CN109631632B - 一种基于相变材料和平面热管的冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于相变材料和平面热管的冷却装置，包括环形外壳，环形外壳由相邻的壳体单元连接而成，壳体单元包括外侧表面、内侧表面和腔体，壳体单元的外侧表面由刚性较大的可弯曲材料制成，壳体单元的内侧表面由较易形变的柔软材料制成；壳体单元的腔体承载填充物，填充物包括相变材料和纳米粒子，纳米粒子分散于相变材料中，壳体单元的外侧表面均匀布设平面热管，平面热管一半插入腔体。本发明结构设计合理，装卸便捷；处于低温时可为发动机保温，避免启动困难；处于高温时可通过腔体内的相变材料及纳米粒子进行热交换，并通过平面热管将热量散发到空气中；处于急冷条件时，因平面热管及外壳内相变材料的缓冲，不会导致发动机开裂。
Description
技术领域
本发明涉及相变材料技术领域，具体涉及一种基于相变材料和平面热管的冷却装置。
背景技术
风冷发动机是一种以空气作为冷却介质的发动机。风冷发动机通过气缸外壁铸造出的一些散热片将发动机散出的热量散发到空气中，达到冷却发动机的效果。然而，发动机的散热片易受到外界水或冰雪的冲击，致使散热片受到急冷出现开裂，损伤发动机；发动机在运行过程中易被泥封死而无法散热，致使发动机过热受损；另外，发动机在低温条件下启动困难。
在大学生巴哈大赛中由于赛况复杂，赛事要求使用规定的风冷发动机，此风冷发动机由于在低温启动困难，致使很多车队因多次无法正常启动而错过比赛。有时发动机上的散热翅片因外界急冷冲击或被泥封死无法散热而导致发动机受损，车队也无法正常完赛。
因此，需要一种便携安装的表面冷却结构，可在低温时帮助发动机启动，在高温时增强发动机的散热效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构设计合理、可快速拆装、工作效果较好的相变式表面冷却装置。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种基于相变材料和平面热管的冷却装置，包括环形外壳，环形外壳由相邻的壳体单元连接而成，壳体单元包括外侧表面、内侧表面和腔体，
壳体单元的外侧表面由刚性较大的可弯曲材料制成，壳体单元的内侧表面由较易形变的柔软材料制成，外侧表面与内侧表面过渡接合；
壳体单元的腔体承载填充物，填充物包括相变材料和纳米粒子，纳米粒子分散于相变材料中，壳体单元的外侧表面均匀布设平面热管，平面热管一半插入腔体。
进一步地，平面热管包括蒸发段和冷凝段，蒸发段插入腔体，冷凝段暴露于空气。
进一步地，平面热管与壳体单元之间过盈配合。
进一步地，平面热管采用钠钾合金工质，工质内分布紧贴管壁的多层铜网芯。
进一步地，填充物的相变材料为高温石蜡，纳米粒子为纳米镍粉。
进一步地，相邻的壳体单元之间通过黏性结构或扣合结构连接。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明一种基于相变材料和平面热管的冷却装置，结构设计合理，装卸便捷；处于低温时可为发动机保温，避免启动困难；处于高温时可通过腔体内的相变材料及纳米粒子进行热交换，并通过平面热管将热量散发到空气中，若平面热管被泥封住，也不会马上过热，泥被烤干后会自行脱落；处于急冷条件时，因平面热管及外壳内相变材料的缓冲，不会导致发动机开裂。
本发明的外壳由若干个壳体单元连接成环状，包裹于发动机组件外部，壳体单元包括外侧表面、内侧表面和腔体，腔体内的相变材料及纳米粒子与外壳上均布的平面热管可共同作用来加快散热。外侧表面由刚性较大的可弯曲材料制成，具有足够的强度固定平面热管并保证平面热管的间距足够散热，也可稍微弯折以便各壳体单元连接成环形。内侧表面由较易形变的柔软材料制成，具有一定的拉伸能力，可通过形变更好贴附在发动机组件表面，得到更大的传热面积。
附图说明
图1是本发明一种基于相变材料和平面热管的冷却装置的结构示意图。
图2是本发明一种基于相变材料和平面热管的冷却装置的工作状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施例作进一步详细的描述。
