[發明專利]一種復合材料輕質高效冷卻方法及裝置

在審

• 申請號: 201811240484.1
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109413938A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 肖鵬;顏鴻斌;蔡建強;王翰林;劉寧;劉清念
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20;H01L23/473;H01L23/467;H01L23/373
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

1.一種輕質高效冷卻方法，其特征在于：利用高導熱連續碳纖維的高效熱傳輸能力，將電子器件發生的熱量以導熱方式快速傳遞至風冷/液冷部件，從而帶走電子器件工作時發出的熱量；所述的高導熱連續碳纖維的密度<2000kg·m^-3、沿連續碳纖維方向的一維熱導率>450W·m^-1·K^-1。

2.一種輕質高效冷卻裝置，其特征在于：包括支撐件(1)、高導熱碳纖維導熱組件(2)、液態金屬(3)、風冷散熱部件；高導熱碳纖維導熱組件(2)的纖維絲束沿傳熱路徑平行排布，高導熱碳纖維導熱組件(2)由支撐件(1)進行支撐，高導熱碳纖維導熱組件(2)的一側通過液態金屬(3)與待冷卻電子器件的發熱面連接，另一側通過液態金屬(3)與風冷部件連接；所述的高導熱碳纖維導熱組件(2)材料密度<2000kg·m^-3、沿連續碳纖維方向的一維熱導率>450W·m^-1·K^-1；支撐件(1)選用碳纖維結構復合材料。

3.一種輕質高效冷卻裝置，其特征在于：包括支撐件(1)、高導熱碳纖維導熱組件(2)、液態金屬(3)、液冷散熱部件；高導熱碳纖維導熱組件(2)的纖維絲束沿傳熱路徑平行排布，高導熱碳纖維導熱組件(2)由支撐件(1)進行支撐，高導熱碳纖維導熱組件(2)的一側通過液態金屬(3)與待冷卻電子器件的發熱面連接，另一側通過液態金屬(3)與液冷部件連接；所述的高導熱碳纖維導熱組件(2)材料密度<2000kg·m^-3、沿連續碳纖維方向的一維熱導率>450W·m^-1·K^-1；支撐件(1)選用碳纖維結構復合材料。

4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于：所述的液冷散熱部件采用液體強制對流冷卻形式、或熱管冷卻形式。

5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于：采用液體強制對流冷卻形式時，液冷散熱部件包括液體強化散熱部件(7)以及液冷通道(8)；

液冷通道(8)通過液態金屬(3)與高導熱碳纖維導熱組件(2)連接，液體強化散熱部件(7)裝配在液冷通道(8)液體側壁面上，通過液冷通道(8)的冷卻液強制對流方式帶走流經高導熱碳纖維導熱組件(2)的熱量。

6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于：所述的液體強化散熱部件(7)采用內翅片形式，內翅片面積正比與之相連的高導熱碳纖維導熱組件(2)的纖維密度。

7.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于：所述的液冷通道(8)采用導熱系數>100W·m^-1·K^-1的金屬材料。

8.根據權利要求5或6或7所述的裝置，其特征在于：所述的液冷散熱部件由3D打印工藝一體化成型。

9.根據權利要求2或3所述的裝置，其特征在于：液態金屬(3)的熔點低于支撐件(1)、高導熱碳纖維導熱組件(2)的許用溫度，熱導率不低于50W·m^-1·K^-1，通過液態金屬(3)實現高導熱碳纖維導熱組件(2)與其所連接部件之間的接觸熱阻不高于3.5m²·K·W^-1。

10.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于：所述的風冷散熱部件采用氣流對流冷卻形式或者輻射冷卻、熱電冷卻形式。

11.根據權利要求10所述的裝置，其特征在于：所述的氣流對流冷卻形式采用風冷散熱部件(5)通過液態金屬與高導熱碳纖維導熱組件(2)，風冷散熱部件的散熱面積與高導熱碳纖維導熱組件(2)的纖維密度成正比。

12.一種權利要求2-11之一所述的裝置適用于機載/箭載/星載電子器件的冷卻。