CN115379704A - 一种基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统及其冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统及其冷却方法，属于散热设备冷却技术领域，解决了现有技术中设备功率的不断加大导致冷却系统体积增长，但同时各设备的小型化、轻量化和低成本化要求也越来越高的问题。本发明的冷却系统，采用两级冷却系统，在散热设备不工作时通过二级冷却系统制冷，冷量储存在储能器的相变材料中，能够采用小功率的冷却系统进行制冷，当散热设备间歇剧烈放热时，蓄冷器中的相变材料快速释冷，并通过一级冷却系统对设备进行冷却。并且储能器采用可拓展型相变冷却装置，能够根据冷却需要调节蓄冷量，减小了冷却系统的体积，且能够适用于对不同散热功率和占空比的设备的冷却。

Description

一种基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统及其冷却方法

技术领域

本发明涉及散热系统技术领域，尤其涉及一种基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统及其冷却方法。

背景技术

发热体器、发热体探测仪、相控阵雷达、大功率LED等设备存在间歇大功率发热情况，如果不快速散掉这些热量的话会影响各设备的正常工作，而这些热量往往又存在短时高功率散热特点，为了散掉这些热量可以有多种冷却方式，传统常用的是闭式制冷回路系统。以往的闭式制冷回路系统为双闭式循环系统，发热体、动力泵和热交换器组成内循环，外界冷水机组与热交换器组成外循环。现有发热体工作产生的热量通过热交换器传递给冷水机组，这样有多大的发热量就需要有多大制冷能力的冷水机组。

而随着发热体器、相控阵雷达和大功率LED设备功率的不断加大，冷却系统的体积也会成倍数增长，但同时各设备的小型化、轻量化和低成本化要求也越来越高。此外，各种不同用途设备存在发热功率不同、发热占空比(工作时间与非工作时间之比)不同，例如：散热设备工作时间为30s，非工作时间为30min。因此，所需的冷水机组功率也不同。

因此，本发明旨在设计一种可拓展型相变冷却装置，满足大功率发热设备的散热需求，以及制冷设备的小型化需求。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统及其冷却方法，用以解决发热体器、相控阵雷达和大功率LED设备功率的不断加大，冷却系统的体积也会成倍数增长，但同时各设备的小型化、轻量化和低成本化要求也越来越高的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统，包括：一级冷却系统和二级冷却系统；一级冷却系统包括：储能器、动力装置和微通道热沉；二级冷却系统能够制冷固化储能器中的相变介质，储能器用于储存冷量；储能器为可拓展型相变冷却装置；动力装置能够驱动冷却液在储能器和微通道热沉中循环；微通道热沉能够与散热设备进行热交换。

进一步地，储能器包括：内层软质箱体、相变蓄冷片和外层箱体；内层软质箱体中设有相变蓄冷片；外层箱体套设在内层软质箱体的外侧。

进一步地，内层软质箱体具有折叠部，折叠部能够折叠或展开；外层箱体包括：第一箱体和第二箱体，第一箱体套设于第二箱体内部，且第一箱体与第二箱体重合部分的长度可调节。

进一步地，二级冷却系统包括依次连接的：储能器、压缩机、冷凝器和热力膨胀阀；压缩机能够将储能器中蒸发的制冷剂气体压缩为高温高压的气体；冷凝器能够将高温气体冷凝为液体；热力膨胀阀能够节流降低液体温度；二级冷却系统工作时：制冷剂在储能器、压缩机、冷凝器和热力膨胀阀之间循环流动。

进一步地，储能器的冷却液出口与微通道热沉的冷却液入口连通；动力装置一端连通储能器，另一端连通微通道热沉。

进一步地，动力装置为水泵；水泵一端与储能器连接，另一端与微通道热沉连通。

进一步地，动力装置为高压罐。

进一步地，高压罐包括：第一高压罐和第二高压罐；第一高压罐通过第一支路与储能器连通；第一高压罐通过第二支路与微通道热沉连通；第二高压罐通过第三支路与储能器连通，第二高压罐通过第四支路与微通道热沉连通。

进一步地，第一支路上设置第一阀门，第二支路上设置第二阀门，第三支路上设置第三阀门，第四支路上设置第四阀门。

一种冷却方法，采用上述基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统，包括以下步骤：

步骤S1：根据散热设备的散热量调节储能器的蓄冷量；

步骤S2：根据散热设备工作的占空比和散热量确定二级冷却系统的制冷功率和制冷时间；

步骤S3：制冷过程：二级冷却系统运行，储能器中的相变介质固化储存冷量；释冷过程：一级冷却系统运行，储能器中的相变介质释冷，一级冷却系统中的冷却液流经微通道热沉时与散热设备进行热交换，实现对散热设备的冷却。

