[发明专利]一种储热型大功率器件冷却装置

说明书

本发明公开了一种储热型大功率器件冷却装置，流体工质沿程依次经过冷却模块、储热器、冷凝器、储液罐和泵，应用于间歇性热载荷大功率器件的冷却。冷却模块包括冷却单元、工质入口和工质出口。冷却单元包括入口联箱、出口联箱、耳状结构和主流道。储热器包括集液腔、分液腔和相变储热颗粒堆，其中相变储热颗粒堆的单体为凹形核壳结构相变微胶囊。本发明在主流道设置N个所述耳状结构（N≥1的整数），因耳状结构具有流体定向流动二极管特性，能有效阻止蒸汽逆向流动，抑制微通道沸腾不稳定性，从而提高沸腾传热效率和临界热流密度。凹形核壳结构相变微胶囊呈阵列排布且尺寸沿流向呈梯级分布，实现全流域相变材料的协同储热强化。

技术领域

本发明涉及间歇热载荷下大功率器件的散热。更具体地说是一种储热型大功率器件冷却装置。

背景技术

在一些周期性变化或波动的环境中，如果不能转移短时产生的大量热量，将会降低电子器件的运行性能，甚至造成设备的毁坏。现有的冷却技术包括风冷、液冷等。相变储能技术由于其储热密度高、蓄放热恒温以及可循环利用等特有的优势，成为突破间歇热流功耗器件可靠高效散热技术瓶颈的优选解决方案。然而相变材料热导率较低，且其通常放置于储热器中，热量传至相变材料内部之前需经过壁面热传导过程，不利于分钟级的间歇热载荷下大功率电子器件的冷却。

基于现有技术的不足，本发明对于相变材料进行优化，将相变材料(液体和固体)以胶囊的形式包装，胶囊的外表面为凹形核壳结构，从而增大相变材料与换热流体的接触面积，提升熔化速率。凹形核壳结构相变微胶囊呈阵列排布且尺寸沿流向呈梯级分布，实现全流域相变材料的协同储热强化。此外，针对微通道结构内部流动沸腾不稳定的问题，采用耳状结构阻止蒸汽逆向流动，从而提高沸腾传热效率和临界热流密度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种储热型大功率器件冷却装置，该装置有效解决了间歇热载荷下大功率器件的冷却。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种储热型大功率器件冷却装置，包括：过冷却模块、储热器、冷凝器、储液罐和泵，流体工质沿程依次经过所述冷却模块、储热器、冷凝器、储液罐和泵；

所述冷却模块为大功率器件的冷却源；所述冷却模块包括冷却单元、工质入口和工质出口，所述冷却单元连接在所述工质入口和工质出口之间；所述冷却单元包括入口联箱、主流道和出口联箱，所述主流道设置在所述入口联箱与出口联箱之间，在每个主流道上设置N个用于阻止蒸汽泡的逆向流动的耳状结构，N≥1；所述耳状结构包括主通道和旁通道，所述旁通道包括入口段和出口段，所述入口段为弧形段，弧形段的入口垂直于主通道；

在热载荷工作阶段，所述冷却模块来的工质经进入所述储热器内部吸收热量后流出所述储热器；在非热载荷工作阶段，所述冷凝器来的工质进入所述储热器内部吸收热量后流出所述储热器。

所述出口段为直线段，与所述主通道的夹角为20-40°。

所述入口段为圆弧段，圆弧的半径与主流道宽度的关系式为：

r＝k*L

其中，r为圆弧半径；L为主流道宽度；k为比例系数，0＜k＜3。

所述储热器包括分液腔、储热腔、相变微胶囊、和集液腔，所述储热腔位于分液腔和集液腔之间，所述相变微胶囊位于储热腔内；所述相变微胶囊为由两个球体和连接柱组成的凹形相变微胶囊，所述凹形相变微胶囊呈45°角阵列分布于所述储热腔内。

凹形相变微胶囊的球体半径和连接柱底面圆半径尺寸满足的关系式为：

R＝a*H

其中，R为球体半径；H为连接柱底面圆半径；a为长径比，0＜a＜2。

所述凹形相变微胶囊的尺寸沿流体流动方向递减：