CN110167318A - 一种温控系统及电子学箱体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种温控系统及电子学箱体，解决了现有电子学箱体温控系统存在散热功率有限，无法满足高功率电子学箱体散热需求，以及拆装不便的问题。其中，温控系统装配于电子学单元的外侧，其包括与电子学单元外形相适配的温控壳体；温控壳体采用高导热率材料，包括三层，分别为外层、内层以及填充在外层与内层之间的相变储能层；温控壳体的外表面涂覆有热控涂层；温控壳体的内表面设置有控温传感器、加热器、以及与电子学箱体接触的导热凸台或传热热管；导热凸台或传热热管为多个，且间隔设置。
Description
技术领域
本发明属于航天电子设备技术领域，具体涉及一种空间多朝向散热面精密温控系统以及电子学箱体。
背景技术
航天器在太空运行过程中，电子设备暴露在恶劣的空间环境中，要求其能够适应阳照区的高温和阴影区的低温外界环境的变化以及电子学设备断电带来的内部热负荷的变化。为了适应高温情况的散热需求和低温情况的保温需求，现有的航天器电子设备大多设计了带有加热和散热两种功能相结合的温控设备，以便能够承受和适应复杂多变的内外热环境。
然而，由于空间应用中电子学箱体的包络尺寸和重量都受到严格限制，往往选择箱体自身空间外热流最小的一个表面作为整个箱体的散热面，且加热器集成在电子学箱体的内部，拆卸维修极其不便；如图1所示，底面为电子学箱体01的安装面03，上表面为散热面02。随着技术的发展和应用的需求，高功率电子学器件的应用使得电子学箱体整机的功耗越来越大，单一朝向散热面已不能满足高功率电子学箱体的散热需求，因此需要设计多个不同朝向的散热面，但是在电子学箱体上设置不同朝向的散热面往往会带来以下问题：一是不同朝向散热面所接收的外热流不同，内部热耦合不同，因此不便于统一进行温控；二是为了方便电路板设计与调试，现有的电子学箱体往往为屉式设计，若散热面的朝向为屉式设计的侧面，则不便于电路板调试和箱体装配。
发明内容
本发明的目的在于解决现有电子学箱体温控系统存在散热功率有限，无法满足高功率电子学箱体散热需求，以及拆装不便的问题，提供一种温控系统及电子学箱体。
为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
一种温控系统，其特殊之处在于，包括与电子学单元外形相适配的温控壳体；所述温控壳体采用高导热率材料，包括三层，分别为外层、内层以及填充在外层与内层之间的相变储能层；所述温控壳体的外表面涂覆有热控涂层；所述温控壳体的内表面设置有控温传感器、加热器、以及与电子学单元接触的导热凸台或传热热管；所述导热凸台或传热热管为多个，且间隔设置；其中，相变储能层中填充的是相变材料。
进一步地，为了加工方便，所述导热凸台或传热热管为长条状，导热凸台厚度或传热热管直径为4mm～6mm，该厚度越小热阻越小；所有导热凸台或传热热管与电子学单元的接触面积占整个温控壳体内表面面积的30％～50％，该接触面积越大热阻越小，在此范围内，该温控系统既能满足电子学单元的散热需求，又能够大大减少散热接触面，留出空间设置温控传感器和加热器，以进行温控和温度补偿，总体空间利用率较好。
进一步地，为了使电子学单元各个位置的散热效率相当，散热更加均匀，所述温控壳体的内表面上均匀设置有相互平行的导热凸台或传热热管；同样，为了在低温时，对电子学单元进行温度补偿更加均匀，所述加热器设置在相邻两个导热凸台或传热热管之间，有效利用温控壳体的内表面。
进一步地，所述导热凸台或传热热管与电子学单元之间均涂有导热硅脂，以减小温控壳体与电子学单元之间接触热阻，增强温控壳体与电子学单元的热传导。
进一步地，所述加热器采用薄膜电加热器；薄膜电加热器粘接在温控壳体内表面上。当然，加热器也可采用现有其他类型的加热器，但以薄膜电加热器为优选，因为该技术成熟稳定，且质量轻巧，对于空间应用中包络尺寸和重量都受到严格限制的电子学箱体更为适合。
