技术领域
[0001] 本
发明涉及热交换技术领域，具体地，涉及一种高温度稳定性冷媒冷却系统，通过使用不同
相变点的固-液
相变材料，以维持温度稳定。
背景技术
[0002] 随着加工工艺的不断发展，
电子器件的集成度越来越高，其发热的功率
密度也随之增长，高功率密度
散热技术一直是热控领域的研究热点。冷媒直接冷却属于相变冷却的一种，是一种高功率密度、温度可控的冷却手段，已被应用在电
力电子器件冷却、
数据中心温控等方向，在可见的将来，也将在其他需要高功率密度散热技术领域得到广泛应用。
[0003] 在冷媒冷却系统中，冷媒冷却依靠冷却介质
蒸发引发
焓变，实现热量输运。蒸发相变的
潜热值高，散热量与冷却介质
质量流量的比值很大，系统自身
热容小，冷却介质供给量由机械和
热力学构件所控制，响应及稳定较慢，当器件损耗迅速变化时，由于冷却介质供给量无法快速跟随响应，器件的温度也会迅速变化，从而引发器件因温度
应力损坏或者直接超温烧毁。
[0004] 现有的冷媒冷却系统中，均只使用单种相变材料，当系统失控时，相变材料可能处于全部融化或者全部
凝固状态，此时相变材料将失去热缓冲功能，存在器件温度失控的
风险；且
现有技术中，产热器件、相变金属、
蒸发器三者在
传热路径上进行
串联，相比于器件与蒸发器直接
接触，在传热路径中额外引入相变金属的传热热阻，在高热流密度散热的应用中，将提高被冷却器件的温度；相变金属具有
导电性，物质相变会伴随体积变化，假使出现封装盒内压强过大导致相变金属泄露，容易造成器件
短路烧毁。
发明内容
[0005] 本发明解决的技术问题在于针对现有技术的
缺陷，提供一种具备高效、强大冷却能力的高温度稳定性冷媒冷却系统。
[0006] 本发明的技术方案如下：一种高温度稳定性冷媒冷却系统，其特征在于，包括依次连接的变频
压缩机、
冷凝器和与产热器件接触的
散热器，还包括设于所述散热器上的相变储能单元；所述相变储能单元包括不少于3种相变点在不同温度区间的高温相变材料、中温相变材料和低温相变材料；所述高温相变材料、中温相变材料和低温相变材料均为非金属相变材料且分别独立设于散热器上；所述中温相变材料的相变温度为散热器的
工作温度；所述散热器内设有冷媒管路和流经冷媒管路的冷媒介质。
[0007] 具体地，所述相变储能单元独立设于散热器内，相比于现有技术中相变金属设于产热器件与蒸发器之间、相当于三者在传热路径上的串联关系，有效避免了引入额外热阻，保持冷媒冷却系统的正常散
热能力，为冷媒冷却系统提供
能量缓冲，同时对相变材料的热导率要求大大降低。
[0008] 进一步地，为一次性实现多个产热器件的温度稳定，该冷媒冷却系统设有多个所述散热器，多个散热器与所述变频压缩机、冷凝器连接形成多条冷却支路一。
[0009] 具体地，产热器件产生的热量由流经散热器内的冷媒介质带走，冷媒介质吸热后
气化，经变频压缩机绝
热压缩，再经冷凝器冷却，重新进入散热器内吸热，形成循环。
[0010] 进一步地，所述冷却支路一上设有
电子膨胀阀，所述电子膨胀阀设于散热器的冷媒输入端的支路上。
[0011] 具体地，中温相变材料的相变温度为散热器的工作温度，便于产热器件的温度发生
波动，而冷媒介质的供给量无法快速跟随变化时，中温相变材料能迅速反应进行相应相变工作，起到稳定温度和提供充足响应时间的作用。
[0012] 进一步地，所述冷媒冷却系统还包括
温度控制单元，所述中温相变材料内设有与温度控制单元
信号输入端电连接的温度
传感器，所述温度控制单元信号输出端分别与变频压缩机、电子膨胀阀信号连接。
[0013] 具体地，所述温度传感器检测到中温相变材料温度从相变点开始变化，当温度上升或下降明显，中温相变材料无法稳定温度时，温度传感器将温度信号传递至温度控制单元，温度控制单元将指示变频压缩机作出相应的功率调整来控制冷媒介质的压强，同时温度控制单元控制电子膨胀阀的开度来控制冷媒介质的流量，从而使散热器内的温度趋于稳定。
[0014] 更具体地，在产热器件温度大幅度变化时，所述中温相变材料、电子膨胀阀和变频压缩机将开启相应工作状态，同时相变储能单元的高温相变材料或低温相变材料也将进行相应相变工作。
[0015] 进一步地，所述冷媒冷却系统还包括蒸发器，所述蒸发器与变频压缩机、冷凝器连接形成冷却支路二，所述蒸发器用于控制产热器件的
环境温度。
[0016] 进一步地，所述冷却支路二上设有电子膨胀阀，所述电子膨胀阀设于蒸发器冷媒输入端的支路上，通过电子膨胀阀的开度来控制输入蒸发器内的冷媒介质的流量。
