一种大功率矩阵肋片强化换热相变热沉制造技术

本发明专利技术公开了一种大功率矩阵肋片强化换热相变热沉，包括底板、相变材料、矩阵肋片、壳体和相变材料充装孔，底板与壳体形成用于承载相变材料的密封腔，且底板上方布满矩阵肋片，相变材料充装孔与密封腔相连通，底板下底面与热源接触，用于吸收热源热量，并传递给相变材料，壳体上方设有一空腔，该空腔上方连接有一盖板，且该空腔内设有一流体回路相连通的流体通道，壳体上设有与所述流体通道相连的流体进口管、流体出口管。本发明专利技术提供了一种方便快捷并且储热量大的热沉形式，通过流体回路将热源热量带走；提高了石蜡类相变材料综合导热性能，改善了相变材料融化过程温度分布均匀性，适用于航天器短时大功率发热单机的热控。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率矩阵肋片强化换热相变热沉
本专利技术属于热管理
，主要涉及一种大功率矩阵肋片强化换热相变热沉。
技术介绍
随着航天技术的发展，单机的种类越来越多，有一类单机发热量较大，热流密度较高，并且是短时、周期性工作。如果这些热量不及时排散，将会使单机的温升过高，导致其性能下降，更严重时将会导致单机的功能和寿命受到影响。对于短时、周期性工作的单机，相变热控技术是一种很好的选择。当单机工作发热时，相变材料吸收热量并融化，使单机温度维持在相变点附近；当单机停止工作后，相变热沉通过辐射排散热量而凝固，一方面维持单机的温度，另一方面为下一个工作循环做准备。在相变材料放热过程中，流体回路可增大散热功率，缩短相变材料凝固时间。石蜡是一类广泛应用于航天器热控的相变材料，其相变潜热较大，相变点范围较广，化学稳定性较好，与多种金属具有良好的兼容性，相变过程的过冷和过热现象不太明显。但石蜡类相变材料最大的缺陷是本身导热系数很低(一般在0.15W/m·K左右)，这严重影响了相变过程中热量在其内部的传递，从而降低其换热性能，特别是限制了融化过程中的吸热功率。在石蜡内添加高导热系数的轻质金属肋片，一般是镁或铝，可以很好地改善了这一状况。现阶段，泵驱动流体回路技术是解决航天器大散热量的最优技术途径；通过泵驱动大流量的工质，在热量收集装置中获得较高的对流换热系数，将大热量收集起来。但是，大流量下工质在管路里的阻力会大大增加，对驱动泵的扬程会提出更高的要求，流量和扬程的增加最终转化为泵功、质量和体积的大幅增加；基于系统优化的角度，泵驱动单相流体回路的管路不宜太长，这就限制了流体回路长度。基于此，将流体回路与相变储能技术结合起来形成相变热沉，先把利用强化换热的相变热沉把短时大功率的热量储存起来，再用小规模流体回路慢慢排散出去，可实现热管理系统的优化。相变热沉作为中间储能和换热装置，其地位也变得重要起来。
技术实现思路
为解决现有热沉短时、周期性大功率工作单机的散热问题，改善传统石蜡类相变温控装置换热效率低问题，本专利技术提供了一种大功率矩阵肋片强化换热相变热沉，具有热容量大、换热效率高、方便使用、成本低等特点。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种大功率矩阵肋片强化换热相变热沉，包括底板、相变材料、矩阵肋片、壳体和相变材料充装孔，底板与壳体形成用于承载相变材料的密封腔，且底板上方布满矩阵肋片，所述相变材料充装孔与密封腔相连通，用于相变热沉加工完成之后充装相变材料，所述底板下底面与热源接触，用于吸收热源热量，并传递给相变材料，相变材料达到相变点温度后融化，相变材料融化过程中温度保持不变，可控制热源的温升幅度，所述壳体上方设有一空腔，该空腔上方连接有一盖板，且该空腔内设有一流体回路相连通的流体通道，所述壳体上设有与所述流体通道相连的流体进口管、流体出口管。所述矩阵肋片以高导热系数的轻质金属为材料，呈长方体状，以阵列形式间隔分布在底板上方，相变材料分布于肋片矩阵中，利用分布的肋片的高导热特性，增加相变热沉的综合导热系数，强化相变融化过程的吸热能力；肋片矩阵可提高热沉的温度分布均匀性，防止局部区域的相变材料融化后积聚，胀裂热沉。冷流体工质在流体回路中流动，冷流体经过流体通道时吸收热量，使得相变材料凝固放热，强化相变凝固过程的散热能力，流体工质将热量带走后排散出去。优选地，所述壳体上还设有一外接充装孔，用于在相变热沉加工组装完毕后，完成对相变热沉抽真空处理，再往相变热沉内充装相变材料。优选地，所述相变热沉除相变材料外，所用材料均为高导热系数的轻质金属。优选地，所述相变材料为石蜡类，分子式为CnH2n+2，熔点在5～40℃之间。优选地，可接入流体回路增强热排散效率，也可利用相变热沉外表面辐射散热。优选地，所述底板的外部形状为平板型或者与热源相匹配的形状。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：一方面，利用高导热系数的金属做肋片矩阵，增强了石蜡相变材料内部的换热过程，并且金属密度小，在航天器热控应用方面能够有效减轻重量。