本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：

1.各种不同用途的散热设备存在发热功率不同、发热占空比(工作时间与非工作时间之比)不同的情况，因此所需的冷水机组功率也不同。为了减小冷却系统的体积，本发明采用具有相变蓄冷片的储能器进行储冷，利用相变材料作为蓄冷介质，相变材料发生相变时吸收大量的热量来为各散热设备提供冷量，且相变材料制作成片状，与一级冷却系统的冷却液可以直接接触，增强换热效率；减小了制冷机组的体积。

2.本发明的冷却系统，采用两级冷却系统，在散热设备不工作时通过二级冷却系统制冷，冷量储存在储能器的相变材料中，能够采用小功率的冷却系统进行制冷，当散热设备间歇剧烈放热时，蓄冷器中的相变材料快速释冷，并通过一级冷却系统对设备进行冷却。本发明冷却系统的制冷和释冷不同时进行，制冷和释冷交替进行，避免了冷却系统工作对散热设备的影响，降低了电路的功率负荷，延长了制冷时间，降低了制冷所需功率，减小了冷却系统的体积。

3.本发明的冷却系统，采用可拓展型的相变冷却装置作为储能器，能够适用于不同占空比的散热设备进行冷却，根据散热设备的散热量和占空比调节冷却系统的制冷功率和释冷功率。本发明根据常见的发热设备功率，可以将冷水机组设置为常见的功率，如10Kw，而储能器为可拓展形式，能够调节蓄冷量的大小，在减小冷却装置功率体积的同时，还可以满足不同发热功率、不同发热占空比设备的多样化冷却需求，实现了整套系统小型化、轻量化和低成本化。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统原理图；

图2为动力装置为水泵的冷却系统原理图；

图3为可拓展型相变冷却装置示意图；

图4为可拓展型相变冷却装置伸展状态示意图；

图5为可拓展型相变冷却装置外层箱体连接状态图；

图6为采用高压罐驱动一级冷却系统正向运行过程；

图7为采用高压罐驱动一级冷却系统逆向运行过程。

附图标记：

1-微通道热沉；2-动力装置；3-储能器；4-压缩机；5-冷凝器；6-热力膨胀阀；7-第一阀门；8-第二阀门；9-第三阀门；10-第四阀门；11-第一高压罐；12-第二高压罐；13-第五阀门；

31-折叠部；32-内层软质箱体；33-相变蓄冷片；34-外层箱体；35-供回水管；341-第一箱体；342-第二箱体；343-连接件。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统，包括：一级冷却系统和二级冷却系统；其中，一级冷却系统包括：微通道热沉1、动力装置2和储能器3，且所述微通道热沉1、动力装置2和储能器3之间相互连通，所述动力装置2能够驱动储能器3与微通道热沉1之间的冷却液循环，所述微通道热沉1能够与发热设备进行换热；二级冷却系统包括：冷凝器5和储能器3，所述储能器3中存储有相变介质，冷凝器5能够将储能器3中的相变介质冷却；所述相变介质用于储存冷量。

本发明的一种具体实施方式中，储能器3为可拓展型相变冷却装置，即储能器3的体积大小可调节，储能器3内部设有多个相变蓄冷片33。实施时，调节储能器3的体积大小，储能器3能够存储相变蓄冷片33的数量不同，进而能够改变储能器3的储蓄冷量的多少。

进一步地，相变蓄冷片33内部设有相变介质，相变介质能够通过吸热、放热变化物理形态，相变蓄冷片33内的相变介质能够在冷凝器5的作用下放热固化，并且能够吸收散热设备释放的热量液化。相变蓄冷片33从外表来看，不发生形态改变，始终是片状结构，其内部的相变介质发生相变。

本发明通过储能器3中的相变蓄冷片33接入一级冷却系统和二级冷却系统，通过两个冷却系统的循环过程，实现对散热设备的冷却和降温。

本发明的储能器3为可拓展型相变冷却装置，可拓展型相变冷却装置为双层结构，内层采用柔软材质，表面加工成螺纹形状，可以折叠伸缩，相变介质可以是石蜡、冰、无机盐等，或者是采用泡沫金属、膨胀石墨等多孔介质吸附石蜡、冰、无机盐等制成的复合相变材料，当冷却装置功率需要调解时，可以通过调节冷却装置内、外层容积调节冷却装置的冷量容量。

