[发明专利]一种高温度稳定性冷媒冷却系统

说明书

本发明涉及热交换技术领域，具体地，涉及一种高温度稳定性冷媒冷却系统，包括依次连接的变频压缩机、冷凝器和与产热器件接触的散热器，还包括设于散热器上的相变储能单元；相变储能单元包括不少于3种相变点在不同温度区间的高温相变材料、中温相变材料和低温相变材料；高温、中温和低温相变材料均为非金属材料且分别独立设于散热器上；中温相变材料相变温度为散热器工作温度；散热器内设有冷媒管路和流经冷媒管路的冷媒介质。本发明将冷媒冷却技术与相变储能技术有机结合，使用3种或3种以上相变点为不同温度区间的相变材料，提供多重温度缓冲及温度控制信号，减小温度失控风险，解决传统冷媒冷却系统在损耗变化时温度稳定性不足的问题。

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，具体地，涉及一种高温度稳定性冷媒冷却系统，通过使用不同相变点的固-液相变材料，以维持温度稳定。

背景技术

随着加工工艺的不断发展，电子器件的集成度越来越高，其发热的功率密度也随之增长，高功率密度散热技术一直是热控领域的研究热点。冷媒直接冷却属于相变冷却的一种，是一种高功率密度、温度可控的冷却手段，已被应用在电力电子器件冷却、数据中心温控等方向，在可见的将来，也将在其他需要高功率密度散热技术领域得到广泛应用。

在冷媒冷却系统中，冷媒冷却依靠冷却介质蒸发引发焓变，实现热量输运。蒸发相变的潜热值高，散热量与冷却介质质量流量的比值很大，系统自身热容小，冷却介质供给量由机械和热力学构件所控制，响应及稳定较慢，当器件损耗迅速变化时，由于冷却介质供给量无法快速跟随响应，器件的温度也会迅速变化，从而引发器件因温度应力损坏或者直接超温烧毁。

现有的冷媒冷却系统中，均只使用单种相变材料，当系统失控时，相变材料可能处于全部融化或者全部凝固状态，此时相变材料将失去热缓冲功能，存在器件温度失控的风险；且现有技术中，产热器件、相变金属、蒸发器三者在传热路径上进行串联，相比于器件与蒸发器直接接触，在传热路径中额外引入相变金属的传热热阻，在高热流密度散热的应用中，将提高被冷却器件的温度；相变金属具有导电性，物质相变会伴随体积变化，假使出现封装盒内压强过大导致相变金属泄露，容易造成器件短路烧毁。

发明内容

本发明解决的技术问题在于针对现有技术的缺陷，提供一种具备高效、强大冷却能力的高温度稳定性冷媒冷却系统。

本发明的技术方案如下：

一种高温度稳定性冷媒冷却系统，其特征在于，包括依次连接的变频压缩机、冷凝器和与产热器件接触的散热器，还包括设于所述散热器上的相变储能单元；所述相变储能单元包括不少于3种相变点在不同温度区间的高温相变材料、中温相变材料和低温相变材料；所述高温相变材料、中温相变材料和低温相变材料均为非金属相变材料且分别独立设于散热器上；所述中温相变材料的相变温度为散热器的工作温度；所述散热器内设有冷媒管路和流经冷媒管路的冷媒介质。

具体地，所述相变储能单元独立设于散热器内，相比于现有技术中相变金属设于产热器件与蒸发器之间、相当于三者在传热路径上的串联关系，有效避免了引入额外热阻，保持冷媒冷却系统的正常散热能力，为冷媒冷却系统提供能量缓冲，同时对相变材料的热导率要求大大降低。

进一步地，为一次性实现多个产热器件的温度稳定，该冷媒冷却系统设有多个所述散热器，多个散热器与所述变频压缩机、冷凝器连接形成多条冷却支路一。

具体地，产热器件产生的热量由流经散热器内的冷媒介质带走，冷媒介质吸热后气化，经变频压缩机绝热压缩，再经冷凝器冷却，重新进入散热器内吸热，形成循环。

进一步地，所述冷却支路一上设有电子膨胀阀，所述电子膨胀阀设于散热器的冷媒输入端的支路上。

具体地，中温相变材料的相变温度为散热器的工作温度，便于产热器件的温度发生波动，而冷媒介质的供给量无法快速跟随变化时，中温相变材料能迅速反应进行相应相变工作，起到稳定温度和提供充足响应时间的作用。