一种基于相变材料循环换热的液冷系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于相变材料循环换热的液冷系统，包括液冷板、循环换热模块和驱动板；液冷板水平设置，其内设有输入总管、输出总管、以及N条散热管；每根散热管上设有M个循环换热单元；循环换热单元均包含外壳、内壳、固相相变材料、压板和压杆；散热管上M个循环换热单元内壳的中心将散热管分割为相等的M+1段，且沿着散热管内冷却介质的流向M个循环换热单元内壳的横截面面积按预设的梯度增大；驱动板接外界压力系统，用于通过各个循环换热单元内壳中的固相相变材料压在液冷板上端面。本发明专利技术制冷效果好，散热效率高，温差低，适用于高功率和高充电周期的电器原件散热，能提高电器原件工作性能和稳定性。作性能和稳定性。作性能和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相变材料循环换热的液冷系统


[0001]本专利技术涉及电子设备散热
，尤其涉及一种基于相变材料循环换热的液冷系统。

技术介绍

[0002]随着工业的快速发展，航天航空、电子信息等军工和民用领域电子芯片的集成度不断提高，其功能和复杂性以惊人的速度增长。功率增加、体积变小，因此电子设备工作时的耗散热热流密度加大，同时一些高集成度和功率较大的动力电池也存在热集中问题，电子元器件和动力电池的冷却技术将成为未来电子技术发展需要解决的一项关键技术。过大的散热量如不能及时的排散到周围环境中，将导致器件结温迅速升高甚至烧毁，已成为影响电子器件、设备可靠性和使用性能的一个主要因素之一，直接影响到设备及仪器的使用寿命。传统风冷散热技术已无法满足逐渐发展的高散热需求，液冷方式散热技术是目前最有效地解决电子设备和动力电池散热问题的方法随着工业的快速发展，大量元件的热集中问题无法解决，如动力电池和芯片等。为了解决这一问题，大多数学者都是基于微通道散热技术提出观点。而微通道散热技术最初是由Tuckerman和Pease在 1981 年提出的。微通道散热技术根据冷却介质的不同大致可以分为空气冷却、液体冷却和相变材料冷却。然而在一些高集成电路和功率较大的动力电池中，空气冷却并不能满足其散热要求，所以液冷散热成为芯片和汽车动力电池主流的散热方式，控制稳定且合适的温度在提高芯片和动力电池的性能方面上起着决定性的作用。
[0003]目前的液冷板基本通过在基板上开设水道形成，且水道为整体设计，也就是整个水道仅仅具有一个进液口和一个出液口，液体需要流经整个电路才能出去，基本上都会存在散热效果不明显、沿出口方向温度不断增加的问题。而利用相变材料在固—液相变过程中具有温度稳定及较高储执密度的优点。能有效地改善液冷板散热性能，但传统的利用相变材料冷却动力电池的方法，往往因为相变材料的控温效果会随着放电时间的增长而变低，从而导致相变材料的用量和电池组的重量问题形成一个矛盾，而本专利技术采用活塞压固相状态的相变材料使得其形成一个循环为电子设备和动力电池散热，更好的解决了相变材料控温时间的问题，且本专利技术将相变材料等梯度布置在液冷板流道上，同时又解决了液冷散热普遍存在的温度不均匀的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种基于相变材料循环换热的液冷系统。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于相变材料循环换热的液冷系统，包括液冷板、循环换热模块和驱动板；所述液冷板水平设置，其内设有输入总管、输出总管、以及N条散热管，N为大于等于1的自然数，其中，所述输入总管、输出总管平行设置；输入总管一端封闭、另一端由液冷
板的侧壁伸出，用于接入冷却介质；输出总管一端封闭、另一端由由液冷板的侧壁伸出，用于输出冷却介质；所述N条散热管平行设置在输入总管、输出总管之间，均一端和输入总管相连、另一端和输出总管相连；所述循环换热模块包含N*M个循环换热单元，M为大于等于1的自然数，其中，每根散热管上均设置M个循环换热单元；所述循环换热单元均包含外壳、内壳、固相相变材料、压板和压杆；所述外壳、内壳均为两端开口的空心圆柱体，均竖直设置，且下端均和所述液冷板的上端面密闭固连；所述外壳套在内壳外，外壳的高度大于内壳，外壳、液冷板、内壳之间形成第一腔体，内壳、液冷板之间形成第二腔体；外壳横截面的半径为内壳横截面半径的a倍，a为预设的大于1的阈值；所述内壳在其底部设有若干用于联通第一腔体和第二腔体的通孔；所述固相相变材料填充在所述第二腔体内；所述压杆的下端和所述压板的上端面垂直固连，压杆的上端和所述驱动板的下端面垂直固连；所述散热管上M个循环换热单元内壳的中心将散热管分割为相等的M+1段，且沿着散热管内冷却介质的流向M个循环换热单元内壳的横截面面积按预设的梯度增大；所述驱动板接外界压力系统，用于通过各个循环换热单元内壳中的固相相变材料压在所述液冷板上端面、确保各个循环换热单元内壳中的固相相变材料始终和所述液冷板上端面接触。
[0006]作为本专利技术一种基于相变材料循环换热的液冷系统进一步的优化方案，所述液冷板采用铝合金制成。
[0007]作为本专利技术一种基于相变材料循环换热的液冷系统进一步的优化方案，所述外壳、内壳采用铝、铝合金或不锈钢中的任意一种制成。
