CN109273798A - 一种具有隔热能力的传热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有隔热能力的传热装置，用于对待处理件散热和隔热，其包括：能够传导热量的传热面，所述传热面构成冷却腔；所述冷却腔内装有制冷剂，所述制冷剂用于与所述热传面通过相变进行热交换；安全阀，所述安全阀在所述待处理件之间需要隔热时导通以泄出所述制冷剂。由于在待处理件之间需要隔热时制冷剂能够从具有隔热的传热装置的冷却腔中泄出，所以具有隔热能力的传热装置的主要传热能力将丧失，实现了各待处理件之间的热阻隔。

Description

一种具有隔热能力的传热装置

技术领域

本发明涉及传热技术领域，特别涉及一种具有隔热能力的传热装置。

背景技术

在一些新型应用的系统设计中，要求在正常状态下系统具备散热和传热的能力，但在失效状态(如热失控状态)下却需要具备热阻断的能力。比如：在电池组中，在正常状态下，要求电池单体之间、电池单体与散热器之间具备良好的传热能力；但是在有电池单体发生了热失控的非正常状态下，却要求电池单体之间具有热阻断能力，以阻断热失控在电池单体之间的扩展。

考虑到以上传热和隔热需求，目前在电池组中，每两节电池之间布置一个传热装置或隔热装置，且传热装置和隔热装置间隔布置。现有的传热方式和热阻隔方式，不能保证电池两侧都具有良好的传热条件，也不能保证任意两节相邻电池之间都具有热失控阻断能力，导致传热和隔热效果差。此外，现有的传热和热阻隔方式，使用两套不同的装置，不便于系统设计和制造。

因此，如何提供一种具有隔热能力的传热装置，以保证传热和隔热的效果，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有隔热能力的传热装置，以保证传热和隔热的效果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有隔热能力的传热装置，其中，用于对待处理件散热和隔热，包括：

用于与所述待处理件贴合且能够传导热量的传热面，所述传热面构成冷却腔；

所述冷却腔内装有制冷剂，所述制冷剂用于与所述传热面通过相变进行热交换；

安全阀，所述安全阀在所述待处理件之间需要隔热时导通以泄出所述制冷剂。

可选的，上述的传热装置中，所述安全阀为在所述冷却腔内压力达到压力限值时导通的压力破坏型阀，且所述待处理件之间需要隔热时所述冷却腔内压力达到所述压力限值。

可选的，上述的传热装置中，所述安全阀为所述冷却腔内的温度达到温度限值时导通的温度破坏型阀，所述温度限值为所述待处理件之间需要隔热时的所述冷却腔内的温度。

可选的，上述的传热装置中，所述安全阀为主动控制型阀，所述主动控制型阀在接收到控制信号后导通，所述控制信号在所述待处理件之间需要隔热时发送。

可选的，上述的传热装置中，所述冷却腔的腔体内侧具有沟槽、凹槽、凸起和/或鳍片结构。

可选的，上述的传热装置中，所述冷却腔的腔体内侧具有毛细结构和/或填充有具有毛细作用的填充层。

可选的，上述的传热装置中，所述传热面数量为多个，相邻的所述传热面通过连接件连接，且所述连接件的导热能力低于所述传热面的导热能力。

可选的，上述的传热装置中，所述传热面与所述待处理件之间的缝隙填充或涂覆有导热层。

可选的，上述的传热装置中，所述传热面的外表面上设置有与所述待处理件形状匹配、用于与所述待处理件紧密贴合安装的结构。

可选的，上述的传热装置中，所述制冷剂为无毒且不可燃的制冷剂。

由以上技术方案可以看出，本发明所公开的一种具有隔热能力的传热装置，包括传热面、冷却腔和安全阀，由于在需要隔热时制冷剂能够从具有隔热的传热装置的封闭腔体中泄出，所以具有隔热能力的传热装置的主要传热能力将丧失，实现了各待处理件之间的热阻隔。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中所公开的具有隔热能力的传热装置第一种结构的主视图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1中AA方向的剖视图；

