一种可控快速响应相变储热系统、加工方法及传热方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可控快速响应相变储热系统及其传热方法，其中储热系统包括相变材料、蜂窝骨架、导热增强回路模块、热可控阀和金属封装壳体。导热增强回路模块具有高导热性能，热可控阀在特定温度下对传热通路的开断可控，结合蜂窝骨架的大比表面积及相变材料的高相变潜热，具有热容大、导热系数高等特点，具有吸热相应速度快、热耗消纳能力强、温度波动区间小等优点。本发明专利技术还公开了一种可控快速响应相变储热系统的加工方法，将相变储热系统中的金属部件作为整体进行3D打印，有利于消除常规相变装置中蜂窝骨架与金属封装壳体之间的接触热阻。触热阻。触热阻。

【技术实现步骤摘要】
一种可控快速响应相变储热系统、加工方法及传热方法


[0001]本专利技术涉及一种可控快速响应相变储热系统及传热方法，属于航天电子产品热控制领域。

技术介绍

[0002]近年来，卫星系统向集成化、小型化、高性能等方向不断发展，如以高速、一体化数据处理为代表的数字产品和以功率放大为代表的大功率功放产品，其单个芯片、单板、整机的热耗都较上一代产品提高了3
‑
5倍，局部或瞬时的功率可高达数百瓦/平方厘米，而产品的高集成度使其有效散热空间日趋减小，且许多场合散热空间是封闭或半封闭的，导致有效散热空间非常狭小而热流密度又非常高，同时对产品控温精度的要求也越来越高，这些都给宇航产品的散热设计提出了更高的要求，传统的散热方式已经无法满足产品设计要求，必须研发采用更为高效的散热方式。
[0003]在空间安全方面，目前，空间电子束武器、高功率微波武器等是各国关注的重点，此类武器产品工作时释放大量热量，热控技术成为产品的瓶颈技术，亟需开发高效传热方法解决产品高温失效问题。
[0004]对于短期或周期性开机工作的产品，使用相变材料吸收产品工作时的热量，在产品不工作时将热量释放出来，可实现对产品高水平的温度控制。相变材料热控没有运动部件，可靠性高，但作为非金属材料，相变材料相变过程中传热性能差，无法快速吸收大功率产品工作时产生的热量，使大功率产品温度超过热设计要求，热迟滞现象明显。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种可控快速响应相变储热系统及其传热方法，解决了现有传热系统短时功率大热耗消纳问题，具有热容大、导热系数高等特点，非常适用于短时、大功率、高热流密度的一次性或周期性工作的电子产品。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种可控快速响应相变储热系统的加工方法，解决了常规相变装置中蜂窝骨架与金属封装壳体之间的接触热阻大的问题，将相变储热系统中的金属部件作为整体进行3D打印，有利于消除常规相变装置中蜂窝骨架与金属封装壳体之间的接触热阻。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种可控快速响应相变储热系统，包括金属封装壳体，相变材料，蜂窝骨架，导热增强回路模块和热可控阀；
[0009]导热增强回路模块的个数n＞1，n个导热增强回路模块设于金属封装壳体内部，且沿传热方向依次排布，将n个增强回路模块沿传热方向依次分别记为第1，2
……
n级导热增强回路模块，其中相邻两级导热增强回路模块之间设有热可控阀；
[0010]记相邻两级导热增强回路模块分别为第i级导热增强回路模块和第i+1级导热增强回路模块，1≤i≤n
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1；热可控阀开启时，相邻两级导热增强回路模块之间的导热路径接
通，热可控阀关闭时，相邻两级导热增强回路模块之间的导热路径断开，当相邻两级导热增强回路模块之间的导热路径接通时，热量由第i级导热增强回路模块快速传入第i+1级导热增强回路模块；
[0011]蜂窝骨架填充于金属封装壳体内部，相变材料分布于蜂窝骨架中。
[0012]进一步的，导热增强回路模块包括蒸发器，冷凝器，连接蒸发器出口和冷凝器入口的蒸汽管道，连接蒸发器入口和冷凝器出口的液体管道，设于液体管道上的特斯拉阀和循环流动的传热工质；
[0013]热可控阀的个数为n
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1，其中第i个热可控阀设于第i级导热增强回路模块的冷凝器和第i+1级导热增强回路模块的蒸发器之间。
[0014]进一步的，金属封装壳体一端的外表面作为相变储热系统吸热面与待散热产品接触，金属封装壳体另一端的外表面作为相变储热系统散热面与温度较低的外部环境接触，第1级导热增强回路模块的蒸发器与金属封装壳体一端的内表面接触，第n级导热增强回路模块的冷凝器与金属封装壳体另一端的内表面接触；
[0015]所述导热增强回路模块中的传热工质为水，丙酮或甲醇等。
[0016]进一步的，金属封装壳体，蜂窝骨架和导热增强回路模块中的蒸发器、冷凝器、蒸汽管道、液体管道和特斯拉阀均采用同一材料。
[0017]进一步的，所述同一材料为导热率大于180W/m℃的铝合金，铜合金或纯铜；所述热可控阀为Cu
‑
Zn
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Al形状记忆合金材料；相变材料为石蜡。
[0018]进一步的，热可控阀为片状，第i级导热增强回路模块的冷凝器和第i+1级导热增强回路模块的蒸发器之间设有容纳第i个热可控阀的封闭空腔，当第i级导热增强回路模块的冷凝器温度低于预设阈值时，第i个热可控阀在封闭空腔中为游离状态，当第i级导热增强回路模块的冷凝器温度不低于预设阈值时，第i个热可控阀受热膨胀至同时与第i级导热增强回路模块的冷凝器和第i+1级导热增强回路模块的蒸发器接触，使热量由第i级导热增强回路模块传入第i+1级导热增强回路模块。
