Εφαρμογή αποθήκευσης θερμότητας αλλαγής φάσης στη θερμική διαχείριση ηλεκτρονικών συσκευών

Με τη συνεχή βελτίωση της ενσωμάτωσης ηλεκτρονικών συσκευών, οι ηλεκτρονικές συσκευές γίνονται όλο και μικρότερες, αλλά η ισχύς όγκου ή η πυκνότητα ισχύος της περιοχής αυξάνεται σταδιακά, με αποτέλεσμα μια απότομη αύξηση της πυκνότητας ροής θερμότητας των συσκευών. Ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός υψηλής ροής θερμότητας προβάλλει υψηλότερες απαιτήσεις για απαγωγή θερμότητας, επομένως η θερμική διαχείριση των ηλεκτρονικών συσκευών έχει γίνει ένα ερευνητικό hotspot στο εσωτερικό και στο εξωτερικό. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι σε ορισμένες ειδικές περιπτώσεις, η θερμική διαχείριση ηλεκτρονικών συσκευών αντιμετωπίζει εξαιρετικά υψηλό θερμικό φορτίο και οι συσκευές βρίσκονται σε σύντομη - χρονική διακοπτόμενη κατάσταση λειτουργίας.

Για να καλυφθεί αυτή η ειδική ζήτηση, δημιουργήθηκε η τεχνολογία θερμικής διαχείρισης των ηλεκτρονικών συσκευών αποθήκευσης θερμότητας αλλαγής φάσης. Η τεχνολογία αποθήκευσης θερμότητας αλλαγής φάσης χρησιμοποιεί τα χαρακτηριστικά των υλικών αλλαγής φάσης (PCM) που απορροφούν / απελευθερώνουν ενέργεια υψηλής πυκνότητας - στη διαδικασία αλλαγής φάσης στερεών - υγρής φάσης για αποθήκευση / απελευθέρωση θερμικής ενέργειας, έτσι ώστε να ρυθμίζεται το θερμικό σοκ του υψηλού θερμικού φορτίου ηλεκτρονικών συσκευών, ώστε να διασφαλίζεται η ασφαλής και σταθερή λειτουργία των ηλεκτρονικών συσκευών. Η εφαρμογή της τεχνολογίας αποθήκευσης θερμότητας αλλαγής φάσης στη θερμική διαχείριση ηλεκτρονικών συσκευών περιλαμβάνει κυρίως ψύκτρα PCM, σωλήνα θερμότητας αποθήκευσης θερμότητας και κύκλωμα υγρού αποθήκευσης θερμότητας.

Η ψύκτρα PCM είναι η μείωση του επιπέδου θερμοκρασίας της ψύκτρας χρησιμοποιώντας τα χαρακτηριστικά σταθερής θερμοκρασίας των υλικών αλλαγής φάσης στη διαδικασία αλλαγής φάσης. Προκειμένου να ενισχυθεί η θερμική αγωγιμότητα του PCM, διαμορφώνεται ένα μεταλλικό πλαίσιο στην ψύκτρα και η υψηλή θερμική αγωγιμότητα του μετάλλου χρησιμοποιείται για την επιτάχυνση του ρυθμού μεταφοράς θερμότητας του PCM. Όπως φαίνεται στο σχήμα 1, υπάρχουν ψύκτρα μονής κοιλότητας, ψύκτρα με παράλληλο πτερύγιο πολλαπλών κοιλοτήτων, ψύκτρα πολλαπλών πτερυγίων πολλαπλών κοιλοτήτων και ψύκτρα με δομή κηρήθρας. Η κοιλότητα της ψύκτρας είναι γεμάτη με PCM. Θα πρέπει να επισημανθεί ότι η ψύκτρα κυψελωτών παρουσιάζει ανώτερη απόδοση μεταφοράς θερμότητας και αποτελεί το βέλτιστο σχήμα για τη θερμική διαχείριση ηλεκτρονικών συσκευών.

Ο σωλήνας θερμότητας έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα και ικανότητα μεταφοράς θερμότητας. Προκειμένου να αντιμετωπιστεί η επίδραση του ακραίου θερμικού φορτίου, προτείνεται ένας σωλήνας θερμότητας αποθήκευσης θερμότητας, ο οποίος συνδυάζει την υψηλή θερμική αγωγιμότητα του σωλήνα θερμότητας με την υψηλή ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας του PCM. Επιπλέον, ο σωλήνας θερμότητας μπορεί επίσης να βελτιώσει τον ρυθμό μεταφοράς θερμότητας του PCM. Το σχήμα 2 δείχνει τη μονάδα ψύκτρας σωλήνων αποθήκευσης θερμότητας αλλαγής φάσης. Η αρχή λειτουργίας της σύνθετης ψύκτρας είναι ότι η θερμότητα που παράγεται από την πηγή θερμότητας μεταφέρεται στην ψυχρή πλάκα και ο σωλήνας θερμότητας απορροφά τη θερμότητα από την ψυχρή πλάκα και μεταφέρει τη θερμότητα αποτελεσματικά στην περιοχή αποθήκευσης θερμότητας PCM.

Στο κύκλωμα δύο φάσεων -, προστίθεται η αντλία κυκλοφορίας και ο εξατμιστής συνδέεται με τον συσσωρευτή θερμότητας συμπύκνωσης μέσω του αγωγού για να σχηματιστεί ένα σύστημα αποθήκευσης θερμότητας δύο φάσεων -, το οποίο μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την απόδοση ψύξης των ηλεκτρονικών συσκευών. Το σχήμα 3 δείχνει τη δομή του συστήματος αποθήκευσης θερμότητας δύο κυκλωμάτων φάσης -. Σε αυτό το σύστημα, το ψυχρό ρευστό απορροφά τη θερμότητα της πηγής θερμότητας της ηλεκτρονικής συσκευής, απελευθερώνει θερμότητα μέσω της περιοχής PCM υπό τη δράση της αντλίας κυκλοφορίας, γίνεται ξανά το κρύο ρευστό, απορροφά ξανά θερμότητα μέσω της πηγής θερμότητας και λειτουργεί κυκλικά. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι σε αυτή τη συσκευή, η απόδοση μεταφοράς θερμότητας του PCM μπορεί να βελτιωθεί αποτελεσματικά αυξάνοντας την περιοχή μεταφοράς θερμότητας στην πλευρά του PCM.