CN109714933B

CN109714933B - 一种相变温控装置的封装方法

Info

Publication number: CN109714933B
Application number: CN201811571283.XA
Authority: CN
Inventors: 吴波; 赵亮; 杨明明; 高云
Original assignee: Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute of AVIC
Current assignee: Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute of AVIC
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: CN109714933A

Abstract

本发明提供一种相变温控装置的封装方法，所述方法包括：将相变材料加热至其熔点温度以上使所述相变材料全部液化；将液态的相变材料灌入相变温控装置的腔体中直至灌满；将所述腔体和所述液态的相变材料置于相变材料熔点温度以下的环境，直至所述相变材料完全呈现出固体状态；将所述固态的相变材料通过机械加工工艺从固态相变材料顶面去除至预设高度；将弹性材料填充入所述相变温控装置的腔体中，覆盖于所述固态相变材料之上；用盖板对所述相变温控装置的腔体进行封装。

Description

一种相变温控装置的封装方法

技术领域

本发明属于电子设备热管理技术领域，涉及一种用于电子设备热管理的相变温控装置中相变材料的封装方法。

背景技术

电子设备性能不断提高，芯片热流密度不断增大，高功耗电子器件的散热问题越来越突出。在应对高功耗电子器件的散热方面，目前采用强迫风冷或者液冷等主动冷却的方式。但是传统的强迫风冷方式引入了旋转部件，而液冷方式除了引入流体泵外，还增加了流体回路，这些都不可避免的增大电子设备的复杂度，因而存在冷却能力失效的隐患。而航空电子设备需要具备很高的可靠性，一旦主动冷却失效，造成电子设备过热产生故障，将带来不可估量的损失。相变温控装置是利用相变材料在熔点附近吸收热量但温度不发生显著变化来对热源实施温度控制，具有简单可靠的优点。运用相变温控装置对高功耗电子器件进行热管理，不仅可以在主动冷却方式失效时提供一段时间的备用热管理能力，使主功能设备得以在应急状态下在一段时间内正常工作，还可以改善高功耗器件的温度波动，减少因为温度变化带来的热应力。

然而常用的烷烃类固-液相变材料在相变过程中体积发生不可忽略的变化，会对相变温控装置腔体产生作用力，这会造成相变温控装置腔体的结构受损。目前对于这类相变材料的封装，要求腔体具有一定的刚度和柔韧性，以及不完全灌装预留体积变化的空间，或者在相变材料处于液相时真空灌装。这些方式一定程度上减弱了相变材料体积变化带来的消极影响，但壳体的变形没有从根本上克服，在多次循环工作的情况下会使得腔体结构受损难以避免，同时腔体形状发生变化会严重影响相变热控装置与热源的直接接触导热。

发明内容

本发明提供了一种相变温控装置的封装方法，可以有效地克服相变材料在相变温控装置中体积变化带来的不利影响，提高相变温控装置的循环寿命，并且实施非常便利。

本发明提供一种相变温控装置的封装方法，所述方法包括：

将相变材料加热至其熔点温度以上使所述相变材料全部液化；

将液态的相变材料灌入相变温控装置的腔体中直至灌满；

将所述腔体和所述液态的相变材料置于相变材料熔点温度以下的环境，直至所述相变材料完全呈现出固体状态；

将所述固态的相变材料通过机械加工工艺从固态相变材料顶面去除至预设高度；

将弹性材料填充入所述相变温控装置的腔体中，覆盖于所述固态相变材料之上；

用盖板对所述相变温控装置的腔体进行封装。

可选的，所述机械加工工艺为铣削工艺，且加工精度高于0.1mm。

可选的，所述预设高度占腔体深度的比率为α，α应满足如下表达式：

其中，ρ_固表示相变材料处于固态时的密度，ρ_液表示相变材料处于液态时的密度。

可选的，所述弹性材料为闭孔可压缩泡沫。

可选的，所述弹性材料的厚度所占腔体深度的比率为β，β应满足如下表达式：β≥1-α+10％。

本发明提供的相变温控装置的封装方法，具有如下的有益效果：

(1)自适应相变材料的体积变化。本方法中采用的弹性材料为可压缩闭孔泡沫具有理想的可压缩性和回弹性，闭孔的泡沫结构阻止相变材料进入其内部，并具有很小的密度。当相变材料受热液化后体积膨胀，弹性材料压缩；当相变材料放热体积缩小时，弹性材料自动回弹。这样，使得相变温控装置的外壳所遭受的应力不会因为相变材料的体积变化急剧增大。可以有效地克服相变材料在相变温控装置中体积变化带来的不利影响，提高相变温控装置的循环寿命。

