CN112880452A - 一种应用于相变蓄冷装置的3d均热板结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于相变蓄冷装置的3D均热板结构及其制作方法。该均热板结构包括强化传热壳体和安装在强化传热壳体顶部的盖板。强化传热壳体是一个整体加工成型的异形结构，该异形结构的表面积大。强化传热壳体和盖板形成异形密闭空间，且该异形密闭空间内设有采用铝粉烧结成型的3D毛细芯。所述强化传热壳体侧面上设置有均热板工质充注管。由以上技术方案可知，本发明构建了一种新的基于铝粉结构烧结芯的整体式3D均热板强化传热结构，利用所述异形密闭空间内的工质气液相变实现强化传热，满足相变蓄冷装置的快速传热需求和热源器件的温度控制需求。

Description

一种应用于相变蓄冷装置的3D均热板结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及相变传热强化及均温板技术领域，具体涉及一种应用于相变蓄冷装置的3D均热板结构及其制作方法。
背景技术
随着激光、红外探测等短时、间歇性工作器件的发展和广泛应用，相应的相变蓄冷装置也得到了快速发展。典型的相变蓄冷装置主要包括壳体、相变工质(一般为石蜡)、相变强化传热结构等，是利用相变工质的相变潜热来吸收器件产生的热量，保证激光、红外等热源器件的可靠工作。
目前相变强化传热结构多采用常规铝翅片、泡沫铜、泡沫石墨等方式进行传热强化，但受限于强化传热结构材料本身的传热限制，整体强化效果有限，对于需要快响应的蓄冷装置来说，传热瓶颈的限制更为突出，直接影响整个蓄冷装置的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于相变蓄冷装置的3D均热板结构及其制作方法，该均热板结构能够利用相变传热的高速热导率实现3D的强化传热。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种应用于相变蓄冷装置的3D均热板结构，包括强化传热壳体和安装在强化传热壳体顶部的盖板。强化传热壳体为整体加工成型的异形结构，内外表面接触面积大。所述强化传热壳体和盖板形成异形密闭空间，且异形密闭空间内设有采用铝粉烧结成型的3D毛细芯。
进一步的，所述强化传热壳体和盖板均采用铝合金材质。
进一步的，所述强化传热壳体上安装有均热板工质充注管。
本发明还涉及一种上述应用于相变蓄冷装置的3D均热板结构的制作方法，该方法包括以下步骤：
(1)采用数控精密加工方式分别加工好盖板、强化传热壳体和均热板工质充注管。
(2)将均热板工质充注管焊接在强化传热壳体上，得到壳体组件。
(3)在强化传热壳体中填充直径为30-100微米的铝粉，得到填充有铝粉的壳体组件。
(4)将填充有铝粉的壳体组件置于烧结炉中进行烧结，工作温度控制在550-600℃，时间为8-10小时，烧结完成后铝粉呈蜂窝状的3D毛细芯，并与强化传热壳体结合在一起，形成烧结好的壳体组件。
(5)将烧结好的壳体组件与盖板装配好，采用工装进行限位、固定，然后置于钎焊炉中对壳体组件和盖板进行焊接，形成3D均热板结构。
(6)将焊接好的3D均热板结构进行抽真空，并在抽真空结束后通过均热板工质充注管向3D均热板结构中充入一定的工质，所述工质为去离子水。
和现有技术相比，本发明的优点为：
(1)本发明构建了一种新的基于铝粉结构烧结芯的整体式3D均热板强化传热结构，利用所述异形密闭空间内的工质气液相变传热实现强化传热，满足相变蓄冷装置的快速传热需求和热源器件的温度控制需求。
(2)本发明所述3D均热板结构应用于相变蓄冷装置时，首先将3D均热板结构、相变蓄冷装置壳体和相变工质充注管装配到一起，连接处可采用电子束焊或搅拌摩擦焊进行封口，形成相变蓄冷装置结构，所述结构制作完成后充注相变工质，如石蜡，形成相变蓄冷装置。
(3)本发明所述3D均热板结构，利用所述异形密闭空间内的工质气液相变传热实现强化传热，提高强化传热壳体的导热系数，改善盖板上的热源温度，同比热源最高温度可降低5～8℃。
附图说明
图1是本发明中的3D均热板结构的结构示意图；
图2是本发明中的3D均热板结构应用于相变蓄冷装置时的剖视图。
其中：
1、盖板，2、强化传热壳体，3、3D毛细芯，4、均热板工质充注管，5、相变蓄冷装置壳体，6、相变工质充注管，7、相变工质。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-图2所示的一种应用于相变蓄冷装置的3D均热板结构，包括强化传热壳体2和安装在强化传热壳体2顶部的盖板1。强化传热壳体2是一个整体加工成型的异形结构，表面积大。强化传热壳体2和盖板1形成异形密闭空间，且该异形密闭空间内设有采用铝粉烧结成型的3D毛细芯。
