CN105246299A - 散热储能装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种散热储能装置，该散热储能装置包括：密闭壳体，所述密闭壳体底部设置有预设数目和第一预设尺寸的肋片；所述密闭壳体的腔体内填充有第一预设规格的导热增强体，所述导热增强体包括相变材料；所述密闭壳体的一侧设置有第二预设尺寸的灌装孔和第三预设尺寸的密封孔。采用本发明实施例提供的散热储能装置，其腔体内填充有相变材料，当大功率电子设备内部散热储能装置结构的温度升至高于该相变材料的相变温度点时，相变材料进行相变，吸收大功率电子设备短时间产生的热量，从而使大功率电子设备的升温速率急剧减缓，保证大功率电子设备内部各发热组件尤其热敏感组件短时间工作在安全可靠的温度范围，从而提高大功率电子设备短时间工作的可靠性。

Description

散热储能装置

技术领域

本发明涉及一种散热储能装置。

背景技术

在真空或近似真空环境中短时间工作的大功率电子设备的散热方法为：依靠结构导热和风冷、液冷等传统散热设计方法，如高超音速弹载终端设备广泛采用相控阵天线技术，其TR组件就为短时大功率工作的电子设备。短时大功率电子设备在工作时会产生大量的热量，例如TR组件其局部热流密度达到100W/cm²。

发明人在实现本发明创造的过程中发现，使用现有技术中结构导热的散热方法，大功率电子设备短时工作的环境温度很高，设备局部热流密度非常大，导致大功率电子设备整体温升很快、工作中期因温度过高出现工作状态不稳定甚至设备内部昂贵元器件烧毁等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种散热储能装置，用以解决现有技术中散热设计难以实现的问题，实现大功率电子设备内部各发热组件尤其热敏感组件短时间工作在安全可靠的温度范围，提高大功率电子设备短时间工作的可靠性，其技术方案如下：

一种散热储能装置，包括：

密闭壳体，所述密闭壳体底部设置有预设数目和第一预设尺寸的肋片；

所述密闭壳体的腔体内填充有第一预设规格的导热增强体，所述导热增强体包括相变材料；

所述密闭壳体的一侧设置有第二预设尺寸的灌装孔和第三预设尺寸的密封孔。

其中，所述密闭壳体包括：盖板和子壳体，所述盖板与所述子壳体配合形成所述密闭壳体，所述盖板与所述子壳体之间焊接连接。

其中，所述密闭壳体的腔体内还填充有灌装物质，所灌装物质通过所述灌装孔灌入所述壳体。

其中，所述灌装物质的质量为预设值，所述预设值由所述相变材料相变时的体积变化率以及所述散热储能装置内腔体的有效体积计算得出。

其中，所述导热增强体还包括：第二预设规格的泡沫金属。

上述技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例提供的散热储能装置，其腔体内填充有相变材料，当大功率电子设备内部散热储能装置结构的温度升至高于该相变材料的相变温度点时，相变材料进行相变，吸收大功率电子设备短时间产生的热量，从而使大功率电子设备的升温速率急剧减缓，保证大功率电子设备内部各发热组件尤其热敏感组件短时间工作在安全可靠的温度范围，使得大功率电子设备内部的昂贵元气件不易烧毁，从而提高大功率电子设备短时间工作的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种散热储能装置的结构示意图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或缩写总结如下：

PCM：PhaseChangeMaterial，相变材料。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本发明实施例提供的一种散热储能装置的结构示意图，该散热储能装置包括：密闭壳体101、导热增强体、灌装孔102和密封孔103，其中：密闭壳体101底部设置有预设数目和第一预设尺寸的肋片。所述密闭壳体101的腔体内填充有第一预设规格的导热增强体，所述导热增强体包括相变材料；所述密闭壳体101的一侧设置有第二预设尺寸的灌装孔102和第三预设尺寸的密封孔103。

密封壳体101底面可以与大功率电子设备接触，底部设计有预设数目和第一预设尺寸的肋片，可以增加大功率电子设备的散热速度。

上述第一预设尺寸、第二预设尺寸和第三预设尺寸可以相同，也可以不同，具体的可以根据实际情况而定。

优选的，密封壳体101中面积较小的侧面设计有灌装孔102和密封孔103。灌装孔102和密封孔103可以为一个孔，也可以为两个相同的孔。当然灌装孔102与密封孔103也可以设置在密封壳体101的不同侧面，本发明实施例对此不做具体限定。

相变材料是指随温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。

上述的相变材料的相变温度点或相变区间最低值T_sink与大功率电子设备的工作环境温度T_a有关，优选的，本发明实施例中的相变材料的相变温度点或相变区间最低值T_sink略高于大功率电子设备的最高工作环境温度T_a，相变材料的相变温度区间的跨度尽可能小，例如选取相变潜热大于200J/g、相变温度区间小于3℃、相变体积变化率低于10％、过冷可忽略、相变过程可逆且性能稳定，易获取的相变材料。

上述散热储能装置实施例中的导热增强体还可以包括第二预设规格的泡沫金属。泡沫金属为孔隙度到达90％以上的，具有一定强度和刚度的多孔金属。第二预设规格可以为对孔隙度、强度和刚度的要求，例如第二预设规格可以为孔隙度91％的泡沫金属等等，本发明实施例对此不做具体限定。

在实际应用中，可以优先选出相变潜热大、相变体积变化率小、相变过程可逆且性能稳定、与散热储能装置结构和泡沫金属材料有良好相容性的相变材料；散热储能装置结构可以优选力学强度高、导热性能好、易获取或加工性好且具有良好焊接性能的材料。

