[發明專利]針對半導體的小型相變式水冷系統

在審

• 申請號: 201710156058.9
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN107246678A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 焦澤棟;尤祺;張燁;張瑜;田鑫;渾云歌;劉瀾濤
• 申請（專利權）人: 北京工業大學;北京創衣創意設計有限責任公司
• 主分類號: F24F5/00
• 分類號: F24F5/00;F25B21/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張立改

技術領域

本發明對半導體的小型相變式水冷系統，涉及一種水冷系統與相變原理相結合的一種系統，屬于能量處理領域。

背景技術

在電子科技如此發達的今天，用電器件以及布及到了人們生活的方方面面，用電器件的使用總是離不開熱量的產生，對于熱量的處理，隨著科技的不斷發展也在不斷改善。目前，市面上出現的小型散熱系統主要有風冷系統和水冷系統。對于散熱性能來說，水冷是在一個相對密閉的空間里更加快速、有效地利用水的比熱容大和其流動性質，把系統多余的熱量帶走，所以水冷系統的散熱能力較于風冷系統有著十分明顯的優勢。在應用方面，部分電腦的顯卡、CPU、電源的散熱系統都是基于水冷系統，在半導體制冷方面，一般的扇熱風扇也根本無法為制冷片提供足夠的散熱能力，水冷系統為半導體制冷散熱提供了新的思路。

通過相變實現散熱的基礎是通過分子之間關系的變化來實現對熱能的吸收。相變化材料(PCM-Phase Change Material)是指隨溫度變化而改變形態并能提供潛熱的物質。相變化材料的相變過程即物質的固態與液態的相互轉變，這時相變材料將吸收或釋放大量的潛熱。

導熱相變化材料(PC)是熱量增強聚合物，可以用于使半導體熱端器件和與之相連的散熱片之間的熱阻力降低到最小,在水冷系統中加以導熱相變化材料，可以在吸收熱量和降低系統自身產熱兩個方面控制熱量，進而實現更有效的散熱。

針對半導體的小型相變式水冷系統配用于模塊化便攜式空調，由此實現半導體熱端的熱量處理，能夠在有限的空間里高效地對半導體熱端溫度進行控制。其特征在于在半導體的熱端在與水冷壁的接觸中實現熱交換，水冷壁與水箱相連從而形成水循環回路，在水的不斷流動中帶走半導體熱端的熱量，進而控制半導體的冷熱端不會溫差過于巨大而造成半導體損壞。

半導體的應用目前已經十分廣泛，對于半導體的散熱問題非常值得關注，針對半導體的小型相變式水冷系統能夠對器件的溫度實現高效控制，有效提升半導體元件的使用性能。

發明內容

本發明的目的在于：能夠將水冷的設計思路，應用了針對半導體的小型相變式水冷系統，應用于半導體制冷空調的技術之中，有效解決了困擾了人們許久的，無法處理半導體熱端溫度和空調系統產熱降低的問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：設計一種水冷為基礎技術的，針對半導體的小型相變式水冷系統，包括半導體(1)、水冷壁(2)、導管、水箱(6)、水泵(4)和利用相變原理的水降溫裝置(9)；水冷壁與半導體熱端相貼，水泵與水冷壁通過導管相連接，水冷壁和水箱通過導管相連接，水箱再與水泵通過導管連接，水泵、水箱和水冷壁構成一個水路循環；水泵能夠把水冷壁吸收熱量之后的水送入水箱當中，進而把水箱里溫度較低的水送入水冷壁中，繼續吸收熱端產生的熱量。同時，水箱還設有另一循環管路，另一循環管路嵌套在利用相變原理的水降溫裝置(9)中，實現對另一循環管路中水的降溫。另一循環管路中已經有了一定溫度的水箱里的水進入利用相變原理的水降溫裝置進行水熱量的釋放，將水的熱量傳遞給利用相變原理的水降溫裝置里的相變儲能材料，利用相變儲能材料的相變消耗掉水中的熱能，再將釋放熱能之后的水送回水箱之中，繼續新一輪的循環；

利用相變原理的水降溫裝置還裝有高溫檢測裝置，當利用相變原理的水降溫裝置相變材料溫度過高時，采取緊急關閉半導體(1)的措施，保證系統安全；從而使得系統之中的水能夠安全地長時間循環，消耗熱端的產熱。

所述水泵，采用12伏特直流圓柱式水泵。

所述水箱，采用pvc材質方形水箱。

所述導管，采用硅膠材質的專業導水管。

所述水冷壁，由采用性能優良的不銹鋼的水排組成。

所述高溫監測裝置，為單片機控溫器。

所述利用相變原理的水降溫裝置，其中設有平行并排的槽，槽內填充有相變蓄熱材料，水箱的另一循環管路的導管嵌套在相變蓄熱材料中，相變蓄熱材料選自石蠟和月桂酸的一種或兩種；采用兩種材料時，優選月桂酸和石蠟在槽內交替間隔填充。采用本發明特制的相變容器，水由導管在相變蓄熱材料的縫隙內流動，從而利用相變原理消耗水的熱能。

使用方法：