(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210888207.1 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七二四研 究所 地址 210003 江苏省南京市中山北路346号 (72)发明人 陈浩　唐文辉　项立银　徐鹏飞　 (51)Int.Cl. H05K 7/20(2006.01) (54)发明名称 一种用于热点抑制的多相耦合相变传热装 置 (57)摘要 本发明公开了一种用于热点抑制的多相耦 合相变传热装置， 包括壳体、 导热骨架、 汽液相变 层、 固液相变层、 流道。 导热骨架阵列分布在固液 相变层内部， 骨架内部为中空结构 且与汽液相变 层联通。 液体工质进入汽液相变层， 受热发生相 变形成汽液两相工质， 蒸汽在浮升力作用下进入 导热骨架， 与固液相变层进行换热， 冷凝后的液 体工质在重力作用下回流到汽液相变层。 针对均 温性要求较高的电子设备， 通过汽 液相变和固液 相变耦合， 增强了装置的均温性， 此外， 对于 具有 冲击热流的电子设备， 多相耦合的蒸发器可以有 效抑制其瞬时温升。 本发明利用多相耦合散热技 术， 可以有效提升电子设备均温性， 抑制设备瞬 态热冲击引起的温升， 增强了设备的可靠性与稳 定性。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 115135118 A 2022.09.30 CN 115135118 A 1.一种用于热点抑制的多相耦合相变传热装置， 其特征在于： 包括壳体(1)、 导热骨架 (2)、 汽液相变层(3)、 固液相变层(4)、 流道(5)； 所述导热骨架(2)内部为中空结构， 且与流 道(5)联通， 导热骨架(2)竖直分布在固液相变层(4)； 所述汽液相变层(3)底部与热源贴合， 上部为固液相变层(4)； 所述 流道(5)包括 微通道(6)和限制挡板(7)。 2.根据权利要求1所述的用于热点抑制的多相耦合相变传热装置， 其特征在于： 导热骨 架(2)内部中空结构表面具有疏 水涂层。 3.根据权利要求1所述的用于热点抑制 的多相耦合相变传热装置， 其特征在于： 流道 (5)内部工质吸收热量发生相变， 形成的两相状态的工质在驱动下离开流道(5)； 当局部热 点温度过高时， 流道(5)内部对应处换热加剧， 蒸汽生成速率增加， 聚集的蒸汽在浮升力作 用下进入导热骨架(2)中空结构， 通过导热骨架(2)将热量释放至外部固液相变层(4)， 蒸汽 冷凝为液体在重力作用下回流到局部热点继续吸 收热量。 4.根据权利要求1所述的用于热点抑制的多相耦合相变传热装置， 其特征在于： 所述汽 液相变层(3)内部工质相变温度可通过外部冷源控制， 固液相变层(4)内部工质相变温度点 高于汽液相变层(3)工质相变温度 2℃， 普通运行状态下汽 液相变层(3)工作， 在有局部热点 或瞬态热冲击运行状态下， 固液相变层(4)同时参与工作。 5.根据权利要求1所述的用于热点抑制的多相耦合相变传热装置， 其特征在于： 所述流 道(5)为蛇形水道， 保证工质与每一处热源进行换热； 蛇形水道内部微通道(6)强化工质和 热源之间的换 热； 蛇形水道内部的限制挡板(7)保证更多的工质流经局部热点。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115135118 A 2一种用于热点抑制的多相耦合相变传热装 置 技术领域 [0001]本发明属于电子设备散热技 术领域。 背景技术 [0002]随着散热技术的不断发展， 电子设备不再仅仅需要控制其最高温度， 其对温度均 匀性也提出了更高的要求。 尤其对于雷达、 微波探测装置等均温性要求高的设备， 其探测精 度的等级随着温度梯度的降低能够得到较大 的提升。 近年来， 以热管为代表的汽液相 变换 热技术因为其高均温性和高热导率得到了广泛的应用， 理论上说工质在蒸发器内部吸热后 干度增加而温度基本不变， 但是在实际工作过程中由于沿程阻力损失与局部阻力损失的影 响， 沿散热段流体的压头减小， 所产生的压差将引起温度差， 随着温度的升高局部区域会产 生过热蒸汽并聚集， 从而造成该区域温度升高形成热点， 降低蒸发器的均温性能。 [0003]此外， 大多芯片的待机发热量低而运行时发热量大， 瞬间温升快， 会形成热冲击， 瞬态的热冲击会造成局部区域工质快速汽化， 大量蒸汽不能及时排散， 聚集在热点处， 造成 温度进一 步升高， 形成恶性循环， 从而降低器件的性能与使用寿命。 [0004]对于具有高热流密度的器件而 言， 其表面更容易形成热点， 造成温度不均。 研究人 员对适用于高热流密度器件的散热装置进行了很多研究， 文献1(于新刚； 徐侃； 苗建印； 满 广龙； 陈灵； 王德伟.一种用于高热流电子器件散热的泵驱两相回路装置CN107454797B)提 出了一种用于高热流电子器件散热的泵驱两相回路装置， 利用工质在循环流动过程中的蒸 发吸热和冷凝放热过程， 进 行热量收集和输运， 采用的蒸发器中包括微槽道和翅片， 在高热 流区域采用微槽道散热， 增大局部区域的换热系数， 在低热流区域采用翅片扇热， 由于蒸发 器中微槽道区域和翅片区域的面积差异大， 微槽道中工质进入翅片区域时由于体积迅速膨 胀， 工质温度降低， 有利于翅片区域的器件散热。 该发明采用不同的结构搭配利用较小的资 源代价解决了功率高低不同的器件的散热问题， 但是未涉及抑制热点， 提升均温性能的方 法， 对于均温性要求较高或者具有瞬态热冲击的电子设备， 装置蒸发器内部没有能够及时 排散瞬时形成的大量蒸汽的空间， 会 形成局部热点， 造成温度不均。 文 献2(张嘉杰； 阴继翔； 马素霞； 王磊.一种阵列射流、 固液相变相耦合的电子器件散热方法CN107567247B)提出了 一种阵列射流、 固液相 变相耦合的电子器件散热方法， 目的在于解决大功率电子器件高热 流密度散热问题， 实施所述方法的结构为阵列射流结构； 实施所述方法的流动工质为相变 纳胶囊悬浮液， 相变纳胶 囊悬浮液与目标物发生热 交换， 实现对目标物的温度控制。 本发明 将相变纳胶 囊悬浮液用于浸没式阵列射流冲击换热， 其中相变囊芯的固液相变换热以及纳 胶囊颗粒的扰流作用可明显提高阵列射流的换热性能， 实现对高热流密度条件下目标物的 散热需求， 但是该发明对于具有不同热流密度的电子器件同样没有涉及抑制热点， 提升均 温性能的方法， 不满足电子器件高均温性需求。 文献3(林俊宏.均温板和热管 组合结构及其 组合方法CN107664452A)提出了均 温板和热管组合结构及其组合方法， 利用热管和均 温板 的穿设连接和固定， 连接热管和均温板内部毛细结构， 提升液态工作流体的回流速度， 但是 该发明未针对局部热点提出抑制其温度的方法， 仍然会有蒸汽聚集在局部热点区域， 降低说　明　书 1/3 页 3 CN 115135118 A 3