[发明专利]用于使用相变材料的冷却设备的方法和装置

说明书

技术领域

本发明通常涉及冷却系统，特别是使用诸如金属氢化物的相变材料的冷却系统。

附图说明

本发明的实施例在附图的图示中通过示例而非限制的方式示出，在附图的图中相同附图标记表示相似的部件。

图1是根据一些实施例的冷却装置的透视图。

图2示出了根据一些实施例的氢气从容器A移动到容器B的能量转移过程。

图3示出了根据一些实施例的氢气从容器B移动到容器A的对环境的受控能量释放。

图4是根据一些实施例的具有电可控隔膜阀的冷却系统的示意图。

图5是示出了根据一些实施例的在示例中在室温下在PEM膜的任一侧作为时间的函数的H₂的压力图。

图6是示出了根据一些实施例的针对H₂通过图5的隔膜进行传输的电流对比时间的视图。

具体实施方式

小的形状因数设备(例如智能电话和平板计算机)可能会受外皮温度人体工程学极限和内部部件结温度的热制约。工业设计趋势是在提高性能的同时将这些装置制造得尽可能的薄。使装置变薄并且提高性能的综合影响恶化了热问题，使得外皮温度(Tskin)成为主要的制约。热工程师优化它们的设计(部件放置，热量分布，热控制算法)，但是期望的性能极限在这些较薄的系统中可能仍是不足的。

改进的热技术包括利用相变材料(PCM)来储存在装置升温时的散热，以吸收在例如视频会议的涡轮(处理器加速)偏移或扩展的高端性能期间的热量。PCM的一种示例是例如二十烷的石蜡，其在37摄氏度下熔化。熔点可以基于例如Tskin的制约而选择。为了具有竞争力，电子平台应该设计成限制它们的外皮温度。用于玻璃的典型人体工程学的Tskin极限是40摄氏度，并且对于诸如铝的金属是38摄氏度。在相变熔化过程期间(固体到液体)，用于石蜡的蓄能能力或潜热是大约200J/gram。在处理固体/液体PCM时的问题是由于它们在熔化时变成液体，因此它们通常必须被容纳。此外，这种PCM的热传导率可能是极低的(0.25W/m开氏温度)。所以有效地利用这种PCM可能需要使用散热器和密封容器。传统的PCM潜热也可能并非很引人注目。此外，熔化过程很少受到控制。因此，希望有新的方法。

在一些实施例中，公开了冷却(或传热)装置，其使用可控的蓄能过程，使得在电子系统中当用于部件的扩展性能需要时可以迅速地移除热量。例如，这种公开的系统在容许的极限内可用来保持它们的Tskin和部件结温度(TJ)。在一些实施例中，例如金属氢化物的相变材料(其从固体变化到气体并且返回到固体)可用于在潜热相变转换期间迅速地吸收能量，并且在一些实施例中，将其传送离开区域(或部件)以被冷却。

图1示出了根据一些实施例的冷却系统。通常包括第一容器(容器A)，第二容器(容器B)、可控阀以及通过可控阀将容器A流体地耦合到容器B的管。容器A包括金属氢化物(例如MmNi4.15Fe0.85)，并且容器B也包括金属氢化物。在一些实施例中，容器B具有诸如LaNi4.8Sn 0.2的金属氢化物，其可以具有比容器A低的相关联的相变温度。这些AB₅金属氢化物或其它金属氢化物可以储存相对大量的热能，例如，是现在使用的从固体转变到液体的诸如石蜡的PCM材料的热能的3到4倍。

另外参考图2和3，第一容器(A)从用于计算平台装置(例如智能电话、平板计算机、PC、服务器等)的电子部件(例如CPU或SoC芯片)热导热量。在消耗大量功率的高性能偏移期间，热量可以被传导离开芯片，从而将增加的能量消散到容器A中的金属氢化物(例如，AB₅金属氢化物)。(注意为了易于说明，而使用简单的芯片，但是应该意识到任何热功率源都可以使用本文论述的方法进行冷却。冷却容器或其组合可以安装到电子设备或其它设备的任何希望的部分。)

容器应该由合适的结构制成，例如容器设计成在预期最坏情况的温度和压力下可靠地容纳氢气。虽然这种典型的情况少有，如果没有用于这种技术的液体容纳需求，将仍然需要合理地容纳氢气(H₂)。一个方法可以使用非常薄的不锈钢容器以容纳金属氢化物，其通常具有粉末形式。容器可以小型化以安装在小的形状因数平台上，例如智能电话、平板计算机，或其它小的移动电子设备，如图3所示。