进一步的，所述3D毛细芯3采用整体烧结结构，具体地说，所述3D毛细芯3采用铝粉烧结成型，烧结完成后的铝粉呈蜂窝状，并与强化传热壳体2结合在一起，形成烧结好的壳体组件。
进一步的，所述强化传热壳体2和盖板1均采用铝合金材质，铝合金导热率高，密度小。通过在盖板1与强化传热壳体2形成的相对封闭空间内填充铝粉，铝粉烧结成型后形成3D毛细芯结构，有助于盖板1上热量的多维度热量传递，传热效果好。
进一步的，所述强化传热壳体2是一个整体加工成型的异形结构，表面积大。
进一步的，所述强化传热壳体2上安装有均热板工质充注管4。
本发明还涉及一种上述应用于相变蓄冷装置的3D均热板结构的制作方法，该方法包括以下步骤：
(1)采用数控精密加工方式分别加工好盖板1、强化传热壳体2和均热板工质充注管4。
(2)将均热板工质充注管4焊接在强化传热壳体2上，得到壳体组件。
(3)在强化传热壳体2中填充直径为30-100微米的铝粉，得到填充有铝粉的壳体组件。
(4)将填充有铝粉的壳体组件至于烧结炉中进行烧结，工作温度控制在550-600℃，烧结时间为8-10小时，烧结完成后的铝粉为呈蜂窝状的3D毛细芯，并与强化传热壳体2结合在一起，形成烧结好的壳体组件。
(5)将烧结好的壳体组件与盖板1装配好，采用工装进行限位、固定，然后置于钎焊炉中对烧结好的壳体组件和盖板进行焊接，形成3D均热板结构。
(6)将焊接好的3D均热板结构进行抽真空，并在抽真空结束后通过均热板工质充注管4向3D均热板结构中充入一定的工质，之后进行压接封口。
本发明利用所述异形密闭空间内的工质气液相变实现强化传热，满足相变蓄冷装置的快速传热需求和热源器件的温度控制需求。如图2所示，本发明所述的3D均热板结构与相变蓄冷装置壳体5和相变工质充注管6装配到一起，连接处可采用电子束焊或搅拌摩擦焊进行封口，形成相变蓄冷装置结构，所述相变蓄冷装置结构制作完成后充注相变工质7，如石蜡，形成相变蓄冷装置。本发明利用异形密闭空间内的工质气液相变实现强化传热。异形密闭空间内的工质吸收盖板处的热端吸收热量，由液相转化为气相，在强化传热壳体底部的冷端释放热量，由气相转化为液相，通过3D毛细芯的毛细力把液相工质输运回盖板处的热端，借助工质气液相变快速传递大量的热量，实现快速传热。所述3D毛细芯，既可以实现沿盖板平面方向的快速传热，又可以实现沿垂直盖板平面方向的快速传热。相比传统的均温板只能实现平面内热量传递，本发明所述的3D均热板结构可以实现热量的多维度、快速传递。相比传统纯铝合金材料的强化传热结构，本发明所述的3D均热板结构导热系数更好，满足相变蓄冷装置的快速传热需求和热源器件的温度控制需求。此外，本发明所述3D均热板结构的制备方法，包括加工、填粉、烧结、焊接、注液环节，成本较低，且具备较好的应用前景。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种应用于相变蓄冷装置的3D均热板结构，其特征在于：包括强化传热壳体和安装在强化传热壳体顶部的盖板；所述强化传热壳体为整体加工成型的异形结构，且所述强化传热壳体和盖板形成异形密闭空间，所述异形密闭空间内设有采用铝粉烧结成型的3D毛细芯。
2.根据权利要求1所述的一种应用于相变蓄冷装置的3D均热板结构，其特征在于：所述强化传热壳体和盖板均采用铝合金材质。
3.根据权利要求1所述的一种应用于相变蓄冷装置的3D均热板结构，其特征在于：所述强化传热壳体上安装有均热板工质充注管。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的应用于相变蓄冷装置的3D均热板结构的制作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)采用数控精密加工方式分别加工好盖板、强化传热壳体和均热板工质充注管；
(2)将均热板工质充注管焊接在强化传热壳体上，得到壳体组件；
(3)在强化传热壳体中填充直径为30-100微米的铝粉，得到填充有铝粉的壳体组件；
(4)将填充有铝粉的壳体组件置于烧结炉中进行烧结，烧结温度控制在550-600℃，烧结时间为8-10小时，烧结完成后铝粉呈蜂窝状的3D毛细芯，并与强化传热壳体结合在一起，形成烧结好的壳体组件；
(5)将烧结好的壳体组件与盖板装配好，采用工装进行限位、固定，然后置于钎焊炉中对烧结好的壳体组件和盖板进行焊接，形成3D均热板结构；
(6)将焊接好的3D均热板结构进行抽真空，并在抽真空结束后通过均热板工质充注管向3D均热板结构中充入一定的工质，之后进行压接封口。
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