真空环境下由于大功率电子设备外部无密闭箱体无法采用空气强迫对流的风冷散热方法；同时大功率电子设备的整体尺寸、重量以及可靠性有严格限制要求，无法采用尺寸和重量过大的液冷散热设计方法。而采用本发明实施例提供的散热储能装置，其腔体内填充有相变材料，当大功率电子设备内部散热储能装置结构的温度升至高于该相变材料的相变温度点时，相变材料进行相变，吸收大功率电子设备短时间产生的热量，从而使大功率电子设备的升温速率急剧减缓，保证大功率电子设备内部各发热组件尤其热敏感组件短时间工作在安全可靠的温度范围，使得大功率电子设备内部的昂贵元气件不易烧毁，从而提高大功率电子设备短时间工作的可靠性。

本发明实施例中的散热储能装置的腔体内填充的相变材料的体积的计算可以参考方程式为能量守恒方程，大功率电子设备结构的平均温度取T_sm(T_sm值的选择需综合考虑大功率电子设备的结构布局和装配形式、大功率电子设备的发热部件的分布与安装形式、大功率电子设备的发热部件的可靠性设计和安全系数等综合因素)，忽略从散热储能装置的工作环境中吸收的热量Q_a，可以计算得到相变材料的体积V_pcm。

能量守恒方程如下：

$kqt=h_f{\mathrm{\ρ}}_{pcm}{V}_{pcm}+c_s(m_s+m_e)(T_{sm}-T_a)+\mathrm{\ϵ}\mathrm{\σ}(T_{sm}^4-T_a^4)t$

能量守恒方程式中，k为安全系数，k>1，其值取决于散热储能装置温度梯度；q为大功率电子设备整机热耗；t为大功率电子设备工作时间；h_f为相变材料的相变潜热；ρ_pcm为相变材料的密度；V_pcm为相变材料的体积；c_s为散热储能装置结构材料的比热容；m_s为大功率电子设备结构的重量；m_e为大功率电子设备内部发热组件的重量；T_sm为大功率电子设备的结构平均温度；T_a为大功率电子设备工作环境温度；ε为大功率电子设备结构表面发射率；σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数。

在上述任一散热储能装置实施例中，密闭壳体101包括：盖板和子壳体，所述盖板与所述子壳体配合形成所述密闭壳体101，所述盖板与所述子壳体之间焊接连接。

盖板与子壳体优选采用真空电子束焊接成一体。

在上述任一散热储能装置实施例中，密闭壳体101的腔体内还填充有灌装物质，所灌装物质通过所述灌装孔102灌入所述壳体。

当灌装孔102与密封孔103为两个孔时，在通过灌装孔102将灌装物质灌入壳体时，可以通过密封孔103排出壳体内部的空气。当灌装孔102与密封孔103为一个孔时，则在真空环境下将灌装物质灌入壳体内，可以多次缓慢灌入，以便散热储能装置中的空气可以跑出。

在上述任一散热储能装置实施例中，灌装物质的质量为预设值。在实际应用中，所述预设值由所述相变材料相变时的体积变化率以及所述散热储能装置内的有效体积计算得出。

上述预设值的计算还可以综合考虑散热储能装置的整机结构、使用环境、工作条件和可靠性要求等因素进行设计和质量计算。体积计算的参考方程式可以为能量守恒方程。

由于相变材料在进行相变时，体积会发生变化，如果灌装物质灌装的质量过大，当相变材料进行相变时，密闭壳体101中就没有多余的空隙了，所以需通过不断的分析与反复计算，即进行迭代设计，保证设计的散热储能装置的内部结构和灌装物质的质量可以满足相变材料发生相变时，产生符合内部空间要求的体积上的变化。

为了本领域技术人员更加理解本发明实施例提供的散热储能装置的效果，本发明技术人员对散热储能装置进行热性能试验，以便通过试验数据分析验证散热储能装置的控温性能是否可以达到预期的效果。

假设大功率电子设备短时的工作环境温度T_a的最高温度为T，对安装的散热储能装置的大功率电子设备的整机在T温度下保持2小时后持续加电并保持大功率工作测试t分钟，根据热性能试验数据表明，相变阶段散热储能装置的密闭壳体101受热面与隔热两侧面的温度基本维持在[T+5，T+8]之间，大功率电子设备的升温速率急剧减缓，控温时间t满足设计要求，可见散热储能装置实现了预期的热控设计要求。在实际应用中T可以根据实际情况取值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种散热储能装置，其特征在于，包括：

密闭壳体，所述密闭壳体底部设置有预设数目和第一预设尺寸的肋片；

所述密闭壳体的腔体内填充有第一导热增强体，所述导热增强体包括相变材料；

所述密闭壳体的一侧设置有第二预设尺寸的灌装孔和第三预设尺寸的密封孔。

2.根据权利要求1所述散热储能装置，其特征在于，所述密闭壳体包括：盖板和子壳体，所述盖板与所述子壳体配合形成所述密闭壳体，所述盖板与所述子壳体之间焊接连接。

3.根据权利要求1或2所述散热储能装置，其特征在于，所述密闭壳体的腔体内还填充有灌装物质，所灌装物质通过所述灌装孔灌入所述壳体。

4.根据权利要求3所述散热储能装置，其特征在于，所述灌装物质的质量为预设值，所述预设值由所述相变材料相变时的体积变化率以及所述散热储能装置内腔体的有效体积计算得出。

5.根据权利要求1所述散热储能装置，其特征在于，所述导热增强体还包括：第二预设规格的泡沫金属。