[发明专利]一种立体热管耦合翅片相变储能热控装置

说明书

本发明公开了一种立体热管耦合翅片相变储能热控装置，包括立体热管1、壳体2、冲灌接口3、相变材料4、内嵌翅片5与散热翅片6。所述壳体2安装在立体热管1上，相变材料4通过冲灌接口3注入壳体2，内嵌翅片5安装在壳体2内部且与立体热管1接触良好，散热翅片6安装在立体热管1上。该装置具有良好的均温特性，加速相变材料的吸放热速率，可大幅降低相变储能系统的整体传热速率，提高系统储能与散热能力，有效控制电子元器件温度。

技术领域

本发明涉及电子设备热管理技术领域。

背景技术

电子器件的高功率化与集约化为电子设备热管理带来新的挑战。电子设备热管理技术主要包括主动冷却技术与被动冷却技术。主动热控技术包含强迫风冷、液冷以及泵驱两相等，具有散热效率高、环境适应性强等特点，但会额外增加系统的空间、重量与能耗。并且对于特定场合电子器件的冷却需求，例如热源输入存在周期性波动或者瞬时峰值等场景，主动冷却技术的应用受到部分限制。被动热控技术主要包括热管、智能材料、智能涂层以及相变储能等等，可以有效纾解主动冷却技术的部分限制，提高热控系统的稳定性与可靠性，降低系统体积与重量。

相变储能技术利用工质潜热解决热量输入与输出的时间与空间不匹配问题，是一种广受关注的被动冷却技术。其工作原理是利用系统中的固态工质相变存储电子器件中产生的大量热量，在其他时间按将热量传输到外界热沉(或电子器件本身)，重新冷凝为固态，通过工质物态循环完成能量的输运。相变储能热控技术可达到热量的缓冲以及“削峰填谷”作用，可有效缓解电子器件的热冲击，保护电子设备的高效、可靠运行。相变本身的物理特质同时决定了其可以保持器件温度稳定在相变点附近，可同时解决多个器件的均温性难题，因此在动力电池热管理、航天器热控等领域得到广泛应用。相变储能系统的工质主要包括无机材料和有机材料两大类。无机相变储能材料主要包括熔融盐、低温合金以及各种水合无机盐等，具有潜热高、导热性好的优点，但部分材料存在过冷和相分离问题。有机相变储能材料包括石蜡、多元脂肪酸、多元醇等，具有价格低廉、相变温度适中可控、无过冷和相分离等优点，是应用最为广泛的中低温相变储能材料。然而有机相变材料导热系数较低，导致电子器件产生的热量不能及时传递至相变材料内部，甚至造成热源与热沉之间额外的传热热阻，影响热控系统的响应性与稳定性。通过在相变材料中掺杂高热导率介观材料与敷设高热导率传热骨架是提高相变储能系统性能的有效方法。其中，高热导率金属粉末、多壁碳纳米管以及石墨烯是常用的掺杂介观材料。但高热导率介观材料的引入虽然能显著提高基体导热系数，但可能造成复合材料潜热下降，甚至可能造成液态粘度大幅升高，削弱相变材料的自然对流传热。并且相变材料导热系数的提升并不能解决相变仅在局限区域发生的根本问题，因此一般作为辅助技术手段来提升相变储能系统性能。

上世纪60年代，金属传热骨架最早被引入相变储能系统。大量研究与应用实例证明，金属传热骨架的加入可明显缩短相变储能系统的吸放热时间，提高系统效率。随着微加工技术的迅猛发展，泡沫金属、泡沫石墨等材料陆续面世并被尝试应用于相变储能系统，其高导热率、高比表面积、高孔隙率的优点进一步提高了系统性能。

两相传热技术的迅速发展为热控系统提供了全新的思路与产品，热管便是其中的杰出代表。热管利用内部腔体工质的循环相变传递热量，其热导率可达纯铜的十倍以上，并且具有均温性好，热输运距离长等优点，非常适合解决相变储能系统中相变区域局限在热源侧的问题。有研究表明，应用热管后相变材料的融化速率增长了70％。单根热管或者热管阵列可以降低热管冷凝段与蒸发段的传热热阻，但不同热管之间的传热热阻依然较大，上述情况在多热源系统中愈加严重。

发明内容

本发明提出的一种立体热管耦合翅片相变储能热控装置，解决了相变储能热控系统相变材料之间与热源之间均温性不高的问题。

本发明提出的一种立体热管耦合翅片相变储能热控装置，包括立体热管、壳体、冲灌接口、相变材料、内嵌翅片与散热翅片。所述相变材料壳体安装在立体热管上，相变材料通过冲灌接口注入壳体，内嵌翅片安装在壳体内部且与立体热管接触良好，散热翅片安装在立体热管上。