一种散热方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种散热方法和系统。该系统包括：储存容器，用于预先储存液态的工作物质；控制元件，用于当热负载工作发热时，控制所述储存容器向蒸发器释放所述工作物质；所述蒸发器，用于利用所述工作物质的气化，吸收所述热负载产生的热量，并释放所述热量。本发明专利技术有效地解决了现有技术无法应对散热系统体积、重量和能耗过大，无法满足实际应用需要的问题。本发明专利技术通过瞬时或短时释放工作物质来平衡热负载产生的相对较大的瞬时或短时热量，与常规制冷装置相比较，可利用相对较小的体积、重量以及电能消耗来平衡相对较大的瞬时/短时热负载。

【技术实现步骤摘要】
一种散热方法和系统
本专利技术涉及冷却及控温领域，特别是涉及一种散热方法和系统。
技术介绍
在激光等行业中，由于散热而引起的问题极为突出，始终制约着高功率激光技术的发展。激光器等大功率电子设备产生的热量远超出了常规电子设备，热管理技术成为实现激光器等大功率电子设备正常工作所需要突破的最关键问题之一。常规电子设备的瞬时产热量相较于其平均产热量而言变化相对连续、稳定，平均产热量和瞬时产热量多处于瓦级到千瓦级之间。大功率激光器瞬时产热量相较于其平均产热量而言变化较为剧烈，典型的平均产热量处于十千瓦级到百千瓦级之间，瞬时产热量可达到兆瓦级及以上，然而，在大功率激光器工作间歇期间产热量几乎为零。但是，现有的热管理系统，只适用于稳定的或者不发生剧烈变化的常规电子设备。当产热量剧烈变化时，热管理系统的制冷量也需要随之剧烈变化，并且制冷量必须要大于产热量的峰值，当大功率激光器工作间歇时，即便产热量为零，热管理系统也不能停止工作，以便应对大功率激光器的下一次产生的热量。这样必然造成热管理系统的体积、重量和能耗过大，而且快速、频繁的变化制冷量容易使热管理系统出现故障。现有的热管理系统，一般的热量传递路径如图1所示。以最常见的蒸汽压缩式制冷装置为例进行说明，电子设备（热负载）产生的热量传递至冷却器，冷却器将热量依次传递至蒸发器、冷凝器，最后传递至大气环境。在器件级传热部分，电子设备中产生的热量经热连接层直接传递至冷却器，在系统级传热部分，一般采用载冷剂、制冷剂和大气环境中的空气等三种流体作为传热媒介，逐步将热量从冷却器中移出，送至环境中。系统级传热过程中又必须有驱动这几种流体循环流动的机械，电动泵运输载冷剂，压缩机运输制冷剂，风机使得空气循环，这三种机械消耗大量的电能。一般来说，热量传递越接近末端，则热流密度越小，同时所需要的传热器件的体积和重量越大，而且，大功率电子设备产生的热量变化剧烈，会瞬时产生大量热量，传热器件的体积和重量过大，造成热管理系统成本耗费严重。总之，针对激光器等大功率电子设备，现有技术虽然不难移除产生的大量热量，但是其体积、重量和能耗过大，无法满足实际应用需要。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术提供了一种散热方法和系统，用以解决现有技术无法应对热管理系统（散热系统）体积、重量和能耗过大，无法满足实际应用需要的问题。为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案来实现的。本专利技术提供了一种散热系统，包括：储存容器，用于预先储存液态的工作物质；控制元件，用于当热负载工作发热时，控制所述储存容器向蒸发器释放所述工作物质；所述蒸发器，用于利用所述工作物质的气化，吸收所述热负载产生的热量，并释放所述热量。其中，所述系统还包括气液分离器，具体用于：接收所述蒸发器排放的工作物质；分离气化的工作物质和未气化的工作物质；排放所述气化的工作物质，并将所述未气化的工作物质储存至所述储存容器中，以将所述未气化的工作物质再次用于吸收所述热负载产生的热量。其中，所述控制元件包括：启动阀，用于开启或关闭所述储存容器；控制阀，用于调节所述蒸发器内外的压差。其中，所述系统还包括：在所述蒸发器和所述热负载之间安装冷却器；其中，所述冷却器用于在所述热负载工作发热时，通过循环载冷剂，将所述热负载产生的热量传递至所述蒸发器。其中，所述系统还包括：在所述蒸发器中安装传感器；其中，所述传感器用于测量所述蒸发器中的温度，以判断所述热负载是否工作发热。本专利技术还提供了一种散热方法，包括：预先储存液态的工作物质；当热负载工作发热时，控制所述工作物质向蒸发器释放；所述蒸发器利用所述工作物质的气化，吸收所述热负载产生的热量，并释放所述热量。其中，所述方法还包括：针对所述蒸发器排放的工作物质，分离气化的工作物质和未气化的工作物质；排放所述气化的工作物质，并储存所述未气化的工作物质，以将所述未气化的工作物质再次用于吸收所述热负载产生的热量。其中，所述方法还包括：在所述蒸发器和所述热负载之间安装冷却器；其中，在所述热负载工作发热时，所述冷却器通过循环载冷剂，将所述热负载产生的热量传递至所述蒸发器。