電子デバイスの熱管理における位相変化蓄熱の応用

電子機器の統合が継続的に改善され、電子機器はますます小型化が進んでいますが、体積電力や面積の電力密度は徐々に増加し、デバイスの熱流束密度が急激に増加します。高熱流電子機器は、熱放散に対する要求が高いため、電子機器の熱管理は国内外の研究のホットスポットとなっています。特別な場面では、電子機器の熱管理は非常に高い熱負荷に直面しており、デバイスは短時間の断続的な作業状態にあることを指摘する必要があります。

この特殊な需要に応えるため、位相変化蓄熱電子デバイスの熱管理技術が生まれた。位相変化蓄熱技術は、固液相変化の過程で高密度エネルギーを吸収/放出する相変化材料(PCM)の特性を利用して熱エネルギーを貯蔵/放出し、電子機器の高熱負荷の熱ショックを緩衝するように、電子機器の安全かつ安定した動作を確保する。電子デバイスの熱管理における位相変化蓄熱技術の応用には、主にPCMヒートシンク、蓄熱用ヒートパイプ、蓄熱流体回路が含まれます。

PCMヒートシンクは、相変化の過程で相変化材料の一定温度特性を用いてヒートシンクの温度レベルを低下させる。PCMの熱伝導率を高めるために、ヒートシンクに金属フレームワークを構成し、PCMの熱伝導速度を加速するために金属の高い熱伝導率を使用します。図1に示すように、単一のキャビティヒートシンク、マルチキャビティ並列フィンヒートシンク、マルチキャビティクロスフィンヒートシンクおよびハニカム構造ヒートシンクがあります。ヒートシンクの空洞はPCMで満たされています。ハニカムヒートシンクは、優れた熱伝達性能を示し、電子機器の熱管理に最適なスキームであることを指摘する必要があります。

ヒートパイプは熱伝導率が高く、伝熱能力も高い。極端な熱負荷の影響に対処するために、ヒートパイプの高い熱伝導率とPCMの高エネルギー蓄電能力を兼ね備えた蓄熱蓄熱管が提案されている。また、ヒートパイプはPCMの熱伝達速度を高めることもできる。図2は、位相変化蓄熱蓄熱管ヒートシンクモジュールを示す。複合ヒートシンクの動作原理は、熱源によって発生する熱が冷たいプレートに転送され、ヒートパイプが冷たいプレートから熱を吸収し、熱を効率的にPCM蓄熱領域に転送することです。

2相回路では、循環ポンプを加え、蒸発器をパイプラインを通して凝結熱蓄電器と結合して蓄熱式2相回路システムを形成し、電子機器の冷却効率を効果的に向上させることができます。図3は、蓄熱2相回路システムの構造を示す。このシステムでは、冷たい流体が電子機器の熱源の熱を吸収し、循環ポンプの作用下でPCM領域を通して熱を放出し、再び冷たい流体となり、再び熱源を通して熱を吸収し、円状に働く。なお、この装置では、PCM側の熱伝達面積を大きくすることでPCMの熱伝達性能を効果的に向上させることができる。