[發明專利]一種非相變超導內循環散熱系統

在審

• 申請號: 201711335999.5
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN107969096A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 王偉
• 申請（專利權）人: 廣東合一新材料研究院有限公司
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司44104
• 代理人: 侯莉

技術領域

本發明涉及一種散熱系統，尤其涉及一種非相變超導內循環散熱系統。

背景技術

當今，隨著軍用及民用電子通訊技術的迅速發展，高性能芯片、集成電路以及半導體電路的應用越來越廣泛。發熱元件的功率不斷增大，發熱元件散熱就愈發顯得重要。發熱元件散熱是對發熱元件的運行溫度進行控制(或稱熱控制)，以保證其工作的穩定性和可靠性。散熱技術越來越成為電子設備開發、研制中非常關鍵的技術。

目前，現有的三大散熱技術—風冷技術、相變熱管技術和水冷技術，雖然都能夠在一定程度上解決發熱元件的散熱問題，但是，這些散熱技術也均各有其缺點：

⑴風冷技術要求室溫環境低，因此，其對適用場合具有較大的局限性。

⑵相變熱管在長期使用后會產生不凝汽，導致傳熱效率降低，而且由于不凝汽造成管內壓力升高，使得相變熱管存在安全隱患。

⑶在水冷技術中，一旦水泄露，會引起設備短路，導致設備損壞，更甚者，會引發重大安全事故。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單、制造成本低、傳熱效率高、適用廣泛的非相變超導內循環散熱系統。

本發明的目的通過以下的技術措施來實現：一種非相變超導內循環散熱系統，其特征在于：它包括非相變傳熱管路、熱收集器和換熱單元，所述熱收集器和換熱單元通過非相變傳熱管路連通并形成一循環回路，該循環回路內有非相變超導傳熱工質，所述熱收集器收集發熱元件的熱量，同時加熱非相變超導傳熱工質，非相變超導傳熱工質沿著非相變傳熱管路流動，將熱量傳至換熱單元，由換熱單元將熱量傳導出去，換熱后的非相變超導傳熱工質沿著非相變傳熱管路流回熱收集器，進行下一次循環過程。

本發明可及時快速地將大熱流、大熱量散發出去，熱流密度大，傳熱效率高，可達30～2000W/㎡，為發熱元件提供適宜的工作溫度，并且因非相變超導傳熱工質內循環優良的均溫性使得發熱元件均溫，工作狀態均衡，延長使用壽命，本發明非相變超導傳熱工質快速循環，快速均溫，遠距離傳熱溫差小，最小可達±0.5℃；而且，本發明使用時無方向、空間要求，可以實現反重力傳導。本發明傳熱方向可控，工質循環方向可控，功率可控，響應速度可控；本發明可廣泛適用于各種結構形式的散熱系統，各種工作環境，滿足各種散熱要求。本發明適用于激光、武器核心部件冷卻、超級計算機核心部件冷卻、推進器冷卻(航空、航天、導彈推進設備冷卻)、專用設備軍事隱身以及熔體急冷的非晶金屬制備等領域，適用領域十分廣泛。

為了實現傳熱方向可控和增強系統適應性，作為本發明的一種改進，所述非相變超導內循環散熱系統還包括用于驅動非相變超導傳熱工質流動的循環泵，所述循環泵設置在所述非相變傳熱管路的內部。本發明采用主動+被動式啟動，響應速度快，啟動溫差小，無重力影響。循環泵可在其所處環境壓力相對大氣壓力較高時做功。循環泵應該滿足與非相變超導傳熱工質相容性要求，通過其循環作用使非相變傳熱方式呈主動+被動式。增強環境適應性，結構適應性，空間適應性，控制并調節啟動溫差、傳熱方向和傳熱性能。同時，循環泵殼體的設計應使其具有較強的承壓性，并且殼體內工質滿腔運行使循環泵內部壓力相同，運行時幾乎沒有壓阻，減小電功率消耗，從而提高循環泵效率。

本發明所述換熱單元的換熱形式是液冷或氣冷或壓縮機制冷。例如，當本發明系統應用于發熱元件工作區時，循環回路內可充裝泄露后為氣態的工質，例如R134a、R22等，避免使用水為工質時由于泄露引起的短路問題，安全可靠，進一步的，可將換熱單元引出到非發熱元件工作區，這時換熱單元便可以采用水冷；當應用在周圍環境溫度高的工作區時，換熱單元可引出到環境低溫處，直接采用自然風冷或風機風冷，極大的降低系統功耗；當自然環境較差或發熱元件需要低溫工作時，換熱單元的換熱形式是壓縮機制冷。因此，換熱單元可以采用任何換熱形式。

本發明所述非相變超導傳熱工質按使用溫度區分，可滿足不同工作環境：

所述非相變超導內循環散熱系統在溫度為0～200K的環境中運行，所述非相變超導傳熱工質采用單元素形式的純化學物質和化合物。所述純化學物質是氦、氬、氪、氮或氧，所述化合物是乙烷或氟利昂。

所述非相變超導內循環散熱系統在溫度為200～550K的環境中運行，所述非相變超導傳熱工質采用氟利昂、氨、酒精、丙酮、水或某些有機化合物。

所述非相變超導內循環散熱系統在溫度為500～750K的環境中運行，所述非相變超導傳熱工質采用硫磺、水銀、堿金屬或者某些化合物，如導熱姆換熱劑。