CN113873851B - 一种辐射散热设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于真空散热领域，涉及一种辐射散热增强设备，包括活塞腔，活塞腔的两端分别设有底板和散热片，活塞腔的内部设置活塞，活塞腔的外部设有推杆器，推杆器通过推杆推动活塞在活塞腔内移动，在活塞、活塞腔及散热片围成的空腔内放置弹性薄膜，弹性薄膜内部封闭有工作气体。本发明将发热元件的热量传递给气体，然后压缩气体以升高气体的温度，实现高温情况对外辐射能量，在辐射降温后气体膨胀对外做功，从而进一步降低气体的温度，再利用低温气体吸热，通过循环来实现高温辐射，增大辐射强度的目的。
Description
技术领域
本发明属于真空散热领域，涉及一种辐射散热增强设备。
背景技术
在太空及地面真空环境下工作的发热机械及电器元件，其散热是面临的主要问题。由于缺少外部冷源及流动气体，发热元件只能通过辐射形式向外散热，而对于发热量比较大的元件，其辐射散热强度如果不能满足要求，就会出现过热问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种辐射散热增强设备，提高散热强度，其具有结构精巧、操控简便的特点。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种辐射散热增强设备，其特殊之处在于：
包括活塞腔，活塞腔的两端分别设有底板和散热片，活塞腔的内部设置活塞，活塞腔的外部设有推杆器，推杆器通过推杆推动活塞在活塞腔内移动，在活塞、活塞腔及散热片围成的空腔内放置弹性薄膜，弹性薄膜内部封闭有工作气体。
进一步地，上述推杆器包括内部中空的框架，框架内部一端固定有励磁线圈，励磁线圈连接弹簧，弹簧另一端安装有永磁片，永磁片连接推杆，推杆一端伸出框架外部。
进一步地，上述活塞腔上设有条形孔，活塞上与弹性薄膜的反方向设有活塞杆，推杆通过连接杆与活塞杆连接，连接杆穿过条形孔。
进一步地，上述底板与发热元件接触，底板上设有通孔，活塞杆的端部可穿过通孔与发热元件接触。
进一步地，还包括控制装置，所述控制装置用于切换励磁线圈的电流方向。
进一步地，上述活塞腔为圆柱形空心腔体。
进一步地，上述所述腔体为热绝缘性较好的材料，例如聚四氟乙烯。
进一步地，上述活塞为导热材料，例如：铜。
进一步地，上述散热片为发射系数较大的材料，例如黑色钠氧化钴。
进一步地，上述推杆为热绝缘性较好的材料，例如聚四氟乙烯。
进一步地，上述弹性薄膜为不透气的弹性材料，例如乳胶。
进一步地，上述工作气体为比热容相对较低的气体，例如氦气。
本发明的优点：
本发明将发热元件的热量传递给气体，然后压缩气体以升高气体的温度，实现高温情况对外辐射能量，在辐射降温后气体膨胀对外做功，从而进一步降低气体的温度，再利用低温气体吸热，通过循环来实现高温辐射，增大辐射强度的目的。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明的侧视图；
图4是本发明的推杆器结构及工作示意图；
图5是本发明散热过程示意图。
其中：1、发热元件，2、底板，3、推杆器，4、推杆，5、活塞，6、活塞腔，7、散热片，8、弹性薄膜，31框架，32励磁线圈，33弹簧，34永磁片。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
