(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 202210533217.3 (22)申请日 2022.05.12 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 褚雯霄　吕义高　唐巍峰　王秋旺　 郭保民　 (74)专利代理 机构 北京迎硕知识产权代理事务 所(普通合伙) 11512 专利代理师 钱扬保　张群峰 (51)Int.Cl. H05K 7/20(2006.01) (54)发明名称 一种被动式热控系统 (57)摘要 本发明涉及一种被动式热控系统， 其特征在 于： 包含沸腾冷凝传热模块， 相变储热模块和翅 片散热模块， 所述沸腾冷凝传热模块， 其内部腔 体中具有液态相变工质， 内置电路板的产热单元 被液态相变工质浸没， 沸 腾冷凝模块的上部布置 有冷凝液滴落区； 所述相变储热模块包含至少两 层储热仓， 上层储热仓和下层储 热仓内填充不同 相变材料， 层间布置有定向传热强化元件； 所述 翅片散热模块， 翅片布置于热控系统封装壳体外 表面。 本发 明提出的热控系统主要面向具有脉冲 热负荷热源的装备， 通过提供热量快速转运、 高 效储存和自然排散的全路径热控 方案， 实现对目 标装备的高效、 可靠、 零能耗散热。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 114980667 A 2022.08.30 CN 114980667 A 1.一种被动式热控系统， 其特征在于： 包含沸腾冷凝传热模块， 相变储热模块和翅片散 热模块， 所述沸腾冷凝传热模块， 其内部腔 体中具有 液态相变工质， 内置电路板的产热单元 被液态相 变工质浸没， 沸腾冷凝模块的上部布置有冷凝液滴落区； 所述相变储热模块包含 至少两层储热仓， 上层储热仓和下层储热仓内填充不同相变材料， 层 间布置有定 向传热强 化元件； 所述 翅片散热模块， 翅片布置 于热控系统封装壳体外表面。 2.根据权利要求1所述的一种被动式热控系统， 其特征在于： 所述沸腾冷凝传热模块的 下部具有布置电子元件的电路板， 且电路板完全浸没于液态相变工质液面以下； 冷凝传热 模块的上部布置阵列分布的倒圆锥或倒棱锥结构。 3.根据权利要求1所述的一种被动式热控系统， 其特征在于： 所述相变储热模块包含至 少两层相变材料储热仓， 其中下部储热仓填充低熔点金属或其合金材料； 上部储热仓填充 不同于下部储热仓的相变材 料。 4.根据权利要求3所述的一种被动式热控系统， 其特征在于： 下部储热仓的相变材料与 上部储热仓的相变材 料相比， 具有更高热导 率、 更高相变潜热和/或更高密度。 5.根据权利要求3所述的一种被动式热控系统， 其特征在于： 下部储热仓的相变材料为 由锡、 铋、 铅、 镓、 铟金属制备的低熔点 合金材料； 上部储热仓的相变材 料为石蜡或水合盐。 6.根据权利要求1所述的一种被动式热控系统， 其特征在于： 所述不同层储热仓间布置 金属翅片、 热管或石墨棒定 向传热强化元件， 在储热仓内布置泡沫金属部件和添加纳米粒 子强化传热。 7.根据权利要求1所述的一种被动式热控系统， 其特征在于： 所述翅片散热模块为阵列 布置于热控系统封装壳体外表面的三角形或矩形翅片， 排布方式包括平行和交错布局。 8.根据权利要求1所述的一种被动式热控系统， 其特征在于： 所述液态相变工质为氟化 液。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114980667 A 2一种被动式热控系统 技术领域 [0001]本发明涉及一种热控系统， 特别是用于脉冲热源的被动式热控系统。 背景技术 [0002]基于雪崩三级管的脉冲功率源是一种 典型的具有稳定度 高、 脉冲窄、 上升时间短 等优点的全固态脉冲源， 可用于输出高功率、 高重频脉冲， 其在超宽带探地雷达、 脉冲放电 等离子体、 激光武器等装备应用方面前景广阔。 在脉冲源的重频工作过程中， 电路板上雪崩 三极管和充电电阻等电子元件会伴随产生大量焦耳热， 目前雪崩管的局部热流密度可达 300W/cm2以上。 此外， 为满足日益增长的脉冲源装备功能需求， 装备工作时间将不断增长、 负载功率不断提高， 导致热流密度继续呈指数上升。 如果不能将这些热量及时、 快速转运， 其将在电子元件上持续累积， 导致短时间内的快速温升， 严重威胁电子元件的正常运行与 对应设备的功能完整性与使用寿命。 因此， 为脉冲源提供高效、 可靠的热控方案是保障其输 出高性能脉冲信号的必 要条件。 目前常用的自然对流、 风扇气冷、 泵驱液冷以及复合浸没沸 腾和风扇气冷的热控方案具有传热效率低、 均温性差、 系统体积庞大、 需持续耗能、 易振动、 产生噪音等不同缺点， 在实际工作过程中可靠性较差。 另一方面， 脉冲源在实际工作过程 中， 其工作模式并非为长时间持续运行， 而是随机地或周期地以一定时间间隔的间歇式运 行。 因此， 基于相变材 料的热量存 储可为脉冲源的热控提供新的解决思路。 [0003]专利CN104867890  A公开了一种用于3D芯片的相 变冷却结构， 包括被封装结构封 装且固定于基板上的多层相互平行的芯片以及芯片层间的储存块， 储存块与各层芯片间构 成为微通道， 通过微通道内发生的沸腾带走芯片产生的热量， 产生的蒸汽在封装结构上壁 内侧面冷凝， 并传导至外侧 面的散热器。 该专利中沸腾过程的补液环节需依靠微通道毛细 力提供驱动力， 因此当工质传输过程达到微通道的毛细极限时， 芯片表面易发生烧干； 同 时， 所述封装结构内侧的冷凝面并未有冷凝强化结构设计， 冷凝传热过程效率较低， 并会由 此进一步导致整个冷却结构的传热效率降低； 此外， 该冷却结构并未有相变储热模块设计， 当3D芯片的散热功 率短时升高或者因外部环境变化导致外侧散热能力降低时， 其无法提供 稳定、 可靠的散热。 [0004]专利CN108666282  A公开了一种智能泡沫金属强化沸腾冷却装置， 主要通过利用 泡沫金属的孔隙率和孔径大小随温度变化的记忆效应来 强化沸腾传热。 在该专利所述散热 装置中， 热源布置在封装腔 体外侧底部， 腔 体内部冷凝表面为泡沫金属结构， 且腔 体顶部外 侧设有风机用于强制对流散热而并无散热翅片设计， 此外该散热装置并无相变储热设计， 以上均与本专利所述设计明显不同。 [0005]专利CN107062974  A公开了一种高效热能梯级储存装置， 包括储热罐和蛇形分布 的换热管， 储热罐内通过两块隔热板将储热罐分隔成 高温腔、 中温腔和低温腔， 通过换热管 与填充与高温腔和 低温腔内不同类型的相变材料的强制对流换热， 进 行热量从换热管内流 体到储热腔 内相变材料间的传递， 从而实现对换热管内洁净热流体热量的回收利用。 本专 利的目的主要在于通过对工业过程中洁净热流体的热量的存储实现余热回收利用。 一方说　明　书 1/4 页 3 CN 114980667 A 3