[發(fā)明專利]一種模塊化雙相變復(fù)合熱控系統(tǒng)裝置及換熱方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011229459.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112361860B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃云;姚華;王燕;王君雷;楊慶利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中科南京綠色制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院;中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所
• 主分類號(hào): F28D20/02
• 分類號(hào): F28D20/02;F28D15/02;F28D5/02;H05K7/20
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明提供了一種模塊化雙相變復(fù)合熱控系統(tǒng)裝置及換熱方法，所述的系統(tǒng)裝置包括依次連接的相變儲(chǔ)熱模塊和真空閃蒸換熱模塊；相變儲(chǔ)熱模塊內(nèi)設(shè)置有儲(chǔ)熱材料，以及至少一個(gè)插入相變儲(chǔ)熱模塊的蒸發(fā)管組；真空閃蒸換熱模塊包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)置有至少一個(gè)與蒸發(fā)管組連接的冷凝管組，殼體內(nèi)頂部設(shè)置有霧化組件。所述的換熱方法包括：熱流體與儲(chǔ)熱材料進(jìn)行換熱，儲(chǔ)熱材料升溫儲(chǔ)熱后，并對(duì)蒸發(fā)管組內(nèi)的換熱介質(zhì)加熱，加熱后的換熱介質(zhì)進(jìn)入真空閃蒸換熱模塊中的冷凝管，霧化組件向殼體內(nèi)噴入有機(jī)工質(zhì)對(duì)冷凝管進(jìn)行冷凝，冷凝后的換熱介質(zhì)回流至蒸發(fā)管組。本發(fā)明通過(guò)相變儲(chǔ)熱、熱管換熱和真空閃蒸噴霧冷卻技術(shù)相結(jié)合，具有換熱效率高等特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱控技術(shù)領(lǐng)域，涉及熱控系統(tǒng)裝置，尤其涉及一種模塊化雙相變復(fù)合熱控系統(tǒng)裝置及換熱方法。

背景技術(shù)

隨著微電子技術(shù)、激光技術(shù)及航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，電子元器件的集成化與規(guī)模化程度越來(lái)越高，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱功率不斷攀升，甚至關(guān)鍵元器件每平方厘米會(huì)產(chǎn)生數(shù)百瓦至上千瓦的熱量，極大地增加了器件失效概率。10℃法則指出：電子器件的可靠性與溫度是密切相關(guān)的，當(dāng)溫度為70～80℃時(shí)，每上升10℃，其可靠性下降達(dá)到50％。傳統(tǒng)的散熱方式如自然對(duì)流、強(qiáng)制對(duì)流和普通熱管散熱等已無(wú)法滿足電子技術(shù)發(fā)展的需求。因此如何高效、可靠地解決高熱流密度器件的快速散熱問(wèn)題極為重要。

針對(duì)大功率設(shè)備冷卻的需求，現(xiàn)有高效換熱技術(shù)主要包括射流沖擊冷卻、微通道冷卻和噴霧冷卻三類。射流沖擊冷卻技術(shù)是冷卻工質(zhì)在壓力差的作用下經(jīng)過(guò)噴嘴以高速射流噴向被冷卻部件，工質(zhì)與表面進(jìn)行對(duì)流換熱達(dá)到冷卻降溫的目的。射流沖擊換熱系數(shù)比常規(guī)對(duì)流換熱的傳熱系數(shù)要高出幾倍，但有其局限性：比如沖擊區(qū)域邊緣會(huì)有干涸現(xiàn)象，導(dǎo)致該區(qū)域傳熱能力較差，極易造成器件的損毀。微通道冷卻技術(shù)是采用精密加工方法在金屬基板上制造微尺度通道，液體在流過(guò)通道時(shí)帶走熱量，正常運(yùn)行時(shí)熱流密度可以達(dá)到100W/cm²以上，但其不足在于：因微通道結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜且都是微觀尺寸，當(dāng)冷卻工質(zhì)長(zhǎng)期流經(jīng)通道較易造成堵塞及結(jié)垢，導(dǎo)致通道內(nèi)的壓力損失增大，需要強(qiáng)大的外力驅(qū)動(dòng)。噴霧冷卻是將連續(xù)的液體工質(zhì)加壓后通過(guò)噴嘴霧化成無(wú)數(shù)的離散型小液滴，液滴以較高的速度沖擊到被冷表面，形成一層液膜，通過(guò)單相對(duì)流和兩相沸騰而帶走熱量的一種冷卻方式，熱流密度可達(dá)1000W/cm²，因其體積小、散熱能力強(qiáng)、冷卻過(guò)程溫差小、工質(zhì)需求量小、無(wú)沸騰滯后性、與固體表面之間無(wú)接觸熱阻和運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。

CN109041523A公開(kāi)了一種基于超聲霧化的合成雙射流噴霧冷卻裝置，將雙射流激勵(lì)器與超聲微孔霧化片進(jìn)行組合，由霧化片對(duì)冷卻液進(jìn)行霧化，再由合成雙射流模塊將霧滴以合成雙射流的獨(dú)特性質(zhì)噴出，該裝置的噴霧速度、方向、脈沖頻率均可進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、散熱能力強(qiáng)、能耗低和控制靈活等特點(diǎn)。但是其受電子元器件的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致散熱空間小的問(wèn)題，從而無(wú)法有效進(jìn)行散熱，此外，射流沖擊極易造成器件的損毀。

CN103841797A公開(kāi)了一種散熱結(jié)構(gòu)，包括散熱器、風(fēng)扇及噴水裝置，水箱內(nèi)的水流入出水管處分別形成液滴，風(fēng)扇將出水管處的液滴霧化形成水霧，水霧被吹向并附著在散熱器上，風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流同時(shí)使附著在散熱器上的水霧蒸發(fā)而帶走所述散熱器上的熱量。但是其受電子元器件的復(fù)雜換熱面影響，在電子元器件表面產(chǎn)生的水膜阻礙傳熱，并且存在安裝困難等問(wèn)題。

現(xiàn)有熱控裝置均存在受電子元器件的結(jié)構(gòu)影響導(dǎo)致的安裝困難和散熱效果差等問(wèn)題，因此，如何在保證熱控裝置具有優(yōu)良散熱效果的情況下，還具有便于安裝和布置靈活等特點(diǎn)，成為目前迫切需要解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種模塊化雙相變復(fù)合熱控系統(tǒng)裝置及換熱方法，本發(fā)明通過(guò)相變儲(chǔ)熱、熱管換熱和真空閃蒸噴霧換熱技術(shù)相結(jié)合，更有利于電子元器件大冷量散熱的需求，為電子元器件的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供多重保障。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：