本发明的一种具体实施方式中，如图1所示，微通道热沉1一端与动力装置2相连，另一端与储能器3相连；动力装置2一端连接储能器3，另一端连接微通道热沉1，三者形成一级冷却系统。同时，储能器3作为热交换器接入二级冷却系统，冷凝器5一端连接压缩机4，另一端连接热力膨胀阀6；且储能器3一端与压缩机4相连，一端与热力膨胀阀6相连，压缩机4的出口与冷凝器5相连，形成二级冷却系统。具体地，微通道热沉1的换热面与散热设备的散热面相接触，微通道热沉1的出水口与动力装置2相连，微通道热沉1的进水口与储能器3相连接，动力装置2提供一级冷却系统循环的动力。

实施时，一级冷却系统和二级冷却系统交替工作：

1)当发热体系统(散热设备)工作时，启动一级冷却系统。

一级冷却系统中的冷却液(水或者是乙二醇的水溶液等)依次流经储能器3、微通道热沉1和动力装置2；储能器3中流出的低温冷却液流入微通道热沉1中，低温的冷却液进入微通道热沉1对散热设备进行冷却，微通道热沉1中的低温冷却液与散热设置进行热交换后升温；升温后的高温冷却液在动力装置2的驱动下流回储能器3，流回储能器3的高温冷却液与相变蓄冷片33进行热交换，热交换后高温冷却液在储能器3中被冷却至较低温度，同时储能器3中的相变介质则吸收冷却液释放的热量发生相变，逐渐由固体变为液体，实现了释冷过程，完成一次循环。

即相变蓄冷片33相变(液化)吸热，完成散热设备与储能器3中的相变蓄冷片33之间的热量转移，实现对散热设备的冷却。一级冷却系统不断循环直至储能器3中所有的相变材料都变为液体，释冷过程结束。

2)当发热体系统(散热设备)不工作时，启动二级冷却系统。

二级冷却系统中，制冷剂在压缩机4中被压缩成高温高压的气体，然后经管道被输运至冷凝器5，经过冷凝器5的表面和强迫风冷，制冷剂的大部分热量被带到空气中，使流经冷凝器5后的高压气体冷凝为高压液体；高温高压的液态制冷剂流经热力膨胀阀6后降压降温，低温低压的制冷剂流回储能器3，相当于将二级冷却系统中的蒸发器直接埋在了储能器3中；制冷剂在储能器3中进行蒸发，蒸发过程会吸收大量的热量，此时，填充在储能器3中的相变蓄冷片33即相变介质会不断被冷却并发生相变，相变介质逐渐由液体变为固体，直至所有相变介质都变为固体，充冷过程结束，关闭二级冷却系统。

即一级冷却系统对散热设备进行冷却，二级冷却系统对储能器3进行冷却。储能器3中的相变蓄冷片33完全相变需要吸收(或放出)的热量即为储能器3能够存储的冷量。

其中，动力装置2有两种形式：

对于系统对振动影响要求不高的情况，动力装置2可以采用水泵，通过水泵为进出微通道热沉的液体提供动力，如图2所示。

动力装置为水泵时，水泵一端与储能器3连通，另一端与微通道热沉1连通，使冷却液在一级冷却系统中循环流动。

一级冷却系统的工作过程为：通过水泵将储能器3中的低温冷却液输入微通道热沉1进行换热，并换热后的高温冷却液重新泵入储能器3，实现一级冷却系统的循环。即一级冷却系统中的冷却液循环时，低温冷却液流经微通道热沉1时与散热设备换热，将储能器3中存储的冷量释放同时对散热设备进行冷却。

2)对于系统对振动影响十分敏感的情况，动力装置可以采用两个高压罐(高压气罐或气瓶)，利用两个高压罐之间的压差来为一级冷却系统提供动力，如图6和图7所示。

采用高压罐提供动力时，高压罐包括第一高压罐11和第二高压罐12，第一高压罐11的一端和第二高压罐12的一端通过第五阀门13连通，且第五阀门13常闭。进一步地，第一高压罐11的另一端分出两个支路：第一支路通过第一阀门7与储能器3连通，第二支路通过第二阀门8与微通道热沉1连通。第二高压罐12的另一端也分出两个支路：第三支路通过第三阀门9与储能器3连通，第四支路通过第四阀门10与微通道热沉1连通。