图4为本发明实施例中所公开的具有隔热能力的传热装置第二种结构的主视图；

图5为图4的侧视图；

图6为图4的BB方向的剖视图；

图7为本发明实施例中所公开的具有隔热能力的传热装置第三种结构的主视图；

图8为图7的侧视图；

图9为图7的CC方向的剖视图；

图10为本发明实施例中所公开的具有隔热能力的传热装置第四种结构的主视图；

图11为图10的EE方向的剖视图；

图12为图10的DD方向的剖视图；

图13为图10的俯视图；

图14为图10结构的应用示意图。

具体实施方式

有鉴于此，本发明的核心在于提供一种具有隔热能力的传热装置，以保证传热和隔热的效果。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1-图14所示，图1为本发明实施例中所公开的具有隔热能力的传热装置第一种结构的主视图；图2为图1的侧视图；图3为图1中AA方向的剖视图；图4为本发明实施例中所公开的具有隔热能力的传热装置第二种结构的主视图；图5为图4的侧视图；图6为图4的BB方向的剖视图；图7为本发明实施例中所公开的具有隔热能力的传热装置第三种结构的主视图；图8为图7的侧视图；图9为图7的CC方向的剖视图；图10为本发明实施例中所公开的具有隔热能力的传热装置第四种结构的主视图；图11为图10的EE方向的剖视图；图12为图10的DD方向的剖视图；图13为图10的俯视图；图14为图10结构的应用示意图。

本发明公开了一种具有隔热能力的传热装置，包括传热面1、冷却腔和安全阀2。这里的传热面1用于安装待处理件并且能够传导热量，传热面1构成冷却腔，而冷却腔内装有制冷剂，制冷剂与传热面1通过相变进行热交换。这里的安全阀2在待处理件之间需要隔热时导通以泄出制冷剂。其中，传热面1用具有良好导热能力的材料制成。可选用的材料包括但不限于：铜、铜合金、铝、铝合金、铁、钢合金、石墨烯等。使用时相邻的待处理件间隔安装在传热面1的外表面，即各待处理件设置在传热面的外表面上，且各待处理件之间不直接贴合接触。

下面对本发明实施例的散热和隔热原理进行说明。为了实现待处理件之间的散热，在待处理件温度位于正常范围内时，温度较高的传热面1所在位置处或者传热面1的温度较高部分所在位置处的制冷剂吸收热量相变为气态，在冷却腔内部流动，并在温度较低的传热面1所在位置处或者传热面1的温度较低部分所在位置处液化放热，如此实现各个传热面1之间或者传热面1的各个部分之间的热交换，也就实现了待处理件之间的高效传热。即在待处理件温度位于正常范围内时制冷剂与传热面1通过相变进行热交换，实现热量在传热面1各个部分之间的传导或者各个传热面1之间的传导，进而实现传热面1及时将热量挥散，完成冷却。为了在待处理件之间需要隔热时实现隔热功能，设置了在待处理件之间需要隔热时泄出冷却腔内的制冷剂的安全阀2。由于制冷剂能够从具有隔热能力的传热装置的封闭腔体中泄出，所以具有隔热能力的传热装置的主要传热能力将丧失，实现了各待处理件之间的热阻隔。

待处理件可为电池、电容件或电阻件等。待处理件之间需要隔热时是指传热装置上安装的某一个或多个待处理件温度达到温度限制时的状态，该温度限制高于待处理件的正常温度范围，低于或等于待处理件的异常温度。例如，在待处理件为电池时，电池之间需要隔热时通常是指某一个或多个电池温度达到热失控温度时的状态，或者是指某一个或多个电池温度达到高于电池正常温度值一个特定温度时的状态，该特定温度低于热失控温度；在待处理件为电阻件时，电阻件之间需要隔热时通常是指某一个或多个电阻件温度达到特定温度时的状态，该特定温度由电阻件的使用工况确定。

具体的实施例中，为了与待处理件的传热和隔热要求相配合，具有隔热能力的传热装置可以包括一个或多个传热面1。当只有一个传热面1时，制冷剂通过相变换热实现在传热面1各部分之间的传热；当具有多个传热面1时，制冷剂通过相变换热实现在多个传热面1之间的传热。在传热面1为1个时，传热面1的各个部分之间可构成冷却腔，具体可参见图1-图3所示第一种结构的具有隔热能力的传热装置，但本发明实施例并不限于此。如参见图7-图9所示第三种结构的具有隔热能力的传热装置，该传热装置还包括连接件3，传热面1的各个部分和连接件3共同拼接构成冷却腔。在传热面1的数量为多个时，多个传热面1之间通过连接件3连接，如参见图4-图6所示第二种结构的具有隔热能力的传热装置，以及图10-图13所示第四种结构的具有隔热能力的传热装置，多个传热面1和连接件3共同拼接构成冷却腔。