[0019]进一步的，蜂窝骨架填充于金属封装壳体与导热增强回路模块之间，蜂窝骨架同时接触金属封装壳体和导热增强回路模块，且第i级导热增强回路模块的冷凝器和第i+1级导热增强回路模块的蒸发器之间不设置蜂窝骨架和相变材料。
[0020]进一步的，所述金属封装壳体和蜂窝骨架一体加工成型；
[0021]金属封装壳体为封闭结构。
[0022]一种可控快速响应相变储热系统的传热方法，包括：
[0023]金属封装壳体接收待散热产品的热量并传递至导热增强回路模块；
[0024]导热增强回路模块的蒸发器吸收热量后，蒸发器中的液态传热工质转变为气态传热工质，气态传热工质通过蒸汽管道进入冷凝器，在冷凝器中凝结为液态传热工质，液态传热工质通过设有特斯拉阀的液体管道再次回到蒸发器；
[0025]当第i级导热增强回路模块中的冷凝器温度不低于预设阈值时，第i级导热增强回路模块和第i+1级导热增强回路模块之间所设热可控阀开启，第i级导热增强回路模块与第i+1级导热增强回路模块之间的快速导热路径接通，热量由第i级导热增强回路模块传入第i+1级导热增强回路模块；
[0026]导热增强回路模块将热量传输给相变材料，此时包裹整个导热增强回路模块的相
变材料此时都参与换热；
[0027]在待散热产品工作时，相变储热系统的吸热面吸收其热量，相变材料恒温融化吸热，在待散热产品停止工作时，相变储热系统的散热面将热量传递至外部环境，相变材料凝固放热，储存待散热产品下一次工作时所需的冷量。
[0028]一种可控快速响应相变储热系统的加工方法，包括：
[0029]采用3D打印的方法，利用同一材料，以金属封装壳体，蜂窝骨架，导热增强回路模块中的蒸发器、冷凝器、蒸汽管道、液体管道和特斯拉阀为整体进行分层打印；
[0030]打印过程中在第i级导热增强回路模块的冷凝器和第i+1级导热增强回路模块的蒸发器之间放置第i个热可控阀，并形成容纳第i个热可控阀的封闭空腔；
[0031]打印过程中在金属封装壳体上留置第一注入孔，在导热增强回路模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可控快速响应相变储热系统，其特征在于，包括金属封装壳体(1)、相变材料(2)、蜂窝骨架(3)、导热增强回路模块(4)和热可控阀(5)；导热增强回路模块(4)的个数n＞1，n个导热增强回路模块(4)设于金属封装壳体(1)内部，且沿传热方向依次排布，将n个增强回路模块(4)沿传热方向依次分别记为第1，2
……
n级导热增强回路模块，其中相邻两级导热增强回路模块之间设有热可控阀(5)；记相邻两级导热增强回路模块分别为第i级导热增强回路模块和第i+1级导热增强回路模块，1≤i≤n
‑
1；热可控阀(5)开启时，相邻两级导热增强回路模块之间的导热路径接通，热可控阀(5)关闭时，相邻两级导热增强回路模块之间的导热路径断开，当相邻两级导热增强回路模块之间的导热路径接通时，热量由第i级导热增强回路模块传入第i+1级导热增强回路模块；蜂窝骨架(3)填充于金属封装壳体(1)内部，相变材料(2)分布于蜂窝骨架(3)中。2.根据权利要求1所述的一种可控快速响应相变储热系统，其特征在于，导热增强回路模块(4)包括蒸发器、冷凝器、连接蒸发器出口和冷凝器入口的蒸汽管道、连接蒸发器入口和冷凝器出口的液体管道、设于液体管道上的特斯拉阀和循环流动的传热工质；热可控阀(5)的个数为n
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1，其中第i个热可控阀(5)设于第i级导热增强回路模块的冷凝器和第i+1级导热增强回路模块的蒸发器之间。3.根据权利要求2所述的一种可控快速响应相变储热系统，其特征在于，金属封装壳体(1)一端的外表面作为相变储热系统吸热面与待散热产品接触，金属封装壳体(1)另一端的外表面作为相变储热系统散热面与外部环境接触，第1级导热增强回路模块的蒸发器与金属封装壳体(1)一端的内表面接触，第n级导热增强回路模块的冷凝器与金属封装壳体(1)另一端的内表面接触；所述导热增强回路模块(4)中的传热工质为水、丙酮或甲醇。4.根据权利要求2所述的一种可控快速响应相变储热系统，其特征在于，金属封装壳体(1)、蜂窝骨架(3)和导热增强回路模块(4)中的蒸发器、冷凝器、蒸汽管道、液体管道和特斯拉阀均采用同一材料。5.根据权利要求4所述的一种可控快速响应相变储热系统，其特征在于，所述同一材料为导热率大于180W/m℃的铝合金、铜合金或纯铜；所述热可控阀(5)为Cu
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Zn
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Al形状记忆合金材料；相变材料(2)为石蜡。6.根据权利要求2所述的一种可控快速响应相变储热系统，其特征在于，热可控阀(5)为片状，第i级导热增强回路模块的冷凝器和第i+1级导热增强回路模块的蒸发器之间设有容纳第i个热可控阀(5)的封闭空腔，当第i级导热增强回路模块的冷凝器温度低于预设阈值时，第i个热可控阀(5)在封闭空腔中为游离状态，当第i级导热增强回路模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立，郭海超，李晖，王升，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：