[發明專利]一種開式可控流量相變冷卻系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201710233695.1
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN106973550B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 徐洪波;戰斌飛;田長青;邵雙全;張海南
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 湯財寶

本發明提供一種開式可控流量相變冷卻系統及其控制方法，該系統包括蓄冷儲液罐、節流裝置、接觸式冷卻板、自吸泵和控制器，所述接觸式冷卻板上設有溫度傳感器，所述蓄冷儲液罐、節流裝置、接觸式冷卻板和自吸泵通過管道依次串聯連接，所述控制器分別與所述加熱增壓裝置、節流裝置、溫度傳感器和自吸泵通過數據傳輸線連接。本發明的冷卻工質在接觸式冷卻板中發生相變，換熱系數高，并能夠提供適宜的冷卻溫度和冷卻均勻性，相比于傳統液冷循環冷卻系統，本發明的相變冷卻系統能夠快速穩定地冷卻高熱流密度的電子器件，并能通過調節冷卻工質流量滿足不同的冷卻溫度均勻性要求，具有更好的穩定性和可用性。

技術領域

本發明涉及電子器件冷卻技術領域，更具體地，涉及一種開式可控流量相變冷卻系統及其控制方法。

背景技術

隨著航空航天技術的不斷發展，飛行器的類型及應用日益廣泛，飛行器中包含的大功率電子器件越來越多，其中大功率高熱流密度的電子器件的散熱問題也越來越凸顯。當大功率電子器件工作時，其產生的熱量會使局部溫度升高，如果散熱不及時，則可能使相應器件的溫度升高甚至超過允許的最高溫度，電子器件的性能將會顯著下降，并且不能穩定工作，從而導致電子器件性能惡化甚至失效。

航天器上的大多數電子都屬于精密儀器，需要工作在一個固定的溫度才能發揮最大的作用，并且不允許存在較大的溫度波動，對于同一空間的溫度均勻性也有極大的要求。而且航天器本身設計結構緊湊，為了增加航行距離，對于其配置的冷卻系統的空間和重量也有特殊的要求，航天器采用更加小巧并輕量的冷卻系統是發展趨勢。

現有航天器需要做各種翻轉動作，對散熱冷卻系統的穩定性和可用性有極高的要求。由于傳統的機械式冷卻系統需要用到多種機械部件和閥門，在航天器翻轉的時候，其故障率會增加；并且由于部分傳統冷卻系統需要空氣強制對流循環，且電子器件放置環境對空氣潔凈度要求也較高，所以傳統的冷卻方式已經遠不能滿足這一穩定性和可用性的要求。

發明內容

本發明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的開式可控流量相變冷卻系統及其控制方法，該系統解決了傳統的冷卻系統穩定性及可用性不足的缺陷。

根據本發明的一個技術方案，提供一種開式可控流量相變冷卻系統，該系統包括蓄冷儲液罐、節流裝置、接觸式冷卻板、自吸泵和控制器，所述接觸式冷卻板上設有溫度傳感器，所述蓄冷儲液罐、節流裝置、接觸式冷卻板和自吸泵通過管道依次串聯連接，所述控制器分別與所述加熱增壓裝置、節流裝置、溫度傳感器和自吸泵通過數據傳輸線連接。當接觸式冷卻板的板面溫度均勻性不滿足設定要求時，所述自吸泵用于在所述接觸式冷卻板出口形成負壓環境，以提高管路中冷卻工質的流量，使接觸式冷卻板的溫度達到設定要求。

作為上述技術方案的進一步改進方案，所述蓄冷儲液罐設有調節所述蓄冷儲液罐的內部壓力的加熱增壓裝置。可根據所述控制器接收的來自所述接觸式冷卻板上的溫度傳感器上的溫度信號，改變所述加熱增壓裝置的加熱功率，以此調節所述蓄冷儲液罐的內部壓力，從而來適當增加或減少管路通道內的液體流量。只有當所述接觸式冷卻板上的溫度均勻性不滿足要求時，才需要開啟所述加熱增壓裝置進行加熱，以調節管路通道內的液體流量。

作為上述技術方案的進一步改進方案，所述加熱增壓裝置位于所述蓄冷儲液罐的罐體內部的下半部分。

作為上述技術方案的進一步改進方案，所述加熱增壓裝置為加熱棒或者加熱帶。當所述加熱增壓裝置為加熱棒時，可將所述加熱棒水平設置在罐體內部，當所述加熱增壓裝置為加熱帶時，可將所述加熱帶環繞設置在罐體下半表面。

作為上述技術方案的進一步改進方案，所述蓄冷儲液罐上設有注液口和控制所述注液口開閉狀態的注液閥。當需向所述蓄冷儲液罐內添加冷卻工質時，打開所述注液口上的所述注液閥，所述蓄冷儲液罐的注液口可通過加氟表連接至抽真空機和冷卻工質罐，通過抽真空機預先創造一個真空環境，然后關閉抽真空環境，在負壓環境下，即可將冷卻工質添加入蓄冷儲液罐內。加注完畢后，則使所述注液閥處于常閉狀態。