[發(fā)明專利]一種主動式兩相環(huán)路與相變蓄熱復合的熱控系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN106954373A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 史琳;馬躍征;陳靜;馮樂軍
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11327
• 代理人: 邸更巖

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種主動式兩相環(huán)路與相變蓄熱復合的熱控系統(tǒng)，屬于散熱冷卻技術(shù)領域。

背景技術(shù)

電子技術(shù)的迅速發(fā)展，給人類生活帶來革命性變化的同時，激光器件、LED設備、電子芯片及設備等電子器件的熱耗急劇增長，其冷卻散熱問題也日益突出。溫度過高會導致電子器件產(chǎn)生機械失效、腐蝕失效、電氣失效等一系列不可逆損傷，此外，對于該類電子設備，其耗熱量隨著客戶端的應用情況而動態(tài)變化，而過高的溫度變化不僅對其性能產(chǎn)生巨大的影響，而且造成電子器件可靠性的降低。

傳統(tǒng)的風冷散熱器雖然結(jié)構(gòu)簡單，但越來越難以勝任高熱流密度電子器件的散熱要求，同時與電子器件實際運行熱耗動態(tài)匹配性能較差。在現(xiàn)有技術(shù)中，液體冷卻的性能遠大于風冷散熱，但顯熱換熱的液體冷卻不能夠?qū)崿F(xiàn)電子器件的等溫性，同時以水為介質(zhì)的液體泄漏對電子器件的危害將會是致命的；利用潛熱換熱的熱管冷卻可以實現(xiàn)電子器件的等溫性，但其性能受重力和毛細力的嚴重影響，且啟動困難，因此，高熱流密度條件下的供液不足、安全溫度控制、以及熱耗量低時啟動困難等問題依然存在。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種適用于激光器件、LED設備、電子芯片及設備等高熱流密度電子器件用的主動式兩相環(huán)路與相變蓄熱復合熱控系統(tǒng)，使其具有散熱能力強、結(jié)構(gòu)緊湊、溫度控制安全、適用性強、應用范圍廣等優(yōu)勢。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種主動式兩相環(huán)路與相變蓄熱復合的熱控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括吸熱器、冷凝器、儲液器、蒸氣管路、液體管路和風機，所述吸熱器是由導熱殼體、蒸發(fā)腔、蓄熱材料和位于導熱殼體上的翅片封裝成的一體結(jié)構(gòu)；其特征在于，所述系統(tǒng)還包括驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置置于所述的液體管路上；所述蒸發(fā)腔出口通過蒸氣管路與冷凝器入口相連通，冷凝器出口通過液體管路依次連接儲液器和驅(qū)動裝置，最后通過驅(qū)動裝置出口與蒸發(fā)腔入口連接，形成一個封閉的循環(huán)回路，內(nèi)部充注低沸點流體工質(zhì)。

本發(fā)明的技術(shù)特征還在于：在儲液器和吸熱器之間設有毛細管路，毛細管路的一端與儲液器的出口相連，另一端與蒸發(fā)腔入口連接，在毛細管路和蒸發(fā)腔底部分別設有毛細芯。

上述技術(shù)方案中，其特征在于：所述的吸熱器由兩臺或兩臺以上并聯(lián)而成。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述蓄熱材料采用月桂酸、鎵或鉍鉛錫鎘銦類低熔點合金的一種。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述低沸點流體工質(zhì)為二氧化碳、二氟甲烷和五氟乙烷中的任一種，或為二氧化碳、二氟甲烷或五氟乙烷與碳納米管的混合物。

本發(fā)明所述驅(qū)動裝置采用機械泵或壓電泵。

優(yōu)選地，所述導熱殼體由銅或鋁金屬材料制作而成。

本發(fā)明的技術(shù)特征還在于：所述蒸發(fā)腔位于蓄熱材料的底部、內(nèi)部或頂部，蒸發(fā)腔結(jié)構(gòu)采用平板式、微通道式或翅片式換熱器的一種。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點及突出性的技術(shù)效果：

①本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、易于加工，并且具有散熱能力強、結(jié)構(gòu)緊湊、溫度控制安全、適用性強、應用范圍廣等特點，特別是電子器件出現(xiàn)脈沖式或動態(tài)式負荷變化時，本發(fā)明可保持電子芯片及設備良好的溫度控制特性；②相比風冷散熱器，本發(fā)明適用范圍更加廣泛，且十分適合高熱流密度散熱；相比以水為代表的液體冷卻，本發(fā)明不僅可以杜絕因泄露帶來的致命危險，而且以相變換熱為機理的主動式兩相環(huán)路工質(zhì)循環(huán)流量少、驅(qū)動裝置功耗低、換熱能力更強；相比熱管冷卻裝置，本發(fā)明系統(tǒng)啟動迅速，工質(zhì)循環(huán)流動特性好，換熱能力強，避免了蒸發(fā)腔內(nèi)出現(xiàn)蒸干現(xiàn)象，驅(qū)動裝置的可控性實現(xiàn)了散熱過程的主動性，增強了系統(tǒng)的動態(tài)匹配性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的一種主動式兩相環(huán)路與相變蓄熱復合的熱控系統(tǒng)第一種實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2是在圖1的基礎上采用多熱源的熱控系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖3是本發(fā)明的另一種實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖，即采用主/被動式兩相環(huán)路與相變蓄熱復合的熱控系統(tǒng)的實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖4是在圖3技術(shù)方案的基礎上采用多熱源的熱控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-電子器件，2-吸熱器，3-蓄熱材料，4-毛細管路，5-毛細芯，6-儲液器，7-冷凝器，8-蒸氣管路，9-驅(qū)動裝置，10-液體管路，11-蒸發(fā)腔，12-翅片，13-風機。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、原理和和具體實施方式做進一步說明：