[发明专利]一种模块化双相变复合热控系统装置及换热方法

说明书

本发明提供了一种模块化双相变复合热控系统装置及换热方法，所述的系统装置包括依次连接的相变储热模块和真空闪蒸换热模块；相变储热模块内设置有储热材料，以及至少一个插入相变储热模块的蒸发管组；真空闪蒸换热模块包括壳体，壳体内设置有至少一个与蒸发管组连接的冷凝管组，壳体内顶部设置有雾化组件。所述的换热方法包括：热流体与储热材料进行换热，储热材料升温储热后，并对蒸发管组内的换热介质加热，加热后的换热介质进入真空闪蒸换热模块中的冷凝管，雾化组件向壳体内喷入有机工质对冷凝管进行冷凝，冷凝后的换热介质回流至蒸发管组。本发明通过相变储热、热管换热和真空闪蒸喷雾冷却技术相结合，具有换热效率高等特点。

技术领域

本发明属于热控技术领域，涉及热控系统装置，尤其涉及一种模块化双相变复合热控系统装置及换热方法。

背景技术

随着微电子技术、激光技术及航空航天技术的飞速发展，电子元器件的集成化与规模化程度越来越高，导致设备发热功率不断攀升，甚至关键元器件每平方厘米会产生数百瓦至上千瓦的热量，极大地增加了器件失效概率。10℃法则指出：电子器件的可靠性与温度是密切相关的，当温度为70～80℃时，每上升10℃，其可靠性下降达到50％。传统的散热方式如自然对流、强制对流和普通热管散热等已无法满足电子技术发展的需求。因此如何高效、可靠地解决高热流密度器件的快速散热问题极为重要。

针对大功率设备冷却的需求，现有高效换热技术主要包括射流冲击冷却、微通道冷却和喷雾冷却三类。射流冲击冷却技术是冷却工质在压力差的作用下经过喷嘴以高速射流喷向被冷却部件，工质与表面进行对流换热达到冷却降温的目的。射流冲击换热系数比常规对流换热的传热系数要高出几倍，但有其局限性：比如冲击区域边缘会有干涸现象，导致该区域传热能力较差，极易造成器件的损毁。微通道冷却技术是采用精密加工方法在金属基板上制造微尺度通道，液体在流过通道时带走热量，正常运行时热流密度可以达到100W/cm²以上，但其不足在于：因微通道结构非常复杂且都是微观尺寸，当冷却工质长期流经通道较易造成堵塞及结垢，导致通道内的压力损失增大，需要强大的外力驱动。喷雾冷却是将连续的液体工质加压后通过喷嘴雾化成无数的离散型小液滴，液滴以较高的速度冲击到被冷表面，形成一层液膜，通过单相对流和两相沸腾而带走热量的一种冷却方式，热流密度可达1000W/cm²，因其体积小、散热能力强、冷却过程温差小、工质需求量小、无沸腾滞后性、与固体表面之间无接触热阻和运行稳定可靠等优点而备受关注。

CN109041523A公开了一种基于超声雾化的合成双射流喷雾冷却装置，将双射流激励器与超声微孔雾化片进行组合，由雾化片对冷却液进行雾化，再由合成双射流模块将雾滴以合成双射流的独特性质喷出，该装置的喷雾速度、方向、脉冲频率均可进行调节，具有结构紧凑、散热能力强、能耗低和控制灵活等特点。但是其受电子元器件的结构导致散热空间小的问题，从而无法有效进行散热，此外，射流冲击极易造成器件的损毁。

CN103841797A公开了一种散热结构，包括散热器、风扇及喷水装置，水箱内的水流入出水管处分别形成液滴，风扇将出水管处的液滴雾化形成水雾，水雾被吹向并附着在散热器上，风扇产生的气流同时使附着在散热器上的水雾蒸发而带走所述散热器上的热量。但是其受电子元器件的复杂换热面影响，在电子元器件表面产生的水膜阻碍传热，并且存在安装困难等问题。

现有热控装置均存在受电子元器件的结构影响导致的安装困难和散热效果差等问题，因此，如何在保证热控装置具有优良散热效果的情况下，还具有便于安装和布置灵活等特点，成为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种模块化双相变复合热控系统装置及换热方法，本发明通过相变储热、热管换热和真空闪蒸喷雾换热技术相结合，更有利于电子元器件大冷量散热的需求，为电子元器件的安全稳定运行提供多重保障。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：