进一步地，考虑到尺寸、重量、散热以及温度补偿各方面的要求，为了使各方面达到一个均衡的效果，所述导热凸台厚度或传热热管直径为5mm；所有导热凸台或传热热管与电子学单元的接触面积占整个温控壳体内表面面积的40％。
进一步地，为了增强辐射换热，所述温控壳体的内表面采用发黑处理。
同时，本发明还提供了一种电子学箱体，其特殊之处在于，包括上述温控系统；温控系统的温控壳体通过紧固件装配在电子学单元外部，并通过导热凸台或传热热管与电子学箱体接触；其中，紧固件可以采用便于拆卸的螺钉。
进一步地，所述电子学单元为屉式结构，其外表面进行发黑处理，同时，温控壳体的内表面也采用发黑处理，以增强温控壳体和电子学单元的辐射换热。
进一步地，所述温控壳体呈U型，更加贴合屉式电子学单元的外形，占用空间极小，其内表面的左侧、右侧以及上侧各均匀设置有两个导热凸台或传热热管。
本发明的优点是：
1.本发明的温控系统是完全独立的，将各个朝向的散热面整合为一个与电子学单元外形相适配的温控壳体，该温控壳体采用高热导率材料，可以避免不同朝向散热面因外热流、热耦合不同造成的温度差异。温控壳体由外向内分为三层，最外层表面喷涂热控涂层，满足向冷黑空间辐射散热的需求；中间层填充相变储能材料，满足电子学单元瞬时大功耗的散热需求的同时，还可以减小散热板的温度波动；内层则通过导热凸台或高效传热热管与电子学单元的表面通过连接在一起，可大大节约散热面积，且内层设置有加热器和控温传感器，只需要一路控温回路主动温控方式实现箱体的精密温控，大大减小了星上的资源需求；同时控温回路的实施十分方便操作，可靠性更好。
2.本发明所有导热凸台或传热热管与电子学单元的接触面积占整个温控壳体内表面面积的30％～50％，既能满足电子学单元的散热需求，又能够大大减少散热接触面，留出空间设置温控传感器和加热器，以进行温控和温度补偿，总体空间利用率较好。
3.本发明温控系统的实施完全不影响电路板的调试和电子学单元的装配，即便在温控系统与电子学单元完全集成后，发现电路板需要拆卸的情况，该温控系统可以十分便捷地与电子学单元分离开来，不会破坏已经实施的部分。
4.本发明中导热凸台或传热热管与电子学单元之间均涂有导热硅脂，以减小温控壳体与电子学单元之间接触热阻，增强温控壳体与电子学单元的热传导。
5.采用本发明进行常温常压测试时，该温控系统中的相变材料发生相变吸收大量热耗，可保证电子学单元的工作温度，而不需要增加外部制冷设备，使整体结构更加简单。
附图说明
图1为现有电子学箱体散热板的安装示意图；
图1中附图标号：01-电子学箱体；02-散热面；03-安装面；
图2为本发明中温控系统的结构示意图；
图3为本发明中电子学箱体的结构示意图；
图2-图3中附图标号：1-温控系统；2-电子学单元；3-外层；4-相变储能层；5-内层；6-导热凸台或传热热管；7-热控涂层；8-控温传感器；9-加热器；10-导热硅脂。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：
仅仅出于方便的原因，在以下的说明中，使用了特定的方向术语，是以对应的附图为参照的，并不能认为是对本发明的限制，当图面的定义方向发生改变时，这些词语表示的方向应当解释为相应的不同方向。
如图2所示温控系统1，装配于电子学单元2的外侧，其包括与电子学单元2外形相适配的温控壳体。
该温控壳体采用高导热率材料，可以避免不同朝向散热面因外热流、热耦合不同造成的温度差异。
温控壳体包括三层，分别为外层3、内层5以及填充在外层3与内层5之间的相变储能层4，相变储能层4中填充的是相变材料；温控壳体的外表面涂覆有热控涂层7，满足向冷黑空间辐射散热的需求；温控壳体的内表面设置有控温传感器8、薄膜电加热器9、以及与电子学单元2接触的导热凸台或者传热热管6，为了减小温控壳体与电子学单元2之间接触热阻，增强温控壳体与电子学单元2的热传导，导热凸台或传热热管6与电子学单元2之间均还涂有导热硅脂10。
