本发明专利技术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。本发明专利技术通过相变储热、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。点。点。
【技术实现步骤摘要】
一种模块化双相变复合热控系统装置及换热方法
[0001]本专利技术属于热控
，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。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
技术实现思路
[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术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，本专利技术通过相变储热、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。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种模块化双相变复合热控系统装置，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；所述的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所述蒸发管组；所述的真空闪蒸换热模块包括壳体，所述壳体内设置有至少一个与蒸发管组连接的冷凝管组，所述壳体内顶部设置有雾化组件；热流体与所述储热材料进行换热，蒸发管组内被加热的换热介质进入冷凝管组冷凝，冷凝后回流至蒸发管组。
[0010]本专利技术中，热流体对储热材料换热，储热材料相变储热并加热蒸发管组内的换热介质，加热后的换热介质进入冷凝管组，与雾化组件喷出的小液滴换热，通过相变储热、热管换热和真空闪蒸喷雾换热技术相结合，多次相变换热，具有高传热系数，更有利于电子元器件极端条件下大冷量散热的需求，为电子元器件的安全稳定运行提供多重保障。
[0011]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述的蒸发管组包括沿水平方向并排设置的至少一个蒸发管。
[0012]优选地，相邻所述蒸发管组中的蒸发管交错排布。
[0013]本专利技术通过蒸发管交错排布，有利于维持相变储热模块内部空间温度场的均匀性，进一步地提升高密度热流的传输速率。
[0014]优选地，相变储热模块内部设置有多孔泡沫金属骨架，所述多孔泡沫金属骨架的孔隙内设置有储热材料。
[0015]优选地，所述的蒸发管插入所述多孔泡沫金属骨架内。
[0016]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述的储热材料包括相变储热材料。
[0017]本专利技术通过相变储热材料，利用相变潜热能够吸收并储存大量的热量，储热材料发生相变，但温度几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，从而保证与换热介质的换热温差。
[0018]优选地，所述的相变储热材料包括水合盐类和/或石蜡。
[0019]优选地，所述的水合盐类包括三水合醋酸钠、十水合硫酸钠或十二水合磷酸氢二钠中的任意一种或至少两种的组合。
[0020]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述的冷凝管组包括沿水平方向并排设置的至少一个冷凝管，所述冷凝管分别独立连接所述的蒸发管。
[0021]优选地，相邻所述的冷凝管组中的冷凝管交错排布。
[0022]优选地，所述雾化组件包括至少一个雾化喷嘴，所述雾化喷嘴的喷出方向与所述冷凝管的轴线垂直，所述雾化喷嘴用于向壳体内喷射有机工质。
[0023]本专利技术通过雾化喷嘴，将有机工质由小液滴的形式与冷凝管进行接触，有机工质小液滴在冷凝管外表面闪蒸气化，冷凝管内的换热介质冷凝回流，具有很强的换热能力，并且冷凝过程的温差小。
[0024]优选地，所述的雾化喷嘴呈矩阵排布。
[0025]本专利技术通过设置矩阵排布的雾化喷嘴，有利于雾化后的微小液滴与冷凝管充分接触，并完成闪蒸气化，实现对冷凝管中换热介质的快速换热。
[0026]优选地，所述的换热介质包括氨和/或氟利昂类工质。
[0027]优选地，所述的氟利昂类工质包括二氯一氟甲烷和/或三氯三氟乙烷。
[0028]优选地，所述的有机工质包括正戊烷和/或乙醇。
[0029]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述的壳体顶部开设有出气口，所述的出气口连接射流抽气器，所述射流抽气器用于抽吸壳体内的气体。
[0030]本专利技术通过射流抽气器将壳体内的气体吸出，并使壳体内形成一定的真空度，降低有机工质的气化温度，进一步地使液滴容易闪蒸气化，更好地利用相变潜热，有效提高散热效果。
[0031]优选地，所述出气口处设置有气液过滤网。
[0032]优选地，所述气本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模块化双相变复合热控系统装置，其特征在于，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；所述的相变储热模块内设置有储热材料，以及至少一个插入所述相变储热模块的蒸发管组；所述的真空闪蒸换热模块包括壳体，所述壳体内设置有至少一个与蒸发管组连接的冷凝管组，所述壳体内顶部设置有雾化组件；热流体与所述储热材料进行换热，蒸发管组内被加热的换热介质进入冷凝管组冷凝，冷凝后回流至蒸发管组。2.根据权利要求1所述的系统装置，其特征在于，所述的蒸发管组包括沿水平方向并排设置的至少一个蒸发管；优选地，相邻所述蒸发管组中的蒸发管交错排布；优选地，所述的相变储热模块内部设置有多孔泡沫金属骨架，所述多孔泡沫金属骨架的孔隙内设置有储热材料；优选地，所述的蒸发管插入所述多孔泡沫金属骨架内。3.根据权利要求1或2所述的系统装置，其特征在于，所述的储热材料包括相变储热材料；优选地，所述的相变储热材料包括水合盐类和/或石蜡；优选地，所述的水合盐类包括三水合醋酸钠、十水合硫酸钠或十二水合磷酸氢二钠中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求2或3所述的系统装置，其特征在于，所述的冷凝管组包括沿水平方向并排设置的至少一个冷凝管，所述冷凝管分别独立连接所述的蒸发管；优选地，相邻所述的冷凝管组中的冷凝管交错排布；优选地，所述雾化组件包括至少一个雾化喷嘴，所述雾化喷嘴的喷出方向与所述冷凝管的轴线垂直，所述雾化喷嘴用于向壳体内喷射有机工质；优选地，所述的雾化喷嘴呈矩阵排布；优选地，所述的换热介质包括氨和/或氟利昂类工质；优选地，所述的氟利昂类工质包括二氯一氟甲烷和/或三氯三氟乙烷；优选地，所述的有机工质包括正戊烷和/或乙醇。5.根据权利要求1-4任一项所述的系统装置，其特征在于，所述的壳体顶部开设有出气口，所述的出气口连接射流抽气器，所述射流抽气器用于抽吸壳体内的气体；优选地，所述出气口处设置有气液过滤网；优选地，所述气液过滤网与雾化组件之间设置有隔板，所述的隔板设置于壳体顶部，所述隔板用于格挡雾化组件喷出的液体进入气液过滤网。6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄云，姚华，王燕，王君雷，杨庆利，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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