另一方面，对于短期、周期性工作但功率较大的单机，在工作时，相变材料融化迅速吸收热量，在单机不工作时，慢慢通过流体回路散热，相变材料凝固，为下一次单机工作做准备。此相变热沉既可以维持单机温度在一定的范围内，又能大大减小流体回路规模，减轻流体回路重量。附图说明图1为本专利技术实施例一种大功率矩阵肋片强化换热相变热沉的外观图。图2为本专利技术实施例一种大功率矩阵肋片强化换热相变热沉的内部结构示意图。图3为本专利技术实施例中肋片矩阵的示意图。图4为本专利技术实施例中沿流体进出口方向剖面图。图5为本专利技术实施例中流体通道剖面图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1-图5所示，本专利技术实施例提供了一种大功率矩阵肋片强化换热相变热沉，包括底板1、相变材料2、矩阵肋片3、壳体4和相变材料充装孔8，底板1与壳体4形成用于承载相变材料的密封腔，且底板1上方布满矩阵肋片3，所述相变材料充装孔8与密封腔相连通，用于相变热沉加工完成之后充装相变材料，所述底板1下底面与热源接触，用于吸收热源热量，并传递给相变材料，所述壳体4上方设有一空腔，该空腔上方连接有一盖板5，且该空腔内设有一流体回路相连通的流体通道，所述壳体4上设有与所述流体通道相连的流体进口管6、流体出口管7。所述矩阵肋片以高导热系数的轻质金属为材料，呈长方体状，以阵列形式间隔分布在底板上方，相变材料分布于肋片矩阵中，冷流体工质在流体回路中流动，冷流体经过流体通道时吸收热量，使得相变材料凝固放热，强化相变凝固过程的散热能力，流体工质将热量带走后排散出去。所述壳体4上还设有一外接充装孔，用于在相变热沉加工组装完毕后，完成对相变热沉抽真空处理，再往相变热沉内充装相变材料。本实施例的壳体为扁平长方体形，具体尺寸为123mm×103mm×29.6mm，壁厚5mm，采用铝合金制成。本实施例的底板为长方体形，具体尺寸为119mm×99mm×23mm，肋片数为46×56根，每一根肋片尺寸为1mm×1mm×20mm，采用铝合金制成。本实施例的底板为长方体形，具体尺寸为123mm×103mm×3mm，采用铝制成。流体进出口为圆环形，内径4mm，外径6mm，长度50mm，采用铝制成。外接充装管为圆环状，内径1mm，外径3mm，长度40mm，采用铝制成。本实施例的相变材料为石蜡类，其主要成分分子式为CnH2n+2，如十四烷熔点5.5℃，相变潜热226kJ/kg、十六烷熔点16.7℃，相变潜热237kJ/kg、十八烷熔点28.0℃，相变潜热247kJ/kg。本实施例使用时，相变热沉底部1与周期性工作热源接触，吸收热源热量，并将热量传递给石蜡类相变材料2，由于2内部有大量肋片矩阵3强化导热，热源热量迅速传递给相变材料。相变材料融化吸收热量。壳体4上方连接流体回路，流体经过进口管6进入流体通道，最后由出口管7流出，流动过程中慢慢吸收相变材料内部热量，将热量带走，为下一次热源工作时散热做准备。流体通道由盖板5密封。相变材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率矩阵肋片强化换热相变热沉，其特征在于，包括底板(1)、相变材料(2)、矩阵肋片(3)、壳体(4)和相变材料充装孔(8)，底板(1)与壳体(4)形成用于承载相变材料的密封腔，且底板(1)上方布满矩阵肋片(3)，所述相变材料充装孔(8)与密封腔相连通，用于相变热沉加工完成之后充装相变材料，所述底板(1)下底面与热源接触，用于吸收热源热量，并传递给相变材料，所述壳体(4)上方设有一空腔，该空腔上方连接有一盖板(5)，且该空腔内设有一流体回路相连通的流体通道，所述壳体(4)上设有与所述流体通道相连的流体进口管(6)、流体出口管(7)。

【技术特征摘要】
1.一种大功率矩阵肋片强化换热相变热沉，其特征在于，包括底板(1)、相变材料(2)、矩阵肋片(3)、壳体(4)和相变材料充装孔(8)，底板(1)与壳体(4)形成用于承载相变材料的密封腔，且底板(1)上方布满矩阵肋片(3)，所述相变材料充装孔(8)与密封腔相连通，用于相变热沉加工完成之后充装相变材料，所述底板(1)下底面与热源接触，用于吸收热源热量，并传递给相变材料，所述壳体(4)上方设有一空腔，该空腔上方连接有一盖板(5)，且该空腔内设有一流体回路相连通的流体通道，所述壳体(4)上设有与所述流体通道相连的流体进口管(6)、流体出口管(7)。2.根据权利要求书1所述的一种大功率矩阵肋片强化换热相变热沉，其特征在于，所述矩阵肋片以高导热系数的轻质金属为材料，呈长方体状，以阵列形式间隔分布在底板上方，相变材料分布于肋片矩阵中。3.根据权利要求书1所述的一种大功率矩阵肋片强化换热相变热沉，其特征在于，冷流体工质在流体回路中流动，冷流体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张济民，阮世庭，王涛，徐涛，曹建光，施哲栋，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31