本发明涉及一种模块化喷雾式散热热沉装置，利用喷雾冷却技术实现了高传热热流与传热系数的高密度储热能力，以新型集成化、模块化结构布局降低了系统的复杂性与总体质量，以表面强化相变技术消弭了气液分离难题，以单气泵耦合气动增压活塞气缸的方案实现了针对动态热源散热的简单有效喷雾性能控制，以关键结构尺寸的协调设计支撑实现了特定散热量、特定传热热流密度、特定温度控制水平的热控目标，因此本发明解决了喷雾冷却技术在仪器舱工程化应用所面临的诸多难题，能够为高速飞行器仪器舱散热提供主动式散热热沉。