即一级冷却系统中包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路；第一支路能够连通第一高压罐11和储能器3，第三支路能够连通第二高压罐12和储能器，第二支路能够连通第一高压罐11和微通道热沉1，第四支路能够连通第二高压罐12和微通道热沉。

其中，第一支路和第二支路不同时连通，第三支路和第四支路不同时连通，第一支路和第四支路同时连通，第二支路和第三支路同时连通。也就是说，第一高压罐11中的冷却液能够通过第一支路进入储能器3，流经微通道热沉1释冷后，通过第四支路流入第二高压罐12。第二高压罐12中的冷却液通过第三支路进入储能器3，流经微通道热沉1释冷后，通过第二支路流入第一高压罐12。通过冷却液在第一高压罐11和第二高压罐12之间的往复流动，能够实现储能器3的释冷以及对散热设备的冷却。

如图6和图7所示，动力装置为高压罐(高压气罐或气瓶)时的工作过程为：

如图6所示，散热设备工作时，初始时刻冷却液位于第一高压罐11中，第一阀门7、第四阀门10开启，第二阀门8和第三阀门9关闭；调节第一高压罐11的压力大于第二高压罐12，使冷却液从第一高压罐11流经第一阀门7进入储能器3中，在储能器3中被冷却后进入微通道热沉1对发热体系统(散热装置)进行冷却，换热后的冷却液经第四阀门10进入第二高压罐12，完成一次正循环，此过程称为正向运行过程。

如图7所示，开启第三阀门9和第二阀门8，关闭第四阀门10和第一阀门7，调节第二高压罐12的压力高于第一高压罐11，使冷却液从第二高压罐12中流经第三阀门9进入储能器3中，被冷却后进入微通道热沉1为发热体系统进行冷却，换热后的冷却液经第二阀门8进入第一高压罐11，完成一次逆循环，第二高压罐此过程称为逆向运行过程。

上述两个过程不断交替，实现了储能器3的释冷过程。正向运行过程和逆向运行过程均能够对散热设备进行冷却，冷却液在第一高压罐11和第二高压罐12之间转移时，均先流经储能器3，再流经微通道热沉1，逐渐完成储能器3与散热设备之间的热量交换，即通过冷却液在第一高压罐11和第二高压罐12之间的反复转移，实现储能器3的释冷过程以及对散热设备的冷却。

本发明的一种具体实施方式中，储能器3包括：内层软质箱体32和外层箱体34。

进一步地，内层软质箱体32和外层箱体34的横截面形状可以为圆形、矩形或正多边形。

可选地，内层软质箱体32为硅胶材质。

可选地，外层箱体34为金属材质。优选地，外层箱体34为内嵌有保温材料的不锈钢板或铝板。

进一步地，内层软质箱体32具有折叠部31，所述折叠部31为波纹管状，如图4所示。通过调节折叠部31的折叠状态和折叠程度能够调节内层软质箱体32的体积，或者说调节折叠部31的伸展程度能够调节内层软质箱体32的体积。

具体地，折叠部31为褶皱结构，如图4所示。

进一步地，折叠部具有多个波峰部(凸起部分)，相邻波峰部之间形成波谷部(内凹部分)，当外层箱体34的长度延长时，为了实现折叠部31的快速展开，在相邻波峰部之间设置弹簧，外层箱体34伸长过程中，折叠部31的褶皱在弹簧弹力的作用下快速展开，延长内层软质箱体34，使内层软质箱体32能够跟随外层箱体34延长，扩展储能器3的冷量容积。

进一步地，如图4、图5所示，外层箱体34包括：第一箱体341和第二箱体342；第一箱体341套设在第二箱体342的内部，且能够相对于第二箱体342滑移。

本发明的储能器3的储存冷量可调节，通过调节第一箱体341和第二箱体342的重叠部分的长度，能够调节本发明的可拓展型相变冷却装置的外层箱体34的长度，进而通过外层箱体34的长度的调节带动软质箱体32的折叠部31折叠或展开，实现对可拓展型相变冷却装置的容积的调节，进而改变可拓展型相变冷却装置即储能器3的冷量储存量。

