CN108521745A - 适应脉冲式大热量散热的高效相变储能热沉 - Google Patents

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刘冈云
曹建光
徐涛
阮世庭
张济民
王江
陈钢
董丽宁
王涛
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Abstract

本发明提供了一种适应脉冲式大热量散热的高效相变储能热沉，包括器件安装面和针状强化导热骨架，针状强化导热骨架安装于器件安装面上，且骨架孔隙内填充有相变材料，针状强化导热骨架外包裹有用于封闭相变材料的框架，用于封闭相变材料的框架上安装有与针状强化导热骨架相连通的相变材料充注口，针状强化导热骨架背面还安装有一与其内部空隙相连通的流体回路通道，流体回路通道上连接有流体进口管和流体出口管，流体回路通道上罩设有流体回路盖板，流体回路盖板针状强化导热骨架固接。本发明可以使星内单机(器件)温度变化平缓，有效降低流体回路系统流量，减小驱动泵功耗需求，可有效减小卫星内部单机(器件)的温度波动，并降低热控资源需求。

Description

适应脉冲式大热量散热的高效相变储能热沉
技术领域
本发明涉及一种相变储能热沉，具体地，涉及一种适应脉冲式大热量散热的高效相变储能热沉。
背景技术
近年来，随着航天技术、信息和电子技术、MEMS技术、生物技术和生命科学等高新技术的发展，各类电(单机)的功耗越来越大。并且大多数电(单机)(尤其是卫星上的电(单机))都是间歇性工作，在短时间的工作期内产生大量的废热，而在工作间歇期内又需要保持一定的温度。
传统的被动热控方式主要通过开足够大的散热面，以保证(单机)工作时能够及时将热量排散，避免(单机)温度过高。然而，这会导致(单机)工作间歇期内散热量过大，需要消耗大量的电功率来加热补偿。
流体回路主动热控方式需要在(单机)工作时增大流经电(单机)热沉的流体流量，以保证(单机)工作过程中产生的大量废热能被及时带走，而在(单机)工作间歇期内需要大幅减小流经电(单机)热沉的流体流量，尽量减小(单机)散热。然而，这一热控方式不仅需要配置大流量、高扬程的驱动泵，导致系统对重量和功耗等资源的需求增加；还需要配置温控阀(或电磁阀)及旁通回路等来调节流经电(单机)热沉的流体流量，造成流体回路系统复杂程度大幅提升，可靠性和稳定性降低。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适应脉冲式大热量散热的高效相变储能热沉。
本发明通过以下技术方案实现：
一种适应脉冲式大热量散热的高效相变储能热沉，包括器件安装面和针状强化导热骨架，所述针状强化导热骨架安装于所述器件安装面上，且骨架孔隙内填充有相变材料，所述针状强化导热骨架外包裹有用于封闭相变材料的框架，所述用于封闭相变材料的框架上安装有与针状强化导热骨架相连通的相变材料充注口，所述针状强化导热骨架背面还安装有一与其内部空隙相连通的流体回路通道，所述流体回路通道上连接有流体进口管和流体出口管，所述流体回路通道上罩设有流体回路盖板，所述流体回路盖板针状强化导热骨架固接。
优选地，所述针状强化导热骨架采用焊接或铸造方式与器件安装面1紧密结合为一体，以减小两者之间的导热热阻。
优选地，所述相变材料为具有稳定的固-液相变温度和高相变潜热的有机或无机材料，其相变过程简单可逆，仅受温度因素影响。
优选地，所述的针状强化导热骨架的空隙率不低于85％，且所有的空隙互相连通。
优选地，所述的器件安装面、针状强化导热骨架、流体回路通道均采用铝及铝合金或其他高导热材料。
优选地，所述的高效相变储能热沉组装焊接完成后，内部腔体具有足够的气密性和承压能力。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明适用于短时大功率脉冲式工作(单机)器件的散热和温度控制，能够利用相变材料的潜热，在大功率(单机)器件工作时吸收并存储热量，在(单机)器件工作间歇期内在缓慢的将热量释放给冷却流体中。使星内(单机)器件温度变化平缓，有效降低流体回路系统流量，减小驱动泵功耗需求，特别适用于短时大功率脉冲式工作(单机)器件的散热和温度控制，有效减小卫星内部(单机)器件的温度波动，并降低热控资源需求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明的基本结构剖视示意图。
图2是本发明的安装实施状态示意图。
图3是实施本发明前(单机)器件温度随时间变化曲线。
