[发明专利]一种两相散热回路主动控制系统与方法

说明书

一种两相散热回路主动控制系统与方法，包括蒸发器，蒸发器包括毛细芯，毛细芯上方设置有补偿腔，毛细芯底面上开设有蒸汽槽道并与发热芯片直接相连，蒸汽槽道与和汽体管路相连，汽体管路与冷凝器入口相连，冷凝器和微泵与补偿腔相连，微泵与补偿腔之间设置有第一电磁阀，补偿腔与微泵的入口相连，补偿腔与主储液器之间设置有第二电磁阀；芯片外露面上设置有第一温度传感器和第二温度传感器；补偿腔中设置有第一压力传感器，蒸汽槽道出口处设置有第二压力传感器；传感器和电磁阀均与PI控制系统相连。本发明中PI控制系统根据反馈的压力和温度信号，判断蒸发器的沸腾模式，形成脉冲电信号控制两个电磁阀的开度，使蒸发室处于高效薄膜蒸发状态。

技术领域

本发明属于超高热流密度散热相关领域，更具体地，涉及一种两相散热回路主动控制系统与方法，可以用于电子元器件的冷却散热等领域。

背景技术

在未来的天基应用中，电子组件的功耗不断增大，导致人们对高效的紧凑型散热系统的需求不断增加。过去，通过毛细力驱动的两相传热设备，例如毛细泵环路(CPL)和环路热管(LHP)已经满足了这些系统的热量需求。但是这些设备可能无法满足未来太空任务的迫切需求，预计新兴大功率应用(例如激光武器，高集成度雷达以及大型多任务航天器)的冷却需求将超过被动式毛细力驱动的两相传热设备(如环路热管)的传热能力。在地面应用中，数字芯片和功率器件等的单片集成度和频率不断提高，热流密度急剧增长，对高效冷却技术需求迫切；应用呈现阵列化和规模化(如数据中心、相控阵和多处理器工作站等)，对散热系统的稳定可靠性提出更高的要求。响应于不断增长的冷却需求，现已开发出了泵-毛细力混合驱动两相回路(HTPL)，HTPL具有平板式蒸发器的可扩展设计以及微泵(主动)和毛细力(被动)的创新组合，可以有效克服被动式毛细管系统的局限性，增强系统运行稳定性的同时进一步提高了高热流密度下的换热能力。

但是，HTPL还存在以下固有问题：(1)HTPL冷启动时的温度过冲，温度过冲会引起热应力，在极端情况下，可能会超过电子封装的最高工作温度。冷启动过程中发生的温度过冲是由于蒸发器内连续溢流和将蒸汽从蒸汽室及蒸汽管路中排出所需的蒸汽压力(蒸汽温度)升高引起的；(2)HTPL动态运行调控能力差，当蒸发器中热量输入改变时，蒸发器中的液体供应完全依靠毛细力来自动调节，调节范围十分有限，在较低的热流密度条件下，毛细芯结构中的弯月面会部分消失而导致工质溢流，从而使蒸发器底板发生大的温度波动，而在较高的热流密度条件下会因为毛细力的限制使蒸发器出现烧干的现象。以上两个问题一定程度上限制了HTPL的实际应用。

发明内容

针对现有技术的问题，结合HTPL的工作特点，提出一种两相散热回路主动控制系统与方法。在散热回路中增加电磁阀控制冷启动过程中液体的压力，从而降低低热量输入时的热阻，改善HTPL固有的冷启动问题；同时可以利用电磁阀控制补偿腔内液体的压力，从而控制毛细芯内的相变模式，形成高效的薄膜蒸发，避免蒸发器的连续溢流和蒸发器烧干的现象，提高HTPL动态运行过程中的稳定性。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种两相散热回路主动控制系统，包括相连的泵-毛细力混合驱动的两相散热回路和PI控制系统，泵-毛细力混合驱动的两相散热回路包括蒸发器，补偿腔，毛细芯，冷凝器，副储液器，主储液器和微泵；

其中，蒸发器包括毛细芯，毛细芯上方设置有补偿腔，毛细芯底面上开设有蒸汽槽道，蒸汽槽道与和汽体管路入口相连，汽体管路出口与冷凝器入口相连，冷凝器出口经副储液器和微泵与补偿腔入口相连，微泵与补偿腔之间设置有第一电磁阀，补偿腔经主储液器与微泵的入口相连，补偿腔与主储液器之间设置有第二电磁阀；

芯片外露面上设置有第一温度传感器和第二温度传感器；

补偿腔中设置有第一压力传感器，蒸汽槽道出口处设置有第二压力传感器；

第一压力传感器、第二压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一电磁阀和第二电磁阀均与PI控制系统相连。