Zarządzanie temperaturą magazynowania ciepła ze zmianą fazy w urządzeniach elektronicznych
Wraz z ciągłym doskonaleniem integracji urządzeń elektronicznych, urządzenia elektroniczne stają się coraz mniejsze, ale moc objętościowa lub gęstość mocy powierzchniowej stopniowo wzrasta, co powoduje gwałtowny wzrost gęstości strumienia ciepła urządzeń. Sprzęt elektroniczny o wysokim przepływie ciepła stawia wyższe wymagania dotyczące rozpraszania ciepła, dlatego zarządzanie termiczne urządzeń elektronicznych stało się gorącym punktem badawczym w kraju i za granicą. Należy zauważyć, że w niektórych szczególnych przypadkach zarządzanie ciepłem urządzeń elektronicznych jest narażone na niezwykle duże obciążenie termiczne, a urządzenia znajdują się w krótkotrwałym, przerywanym stanie pracy.
Aby sprostać tym szczególnym wymaganiom, opracowano technologię zarządzania temperaturą w elektronicznych urządzeniach do magazynowania ciepła ze zmianą fazową. Technologia magazynowania ciepła ze zmianą fazową wykorzystuje właściwości materiałów zmiennofazowych (PCM) pochłaniających/uwalniających energię o dużej gęstości w procesie zmiany fazowej ciało stałe-ciecz w celu magazynowania/uwalniania energii cieplnej, aby buforować szok termiczny związany z dużym obciążeniem termicznym urządzeń elektronicznych, tak aby zapewnić bezpieczną i stabilną pracę urządzeń elektronicznych. Zastosowanie technologii magazynowania ciepła ze zmianą fazową w zarządzaniu cieplnym urządzeń elektronicznych obejmuje głównie radiator PCM, rurkę cieplną magazynującą ciepło i obieg płynu magazynującego ciepło.
Radiator PCM ma na celu obniżenie poziomu temperatury radiatora poprzez wykorzystanie stałej charakterystyki temperaturowej materiałów o przemianie fazowej w procesie zmiany fazowej. Aby poprawić przewodność cieplną PCM, w radiatorze skonfigurowano metalową ramę, a wysoka przewodność cieplna metalu służy do przyspieszenia szybkości wymiany ciepła PCM. Jak pokazano na rysunku 1, istnieją radiatory z pojedynczą wnęką, wielownękowe radiatory z równoległymi żebrami, wielownękowe radiatory z krzyżowymi żebrami i radiatory o strukturze plastra miodu. Wnęka radiatora jest wypełniona PCM. Należy podkreślić, że radiator o strukturze plastra miodu charakteryzuje się doskonałą wydajnością wymiany ciepła i stanowi optymalny schemat zarządzania ciepłem urządzeń elektronicznych.
Rura cieplna ma wysoką przewodność cieplną i zdolność przenoszenia ciepła. Aby poradzić sobie z wpływem ekstremalnego obciążenia termicznego, zaproponowano rurkę cieplną akumulującą ciepło, która łączy w sobie wysoką przewodność cieplną rurki cieplnej z dużą zdolnością magazynowania energii PCM. Co więcej, rurka cieplna może również zwiększyć szybkość wymiany ciepła PCM. Rysunek 2 przedstawia moduł radiatora z rurką cieplną magazynującego ciepło ze zmianą fazową. Zasada działania kompozytowego radiatora polega na tym, że ciepło wytwarzane przez źródło ciepła jest przenoszone do zimnej płyty, a rura cieplna pochłania ciepło z zimnej płyty i skutecznie przekazuje ciepło do obszaru magazynowania ciepła PCM.
W obwodzie dwufazowym dodawana jest pompa obiegowa, a parownik jest połączony z akumulatorem ciepła kondensacji przez rurociąg, tworząc dwufazowy układ obwodu magazynowania ciepła, który może skutecznie poprawić wydajność chłodzenia urządzeń elektronicznych. Rysunek 3 przedstawia strukturę dwufazowego układu magazynowania ciepła. W tym układzie zimny płyn pochłania ciepło źródła ciepła urządzenia elektronicznego, oddaje ciepło przez obszar PCM pod działaniem pompy obiegowej, ponownie staje się zimnym płynem, ponownie pobiera ciepło przez źródło ciepła i działa okrężnie. Należy zauważyć, że w tym urządzeniu wydajność wymiany ciepła PCM można skutecznie poprawić poprzez zwiększenie powierzchni wymiany ciepła po stronie PCM.
