Wärmespeicherlösungen mit Phasenwechsel
Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Integration elektronischer Geräte werden elektronische Geräte immer kleiner, aber die Volumenleistung oder Flächenleistungsdichte nimmt allmählich zu, was zu einem starken Anstieg der Wärmeflussdichte von Geräten führt. Elektronische Geräte mit hohem Wärmefluss stellen höhere Anforderungen an die thermische Kühlung, sodass das thermische Management elektronischer Geräte zu einem Forschungsschwerpunkt im In- und Ausland geworden ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass das Thermomanagement elektronischer Geräte zu besonderen Anlässen einer extrem hohen thermischen Belastung ausgesetzt ist und sich die Geräte in einem kurzzeitigen Aussetzbetrieb befinden.
Um diesem speziellen Bedarf gerecht zu werden, wurde die Thermomanagement-Technologie von elektronischen Phasenwechsel-Wärmespeichern entwickelt. Die Phasenwechsel-Wärmespeichertechnologie nutzt die Eigenschaften von Phasenwechselmaterialien (PCM), die im Prozess des Fest-Flüssig-Phasenwechsels Energie mit hoher Dichte absorbieren / freisetzen, um Wärmeenergie zu speichern / freizugeben, um den thermischen Schock einer hohen thermischen Belastung zu puffern von elektronische Geräte, um den sicheren und stabilen Betrieb elektronischer Geräte zu gewährleisten. Die Anwendung der Phasenwechsel-Wärmespeichertechnologie im Wärmemanagement elektronischer Geräte umfasst hauptsächlich PCM-Kühlkörper, Wärmespeicher-Heatpipes und Wärmespeicherflüssigkeitskreisläufe.
PCM-Kühlkörper sollen das Temperaturniveau des Kühlkörpers reduzieren, indem sie die konstanten Temperatureigenschaften von Phasenwechselmaterialien im Prozess des Phasenwechsels nutzen. Um die Wärmeleitfähigkeit von PCM zu verbessern, wird ein Metallgerüst in der Wärmesenke konfiguriert, und die hohe Wärmeleitfähigkeit von Metall wird verwendet, um die Wärmeübertragungsrate von PCM zu beschleunigen. Wie in Abbildung 1 gezeigt, gibt es Kühlkörper mit einem Hohlraum, Kühlkörper mit parallelen Rippen mit mehreren Hohlräumen, Kühlkörper mit Kreuzrippen und mehreren Hohlräumen sowie Kühlkörper mit Wabenstruktur. Der Hohlraum des Kühlkörpers ist mit PCM gefüllt. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass der wabenförmige Kühlkörper eine überlegene Wärmeübertragungsleistung zeigt und ein optimales Schema für das Wärmemanagement von elektronischen Geräten ist.
Wärmerohre haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmeübertragungskapazität. Um den Auswirkungen extremer thermischer Belastung gerecht zu werden, wird eine Wärmespeicher-Heatpipe vorgeschlagen, die die hohe Wärmeleitfähigkeit der Heatpipe mit der hohen Energiespeicherfähigkeit von PCM kombiniert. Darüber hinaus kann das Wärmerohr auch die Wärmeübertragungsrate von PCM verbessern. Abbildung 2 zeigt das Heatpipe-Wärmesenkenmodul des Phasenwechsel-Wärmespeichers. Das Arbeitsprinzip des Verbundkühlkörpers besteht darin, dass die von der Wärmequelle erzeugte Wärme auf die Kühlplatte übertragen wird und das Wärmerohr die Wärme von der Kühlplatte aufnimmt und die Wärme effizient an den PCM-Wärmespeicherbereich überträgt.
Im Zweiphasenkreislauf wird die Umwälzpumpe hinzugefügt, und der Verdampfer ist über die Rohrleitung mit dem Kondensationswärmespeicher gekoppelt, um ein Zweiphasenkreislaufsystem zur Wärmespeicherung zu bilden, das die Kühleffizienz elektronischer Geräte effektiv verbessern kann. Abbildung 3 zeigt die Struktur des Wärmespeicher-Zweiphasen-Kreislaufsystems. In diesem System nimmt die kalte Flüssigkeit die Wärme der Wärmequelle des elektronischen Geräts auf, gibt Wärme durch den PCM-Bereich unter der Wirkung der Umwälzpumpe ab, wird wieder zur kalten Flüssigkeit, nimmt wieder Wärme durch die Wärmequelle auf und arbeitet im Kreislauf. Es sollte beachtet werden, dass bei dieser Vorrichtung die Wärmeübertragungsleistung von PCM effektiv verbessert werden kann, indem die Wärmeübertragungsfläche auf der PCM-Seite vergrößert wird.
