[发明专利]一种基于多重相变工质的储热式散热器

说明书

本发明公开了一种基于多重相变工质的储热式散热器，涉及弹载电子设备散热技术领域，包括腔体以及布置在腔体内部的多重相变工质；所述多重相变工质包括有机相变材料和多个合金柱体；其中，相邻所述合金柱体之间、以及所述合金柱体与所述腔体的腔体壁之间沉积有所述有机相变材料以形成有机相变材料体；所述腔体的第一腔体壁为冷板；所述冷板的一面与所述多重相变工质的一面接触，所述冷板的另一面通过热拓展石墨层与电子设备连接。本发明能够实现多重相变工质熔化过程中导热性能和自然对流的协同强化，进而提升弹载电子设备散热器的散热性能，确保导弹系统的工作精度和工作性能。

技术领域

本发明涉及弹载电子设备散热技术领域，特别是涉及一种基于多重相变工质的储热式散热器。

背景技术

随着超大规模集成电路和大功率电子器件在弹载电子设备中的广泛应用，其弹载电子设备在工作过程中的局部热流密度会随着集成度的提高而增大，亟需高效的散热技术。由于弹载电子设备和常规电子设备存在不同，弹载电子设备内部空间和自身重量对性能的提升有着严格的限制，工作时外部工作环境会产生剧烈变化，尤其在导弹飞行中段和导弹飞行末段工作的电子设备会产生更高的热流密度。以上问题致使弹载电子器件的热设计越来越具有挑战性，如果不能优化散热方式，将会造成电子器件温度迅速升高，从而造成一定的损伤，这对导弹系统的打击精度有着显著影响。且当温度超过一个临界值，某些电子器件会完全失效，严重影响整个导弹系统作战任务的成败。

针对弹载电子设备的热设计，目前的设备大多依靠自身金属构件的热容以及以相变材料为核心的热沉瞬态储热技术来被动吸收电子器件工作时产生的热量。随着对整个系统的重量和体积要求愈加苛刻，不但自身金属构件的重量受限，而且其热容逐渐无法满足电子设备的热耗。传统的金属储热材料多为黄铜和铝合金，二者的重量分别是石蜡的10倍和3倍，但比热容分别为395J·kg^-1·K^-1和921J·kg^-1·K^-1，仅有石蜡的五分之一和二分之一。因此，利用相变材料代替金属装置从而设计成具有能量缓冲作用的相变储热式散热器，在防止弹载电子器件过热失效方面将会提供有效解决方案。

相变储能的核心是相变材料(PCM)，选择合适的PCM对储能系统的有效利用起着至关重要的作用。常用的工质分为有机相变材料、无机相变材料、复合相变材料和低熔点合金。其中，以石蜡为代表的有机相变材料具有熔化潜热大、成本低、物化性质稳定等优点，从而获得更加广泛的应用。由于石蜡具有较低的导热系数，严重阻碍了散热器在工作过程中能量的储存和释放。为提升相变储能的效率，现多通过在PCM中加入多孔介质、高导热性能的纳米粒子、热管以及增添翅片等来实现。虽然这些方法有助于提升石蜡的导热性能，但是同时抑制了石蜡熔化过程中的自然对流作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多重相变工质的储热式散热器，实现多重相变工质熔化过程中导热性能和自然对流的协同强化，进而提升导弹系统的工作精度和工作性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于多重相变工质的储热式散热器，包括腔体以及布置在腔体内部的多重相变工质；所述多重相变工质包括有机相变材料和多个合金柱体；其中，相邻所述合金柱体之间、以及所述合金柱体与所述腔体的腔体壁之间注入所述有机相变材料以形成有机相变材料体；

所述腔体的第一腔体壁为冷板；所述冷板的一面与所述多重相变工质的一面接触，所述冷板的另一面通过热拓展石墨层与电子设备连接。

可选的，所述腔体的第二腔体壁为与所述冷板平行的顶盖，所述顶盖与所述多重相变工质的另一面之间设有第一空气腔。

可选的，所述有机相变材料体开设有多个第二空气腔；所述第二空气腔开设有第一开口端和第二开口端，所述第二空气腔的第一开口端与所述冷板的一面接触，所述第二空气腔的第二开口端与所述第一空气腔连通。

可选的，所述第二空气腔设置在两个所述合金柱体之间。