相變儲熱在電子器件熱管理的應用

       隨著電子器件集成度不斷提高，電子器件日趨小型化，體積功率或面積功率密度卻逐漸增大，使器件的熱流密度急劇增大。高熱流電子設備對散熱提出了更高的要求, 因此電子器件熱管理現已成為國內外研究熱點。需要指出的是，在一些特殊場合，電子器件熱管理面臨極端高熱載荷器件處于短時間歇性性工作狀態。針對此特殊需求，相變儲熱型電子器件熱管理技術應運而生。相變儲熱技術利用相變材料（phase change materials, PCM）在固液相變過程中吸收/釋放高密度能量的特性來儲存/釋放熱能，達到緩沖電子器件高熱載荷熱沖擊作用，進而保證電子器件的安全穩定工作。相變儲熱技術在電子器件熱管理的應用主要形式有PCM熱沉、儲熱型熱管和儲熱型流體回路。

1．PCM熱沉

       PCM熱沉是利用相變材料在相變過程中的溫度不變的特性而達到降低熱沉的溫度水平。為強化PCM的熱導率，在熱沉內配置有金屬骨架，利用金屬的高熱導率來加快PCM傳熱速率。如圖1示為單腔熱沉、多腔平行翅片熱沉、多腔交叉翅片熱沉與蜂巢結構的熱沉，在熱沉的空腔內填充有PCM。需指出的是，蜂窩結構熱沉表現出了優越的熱傳遞性能，是電子器件熱管理的一種優選方案。

2．儲熱型熱管

       熱管具有高導熱率和熱量傳輸能力。為應對極端熱載荷沖擊，人們提出了一種儲熱型熱管，該裝置結合了熱管的高導熱性能和PCM的高效儲能能力。并且，熱管還可強化PCM的傳熱速率。圖2給出了相變儲熱型熱管熱沉模塊。該復合熱沉的工作原理為，熱源產生的熱量傳遞給冷板，熱管從冷板吸收熱量并將熱量高效地傳遞到PCM儲熱區域。

3． 儲熱型流體回路

       在兩相回路中，增加循環泵，并將蒸發器與冷凝-儲熱器通過管路耦合，形成儲熱型兩相回路系統，能夠有效提升電子器件的冷卻效能。圖3給出了儲熱型兩相回路系統結構。在該系統中，冷流體吸收電子器件熱源的熱量，在循環泵作用下流經PCM區域放熱，再度成為冷流體，再次流經熱源吸熱而發生循環工作。需指出的是，在該裝置中通過增加PCM側的傳熱面積能夠高效強化PCM的傳熱性能。

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