可选的实施例中，上述的安全阀2为在冷却腔内压力达到压力限位值时导通的压力破坏型阀，且待处理件之间需要隔热时冷却腔内压力达到压力限值。通过上述设置，在待处理件之间需要隔热时，冷却腔内压力达到压力限值，压力破坏型阀受到足够大的压力，压力破坏型阀破坏导通使制冷剂排出冷却腔。冷却腔内制冷剂产生压力限值对应压力所需温度应高于待处理件在正常温度范围内时冷却腔的温度，具体对应于待处理件之间需要隔热时冷却腔的温度。此处的“对应”与具体工况相关，具体地，冷却腔内制冷剂产生压力限值对应压力所需温度与传热面1的厚度、材料、制冷剂的多少等有关。如当制冷剂较少时，冷却腔内的温度相对较高，当制冷剂较多时，冷却腔内的温度相对较低，但均应低于或等于待处理件之间需要隔热时待处理件的温度。

在另一实施例中，上述的安全阀2还可为温度破坏型阀，且温度破坏型阀在冷却腔内的温度达到温度限值时导通，具体的，该温度限值为待处理件之间需要隔热时的冷却腔内的温度。具体的，当待处理件之间需要隔热时，如待处理件为电池时，某一个或多个电池达到热失控温度时，冷却腔内的温度也达到温度限值，此时，温度破坏型阀破坏导通使制冷剂排出冷却腔。在实际应用中，该温度限值高于待处理件在正常温度范围内时冷却腔的温度，低于或等于待处理件之间需要隔热时待处理件的温度。

在又一实施例中，该安全阀2也可为主动控制型阀，且主动控制型阀接收到控制信号后导通阀体，使冷却腔中的制冷剂排出。对于主动控制型阀可以获取待处理件的是否处于热失控状态，若是，则导通阀体。控制信号在待处理件之间需要隔热时发送。

为了增加传热面1和制冷剂之间的热交换面积，可以在冷却腔的腔体内侧增加沟槽、鳍片、凹槽和/或凸起等增加表面积的结构。

为了促进制冷剂的回流，可以在冷却腔的腔体内侧增加沟槽或孔隙等具有毛细作用的毛细结构，也可以在冷却腔中填充具有毛细作用的填充层。

为了增大制冷剂泄出后传热面1之间的热阻，可采用导热能力相对传热面1来说较低的材料作为传热面1之间的连接件3，并且连接件3与传热面1一起构成冷却腔。在实际应用中，采用连接件3连接传热面1时，传热面的数量可以是1个，如图7-图9所示第三种结构的具有隔热能力的传热装置，也可以是多个，如图10-图13所示第四种结构的具有隔热能力的传热装置。

为了保证具有隔热能力的传热装置与待处理件之间具有良好的传热，可以在传热面1和待处理件之间填充或涂覆导热胶、导热脂、导热橡胶等可填充空隙的导热层。

制冷剂的填充量应保证在待处理件正常温度范围内，冷却腔内同时存在气态制冷剂4和液态制冷剂5。这就要求选用的制冷剂，其临界温度应高于待处理件的正常温度范围时冷却腔内的温度，标准沸点应低于待处理件正常温度范围时冷却腔内的温度。可选用的制冷剂包括但不限于：R134a、R22、R124等。在实际应用中，可选用无毒且不可燃的制冷剂，这样，制冷剂泄出时还有一定的灭火作用。为避免温室效应，也可选用无毒、不可燃且无温室效应的制冷剂。

为了使得具有隔热能力的传热装置与待处理件之间具有更好的传热，传热面1的外表面上可设置有与待处理件形状匹配、用于与待处理件紧密贴合安装的结构，如可以将传热面1制作成可与待处理件贴合的形状，如平面、弧面、异形等，以增大待处理件和传热面1之间接触面积。

