材料如环 氧树脂、塑料、玻璃、二氧化硅或聚四氟乙烯等；
[0052] 腔体1兼顾着固定磁体对41、42的作用，其上下表面分别开有凹槽用于固定上磁 体41和下磁体42 ;充满腔体的导电流体2,会被上磁体41和下磁体42及电极片31和电极 片32联合产生的电磁力驱动并在电极对31、32构成的空间内流动，从而带动整个腔体1空 间内流体的相对运动，电极对31、32间距可在1mm到10cm，长度可在1mm到10cm ;
[0053] 上磁体41和下磁体42分别设置在腔体1的上下表面凹槽内，上磁体41和下磁体 42与导电流体2直接接触。设置于腔体内相对的电极片31和电极片32与磁体41、42之间 的磁极方向垂直，其高度可为10纳米到l〇cm范围，厚度为10纳米到lcm范围，沿流动方向 长度可为1_到l〇〇cm。
[0054] 电极对（电极片31和电极片32)通过导线与外部的控制电路模块7形成电连接， 控制电路模块7由外界电源供电；相向设置的电极对（电极片31和电极片32)电流方向与 磁体组41、42的磁场方向垂直；控制电路模块7内的驱动程序可控制以脉冲或连续方式控 制电流，从而驱动导电流体2以对应方式流动，由此达到强化传热的目的。此电极也可采用 金属腔体内表面上未作绝缘处理的一部分表面充当，以进一步节省空间。
[0055] 本发明的一体化的电磁驱动型腔体式导电流体热扩展器的特点在于：这种薄片型 散热器1结构从外表看类似于刀片，因此也可称为刀片散热器；当接通控制电路模块7的外 接电源时，处于腔体1内的导电流体2会受到电磁力持续作用，使得电极对31、32及磁体对 41、42之间的导电流体2产生运动，这种高速的导电流体2会诱发腔体1内其余部分流体流 动，继而冲刷发热表面，由此达到很高的冷却散热能力。控制电路模块7可以控制电流输入 正反向、大小及频率，从而控制腔体内导电流体2的运动方式。本发明中电极（电极片31和 电极片32)的结构可以多种形式设置。
[0056] 所述电极对由与导电流体2不发生腐蚀作用的材料制成，以确保不会被所输送的 导电流体2所腐蚀。比如，所述电极（电极片31和电极片32)可为导电材料如铜、不锈钢、 石墨、金、钛、镍或银等材料。
[0057] 以上本发明提供的一体化的电磁驱动型腔体式导电流体热扩展器，其驱动原理也 可不限于此，还可采用更多其他驱动原理，如电润湿、机械、电磁体驱动方式等。由此可实现 不同形式的散热器。
[0058] 以往，用于驱动流体的电磁泵均采用单一直流道，其驱动力有限，而本发明采用大 空腔内长距离电极对31、32,可在同样空间下布置大量流道从而驱动更多流体的流动，此 一体化的液态金属热扩展器至今在国内外文献和专利中未见报道，是一种概念崭新的散热 器。
[0059] 本发明的一体化的电磁驱动型腔体式导电流体热扩展器的制作如下：
[0060] 通过手工或机械加工的方法制作出开口腔体，同时制作出腔体盖，在腔体下表面 和腔体盖上用机加工方式去除部分结构，形成用以固定磁体的凹槽结构；若腔体为非金属 材料，则直接进行后续制作即可，若腔体材料为金属，则需对其内表面予以绝缘化，此方面 可通过阳极氧化、高温纯氧氧化或化学反应途径实现氧化，由此可在腔体内表面形成绝缘 层；之后，在腔体内上、下表面上提前做好的凹槽处分别安放并固定好一对平片型磁体；参 照下磁体位置，在其上表面引入并固定一对特定形状的电极对，此电极也可采用金属腔体 内表面上未作绝缘处理的一部分表面充当，以进一步节省空间；之后将腔体盖与下腔体盖 合并焊接好缝隙，确保上下磁体对准，且其中间为电极对，也起到分隔开磁体对的目的；最 后，将腔体盖与下腔体焊接在一起，便完成了一体化热扩展器的制作；此磁体对和电极对在 通电情况下，即可驱动腔体内导电流体的流动继而实现热量的输运。
[0061] 实施例1 :
[0062] 图1是本发明的一体化的电磁驱动型腔体式导电流体热扩展器外观示意图（也是 一个实施例的结构示意图);图2为图1的A-A剖面(平面横截面)示意图；图3为图1的B-B 剖面(纵向横截面）示意图；图4为图1的C-C剖面(横向横截面）示意图。如图所示，本发 明的一体化的电磁驱动型腔体式导电流体热扩展器，其包括：
