一种基于微纳结构强化离子风散热的装置及方法

技术领域

本发明属于温度控制技术领域，更具体地，涉及一种基于微纳结构强化离子风散热的装置及方法。

背景技术

电子设备、汽车、工业生产产生的热会影响设备的性能，更有甚者累积的热量造成设备损坏。因此，前人提出了通过气流强化热量流失，实现散热。

现有的散热设备是用风扇的扇叶扰动空气，形成气流从而实现散热。然而，电能转换成机械能再转换成风能会造成能量损失。基于此，气体放电离子风进入了人们的视野。离子风是气体放电时，带电粒子在电场驱动下，与空气粒子发生动量交换，从而形成气体流动形成的。它是由电能直接转化为风能，能量转换效率高，功耗小。

但传统的离子风散热器需要较高的运行电压，安全系数低。其次，散热速率也受到负载在身材料的限制，传热效率低。

发明内容

针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供了一种基于微纳结构强化离子风散热的装置及方法，旨在解决传统的离子风发生器运行电压较高，安全系数低，散热片的传热系数受限于结构本身的材料，传热效率低的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于微纳结构强化离子风散热的装置，包括：直流电源、针电极框、环电极安装框、针电极、环电极和散热片；

所述直流电源与所述针电极框连接，所述针电极框中阵列排布所述针电极，所述针电极表面设置曲率为纳米级别的微纳结构；

所述环电极安装框接地，所述环电极安装框中阵列排布所述环电极，所述环电极安装框与所述针电极框平行设置；

所述微纳结构与所述环电极之间形成强电场，发生电晕放电，所述环电极中间产生离子风将热源产生的热量扩散至所述散热片；

所述散热片与所述环电极安装框平行设置且接地，所述散热片的表面采用导热微纳材料，所述散热片的导热微纳材料与散热片的自身结构协同作用为所述热源降温。

可选的，所述针电极和所述环电极的数量相同且对应设置，所述针电极的针尖与所述环电极的中心对齐，且相距预设距离。

可选的，所述预设距离为1～4cm。

可选的，所述环电极的直径为2～3cm，依次顺序串联，且每两个所述环电极的圆心距离均为第一距离。

可选的，每两个所述针电极的距离均为第二距离，所述第一距离与所述第二距离相等。

可选的，所述直流电源的工作电压是1～10kV。

可选的，所述散热片采用导热系数高的微纳材料。

可选的，所述散热片与所述环电极安装框之间距离为1～5cm。

第二方面，本发明还提供了一种基于微纳结构强化离子风散热的方法，包括：

将针电极连接直流电源，环电极接地；

以使所述针电极上的微纳结构在低电压下与所述环电极之间形成强电场，发生电晕放电，生成离子；其中，所述离子与空气分子发生碰撞，通过所述环电极中间部分，产生离子风，所述离子风与散热片上的导热微纳结构协同作用给热源散热。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明的技术方案的装置中通过在针电极表面设置纳米级别的微纳结构，在针电极表面构成高密度的放电点，从而提高针电极和环电极配合电晕放电产生的离子风的效率，在不增加针电极和环电极的数量下，提高了产生离子风的效率；同时，高密度的微纳结构可以有效降低装置运行电压，在低电压的情况下，装置依旧能够正常运行，并且降低了装置的耗能。

2、本发明的技术方案的装置中通过在散热片上设置导热系数高的微纳材料，扩大散热片的散热面积，与散热片自身结构协同作用为热源高效降温。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种基于微纳结构强化离子风散热的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种基于微纳结构强化离子风散热的装置中的针电极框与针电极的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种基于微纳结构强化离子风散热的装置中的环电极安装框与环电极的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的一种基于微纳结构强化离子风散热的装置的原理图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-直流电源；2-针电极框；3-环电极安装框；4-针电极；41-微纳结构；5-环电极；6-散热片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

下面结合一个优选实施例，对上述实施例中涉及的内容进行说明。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种基于微纳结构强化离子风散热的装置的结构示意图。