[0008]作为本专利技术一种基于相变材料循环换热的液冷系统进一步的优化方案，所述固相相变材料采用有机物和无机物的复合而成，其相变稳定为40
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50℃，其中，所述有机物为饱和脂肪酸或直链烷泾，所述无机物为膨胀石墨。
[0009]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1. 本专利技术的复合相变材料具有较高的导热系数，较强的储热能力，使得该液冷散热系统储热、散热速率高；2. 由于本专利技术提出了相变材料固相
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液相
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固相循环利用，使得该装置的相变材料近热源端能始终保持固态，电池的控温时间长且问的均匀性更好；3. 采用并行液冷通道用于液冷板的导热换热，换热系数高，换热速率更快；4. 采用等梯度布置相变材料循环换热装置，温度均匀性更好；5. 本专利技术的液冷散热系统的相变材料循环换热装置可以拆装，使得整个装置模块化，利于维修，成本低。
附图说明
[0010]图1为基于相变材料循环换热的液冷系统。
[0011]图2为本专利技术的相变材料循环换热装置。
[0012]图3是本专利技术中循环换热单元的结构示意图。
[0013]图中，1
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液冷板，2
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驱动板，3
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循环换热单元，4
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输入总管，5
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输出总管，6
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散热管，7
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外壳，8
‑
内壳。
具体实施方式
[0014]下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本专利技术的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
[0015]如图1所示，本专利技术公开了一种基于相变材料循环换热的液冷系统，包括液冷板、循环换热模块和驱动板；如图2所示，所述液冷板水平设置，其内设有输入总管、输出总管、以及N条散热管，N为大于等于1的自然数，其中，所述输入总管、输出总管平行设置；输入总管一端封闭、另一端由液冷板的侧壁伸出，用于接入冷却介质；输出总管一端封闭、另一端由由液冷板的侧壁伸出，用于输出冷却介质；所述N条散热管平行设置在输入总管、输出总管之间，均一端和输入总管相连、另一端和输出总管相连；所述循环换热模块包含N*M个循环换热单元，M为大于等于1的自然数，其中，每根散热管上均设置M个循环换热单元；如图3所示，所述循环换热单元均包含外壳、内壳、固相相变材料、压板和压杆；所述外壳、内壳均为两端开口的空心圆柱体，均竖直设置，且下端均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相变材料循环换热的液冷系统，其特征在于，包括液冷板、循环换热模块和驱动板；所述液冷板水平设置，其内设有输入总管、输出总管、以及N条散热管，N为大于等于1的自然数，其中，所述输入总管、输出总管平行设置；输入总管一端封闭、另一端由液冷板的侧壁伸出，用于接入冷却介质；输出总管一端封闭、另一端由由液冷板的侧壁伸出，用于输出冷却介质；所述N条散热管平行设置在输入总管、输出总管之间，均一端和输入总管相连、另一端和输出总管相连；所述循环换热模块包含N*M个循环换热单元，M为大于等于1的自然数，其中，每根散热管上均设置M个循环换热单元；所述循环换热单元均包含外壳、内壳、固相相变材料、压板和压杆；所述外壳、内壳均为两端开口的空心圆柱体，均竖直设置，且下端均和所述液冷板的上端面密闭固连；所述外壳套在内壳外，外壳的高度大于内壳，外壳、液冷板、内壳之间形成第一腔体，内壳、液冷板之间形成第二腔体；外壳横截面的半径为内壳横截面半径的a倍，a为预设的大于1的阈值；所述内壳在其底部设有若干用于联通第一腔体和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王源隆，陈雄杰，李超亮，赵万忠，周冠，王春燕，赵振东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：