图4是实施本发明后(单机)器件温度随时间变化曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图2所示，本发明实施例提供了一种适应脉冲式大热量散热的高效相变储能热沉10，包括器件安装面1和针状强化导热骨架2，所述针状强化导热骨架2安装于所述器件安装面1上，且骨架孔隙内填充有相变材料3，所述针状强化导热骨架2外包裹有用于封闭相变材料的框架4，所述用于封闭相变材料的框架4上安装有与针状强化导热骨架2相连通的相变材料充注口7，所述针状强化导热骨架2背面还安装有一与其内部空隙相连通的流体回路通道5，所述流体回路通道5上连接有流体进口管8和流体出口管9，所述流体回路通道5上罩设有流体回路盖板6，所述流体回路盖板6针状强化导热骨架2固接。
所述针状强化导热骨架2采用焊接或铸造方式与器件安装面1紧密结合为一体，以减小两者之间的导热热阻。所述相变材料3为具有稳定的固-液相变温度和高相变潜热的有机或无机材料，其相变过程简单可逆，仅受温度因素影响。所述的针状强化导热骨架2的空隙率不低于85％，且所有的空隙互相连通。所述的器件安装面1、针状强化导热骨架2、流体回路通道5均采用铝及铝合金或其他高导热材料。所述的高效相变储能热沉组装焊接完成后，内部腔体具有足够的气密性和承压能力。
本具体实施中短时大功率脉冲式工作(单机11)器件安装于安装面1外表面，(单机11)器件工作时产生的废热经安装面1和骨架2传导至其中的相变材料3，相变材料3融化吸热，以保持(单机)器件温度满足要求；在(单机11)器件较长的间歇期内，相变材料3凝固放热，热量经骨架2传导至流体通道5；冷却流体经流体进口管8流入，流经流体通道5通过对流换热吸热后经流体出口管9流出相变储能热沉，同时将热量带走排散。
针状强化导热骨架2采用焊接或铸造方式与(单机11)器件安装面1紧密结合为一体，以减小两者之间的导热热阻。将其他部组件按照图1所示的组合状态焊接装配完成，内部腔体具有足够的气密性和承压能力。然后通过相变材料充注口7将液态的相变材料3注入到相变热沉中，充注过程中要留有一定的膨胀空间，充注完成后将相变材料充注口7用冷焊钳夹紧并焊接封堵头。
参见图2，(单机)器件安装于安装面1上，冷却流体通过流体进口管8和流体出口管9，流经流体通道5。在大功率(单机)器件工作时吸收并存储热量，在(单机)器件工作间歇期内在缓慢的将热量释放给冷却流体中。使星内(单机)器件温度变化平缓，有效降低流体回路系统流量，减小驱动泵功耗需求，特别适用于短时大功率脉冲式工作(单机)器件的散热和温度控制，有效减小卫星内部(单机)器件的温度波动，并降低热控资源需求。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种适应脉冲式大热量散热的高效相变储能热沉，其特征在于：包括器件安装面(1)和针状强化导热骨架(2)，所述针状强化导热骨架(2)安装于所述器件安装面(1)上，且骨架孔隙内填充有相变材料(3)，所述针状强化导热骨架(2)外包裹有用于封闭相变材料的框架(4)，所述用于封闭相变材料的框架(4)上安装有与针状强化导热骨架(2)相连通的相变材料充注口(7)，所述针状强化导热骨架(2)背面还安装有一与其内部空隙相连通的流体回路通道(5)，所述流体回路通道(5)上连接有流体进口管(8)和流体出口管(9)，所述流体回路通道(5)上罩设有流体回路盖板(6)，所述流体回路盖板(6)针状强化导热骨架(2)固接。
2.根据权利要求1所述的适应脉冲式大热量散热的高效相变储能热沉，其特征在于：所述针状强化导热骨架(2)采用焊接或铸造方式与器件安装面(1)紧密结合为一体，以减小两者之间的导热热阻。
3.根据权利要求1所述的适应脉冲式大热量散热的高效相变储能热沉，其特征在于：所述相变材料(3)为具有稳定的固-液相变温度和高相变潜热的有机或无机材料。
4.根据权利要求1所述的适应脉冲式大热量散热的高效相变储能热沉，其特征在于：所述的针状强化导热骨架(2)的空隙率不低于85％，且所有的空隙互相连通。
5.根据权利要求1所述的适应脉冲式大热量散热的高效相变储能热沉，其特征在于：所述的器件安装面(1)、针状强化导热骨架(2)、流体回路通道(5)均采用铝及铝合金或其他高导热材料。
6.根据权利要求1所述的适应脉冲式大热量散热的高效相变储能热沉，其特征在于：所述的高效相变储能热沉组装焊接完成后，内部腔体具有足够的气密性和承压能力。
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