(2)有效防止相变材料液相泄露，具有高可靠性。由于采用了弹性材料而使得腔体内相变材料受热液化后体积膨胀产生的应力得到缓冲，降低了壳体结构破坏的可能性，同时采用焊接工艺，密封效果优良。

(3)保证储热性能的稳定性。传统的封装方式中，腔体形状发生变化会严重影响相变热控装置与热源的直接接触导热。而采用本发明的封装避免了腔体在服役过程中的形变，保证储热性能的稳定性。

(4)实施方便。本发明提供的方法简单易行，无需专门的仪器设备，无需设计专门的工装，常用的仪器设备就能实现。

附图说明

图1为本发明提供的一种相变热控装置的封装示意图；

图2为本发明提供的另一种相变热控装置的封装示意图；

图3为本发明提供的再一种相变热控装置的封装示意图。

具体实施方式

常用的烷烃类固-液相变材料在相变过程中体积发生不可忽略的变化，会对相变温控装置腔体产生作用力，这会造成相变温控装置腔体的结构受损。目前对于这类相变材料的封装形式一定程度上减弱了相变材料体积变化带来的消极影响，但壳体的变形没有从根本上克服，在多次循环工作的情况下会使得腔体结构受损难以避免，同时腔体形状发生变化会严重影响相变热控装置与热源的直接接触导热。本发明提供了一种相变温控装置的封装方法，可以有效地克服相变材料在相变温控装置中体积变化带来的不利影响，提高相变温控装置的循环寿命，并且实施非常便利。

下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

本发明提供的一种相变热控装置的封装方法，具体实施步骤如下:

(1)填充相变材料

将相变材料RT100(熔点为90℃～112℃)置于烧杯中使用酒精灯加热，直至所有相变材料熔化，液化的相变材料容量大于腔体体积。将烧杯中的液态RT80缓慢倾倒如腔体1中，直至液态相变材料充满整个腔体，且由于表面张力作用液面高度略高于腔体深度，但液相不溢出，此步骤完成后的状态如附图1所示，此步骤中所采用的腔体深度为10mm。

需要补充的是，图中的标号含义为，1：相变热控装置的腔体；21:处于液态时的相变材料；22:处于固态时的相变材料；3:弹性材料；4:相变热控装置的壳体。

(2)相变材料的固化

将腔体和填充于其内部的液态RT80在室温环境下自然冷却，直至全部固化。

(3)相变材料填充量调节

RT100的固态密度为880Kg/m³,液态密度770Kg/m³，则固态RT100在腔体内的高度占腔体深度的比率α的选取范围为

即α∈(0.775,0.675)。

选取固态RT100的填充比率α为0.7，那么固态RT100在腔体内的高度为7毫米。

将步骤(2)中得到的腔体及其内部的固态RT100在铣床上加工，将腔体内的固态RT100铣削至高度为7mm。

此步骤完成后的状态如附图2所示.

(4)填充弹性材料

弹性材料的厚度所占腔体深度的比率为β，β应满足：

β≥1-α+10％＝1-0.7+10％＝0.4

选取β的值为0.4，那么弹性材料的厚度为4mm。

本步骤中选取的弹性材料为聚乙烯闭孔泡沫，其外形轮廓与腔体内部底面一致，且厚度为4mm，将此聚乙烯闭孔泡沫填充入腔体中，覆盖于固态RT100之上。

(5)填料密封

将相变温控装置与腔体具有相同的外形轮廓的盖板与腔体对齐压紧，然后采用激光焊接工艺，沿盖板与腔体焊接在一起。

此步骤完成后的状态如附图3所示。

需要说明的是，所述焊接方式为激光焊接。

本领域的普通技术人员应该理解的是，致力于实现同一个目的的任何装置都可以来代替所示的具体实施例。该申请涵盖本发明的各种适应性的变化或变异。因此只由本发明的权利要求和其等同内容限制本发明。

Claims

1.一种相变温控装置的封装方法，其特征在于，所述方法包括：

将液态的相变材料灌入相变温控装置的腔体中直至灌满；

将所述固态的相变材料通过机械加工工艺从固态相变材料顶面去除至预设高度，所述预设高度占腔体深度的比率为α，α应满足如下表达式：

其中，ρ_固表示相变材料处于固态时的密度，ρ_液表示相变材料处于液态时的密度；

将弹性材料填充入所述相变温控装置的腔体中，覆盖于所述固态相变材料之上，所述弹性材料的厚度所占腔体深度的比率为β，β应满足如下表达式：β≥1-α+10％；

用盖板对所述相变温控装置的腔体进行封装。

2.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，

所述机械加工工艺为铣削工艺，且加工精度高于0.1mm。

3.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述弹性材料为闭孔可压缩泡沫。