[0063] 一内部为薄壁中空结构的腔体1，其吸热端、流道、液体、驱动泵、流体池和散热端 合而为一形成腔体；由此可形成刀片型热扩展器；
[0064] 所述腔体1材料为金属时，其内表面为通过诸如阳极氧化、高温纯氧作用或化学 反应处理后的绝缘层12,也可为由镀制有环氧树脂、塑料、二氧化硅或聚四氟乙烯等构成的 绝缘层12 ;若所述腔体1材料为非金属如环氧树脂、塑料、玻璃、二氧化硅或聚四氟乙烯时， 其内表面自动绝缘，此时无需作额外处理；
[0065] 腔体1外形平面可为矩形、方形、圆形或椭圆形或更多形状，外表的壁面上设置有 增强换热的导热肋片13 ;
[0066] 一设置于腔体1内表面的调整流体流动方向及流动空间的电极对31、32 ;所述腔 体1内表面绝缘层12上设置有电极对31、32,其沉浸于腔体内的导电流体2中构成一定流 道结构31、32,旨在分隔腔体内流体以形成不同方向的流动；电极对31、32材料由铝、铜、 金、银、钛、镍、不锈钢、石墨等制成，电极对31、32数目可为1-100个，电极对31、32的导 线由腔体1壁面引出；平行布置电极对31、32可呈直线、齿形或曲线形，高度为10纳米? 10cm，厚度为10纳米?lcm，长度为1mm?100cm ;
[0067] -设置于腔体内且与所述电极对31、32电流方向垂直设置的磁体对41、42 ;所述 磁体41、42对与电极对31、32直接，形成一个沉浸于流体中的内在驱动泵整体，磁体对41、 42间隙为10纳米?10mm ;所述上磁体41和下磁体42组成磁体对，磁体对41、42也可由 1-100个分散磁体组成，磁体对数目可为1-100个；所述上磁体41和下磁体42采用永磁体 或电磁铁；
[0068] 一填充于腔体内的导电流体2 ;所述导电流体2可为液体金属、离子液体、铜基 /铝基类纳米颗粒流体或NaCl等盐溶液导电流体；所述液体金属为低熔点金属或其合金 如镓、镓铟合金、镓铟锡合金、钠钾合金甚至是水银，或添加有磁性纳米颗粒的上述溶液； 所述离子液体也称室温融熔盐，由典型的阳离子如烷基季铵离子[NR4]+、烷基季膦离子 [PR4]+、烷基取代的咪唑离子[Rmim]+、烷基取代的吡啶离子[RPy] +及阴离子如含A1C13类 卤化盐（其中 C1 也可用 代替）、BF4-、BF6-、TA-、HB-、Tf〇-、Tf2N-、Nf〇-、Beti-、Tf3C-、 SbF6-、AsF6-、N02-等组成；
[0069] -设置于腔体外表面用于提供电极对31、32输入电流的电源芯片，与所述电极片 31和所述电极片32电连接，所述可控电源芯片为控制电路模块7,以控制施加在电极片31、 32上的电流以脉冲或连续式驱动；控制电路模块7可以控制电流输入正反向、大小及频率， 从而控制腔体1内导电流体2的运动方式。本发明中电极（电极片31和电极片32)的结构 可以多种形式设置。
[0070] 腔体1材料可为金属材料如铝、铜、金、银、钛、镍、不锈钢、石墨或非金属材料如环 氧树脂、塑料、玻璃、二氧化硅或聚四氟乙烯等；
[0071] 腔体1兼顾着固定磁体对41、42的作用，其上下表面分别开有凹槽用于固定上磁 体41和下磁体42 ;充满腔体的导电流体2,会被上磁体41和下磁体42及电极片31和电极 片32联合产生的电磁力驱动并在电极对31、32构成的空间内流动，从而带动整个腔体1空 间内流体的相对运动，电极对31、32间距可在1mm到10cm，长度可在1mm到10cm ;
[0072] 上磁体41和下磁体42分别设置在腔体1的上下表面凹槽内，上磁体41和下磁体 42与导电流体2直接接触。设置于腔体1内相对的电极片31和电极片32与磁体41、42之 间的磁极方向垂直，其高度可为10纳米到l〇cm范围，厚度为10纳米到lcm范围，沿流动方 向长度可为1mm到l〇〇cm。磁体(上磁体41和下磁体42)可采用钕铁硼等材料制成的永磁 体或电磁铁等制成，可从市场购买原材料加工或直接订制，工艺相对成熟。