如图1所示，一种基于相变材料和平面热管的冷却装置，包括环形外壳，环形外壳由相邻的壳体单元1连接而成，壳体单元1包括外侧表面、内侧表面和腔体。
壳体单元1的腔体承载填充物2，填充物2包括相变材料和纳米粒子。相变材料在散热温度以下（初始状态）处于固态，保温；在散热温度以上处于液态，相变材料在外壳的腔体内自循环并将内侧表面的热量传递到翅片；在受到急冷时，相变材料可作为缓冲，避免受热表面开裂。纳米粒子分散于相变材料中，在散热状态下，纳米粒子受热震动或受直接震动时可扰动液态的相变材料，进而加速散热的热传递，保证足够的散热功率。相变材料采用高温石蜡，熔点为37.4度，相变潜热为210J/g，固体密度为770kg/m3，化学性质稳定，不与常见的物质反应，无毒无公害，价格低廉可回收。纳米粒子采用纳米镍粉，熔点1453度，使用时避免受潮、避免接触皮肤。壳体单元1的外侧表面均匀布设平面热管3，平面热管3与壳体单元1之间过盈配合，平面热管3包括蒸发段和冷凝段，蒸发段插入腔体，冷凝段暴露于空气，平面热管3将腔体内相变材料传导的热量散发到空气中。平面热管3采用钠钾合金工质，依据不同配置比例可达到不同的相变温度，工质内分布紧贴管壁的多层铜网芯。
壳体单元1的外侧表面由刚性较大的可弯曲材料制成，既有足够的强度固定平面热管3保证平面热管3的间距足够散热，又可稍微弯折以便各壳体单元1连接成环形；壳体单元1的内侧表面由较易形变的柔软材料制成，具有一定的拉伸能力，可通过形变更好贴附在发动机组件5表面，得到更大的传热面积。
相邻的壳体单元1之间通过扣合结构4连接，即采用挂钩形式连接，可便于壳体单元1快速拆装；也可通过黏性结构连接。相邻的壳体单元1通过连接结构彼此连接形成环状包裹在发动机组件5表面。
本发明一种基于相变材料和平面热管的冷却装置的工作原理如下：
当环境温度（工作温度）较低时，发动机处于冷启动状态，腔体内的填充物2处于固态，不产生熔化吸热过程，在一定程度上对发动机起到保温作用，有助于发动机冷启动，可延长发动机的寿命。
当发动机运转一段时间完成预热温度较高以至于需要散热时，通过发动机组件5将热量传递至外壳，使腔体内的填充物2发生相变熔化，其中的纳米粒子可自由移动，并在腔体内形成环流自循环，将内侧表面吸收的发动机表面的热量传递到平面热管3，平面热管3将热量传递到空气中。由于发动机震动，可引发纳米粒子震动，扰动环流，加速热传递；同时，如果温度越高，纳米粒子震动也会越强，进一步加速热量的传递，从而维持发动机的工作温度。壳体单元1之间连接结构的连接作用，在发生震动时也可有效保证壳体单元1之间的连接可靠性。
当发动机受到急冷时，如冰雪覆盖在灼热的汽缸壁外围，相变式冷却外壳可作为缓冲，避免低温直接对汽缸壁的冲击，同时，接近平面热管3的填充物2冷凝，防止发动机散热过快而导致发动机不正常燃烧、无法正常工作。
以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于相变材料和平面热管的冷却装置，其特征在于：包括环形外壳，环形外壳由相邻的壳体单元连接而成，壳体单元包括外侧表面、内侧表面和腔体，
壳体单元的外侧表面由刚性较大的可弯曲材料制成，壳体单元的内侧表面由较易形变的柔软材料制成，外侧表面与内侧表面过渡接合；
壳体单元的腔体承载填充物，填充物包括相变材料和纳米粒子，纳米粒子分散于相变材料中，壳体单元的外侧表面均匀布设平面热管，平面热管一半插入腔体；
平面热管包括蒸发段和冷凝段，蒸发段插入腔体，冷凝段暴露于空气。
2.根据权利要求1所述的一种基于相变材料和平面热管的冷却装置，其特征在于：平面热管与壳体单元之间过盈配合。
3.根据权利要求1所述的一种基于相变材料和平面热管的冷却装置，其特征在于：平面热管采用钠钾合金工质，工质内分布紧贴管壁的多层铜网芯。
4.根据权利要求1所述的一种基于相变材料和平面热管的冷却装置，其特征在于：填充物的相变材料为高温石蜡，纳米粒子为纳米镍粉。
5.根据权利要求1所述的一种基于相变材料和平面热管的冷却装置，其特征在于：相邻的壳体单元之间通过黏性结构或扣合结构连接。
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