为更好地理解本发明实施例提供的具有隔热能力的传热装置，下面以待处理件以电池为例进行说明，此时隔热能力对应热失控阻断能力，具体实施例如下：

参见图14，图14给出了一例应用图10-图13中具有隔热能力的传热装置的实例。该实例对应于具有多个传热面1，多个传热面1之间通过连接件3连接的情况，连接件3的导热能力低于传热面1的导热能力。其中具有热失控阻断能力的传热装置负责第一电池、第二电池、第三电池和第四电池之间的传热(热均衡)，并在电池发生热失控时阻断热失控的扩展。假设第一电池的温度较高，第二电池、第三电池和第四电池温度较低，那么，与第一电池贴合的传热面1就会将热量传递给冷却腔内与其接触的液态制冷剂5，液态制冷剂5因为吸热汽化为气态制冷剂4；气态制冷剂遇到与温度较低的电池贴合的传热面1就会发生冷凝，液化为液态制冷剂5，液态制冷剂5在重力作用或毛细作用下，回流并再次与温度较高的传热面1接触，再次发生汽化。上述过程不断重复，实现了第一电池、第二电池、第三电池和第四电池之间的高效传热。如果第一电池发生了热失控或者温度异常升高，就会导致冷却腔内的制冷剂的温度和压力升高，当温度达到了安全阀2的温度限值(对应于温度破坏型阀)或压力达到了安全阀2的压力限值(对应于压力破坏型阀)，安全阀2就会导通，制冷剂在蒸气压的推动下从安全阀2喷出。此外，对于主动控制型阀，可以在监测到热失控后，通过控制信号或控制动作打开安全阀2。由于气态制冷剂4体积扩张和液态制冷剂5失压气化均为吸热过程，所以制冷剂喷出的过程会吸收大量的热。同时，由于制冷剂已从具有热失控阻断能力的传热装置的封闭腔体(即冷却腔)中泄出，所以具有热失控阻断能力的传热装置的主要传热能力将丧失，实现了各传热面1之间的热阻隔。在吸热和热阻隔的综合作用下，具有热失控阻断能力的传热装置可以有效阻断热失控在电池单体之间的扩展，甚至可以对已经发生热失控的电池起到灭火的作用。

对于只有一个传热面1的情况，如图7-图9中所示的具有隔热能力的传热装置，其传热原理和隔热原理与具有多个传热面1时的情况相同。区别是，只有一个传热面1的情况下，传热在传热面1的不同部分之间进行，热阻隔也在传热面1的不同部分之间实现。虽然制冷剂泄出后，传热面1的不同部分之间仍然有导热材料连接，但是由于具有隔热能力的传热装置的传热主要依赖制冷剂的相变换热，所以制冷剂泄出后具有隔热能力的传热装置将丧失主要的传热能力，进而实现了热阻隔。

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。

对所公开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公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种具有隔热能力的传热装置，其特征在于，用于对待处理件散热和隔热，包括：

用于与所述待处理件贴合且能够传导热量的传热面(1)，所述传热面(1)构成冷却腔；

所述冷却腔内装有制冷剂，所述制冷剂用于与所述传热面(1)通过相变进行热交换；

安全阀(2)，所述安全阀(2)在所述待处理件之间需要隔热时导通以泄出所述制冷剂。

2.根据权利要求1所述的传热装置，其特征在于，所述安全阀(2)为在所述冷却腔内压力达到压力限值时导通的压力破坏型阀，且所述待处理件之间需要隔热时所述冷却腔内压力达到所述压力限值。

3.根据权利要求1所述的传热装置，其特征在于，所述安全阀(2)为所述冷却腔内的温度达到温度限值时导通的温度破坏型阀，所述温度限值为所述待处理件之间需要隔热时的所述冷却腔内的温度。

4.根据权利要求1所述的传热装置，其特征在于，所述安全阀(2)为主动控制型阀，所述主动控制型阀在接收到控制信号后导通，所述控制信号在所述待处理件之间需要隔热时发送。

5.根据权利要求1-4任一项所述的传热装置，其特征在于，所述冷却腔的腔体内侧具有沟槽、凹槽、凸起和/或鳍片结构。

6.根据权利要求1-4任一项所述的传热装置，其特征在于，所述冷却腔的腔体内侧具有毛细结构和/或填充有具有毛细作用的填充层。

7.根据权利要求1所述的传热装置，其特征在于，所述传热面数量为多个，相邻的所述传热面(1)通过连接件(3)连接，且所述连接件(3)的导热能力低于所述传热面(1)的导热能力。

8.根据权利要求1所述的传热装置，其特征在于，所述传热面(1)与所述待处理件之间的缝隙填充或涂覆有导热层。

9.根据权利要求1所述的传热装置，其特征在于，所述传热面(1)的外表面上设置有与所述待处理件形状匹配、用于与所述待处理件紧密贴合安装的结构。

10.根据权利要求1所述的传热装置，其特征在于，所述制冷剂为无毒且不可燃的制冷剂。