[發(fā)明專利]一種基于多重相變工質(zhì)的儲(chǔ)熱式散熱器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110255766.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN113038796B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁斌;方健;鞏亮;朱傳勇;徐明海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): H05K7/20
• 分類號(hào): H05K7/20
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 韓雪梅

本發(fā)明公開了一種基于多重相變工質(zhì)的儲(chǔ)熱式散熱器，涉及彈載電子設(shè)備散熱技術(shù)領(lǐng)域，包括腔體以及布置在腔體內(nèi)部的多重相變工質(zhì)；所述多重相變工質(zhì)包括有機(jī)相變材料和多個(gè)合金柱體；其中，相鄰所述合金柱體之間、以及所述合金柱體與所述腔體的腔體壁之間沉積有所述有機(jī)相變材料以形成有機(jī)相變材料體；所述腔體的第一腔體壁為冷板；所述冷板的一面與所述多重相變工質(zhì)的一面接觸，所述冷板的另一面通過熱拓展石墨層與電子設(shè)備連接。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)多重相變工質(zhì)熔化過程中導(dǎo)熱性能和自然對(duì)流的協(xié)同強(qiáng)化，進(jìn)而提升彈載電子設(shè)備散熱器的散熱性能，確保導(dǎo)彈系統(tǒng)的工作精度和工作性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及彈載電子設(shè)備散熱技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于多重相變工質(zhì)的儲(chǔ)熱式散熱器。

背景技術(shù)

隨著超大規(guī)模集成電路和大功率電子器件在彈載電子設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，其彈載電子設(shè)備在工作過程中的局部熱流密度會(huì)隨著集成度的提高而增大，亟需高效的散熱技術(shù)。由于彈載電子設(shè)備和常規(guī)電子設(shè)備存在不同，彈載電子設(shè)備內(nèi)部空間和自身重量對(duì)性能的提升有著嚴(yán)格的限制，工作時(shí)外部工作環(huán)境會(huì)產(chǎn)生劇烈變化，尤其在導(dǎo)彈飛行中段和導(dǎo)彈飛行末段工作的電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生更高的熱流密度。以上問題致使彈載電子器件的熱設(shè)計(jì)越來越具有挑戰(zhàn)性，如果不能優(yōu)化散熱方式，將會(huì)造成電子器件溫度迅速升高，從而造成一定的損傷，這對(duì)導(dǎo)彈系統(tǒng)的打擊精度有著顯著影響。且當(dāng)溫度超過一個(gè)臨界值，某些電子器件會(huì)完全失效，嚴(yán)重影響整個(gè)導(dǎo)彈系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)的成敗。

針對(duì)彈載電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)，目前的設(shè)備大多依靠自身金屬構(gòu)件的熱容以及以相變材料為核心的熱沉瞬態(tài)儲(chǔ)熱技術(shù)來被動(dòng)吸收電子器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。隨著對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的重量和體積要求愈加苛刻，不但自身金屬構(gòu)件的重量受限，而且其熱容逐漸無法滿足電子設(shè)備的熱耗。傳統(tǒng)的金屬儲(chǔ)熱材料多為黃銅和鋁合金，二者的重量分別是石蠟的10倍和3倍，但比熱容分別為395J·kg^-1·K^-1和921J·kg^-1·K^-1，僅有石蠟的五分之一和二分之一。因此，利用相變材料代替金屬裝置從而設(shè)計(jì)成具有能量緩沖作用的相變儲(chǔ)熱式散熱器，在防止彈載電子器件過熱失效方面將會(huì)提供有效解決方案。

相變儲(chǔ)能的核心是相變材料(PCM)，選擇合適的PCM對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的有效利用起著至關(guān)重要的作用。常用的工質(zhì)分為有機(jī)相變材料、無機(jī)相變材料、復(fù)合相變材料和低熔點(diǎn)合金。其中，以石蠟為代表的有機(jī)相變材料具有熔化潛熱大、成本低、物化性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，從而獲得更加廣泛的應(yīng)用。由于石蠟具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，嚴(yán)重阻礙了散熱器在工作過程中能量的儲(chǔ)存和釋放。為提升相變儲(chǔ)能的效率，現(xiàn)多通過在PCM中加入多孔介質(zhì)、高導(dǎo)熱性能的納米粒子、熱管以及增添翅片等來實(shí)現(xiàn)。雖然這些方法有助于提升石蠟的導(dǎo)熱性能，但是同時(shí)抑制了石蠟熔化過程中的自然對(duì)流作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于多重相變工質(zhì)的儲(chǔ)熱式散熱器，實(shí)現(xiàn)多重相變工質(zhì)熔化過程中導(dǎo)熱性能和自然對(duì)流的協(xié)同強(qiáng)化，進(jìn)而提升導(dǎo)彈系統(tǒng)的工作精度和工作性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種基于多重相變工質(zhì)的儲(chǔ)熱式散熱器，包括腔體以及布置在腔體內(nèi)部的多重相變工質(zhì)；所述多重相變工質(zhì)包括有機(jī)相變材料和多個(gè)合金柱體；其中，相鄰所述合金柱體之間、以及所述合金柱體與所述腔體的腔體壁之間注入所述有機(jī)相變材料以形成有機(jī)相變材料體；

所述腔體的第一腔體壁為冷板；所述冷板的一面與所述多重相變工質(zhì)的一面接觸，所述冷板的另一面通過熱拓展石墨層與電子設(shè)備連接。

可選的，所述腔體的第二腔體壁為與所述冷板平行的頂蓋，所述頂蓋與所述多重相變工質(zhì)的另一面之間設(shè)有第一空氣腔。

可選的，所述有機(jī)相變材料體開設(shè)有多個(gè)第二空氣腔；所述第二空氣腔開設(shè)有第一開口端和第二開口端，所述第二空氣腔的第一開口端與所述冷板的一面接觸，所述第二空氣腔的第二開口端與所述第一空氣腔連通。

可選的，所述第二空氣腔設(shè)置在兩個(gè)所述合金柱體之間。