[0017] 更进一步地，所述蒸发器上及蒸发器冷媒输出端的支路上设有与温度控制单元输入端电连接的蒸发器温度传感器，所述冷却支路二上的电子膨胀阀与温度控制单元输出端电连接。
[0018] 具体地，所述蒸发器温度传感器根据随时检测到的蒸发器温度和环境温度反馈给温度控制单元，由温度控制单元来指示电子膨胀阀和变频压缩机进行相应的工作。
[0019] 进一步地，所述散热器包括散热器
基板，所述散热器基板上设有强化换热结构，用于增强相变材料与散热器基板之间的换热效率，所述相变材料设于强化换热结构内。
[0020] 进一步地，考虑到所述冷媒冷却系统的整体布局规整，进一步提高相关器件的工作效率，所述冷媒管路呈“之”字形，所述相变储能单元中的任意一种相变材料设于“之”字形走向的空间间隙内。
[0021] 更进一步地，为使本发明的冷媒冷却系统散热均匀，设于多个空间间隙内的相变材料以高温相变材料、中温相变材料和低温相变材料3种相变材料连续排列为一组组合单元，多组所述组合单元连续分布于多个空间间隙内。进一步地，所述高温相变材料的相变温度为40～50℃，所述中温相变材料的相变温度为20～40℃，所述低温相变材料的相变温度为10～20℃。
[0022] 具体地，根据产热器件的温度变化情况选择相应范围的相变温度的相变材料，为冷媒冷却系统提供多重温度缓冲。
[0023] 具体地,所述相变材料为非金属相变材料，相比采用金属相变材料，避免了相变金属泄露，造成器件短路烧毁的风险。
[0024] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明所述高温度稳定性冷却系统，将冷媒冷却技术与相变储能技术进行有机结合，解决传统冷媒冷却系统在损耗变化时，温度稳定性不足的问题。相变储能单元使用3种或3种以上相变点在不同温度区间的相变材料，提供多重温度缓冲及温度
控制信号，减小温度失控风险。当损耗出现震荡时，本冷媒冷却系统的相变材料能够吸收损耗震荡，维持产热器件温度稳定；当损耗持续或急剧升高时，本冷却系统的相变材料将及时吸收多余的热量，减小产热器件的温度变化速率并给散热器提供更长的响应时间；当损耗急剧下降时，本冷媒冷却系统的相变材料将及时释放热量，维持温度稳定，并给散热器提供充足的响应时间。
[0025] 本冷媒冷却系统中设置的温度控制单元能及时根据温度传感器提供的信号调节压缩机和电子膨胀阀，控制冷媒介质的流量等参数，从而为维持散热器的温度稳定性提供辅助作用。
[0026] 此外，相变储能单元独立设置且与冷媒管路并列设于散热器内，避免了引入额外的热阻，保持冷却系统正常散热能力，为系统提供能量缓冲，同时对相变材料的热导率要求大大降低。
[0027] 本冷媒冷却系统中的相变材料采用非金属相变材料，相比于传统冷媒冷却系统中的金属相变材料而言，能避免相变金属泄露造成器件短路烧毁的风险。
[0028] 本冷媒冷却系统可用于大功率密度器件的冷却散热。
附图说明
[0029] 图1为
实施例1所述高温度稳定性冷却系统的结构示意图；图2为实施例1中散热器的局部视图。
具体实施方式
[0030] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本
专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。实施例
[0031] 如图1～2所示，一种高温度稳定性冷媒冷却系统，包括依次连接的变频压缩机1、冷凝器2和与产热器件7接触的散热器5，还包括设于散热器5上的相变储能单元4；相变储能单元4包括不少于3种相变点在不同温度区间的高温相变材料4a、中温相变材料4b和低温相变材料4c；高温相变材料4a、中温相变材料4b和低温相变材料4c均为非金属相变材料且分别独立设于散热器5上；中温相变材料4b的相变温度为散热器5的工作温度；散热器5内设有冷媒管路5a和流经冷媒管路的冷媒介质。
[0032] 本实施例将相变储能单元4独立设于散热器5内，相比于现有技术中相变金属设于产热器件与蒸发器之间、相当于三者在传热路径上的串联关系，有效避免了引入额外热阻，保持冷媒冷却系统的正常散热能力，为冷媒冷却系统提供能量缓冲，同时对相变材料的热导率要求大大降低。
[0033] 为一次性实现多个产热器件7的温度稳定，该冷媒冷却系统设有多个散热器5，多个散热器5与变频压缩机1、冷凝器2连接形成多条冷却支路一。
[0034] 一般情况下，产热器件7产生的热量由流经散热器5的冷媒介质带走，冷媒介质吸热后气化，经变频压缩机1绝热压缩，再经冷凝器2冷却，重新进入散热器5吸热，形成循环。