进一步地，本发明的一种具体实施方式中，第一箱体341和第二箱体342之间通过连接件343连接固定。

可选地，第一箱体341和第二箱体342的外形为圆柱形时，第一箱体341和第二箱体342外侧设置外螺纹，连接件343内侧设置阶梯的螺纹孔，即直径不同的第一螺纹孔和第二螺纹孔，连接件343通过螺纹孔与第一箱体341和第二箱体342的外螺纹螺接。具体地，第一螺纹孔的直径等于第一箱体341的外径，第二螺纹孔的直径等于第二箱体342的外径；即第一螺纹孔与第一箱体341的外螺纹螺接，第二螺纹孔与第二箱体342的外螺纹342的外螺纹螺接。

可选地，第一箱体341和第二箱体342的外形为矩形或多边形时，连接件343为能够与外层箱体34的第一箱体341和第二箱体342的连接处套接的套筒结构。具体地，连接件343为上下对称的拼接结构，套筒结构包括第一半部和第二半部，第一半部和第二半部分别设置在外层箱体34的外侧，且第一半部和第二半部之间通过螺钉拧紧固定，外层箱体34的第一箱体341和第二箱体342被夹紧固定在套筒结构的连接件343内部。

本发明的可拓展型相变冷却装置的冷量容积调节完成后，通过连接件343固定第一箱体341和第二箱体342，实现可拓展型相变冷却装置即储能器3的结构的固定，避免在使用过程中发生位移或错位。

本发明的另外一种具体实施方式中，外层箱体34的下方设置轨道，第一箱体341和第二箱体342均滑动安装在轨道上，通过第一箱体341和第二箱体342的相对滑移调节外层箱体34的长度和体积。

实施例2

本实施例提供一种基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统的冷却方法，采用实施例1的冷却系统，包括以下步骤：

步骤S1：根据散热设备的散热量调节储能器3的蓄冷量；

步骤S2：根据散热设备工作的占空比和散热量确定二级冷却系统的制冷功率和制冷时间；

步骤S3：制冷过程：二级冷却系统运行，储能器3中的相变介质固化储存冷量；释冷过程：一级冷却系统运行，储能器3中的相变介质释冷，一级冷却系统中的冷却液流经微通道热沉1时与散热设备进行热交换，实现对散热设备的冷却。

所述步骤S2中，微通道热沉1的流量等参数需要根据不同的散热设备规格来确定，微通道热沉1的流量分几路，每一路流量的多少都根据发热系统的发热情况确定。

所述步骤S3中，本发明冷却系统中的二级冷却系统和散热设备可以不同时工作，具体地，散热设备不工作时，二级冷却系统运行，储能器3储存冷量；散热设备工作时，一级冷却系统运行，储能器3释冷对散热设备进行冷却，并且，冷却系统工作的间隔时间由发热系统工作的占空比决定，散热设备工作时，二级冷却系统不工作，解决了传统制冷机组对发热体系统(散热设备)的振动影响。

本发明的基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统，当散热设备需要散热时，则一级冷却系统工作，散热设备不工作时，则二级冷却系统进行蓄冷，不同发热系统的发热功率和工作时间不同，针对不同的发热系统确定冷却系统的工作时间和功率以及储能器3的冷量储存量，能够对不同类型的散热设备进行冷却。

进一步地，所述步骤S1中，储能器3的蓄冷量的调节方式为：通过调节第一箱体341和第二箱体342的重叠部分的长度，能够调节本发明的可拓展型相变冷却装置的外层箱体34的长度，进而通过外层箱体34的长度的调节带动软质箱体32的折叠部31折叠或展开，实现对可拓展型相变冷却装置的容积的调节，进而改变可拓展型相变冷却装置即储能器3的冷量储存量。

进一步地，所述步骤S3中，冷却系统的工作过程包括：制冷过程和释冷过程；其中，一级冷却系统的工作过程为释冷过程，用于对散热设备进行冷却；二级冷却系统的工作过程为制冷过程，用于实现储能器3的冷量存储。

