Un disipador de calor basado en materiales de cambio de fase (PCM) es una forma efectiva de enfriar dispositivos electrónicos de alta potencia intermitentes en aplicaciones aeroespaciales, como la electrónica en vuelo y el transporte externo de aeronaves. Optimizar el disipador de calor es significativo en el diseño de un sistema compacto y eficiente. Este documento propone un procedimiento de optimización para el disipador de calor basado en PCM/grafito expandido (EG) para minimizar la temperatura de la fuente de calor. Se construye un modelo numérico para estimar la respuesta térmica, y se ajusta un modelo sustituto utilizando el modelo de Kriging. Se construye un algoritmo de optimización para predecir los parámetros óptimos del disipador de calor, y se investigan los efectos del volumen del disipador de calor, el flujo de calor y el tiempo de trabajo sobre los parámetros óptimos del disipador de calor. Esto muestra que los resultados numéricos coinciden bien con los datos experimentales, y el método de optimización propuesto obtiene efectivamente la fracción de masa óptima de EG y las dimensiones geométricas del recinto de PCM. La fracción de masa óptima de EG aumenta con el aumento del volumen del disipador de calor y disminuye con el incremento del flujo de calor y el tiempo de trabajo. La relación óptima de la altura con la longitud del disipador de calor es 0.43. Este estudio proporciona orientación práctica para el diseño óptimo de un disipador de calor basado en PCM/EG.