[0035] 冷却支路一上设有电子膨胀阀3，电子膨胀阀3设于散热器5冷媒输入端的支路上，通过随时监测散热器的温度，可随时控制变频压缩机1和电子膨胀阀3的工作状态。
[0036] 中温相变材料4b的相变温度为散热器5的工作温度，便于产热器件7的产热量波动时，冷媒介质供给量无法快速跟随变化，相变储能单元4的中温相变材料4b此时将进行相应相变工作，起到稳定温度和提供充足响应时间的作用。
[0037] 本冷媒冷却系统还包括温度控制单元10，中温相变材料4b内设有与温度控制单元10信号输入端电连接的温度传感器6，温度控制单元10信号输出端分别与变频压缩机1及电子膨胀阀3信号连接。
[0038] 具体地，当产热器件7的损耗上升时，温度传感器6检测到中温相变材料4b温度从相变点开始变化，相变储能单元4中的中温相变材料4b由固相变为液相，大量吸收多余的损耗，维持散热器5温度不变；当产热器件7的损耗下降时，相变储能单元4中的中温相变材料4b由液相变化固相，释放储存的热量，维持散热器5温度不变；在产热器件7损耗波动不太大的情况下，冷却系统不需要调节变频压缩机1和电子膨胀阀3即可实现温度稳定。
[0039] 当产热器件7的损耗上升或下降明显，中温相变材料4b无法稳定温度时，温度传感器6将温度信号传递至温度控制单元10，温度控制单元10将指示变频压缩机1作出相应的功率调整来控制冷媒介质的压强，同时温度控制单元10控制电子膨胀阀3的开度来控制冷媒介质的流量，从而为稳定散热器5内的温度提供辅助作用。
[0040] 在产热器件7温度大幅度变化，中温相变材料4b、电子膨胀阀3和变频压缩机1开启相应工作状态的同时，相变储能单元4的高温相变材料4a或低温相变材料4c也将进行相应相变工作。
[0041] 具体地，在温度明显上升的过程中，中温相变材料4b完全
液化也不能稳定温度，此时高温相变材料4a将充当二次温度缓冲，在冷却系统温度重新稳定之前，通过相变吸收多余的热量，将温度稳定在高温相变材料4a的相变点；在温度明显下降的过程中，中温相变材料4b完全
固化也不能稳定温度，此时低温相变材料4c将充当二次温度缓冲，在冷却系统温度重新稳定之前，通过相变释放多余的热量，将温度稳定在低温相变材料4c的相变点。
[0042] 冷媒冷却系统还包括蒸发器8，蒸发器8与变频压缩机1、冷凝器2连接形成冷却支路二，蒸发器8用于控制产热器件7的环境温度。
[0043] 冷却支路二上设有电子膨胀阀3，电子膨胀阀3设于蒸发器8冷媒输入端的支路上，通过电子膨胀阀3的开度来控制输入蒸发器8内的冷媒介质的流量。
[0044] 蒸发器8上及蒸发器冷媒输出端的支路上设有与温度控制单元10输入端电连接的蒸发器温度传感器9，冷却支路二上的电子膨胀阀3与温度控制单元10输出端电连接。
[0045] 具体地，蒸发器温度传感器9根据随时检测到的蒸发器温度和环境温度反馈给温度控制单元10，由温度控制单元10来指示电子膨胀阀3和变频压缩机1进行相应的工作，使变频压缩机1作出相应的功率调整来控制冷媒介质的压强，同时控制电子膨胀阀3的开度来控制冷媒介质的流量。
[0046] 散热器5包括散热器基板5b，散热器基板5b上设有强化换热结构5c，用于增强相变材料与散热器基板5b之间的换热效率，本实施例中强化换热结构5c为多孔
框架，相变材料设于强化换热结构内。
[0047] 考虑到冷媒冷却系统的整体布局规整，进一步提高相关器件的工作效率，冷媒管路5a呈“之”字形，相变储能单元4中的任意一种相变材料以强化换热结构5c为载体设于“之”字形走向的空间间隙内。
[0048] 本实施例中强化换热结构5c在空间间隙内单独设置，其大小小于或等于空间间隙。
[0049] 同时为使冷媒冷却系统散热均匀，设于多个空间间隙内的相变材料以高温相变材料4a、中温相变材料4b和低温相变材料4c3种相变材料连续排列为一组组合单元，多组该组合单元连续分布于多个空间间隙内。
[0050] 相变材料为相变非金属材料，可避免使用相变金属材料因泄露造成器件短路烧毁的风险。
[0051] 具体地，本实施例所选高温相变材料的相变温度为43℃，具体为Rubitherm GmbH RT40材料（非金属材料）；中温相变材料的相变温度为31℃，具体为Rubitherm GmbH RT32材料（非金属材料）；低温相变材料的相变温度为Rubitherm GmbH 25℃，具体为RT25材料（非金属材料）。
[0052] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的
基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明
权利要求的保护范围之内。