步骤S31：二级冷却系统的工作过程(制冷过程)为：

制冷剂在储能器3中进行蒸发，蒸发后的气态制冷剂在压缩机4中被压缩成高温高压的气体；

高温高压气态制冷器被输运至冷凝器5，经过冷凝器5的表面和强迫风冷，制冷剂的大部分热量被带到空气中，使流经冷凝器5后的高压气体冷凝为高温高压的液态制冷器；

高温高压的液态制冷剂流经热力膨胀阀6后降压降温，低温低压的制冷剂流回储能器3；

制冷剂在储能器3中蒸发，蒸发过程会吸收大量的热量，此时，填充在储能器3中的相变蓄冷片33即相变介质会不断被冷却并发生相变，相变介质逐渐由液体变为固体；

二级冷却系统循环工作，直至所有相变介质都变为固体，充冷过程结束，关闭二级冷却系统。

步骤S32：一级冷却系统的工作过程(释冷过程)为：

一级冷却系统中的冷却液(水或者是乙二醇的水溶液等)依次流经储能器3、微通道热沉1和动力装置2；储能器3中流出的低温冷却液流入微通道热沉1中，低温的冷却液流经微通道热沉1对散热设备进行冷却；

微通道热沉1中的低温冷却液与散热设置进行热交换后升温；升温后的高温冷却液在动力装置2的驱动下流回储能器3；

流回储能器3的高温冷却液与相变蓄冷片33进行热交换，热交换后高温冷却液在储能器3中被冷却至较低温度，同时储能器3中的相变介质则吸收冷却液释放的热量发生相变，逐渐由固体变为液体，实现了释冷过程，完成一次循环。

进一步地，所述步骤S32中，动力装置2至少具有两种形式：

1)动力装置2为水泵：对于系统对振动影响要求不高的情况，动力装置2可以采用水泵，通过水泵为进出微通道热沉的液体提供动力，如图2所示。

2)动力装置为高压罐：对于系统对振动影响十分敏感的情况，动力装置可以采用两个高压罐(高压气罐或气瓶)，利用两个高压罐之间的压差来为一级冷却系统提供动力，如图6和图7所示。

具体地，

动力装置为水泵时：

通过水泵将储能器3中的低温冷却液输入微通道热沉1进行换热，并换热后的高温冷却液重新泵入储能器3，实现一级冷却系统的循环。

动力装置2为高压罐时：

如图6和图7所示，动力装置2为高压罐(高压气罐或气瓶)时的工作过程为：第一高压罐11中的冷却液能够通过第一支路进入储能器3，流经微通道热沉1释冷后，通过第四支路流入第二高压罐12；第二高压罐12中的冷却液通过第三支路进入储能器3，流经微通道热沉1释冷后，通过第二支路流入第一高压罐12；通过冷却液在第一高压罐11和第二高压罐12之间的往复流动，能够实现储能器3的释冷以及对散热设备的冷却。

具体地，如图6所示，散热设备工作时，初始时刻冷却液位于第一高压罐11中，第一阀门7、第四阀门10开启，第三阀门9和第二阀门8关闭；即第一支路、第四支路连通，第二支路、第三支路断开；

进一步地，调节第一高压罐11的压力大于第二高压罐12，使冷却液从第一高压罐11流经第一支路(第一阀门7)进入储能器3中，在储能器3中被冷却后进入微通道热沉1对发热体系统(散热装置)进行冷却，换热后的冷却液经第四支路(第四阀门10)进入第二高压罐12，完成一次正循环，此过程称为正向运行过程。

如图7所示，开启第三阀门9和第二阀门8，关闭第四阀门10和第一阀门7，即第二支路和第三支路连通，第一支路和第四支路断开；

进一步地，调节第二高压罐12的压力高于第一高压罐11，使冷却液从第二高压罐12中流经第三支路(第三阀门9)进入储能器3中，被冷却后进入微通道热沉1为发热体系统进行冷却，换热后的冷却液经第二支路(第二阀门8)进入第一高压罐11，完成一次逆循环，第二高压罐此过程称为逆向运行过程。

上述两个过程不断交替，实现了储能器3的释冷过程。正向运行过程和逆向运行过程均能够对散热设备进行冷却，冷却液在第一高压罐11和第二高压罐12之间转移时，均先流经储能器3，再流经微通道热沉1，逐渐完成储能器3与散热设备之间的热量交换，即通过冷却液在第一高压罐11和第二高压罐12之间的反复转移，实现储能器3的释冷过程以及对散热设备的冷却。

采用高压罐驱动一级冷却系统运行时，一级冷却系统中的冷却液具有两组流通路径：1)冷却液由第一高压罐11经第一支路流向储能器3，流经微通道热沉1后，经第四支路流向第二高压罐；2)冷却液由第二高压罐12经第三支路流向储能器3，流经微通道热沉1后，经第二支路流回第一高压罐11。本发明的一级冷却系统采用高压罐输送冷却液时，通过两组流通路径以及冷却液的往复流通和对散热设备的连续散热。

