[实用新型]一种用于热点抑制的多相耦合相变传热装置

说明书

本发明公开了一种用于热点抑制的多相耦合相变传热装置，包括壳体、导热骨架、汽液相变层、固液相变层、流道。导热骨架阵列分布在固液相变层内部，骨架内部为中空结构且与汽液相变层联通。液体工质进入汽液相变层，受热发生相变形成汽液两相工质，蒸汽在浮升力作用下进入导热骨架，与固液相变层进行换热，冷凝后的液体工质在重力作用下回流到汽液相变层。针对均温性要求较高的电子设备，通过汽液相变和固液相变耦合，增强了装置的均温性，此外，对于具有冲击热流的电子设备，多相耦合的蒸发器可以有效抑制其瞬时温升。本发明利用多相耦合散热技术，可以有效提升电子设备均温性，抑制设备瞬态热冲击引起的温升，增强了设备的可靠性与稳定性。

技术领域

本发明属于电子设备散热技术领域。

背景技术

随着散热技术的不断发展，电子设备不再仅仅需要控制其最高温度，其对温度均匀性也提出了更高的要求。尤其对于雷达、微波探测装置等均温性要求高的设备，其探测精度的等级随着温度梯度的降低能够得到较大的提升。近年来，以热管为代表的汽液相变换热技术因为其高均温性和高热导率得到了广泛的应用，理论上说工质在蒸发器内部吸热后干度增加而温度基本不变，但是在实际工作过程中由于沿程阻力损失与局部阻力损失的影响，沿散热段流体的压头减小，所产生的压差将引起温度差，随着温度的升高局部区域会产生过热蒸汽并聚集，从而造成该区域温度升高形成热点，降低蒸发器的均温性能。

此外，大多芯片的待机发热量低而运行时发热量大，瞬间温升快，会形成热冲击，瞬态的热冲击会造成局部区域工质快速汽化，大量蒸汽不能及时排散，聚集在热点处，造成温度进一步升高，形成恶性循环，从而降低器件的性能与使用寿命。

对于具有高热流密度的器件而言，其表面更容易形成热点，造成温度不均。研究人员对适用于高热流密度器件的散热装置进行了很多研究，文献1(于新刚；徐侃；苗建印；满广龙；陈灵；王德伟.一种用于高热流电子器件散热的泵驱两相回路装置CN107454797B)提出了一种用于高热流电子器件散热的泵驱两相回路装置，利用工质在循环流动过程中的蒸发吸热和冷凝放热过程，进行热量收集和输运，采用的蒸发器中包括微槽道和翅片，在高热流区域采用微槽道散热，增大局部区域的换热系数，在低热流区域采用翅片扇热，由于蒸发器中微槽道区域和翅片区域的面积差异大，微槽道中工质进入翅片区域时由于体积迅速膨胀，工质温度降低，有利于翅片区域的器件散热。该发明采用不同的结构搭配利用较小的资源代价解决了功率高低不同的器件的散热问题，但是未涉及抑制热点，提升均温性能的方法，对于均温性要求较高或者具有瞬态热冲击的电子设备，装置蒸发器内部没有能够及时排散瞬时形成的大量蒸汽的空间，会形成局部热点，造成温度不均。文献2(张嘉杰；阴继翔；马素霞；王磊.一种阵列射流、固液相变相耦合的电子器件散热方法CN107567247B)提出了一种阵列射流、固液相变相耦合的电子器件散热方法，目的在于解决大功率电子器件高热流密度散热问题，实施所述方法的结构为阵列射流结构；实施所述方法的流动工质为相变纳胶囊悬浮液，相变纳胶囊悬浮液与目标物发生热交换，实现对目标物的温度控制。本发明将相变纳胶囊悬浮液用于浸没式阵列射流冲击换热，其中相变囊芯的固液相变换热以及纳胶囊颗粒的扰流作用可明显提高阵列射流的换热性能，实现对高热流密度条件下目标物的散热需求，但是该发明对于具有不同热流密度的电子器件同样没有涉及抑制热点，提升均温性能的方法，不满足电子器件高均温性需求。文献3(林俊宏.均温板和热管组合结构及其组合方法CN107664452A)提出了均温板和热管组合结构及其组合方法，利用热管和均温板的穿设连接和固定，连接热管和均温板内部毛细结构，提升液态工作流体的回流速度，但是该发明未针对局部热点提出抑制其温度的方法，仍然会有蒸汽聚集在局部热点区域，降低其均温性。

发明内容

为解决电子设备局部热点温度高，均温性需求无法满足的问题，本发明提出了一种用于热点抑制的多相耦合相变传热装置，通过汽液相变和固液相变耦合技术提升电子设备均温性，抑制具有瞬态热冲击的电子设备的温升。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：