如图1所示，一种基于微纳结构强化离子风散热的装置，包括：直流电源1、针电极框2、环电极安装框3、针电极4、环电极5和散热片6；

所述直流电源1与所述针电极框2连接，所述针电极框2中阵列排布所述针电极4，所述针电极4表面设置曲率为纳米级别的微纳结构41；

所述环电极安装框3接地，所述环电极安装框3中阵列排布所述环电极5，所述环电极安装框3与所述针电极框2平行设置；

所述微纳结构41与所述环电极5之间形成强电场，发生电晕放电，所述环电极5中间产生离子风将热源产生的热量扩散至所述散热片6；

所述散热片6与所述环电极安装框3平行设置且接地，所述散热片6的表面采用导热微纳材料，所述散热片6的导热微纳材料与散热片6的自身结构协同作用为所述热源降温。

传统的散热装置采用外置的风扇来对热源或散热器进行吹扫，为电子产品的附加的结构，会增大散热器的体积，紧凑度和集成化程度不高。而现有的基于电晕放电的离子风散热装置需要高压直流电源对其供电，芯片等电子产品的供电电压不宜过高。现有技术中还有通过减少电极间距降低所需电压的方法，但这种方法对电源的控制精度高。本实施例提供的基于微纳结构强化离子风散热的装置在低电压下也具有高效散热的特点，可以被用于芯片、LED等电子产品的温度控制。在本实施例提供的装置中，针电极框2上固定着阵列排列的多个针电极4，环电极安装框3上也固定着阵列排列的多个环电极5，并且针电极框2和环电极安装框3平行设置。由于针电极框2上连接高压直流电源，环电极安装框3接地，针电极4上设置导电性良好的微纳结构41，如纳米金属颗粒、纳米氧化物等。针电极4上的微纳结构41与环电极5之间的间距较小，形成强电场，并发生电晕放电。同时针电极4上的微纳结构41具有极小的曲率半径，在针电极表面上形成高密度放电点，可以有效降低装置运行电压。进一步的，环电极5的存在还能够防止针电极4之间相互干扰，通过产生静电感应，对电场产生一定的约束作用，达到屏蔽效果，消除针电极4之间的干扰。电晕放电效应在环电极5中间产生离子风将热源产生的热量扩散至散热片6进行散热。散热片6的表面采用导热微纳材料，即在散热片6的表面设置微纳结构，从而增大散热面积，微纳结构41与散热片6的自身结构协同作用为热源高效降温。实现了在低电压、低功耗的情况下产生较高质量的离子风，提高了对器件的散热效率。

可选的，所述针电极4和所述环电极5的数量相同且对应设置，所述针电极4的针尖与所述环电极5的中心对齐，且相距预设距离。

每个针电极4正对一个环电极5的中心，每个针电极4与一个环电极5配合，形成一组离子风产生装置，针电极4上的微纳结构41发生电晕放电，在环电极5的中心空白区域形成离子风，同时，每个环电极5对正对的针电极4形成静电屏蔽。其中，预设距离为1～4cm。这一预设距离既能保证低电压下放电，也能降低对电压的控制精度，降低本装置的成本。

可选的，所述环电极5的直径为2～3cm，依次顺序串联，且每两个所述环电极5的圆心距离均为第一距离。

可选的，每两个所述针电极4的距离均为第二距离，所述第一距离与所述第二距离相等。

环电极5的内直径设置为2～3cm，环电极过大会增加其与针电极的距离，导致运行电压提高；环电极过小会导致离子风到达环电极是发生绕流，从而导致每个针环电极产生的离子之间发生干扰。为了减少环电极5之间的连接电路，环电极5之间依次顺序串联，并可靠接地。每个环电极对应一个针电极，因此，环电极圆心之间的第一距离和两个针电极之间的第二距离相等，根据电子设备的尺寸，第一距离和第二距离优选为4cm。

进一步的，环电极5的材料选择不锈钢等不易被氧化的金属材料，防止被电晕放电中产生的臭氧氧化。

可选的，所述直流电源1的工作电压是1～10kV。

1～10kV对电源的要求也比较低，也可以使电极发生有点电晕放电并且电极不被击穿。在保证装置正常运行的情况下，降低装置成本。

可选的，所述散热片6采用导热系数高的微纳材料。

采用导热系数高的微纳材料修饰散热片6，强化散热区域的热量流失速度。散热片6上的导热微纳材料41与散热片6自身结构协同作用，进一步为热源高效降温。

进一步的，散热片6上还可以涂覆有去除针电极4在电晕放电中产生臭氧的催化剂层。

可选的，所述散热片6与所述环电极安装框3之间距离为1～5cm。

由于靠近电极的地方离子风速大，散热效果好，而大于5cm会导致散热效果降低。

本发明实施例提供了一种基于微纳结构强化离子风散热的装置，其中，针电极和环电极相对设置，相互配合，产生电晕放电，从而产生离子风，带走热源产生的热量至散热片。通过将针电极的表面设置具有极小的曲率半径的微纳结构，针电极表面高密度的微纳结构构成高密度放电点，从而降低装置的运行电压，还能加强离子风的产生，在低电压、低功耗的情况下产生较高质量的离子风，提高了对器件的散热效率。另外散热片上设置导热性好的微纳材料，实现多级散热，进一步强化离子风的散热效果。

实施例二

一种基于微纳结构强化离子风散热的方法，包括：

针电极连接直流电源，环电极接地；

以使针电极上的微纳结构在低电压下与环电极之间形成强电场，发生电晕放电，生成离子。其中，离子与空气分子发生碰撞，通过环电极中间部分，产生离子风，离子风与散热片上的导热微纳结构协同作用给热源散热。

结合图4的装置原理图，直流电源与带有微纳结构的针电极连接，环电极接地，带有导热微纳材料的散热片接地。直流电源为针电极供电，针电极上的微纳结构与环电极之间形成强电场，并发生电晕放电。针电极与环电极的间距较小，同时针电极上的微纳结构具有极小的曲率半径和高密度放电点，可以有效降低装置运行电压。环电极的存在还能够防止针电极之间相互干扰。电晕放电产生离子风通过环电极到达散热片，散热片上的导热微纳材料与散热片自身结构协同作用为热源高效降温。

综上所述，本发明实施例提供的基于微纳结构强化离子风散热装置的散热方法，能够低电压、低功耗的产生较高的离子风，同时还能有效降低散热片温度。实现对芯片、LED等电子设备的精确温度控制。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。