与现有技术相比，本实施例提供的技术方案至少具有如下有益效果之一：

1、本发明采用相变储能器进行储冷，利用相变材料在发生相变时吸收大量的热量来冷却进入散热设备的介质，相变潜热大，可以使制冷机组和散热设备不同时工作，制冷机组工作时间相对短，如一级冷却系统工作5分钟，二级冷却系统工作1小时或更长时间，从而大大减小了制冷机组的体积和重量。

2、相变材料的相变温差小，保证了散热设备的温度均匀性；由于一级冷却系统和二级冷却系统可以不同时工作，大大减小了制冷机组工作对散热设备的振动影响。

3、本发明的动力装置2可以是水泵，也可以采用两个高压气罐，利用其压差来驱动冷却介质的运行，从而可以进一步减小振动对散热设备的影响。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统，其特征在于，包括：一级冷却系统和二级冷却系统；所述一级冷却系统包括：储能器(3)、动力装置(2)和微通道热沉(1)；所述二级冷却系统能够制冷固化储能器(3)中的相变介质，所述储能器(3)用于储存冷量；所述储能器(3)为可拓展型相变冷却装置；所述动力装置(2)能够驱动冷却液在储能器(3)和微通道热沉(1)中循环；所述微通道热沉(1)能够与散热设备进行热交换。

2.根据权利要求1所述的基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统，其特征在于，所述储能器(3)包括：内层软质箱体(32)、相变蓄冷片(33)和外层箱体(34)；所述内层软质箱体(32)中设有相变蓄冷片(33)；所述外层箱体(34)套设在内层软质箱体(32)的外侧。

3.根据权利要求2所述的基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统，其特征在于，所述内层软质箱体(32)具有折叠部(31)，所述折叠部(31)能够折叠或展开；所述外层箱体(34)包括：第一箱体(341)和第二箱体(342)，第一箱体(341)套设于第二箱体(342)内部，且第一箱体(341)与第二箱体(342)重合部分的长度可调节。

4.根据权利要求1所述的基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统，其特征在于，所述二级冷却系统包括依次连接的：储能器(3)、压缩机(4)、冷凝器(5)和热力膨胀阀(6)；所述压缩机(4)能够将储能器(3)中蒸发的制冷剂气体压缩为高温高压的气体；所述冷凝器(5)能够将高温气体冷凝为液体；所述热力膨胀阀(6)能够节流降低液体温度；二级冷却系统工作时：所述制冷剂在储能器(3)、压缩机(4)、冷凝器(5)和热力膨胀阀(6)之间循环流动。

5.根据权利要求1所述的基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统，其特征在于，所述储能器(3)的冷却液出口与所述微通道热沉(1)的冷却液入口连通；所述动力装置(2)一端连通所述储能器(3)，另一端连通所述微通道热沉(1)。

6.根据权利要求5所述的基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统，其特征在于，所述动力装置(2)为水泵；所述水泵一端与储能器(3)连接，另一端与所述微通道热沉(1)连通。

7.根据权利要求5所述的基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统，其特征在于，所述动力装置(2)为高压罐。

8.根据权利要求7所述的基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统，其特征在于，所述高压罐包括：第一高压罐(11)和第二高压罐(12)；所述第一高压罐(11)通过第一支路与储能器(3)连通；所述第一高压罐(11)通过第二支路与微通道热沉(1)连通；所述第二高压罐(12)通过第三支路与储能器(3)连通，所述第二高压罐(12)通过第四支路与微通道热沉(1)连通。

9.根据权利要求8所述的基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统，其特征在于，所述第一支路上设置第一阀门(7)，所述第二支路上设置第二阀门(8)，所述第三支路上设置第三阀门(9)，所述第四支路上设置第四阀门(10)。

10.一种冷却方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的基于可拓展型相变冷却装置的冷却系统，包括以下步骤：

步骤S1：根据散热设备的散热量调节储能器(3)的蓄冷量；

步骤S2：根据散热设备工作的占空比和散热量确定二级冷却系统的制冷功率和制冷时间；

步骤S3：制冷过程：二级冷却系统运行，储能器(3)中的相变介质固化储存冷量；释冷过程：一级冷却系统运行，储能器(3)中的相变介质释冷，一级冷却系统中的冷却液流经微通道热沉(1)时与散热设备进行热交换，实现对散热设备的冷却。

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