[0073] 电极对（电极片31和电极片32)通过导线与外部的控制电路模块7形成电连接， 控制电路模块7由外界电源供电；相向设置的电极对（电极片31和电极片32)电流方向与 磁体组41、42的磁场方向垂直；控制电路7预先编制有特定驱动程序及电路，通过特定电输 出可控制电磁泵以脉冲或连续式驱动，从而可根据需要促使导电流体2产生多种复杂的流 动，来达到强化传热的目的。电极也可采用金属腔体内表面上未作绝缘处理的一部分表面 充当，以进一步节省空间。
[0074] 所述电极对41、42由与导电流体2不发生腐蚀作用的材料制成，以确保不会被所 输送的导电流体2所腐蚀。比如，所述电极（电极片31和电极片32)可为导电材料如铜、不 锈钢、石墨、金、钛、镍或银等材料。
[0075] 实施例2 :
[0076] 图5是本发明的单侧带有肋片13的一体化的电磁驱动型腔体式导电流体热扩展 器外观示意图；本实施例中，腔体1外表面单侧设置有肋片13,用于增强换热。其余结构与 实施例1完全相同。
[0077] 实施例3 :
[0078] 图6是本发明的腔体双侧均带有肋片的一体化的电磁驱动型腔体式导电流体热 扩展器外观示意图；本实施例中，腔体1外表面两侧均设置有肋片13,用于增强换热。其余 结构与实施例1完全相同。
[0079] 实施例4 :
[0080] 图7是本发明的腔体内平行布置的电极地呈锯齿形结构的一体化的电磁驱动型 腔体式导电流体热扩展器外观示意图；本实施例中，腔体1内电极对31、32并非如实施例 1所述的平行直线型结构，而呈周期变化的锯齿形，目的在于诱发更为复杂的流体流动来达 到增强换热的目的。其余结构与实施例1完全相同。
[0081] 实施例5:
[0082] 图8是本发明的腔体内平行布置的电极地呈弧形结构的一体化的电磁驱动型腔 体式导电流体热扩展器外观示意图；本实施例中，腔体1内电极对31、32并非如实施例1所 述的平行直线型结构，而呈弧形变化的锯齿形，目的在于诱发特定弧形流动特征的流体流 动来达到传递热量的目的。其余结构与实施例1完全相同。
[0083] 实施例6 :
[0084] 图9是本发明的腔体内平行布置的电极对间断形结构的一体化的电磁驱动型腔 体式导电流体热扩展器外观示意图；本实施例中，腔体1内电极对31、32并非如实施例1所 述的一整段型平行直线型结构，而呈周期间断的直线电极，目的在于诱发流体的紊流来达 到增强传热的目的。其余结构与实施例1完全相同。
[0085] 实施例7 :
[0086] 图10是本发明的腔体内局部表面充当电极的一体化的电磁驱动型腔体式导电流 体热扩展器外观示意图。其余结构与实施例1完全相同。
[0087] 实施例8 :
[0088] 图11是本发明的腔体可根据空间受限的发热源要求对应设置的几类不同形状的 一体化的电磁驱动型腔体式导电流体热扩展器外观示意图；本实施例中，腔体1制作成不 同形状，以便灵活地安装于特定发热源部位。其余结构与实施例1完全相同。
[0089] 实施例9 :
[0090] 图12是本发明的丁字型组合式腔体型一体化电磁驱动型腔体式导电流体热扩展 器的外观示意图；本实施例中，腔体1内电极31、32,磁体对41、42等与实施例1完全一致， 但采用了两个刀片式腔体1、81以丁字型连通。此基底结构1易于安装于某些发热器件表 面，而垂直的腔体81则可将热量传输至其远端来达到灵活传热的目的。其余结构与实施例 1完全相同。
[0091] 实施例10 :
[0092] 图13是本发明的V型组合式腔体型一体化电磁驱动型腔体式导电流体热扩展器 的外观示意图；形状与实施例8不同，但内部其余结构与实施例8完全相同。
[0093] 本发明的工作原理为：在两磁体41、42的N极和S极的磁隙间为导电流体2的腔体 1，当向此处对应设置的腔体1内电极对（电极片31和电极片32)间通以直流电时，在垂直 于磁场方向将产生能够推动导电流体2流动的电磁力，电磁力的方向由磁场和电流方向决 定，这样，在本发明提供的一体化结构中，腔体内流体自身即可获得驱动力从而产生运动， 根据电极形状、外加电流特点，可实现不同形式的流动，从而产生不同温度流体的高效混合 乃至显著提升热量输运能力。使用时，只需将腔体上导线接通控制电路7,即可产生驱动力， 实现热量扩展的目的。