本专利技术有益效果如下：本专利技术通过瞬时或短时释放工作物质来平衡热负载产生的相对较大的瞬时或短时热量，与常规制冷装置相比较，可利用相对较小的体积、重量以及电能消耗来平衡相对较大的的瞬时/短时热负载。附图说明图1是现有技术的热管理系统热量传递路径的示意图；图2是根据本专利技术一实施例的散热系统的结构示意图；图3是根据本专利技术一实施例的散热方法的流程图；图4是根据本专利技术一实施例的散热系统热量传递路径的示意图；图5是根据本专利技术另一实施例的散热系统热量传递路径的示意图。具体实施方式为了解决现有技术无法应对热管理系统体积、重量和能耗过大，且无法满足实际应用需要的问题，本专利技术提供了一种散热方法和系统，以下结合附图以及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。如图2所示，图2是根据本专利技术一实施例的散热系统的结构示意图。该系统包括大功率热负载、一个或多个储存容器、蒸发器、一个或多个控制元件、控制中心（图中未示出）、气液分离器。各个器件之间通过连接管路相连接。其中，根据不同的用途，控制元件分为启动阀和控制阀两种。系统中各个器件的连接方式为：每个储存容器通过连接管路与蒸发器一端连接，并在每个储存容器与蒸发器之间的连接管路上设置启动阀。蒸发器连接热负载，保证热负载传热良好。蒸发器通过连接管路与气液分离器相连接，并在蒸发器与气液分离器之间的连接管路上设置控制阀。气液分离器连接直通大气环境的出口。控制中心通过有线或无线的方式控制启动阀和控制阀。热负载是指在工作时可以产生热量的热源。进一步地，该热源是大功率、间歇工作式热源，热源在工作时，会瞬时或短时产生大量热量，停止工作时，产生的热量基本为零。每个储存容器用于预先储存液态的工作物质。工作物质为消耗性工作物质，用于通过气液相变的方式吸收热量。气液相变包括：蒸发与凝结。其中：凝结是指物质由气态转变为液态的过程，蒸发（气化）是指物质由液态转变为气态的过程。本专利技术优选地，利用工作物质气化过程中需要吸收热量这一特性，来吸收热负载产生的热量，进而实现排放热量的目的。在吸收热量前，工作物质的状态为液态，在常温加压的情况下，被储存在储存容器中。该工作物质可以在常温环境或者其它环境温度下长期储存。例如：采用CH2FCF3（四氟乙烷）作为工作物质，将CH2FCF3常温加压储存在储存容器内部，如，在常温30摄氏度、压力为2MPa（20bar）时，将CH2FCF3充入储存容器中，此时CH2FCF3为液态（不饱和液体）。针对该液态的工作物质而言，当温度升高和/或压力减小时，工作物质的状态会由液态转变为气态，并且在气液相变的同时，工作物质会吸收大量的热量。进一步地，工作物质在气液相变过程中可以实现两相（液态和气态）流动换热。两相流动换热是有相变的对流换热，在换热过程中，两相流动换热的表面传热系数要比单相流体的对流换热高出几倍甚至几十倍，对温度响应快。蒸发器是为工作物质吸收热量所提供的空间，利用工作物质的气化，吸收热负载产生的热量，并释放热量。蒸发器本身具有散热能力，可以在蒸发器内设置微通道阵列、微射流冲击阵列、金属泡沫等强化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种散热系统，其特征在于，包括：储存容器，用于预先储存液态的工作物质；控制元件，用于当热负载工作发热时，控制所述储存容器向蒸发器释放所述工作物质；所述蒸发器，用于利用所述工作物质的气化，吸收所述热负载产生的热量，并释放所述热量。

【技术特征摘要】
1.一种散热系统，其特征在于，包括：储存容器，用于预先储存液态的工作物质；控制元件，用于当热负载工作发热时，控制所述储存容器向蒸发器释放所述工作物质；其中，所述控制元件包括：启动阀和控制阀；启动阀，用于开启或关闭所述储存容器；控制阀，用于调节所述蒸发器内外的压差；所述蒸发器，用于利用所述工作物质的气化，吸收所述热负载产生的热量，并释放所述热量；气液分离器，用于接收所述蒸发器排放的工作物质；分离气化的工作物质和未气化的工作物质；排放所述气化的工作物质，并将所述未气化的工作物质储存至所述储存容器中，以将所述未气化的工作物质再次用于吸收所述热负载产生的热量。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：在所述蒸发器和所述热负载之间安装冷却器；其中，所述冷却器用于在所述热负载工作发热时，通过循环载冷剂，将所述热负载产生的热量传递至所述蒸发器。3.如权利要求1-2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，吕坤鹏，赵鸿，徐鎏婧，王文涛，刘洋，唐晓军，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11