[发明专利]一种非相变超导内循环散热系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种散热系统，尤其涉及一种非相变超导内循环散热系统。

背景技术

当今，随着军用及民用电子通讯技术的迅速发展，高性能芯片、集成电路以及半导体电路的应用越来越广泛。发热元件的功率不断增大，发热元件散热就愈发显得重要。发热元件散热是对发热元件的运行温度进行控制(或称热控制)，以保证其工作的稳定性和可靠性。散热技术越来越成为电子设备开发、研制中非常关键的技术。

目前，现有的三大散热技术—风冷技术、相变热管技术和水冷技术，虽然都能够在一定程度上解决发热元件的散热问题，但是，这些散热技术也均各有其缺点：

⑴风冷技术要求室温环境低，因此，其对适用场合具有较大的局限性。

⑵相变热管在长期使用后会产生不凝汽，导致传热效率降低，而且由于不凝汽造成管内压力升高，使得相变热管存在安全隐患。

⑶在水冷技术中，一旦水泄露，会引起设备短路，导致设备损坏，更甚者，会引发重大安全事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、制造成本低、传热效率高、适用广泛的非相变超导内循环散热系统。

本发明的目的通过以下的技术措施来实现：一种非相变超导内循环散热系统，其特征在于：它包括非相变传热管路、热收集器和换热单元，所述热收集器和换热单元通过非相变传热管路连通并形成一循环回路，该循环回路内有非相变超导传热工质，所述热收集器收集发热元件的热量，同时加热非相变超导传热工质，非相变超导传热工质沿着非相变传热管路流动，将热量传至换热单元，由换热单元将热量传导出去，换热后的非相变超导传热工质沿着非相变传热管路流回热收集器，进行下一次循环过程。

本发明可及时快速地将大热流、大热量散发出去，热流密度大，传热效率高，可达30～2000W/㎡，为发热元件提供适宜的工作温度，并且因非相变超导传热工质内循环优良的均温性使得发热元件均温，工作状态均衡，延长使用寿命，本发明非相变超导传热工质快速循环，快速均温，远距离传热温差小，最小可达±0.5℃；而且，本发明使用时无方向、空间要求，可以实现反重力传导。本发明传热方向可控，工质循环方向可控，功率可控，响应速度可控；本发明可广泛适用于各种结构形式的散热系统，各种工作环境，满足各种散热要求。本发明适用于激光、武器核心部件冷却、超级计算机核心部件冷却、推进器冷却(航空、航天、导弹推进设备冷却)、专用设备军事隐身以及熔体急冷的非晶金属制备等领域，适用领域十分广泛。

为了实现传热方向可控和增强系统适应性，作为本发明的一种改进，所述非相变超导内循环散热系统还包括用于驱动非相变超导传热工质流动的循环泵，所述循环泵设置在所述非相变传热管路的内部。本发明采用主动+被动式启动，响应速度快，启动温差小，无重力影响。循环泵可在其所处环境压力相对大气压力较高时做功。循环泵应该满足与非相变超导传热工质相容性要求，通过其循环作用使非相变传热方式呈主动+被动式。增强环境适应性，结构适应性，空间适应性，控制并调节启动温差、传热方向和传热性能。同时，循环泵壳体的设计应使其具有较强的承压性，并且壳体内工质满腔运行使循环泵内部压力相同，运行时几乎没有压阻，减小电功率消耗，从而提高循环泵效率。

本发明所述换热单元的换热形式是液冷或气冷或压缩机制冷。例如，当本发明系统应用于发热元件工作区时，循环回路内可充装泄露后为气态的工质，例如R134a、R22等，避免使用水为工质时由于泄露引起的短路问题，安全可靠，进一步的，可将换热单元引出到非发热元件工作区，这时换热单元便可以采用水冷；当应用在周围环境温度高的工作区时，换热单元可引出到环境低温处，直接采用自然风冷或风机风冷，极大的降低系统功耗；当自然环境较差或发热元件需要低温工作时，换热单元的换热形式是压缩机制冷。因此，换热单元可以采用任何换热形式。

本发明所述非相变超导传热工质按使用温度区分，可满足不同工作环境：

所述非相变超导内循环散热系统在温度为0～200K的环境中运行，所述非相变超导传热工质采用单元素形式的纯化学物质和化合物。所述纯化学物质是氦、氩、氪、氮或氧，所述化合物是乙烷或氟利昂。

所述非相变超导内循环散热系统在温度为200～550K的环境中运行，所述非相变超导传热工质采用氟利昂、氨、酒精、丙酮、水或某些有机化合物。

所述非相变超导内循环散热系统在温度为500～750K的环境中运行，所述非相变超导传热工质采用硫磺、水银、碱金属或者某些化合物，如导热姆换热剂。