[0094] 本发明提供的上述利用电磁力驱动、无需外流道的一体化腔体式导电流体热扩展 器，其将吸热端、流道、驱动泵、液体、流体池和散热端合而为一，通过内置于腔体内且互相 间呈垂直方位的电极对与磁体对共同产生电磁驱动力，由此诱发腔体内全场范围内导电流 体的迅速流动，从而达到将与腔体外壁接触处热源的热量快速传递到远端的需要。
[0095] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换 也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种一体化腔体式导电流体热扩展器，其特征在于，包括： 腔体（1 )，其将吸热端、流道、液体、流体池、驱动泵和散热端合而为一在一个空间内，其 内部为空腔结构，并且其内表面为绝缘层（12); 流道式电极对（31、32)，设置于腔体内表面，其用作流道及流体流动方向调整器； 磁体对（41、42)，设置于腔体内且磁极方向与所述电极对电流方向呈垂直方位设置； 导电流体（2)，其充于腔体内； 电源芯片（7 )，其设置于腔体外表面，用于给电极对提供输入电流。
2. 根据权利要求1所述的热扩展器，其特征在于，所述腔体（1)的材料为金属材料或非 金属材料。
3. 根据权利要求2所述的热扩展器，其特征在于，所述金属材料为铝、铜、金、银、钛、 镍、不锈钢或石墨。
4. 根据权利要求2或3所述的热扩展器，其特征在于，所述腔体（1)的内表面设有通过 阳极氧化、高温纯氧或化学反应处理后的绝缘层（12 )。
5. 根据权利要求2所述的热扩展器，其特征在于，所述非金属材料为环氧树脂、塑料、 玻璃、二氧化硅或聚四氟乙烯。
6. 根据权利要求1所述的热扩展器，其特征在于，所述流道式电极对（31、32)浸没于腔 体内，用于分隔腔体内流体（2)以形成不同流动方向，所述电极对的导线由腔体（1)壁面引 出。
7. 根据权利要求6所述的热扩展器，其特征在于，所述流道式电极对（31、32)的材料为 铝、铜、金、银、钛、镍、不锈钢或石墨，其数目为1-100。
8. 根据权利要求1、6或7所述的热扩展器，其特征在于，所述电极对（31、32)平行布置 且可呈直线或曲线形，高度为l〇nm?10cm，厚度为10nm?lcm，长度为1mm?100cm。
9. 根据权利要求1所述的热扩展器，其特征在于，所述磁体对（41、42)与电极对（31、 32)成垂直方向内置于腔体（1)上下两个表面，形成一个整体，磁体对（41、42)间隙为10纳 米?10mm η
10. 根据权利要求6所述的热扩展器，其特征在于，所述磁体对（41、42)采用永磁体或 电磁铁，其数目为1-100。
11. 根据权利要求1所述的热扩展器，其特征在于，所述腔体（1)内的导电流体（2)为 液体金属、离子液体、铜基/铝基纳米颗粒流体或NaCl盐溶液。
12. 根据权利要求11所述的热扩展器，其特征在于，所述液体金属为低熔点金属或其 合金。
13. 根据权利要求12所述的热扩展器，其特征在于，所述液体金属为低熔点金属或其 合金为镓、镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟锡合金、钠钾合金、水银或添加有磁性纳米颗粒的上 述金属或其合金的溶液。
14. 根据权利要求1所述的热扩展器，其特征在于，所述腔体（1)外形为矩形、方形、圆 形或椭圆形。
15. 根据权利要求1或14所述的热扩展器，其特征在于，所述腔体（1)外表面设置有导 热肋片（13)。
【文档编号】H05K7/20GK104125753SQ201310156688
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月28日 优先权日:2013年4月28日
【发明者】刘静 申请人:中国科学院理化技术研究所