CN108592672A - 一种相变储能换热器 - Google Patents

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刘冈云
曹建光
徐涛
王江
董丽宁
阮世庭
张济民
耿宏飞
顾燕萍
叶沙琳
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Abstract

本发明公开一种相变储能换热器，包括由换热器框架和换热器上下盖板构成的换热器壳体，换热器壳体内安装有若干微通道平行流扁管和外回路流体通道，相邻两个微通道平行流扁管之间填充有相变材料层，微通道平行流扁管两端焊接有隔板，隔板上设置有挡流格栅，通过上下隔板的挡流格栅形成数个流体流程，每个流程中包含相等数量的扁管；微通道平行流扁管的宽度远大于厚度，其内部通道为多个圆形或异形截面的毫米级平行通道，换热器框架上焊接有内回路流体进出口、外回路流体进出口以及相变材料充注口。本发明使流体回路系统内外回路之间实现过渡连接，可以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

一种相变储能换热器
技术领域
本发明公开一种相变储能换热器，特别适用于短时大功率脉冲式工作单机((器件))流体回路系统的废热储存和流体温度控制。
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
本发明目的在于解决短时大功率单机或系统的热控难题，提供了一种适用于短时大功率脉冲式工作单机((器件))的相变储能换热器，实现了脉冲式大功率废热储存和温度控制。
本发明通过以下技术方案实现
一种相变储能换热器，包括由换热器框架和换热器上下盖板构成的换热器壳体，所述换热器壳体内安装有若干微通道平行流扁管和外回路流体通道，相邻两个微通道平行流扁管之间填充有相变材料层，所述微通道平行流扁管两端焊接有隔板，所述隔板上设置有挡流格栅，通过上下隔板的挡流格栅形成数个流体流程，每个流程中包含相等数量的扁管；所述微通道平行流扁管的宽度远大于厚度，其内部通道为多个圆形或异形截面的毫米级平行通道，所述换热器框架上焊接有与平行通道相连通的内回路流体进出口、与外回路流体通道相连通的外回路流体进出口、以及与相变材料层相连通的相变材料充注口。
优选地，所述相变材料层、微通道平行流扁管内部及外回路流体通道两两之间互相隔绝不连通。
优选地，所述微通道平行流扁管的外表面设有翅片，以增大扁管与相变材料的接触面积；
优选地，所述相变材料层采用具有稳定的固-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，所述的微通道平行流扁管、外回路流体通道的材料为铝及铝合金或其他高导热材料；换热器框架采用结构强度高且轻质的合金材料或其他材料。
优选地，所述相变材料层与相邻两个微通道平行流扁管1之间留有一定的膨胀空间。
本发明适用于短时大功率脉冲式工作单机(器件)的废热储存和温度控制，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)的热量储存和温度控制，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
图1是本发明实施例一种相变储能换热器的基本结构剖视示意图。
图2是本发明实施例一种相变储能换热器的原理图。
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。
具体实施方案
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。以下实施例中没有详细说明的技术手段，均可以采用现有技术或者常规技术实现。
参见图1，本发明实施例提供了一种相变储能换热器，包括由换热器框架3和换热器上下盖板7构成的换热器壳体，所述换热器壳体内安装有若干微通道平行流扁管1和外回路流体通道6，相邻两个微通道平行流扁管1之间填充有相变材料层2，所述微通道平行流扁管1两端焊接有隔板5，所述隔板5上设置有挡流格栅，通过上下隔板的挡流格栅形成数个流体流程，每个流程中包含相等数量的扁管；所述微通道平行流扁管1的宽度远大于厚度，其内部通道为多个圆形或异形截面的毫米级平行通道，所述换热器框架3上焊接有与平行通道相连通的内回路流体进出口4、与外回路流体通道6相连通的外回路流体进出口8、以及与相变材料层2相连通的相变材料充注口9。所述相变材料层2、微通道平行流扁管1内部及外回路流体通道6两两之间互相隔绝不连通。所述微通道平行流扁管1采用高导热系数金属材料，且相邻扁管之间的间距足够小且通过波纹翅片连接，扁管的截面宽度远大于其厚度，以充分增大扁管与相变材料2的接触面积。所述相变材料层2采用具有稳定的固-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。所述的微通道平行流扁管1、外回路流体通道6的材料为铝及铝合金或其他高导热材料；换热器框架3采用结构强度高且轻质的合金材料或其他材料。相变储能换热器组装焊接完成后，内部腔体具有足够的气密性和承压能力；所述相变材料层2与相邻两个微通道平行流扁管1之间留有一定的膨胀空间。在相变储能热沉组装焊接完成后进行充装液态相变材料2，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9用冷焊钳夹紧并焊接封堵头。
参见图2，短时大功率脉冲式工作单机(器件)工作时，产生的废热由流体回路系统的流体工质带出，经内回路流体进出口4进入相变储能换热器，流经微通道平行流扁管1，与固态或两相态的相变材料2充分换热释放热量后流出相变储能换热器，再回到单机(器件)吸热，以保持单机(器件)温度满足要求；在单机(器件)较长的间歇期内，流体回路系统的流体工质经外回路流体进出口8进入相变储能换热器，流经外回路流体通道6与液态或两相态的相变材料2充分换热吸收热量后流出相变储能换热器，将相变材料2重新固化。使星内单机(器件)温度变化平缓参见图3和图4，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。
以上所述仅仅为本发明的较佳实施例进行的详细说明，但是本发明并不限于以上实施例，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰都涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (6)

1.一种相变储能换热器，包括由换热器框架(3)和换热器上下盖板(7)构成的换热器壳体，其特征在于：所述换热器壳体内安装有若干微通道平行流扁管(1)和外回路流体通道(6)，相邻两个微通道平行流扁管(1)之间填充有相变材料层(2)，所述微通道平行流扁管(1)两端焊接有隔板(5)，所述隔板(5)上设置有挡流格栅，通过上下隔板的挡流格栅形成数个流体流程，每个流程中包含相等数量的扁管；所述微通道平行流扁管(1)的宽度远大于厚度，其内部通道为多个圆形或异形截面的毫米级平行通道，所述换热器框架(3)上焊接有与平行通道相连通的内回路流体进出口(4)、与外回路流体通道(6)相连通的外回路流体进出口(8)、以及与相变材料层(2)相连通的相变材料充注口(9)。
2.如权利要求1所述的一种相变储能换热器，其特征在于，所述相变材料层(2)、微通道平行流扁管(1)内部及外回路流体通道(6)两两之间互相隔绝不连通。
3.如权利要求1所述的一种相变储能换热器，其特征在于，所述微通道平行流扁管(1)的外表面设有翅片。
4.如权利要求1所述的一种相变储能换热器，其特征在于，所述相变材料层(2)采用具有稳定的固-液相变温度和高相变潜热的有机或无机材料。
5.如权利要求1所述的一种相变储能换热器，其特征在于，所述的微通道平行流扁管(1)、外回路流体通道(6)的材料为铝及铝合金或其他高导热材料；换热器框架(3)采用结构强度高且轻质的合金材料或其他材料。
6.如权利要求1所述的一种相变储能换热器，其特征在于，所述相变材料层(2)与相邻两个微通道平行流扁管(1)之间留有一定的膨胀空间。
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