上述导热凸台或传热热管6为多个，呈长条状，均匀间隔平行设置；导热凸台厚度或传热热管6直径为4mm～6mm；所有导热凸台或传热热管6与电子学单元2的接触面积占整个温控壳体内表面面积的30％～50％。而薄膜电加热器9粘接在相邻两个导热凸台或传热热管6之间的温控壳体内表面。这种结构及布局的导热凸台或传热热管6不仅散热均匀，还可大大节约散热面积，同时也有利于低温时薄膜电加热器9进行均匀的温度补偿。
如图3所示，电子学箱体包括上述温控系统1，该电子学单元2为屉式结构，温控系统1的温控壳体为与之适配的U型壳体；该温控壳体通过螺钉安装在电子学单元2的外侧，并通过温控壳体内层5的导热凸台或传热热管6与电子学单元2连接，导热凸台或传热热管6与电子学单元2之间涂覆有导热硅脂10(在涂覆完导热硅脂后，再用螺钉将温控壳体紧固在电子学单元外侧)。
为了满足该电子学单元2的散热需求，同时考虑到温度补偿、尺寸以及重量的因素，该温控壳体内表面的左侧、右侧以及上侧各均匀设置有两个导热凸台或传热热管6；各导热凸台厚度或传热热管6直径为5mm，所有导热凸台或传热热管6与电子学单元2的接触面积占温控壳体的内表面面积的40％作为优选，当然在应用时可根据电子学单元的实际尺寸，调整导热凸台或传热热管的个数；同时，为了增强温控壳体和电子学单元2的辐射换热，电子学单元2外表面以及温控壳体内表面均进行发黑处理。
采用本发明的温控系统1不仅解决了单一朝向散热面散热功率有限的问题，同时，还便于电路板调试和箱体装配，并且充分满足常温常压下产品测试时的控温需求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种温控系统，其特征在于：包括与电子学单元(2)外形相适配的温控壳体；
所述温控壳体采用高导热率材料，包括三层，分别为外层(3)、内层(5)以及填充在外层(3)与内层(5)之间的相变储能层(4)；
所述温控壳体的外表面涂覆有热控涂层(7)；
所述温控壳体的内表面设置有控温传感器(8)、加热器(9)、以及与电子学单元(2)接触的导热凸台或传热热管(6)；
所述导热凸台或传热热管(6)为多个，且间隔设置。
2.根据权利要求1所述的温控系统，其特征在于：所述导热凸台或传热热管(6)为长条状，导热凸台厚度或传热热管直径为4mm～6mm；
所有导热凸台或传热热管(6)与电子学单元(2)的接触面积占整个温控壳体内表面面积的30％～50％。
3.根据权利要求2所述的温控系统，其特征在于：所述温控壳体内表面上均匀设置有相互平行的导热凸台或传热热管(6)；
所述加热器(9)设置在相邻两个导热凸台或传热热管(6)之间。
4.根据权利要求3所述的温控系统，其特征在于：所述导热凸台或传热热管(6)与电子学单元(2)之间均涂有导热硅脂(10)。
5.根据权利要求4所述的温控系统，其特征在于：所述加热器(9)采用薄膜电加热器；该薄膜电加热器粘接在温控壳体内表面上。
6.根据权利要求5所述的温控系统，其特征在于：所述导热凸台厚度或传热热管直径为5mm；所有导热凸台或传热热管(6)与电子学单元(2)的接触面积占整个温控壳体内表面面积的40％。
7.根据权利要求1至6任一所述的温控系统，其特征在于：所述温控壳体的内表面进行发黑处理。
8.一种电子学箱体，其特征在于：包括如权利要求1至7任一所述的温控系统；
温控系统的温控壳体通过紧固件装配在电子学单元(2)外部，并通过导热凸台或传热热管(6)与电子学单元(2)接触。
9.根据权利要求8所述的电子学箱体，其特征在于：所述电子学单元(2)为屉式结构，其外表面进行发黑处理。
10.根据权利要求9所述的电子学箱体，其特征在于：所述温控壳体呈U型，其内表面的左侧、右侧以及上侧各均匀设置有两个导热凸台或传热热管(6)。
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