热源射向无线空间的辐射能的表达式为这里A为散热面积，ε为材料的发射率，σ为黑体辐射常数，T为热源温度。从公式可以看到：提高辐射能可以采用增大辐射面积，提高发射率和增加温度的方法，而在结构及材料固定的情况下，辐射面积及发射率也就随之确定。而在发热元件所在的空间结构及材料受限的情况下，以上两种方法无法应用。而发射能力与温度的四次方成正比，说明提高温度可以大尺度的增加，本发明采用的方案是将发热元件的热量传递给气体，然后压缩气体以升高气体的温度，实现高温情况对外辐射能量，在辐射降温后气体膨胀对外做功，从而进一步降低气体的温度，再利用低温气体吸热。通过循环来实现高温辐射，增大辐射强度的目的。
本发明提供一种辐射散热增强设备，包括活塞腔6，活塞腔6的两端分别设有底板2和散热片7，活塞腔6的内部设置活塞5，活塞腔6的外部设有推杆器3，推杆器3通过推杆4推动活塞5在活塞腔6内移动，在活塞5、活塞腔6及散热片7围成的空腔内放置弹性薄膜8，弹性薄膜内部封闭有工作气体9。
作为本发明的一个优选实施例，上述推杆器3包括内部中空的框架31，框架31内部一端固定有励磁线圈32，励磁线圈32连接弹簧33，弹簧另一端安装有永磁片34，永磁片连接推杆4，推杆4一端伸出框架31外部。
作为本发明的一个优选实施例，上述活塞腔6上设有条形孔，活塞5上与弹性薄膜8的反方向设有活塞杆，推杆4通过连接杆与活塞杆连接，连接杆穿过条形孔。
作为本发明的一个优选实施例，上述底板2与发热元件1接触，底板2上设有通孔，活塞杆的端部可穿过通孔与发热元件1接触。
作为本发明的一个优选实施例，上述一种辐射散热增强设备还包括控制装置，所述控制装置用于切换励磁线圈32的电流方向。
优选地，本发明的活塞腔6为圆柱形空心腔体。所述腔体为热绝缘性较好的材料，例如聚四氟乙烯。活塞5为导热材料，例如：铜。
优选地，本发明的散热片7为发射系数较大的材料，例如黑色钠氧化钴。本发明的推杆4为热绝缘性较好的材料，例如聚四氟乙烯。
优选地，本发明的弹性薄膜8为不透气的弹性材料，例如乳胶。工作气体9为比热容相对较低的气体，例如氦气。
实施例
参见图1-图5，一种辐射散热增强设备，包括活塞腔6，活塞腔6的两端分别设有底板2和散热片7，活塞腔6的内部设置活塞5，活塞腔6的外部设有推杆器3，推杆器3通过推杆4推动活塞5在活塞腔6内移动，在活塞5、活塞腔6及散热片7围成的空腔内放置弹性薄膜8，弹性薄膜内部封闭有工作气体9。
所述推杆器3包括内部中空的框架31，框架31内部一端固定有励磁线圈32，励磁线圈32连接弹簧33，弹簧另一端安装有永磁片34，永磁片连接推杆4，推杆4一端伸出框架31外部。活塞腔6上设有条形孔，活塞5上与弹性薄膜8的反方向设有活塞杆，推杆4通过连接杆与活塞杆连接，连接杆穿过条形孔。底板2与发热元件1接触，底板2上设有通孔，活塞杆的端部可穿过通孔与发热元件1接触。
结合附图对本发明实施例的工作原理进行说明：
如图1所示，此时辐射散热增强设备为从发热元件1吸热的状态，此时推杆器3处于图4(a)的状态，此时推杆器3的励磁线圈32通入电流，产生的磁场与永磁片产生的磁场相互吸引，通过吸引力及右侧的弹性薄膜内部气体产生的膨胀力来压缩弹簧33，此时元件产生的热量通过活塞5传递给弹性薄膜8内部的工作气体，工作气体处于吸热状态。
在吸热完成后推杆器3的励磁线圈32电流方向反转，励磁线圈32产生的磁场与永磁片34产生的磁场相互排斥，排斥力加上弹簧33的弹力使得推杆4向右移动，如图4(b)所示，此时设备工作状态如图5所示，弹性薄膜8内部的工作气体受到压缩后温度升高，高温的工作气体的能量通过散热片7对外辐射，从而形成高温对外辐射的目的。
随着辐射散热的进行，弹性薄膜8内部的工作气体的温度降低，放热过程结束。此时励磁线圈32内部电流方向反转，对永磁片34产生吸引力，磁场力加上弹性薄膜8内部气体的压力共同推动活塞5向做运动，活塞5带动推杆4运动从而压缩弹簧33，并回到初始位置，推杆器3的状态如图4(a)所示，整体结构如图1所示，由于弹性薄膜8内部的工作气体9膨胀压缩弹簧33做功，工作气体温度降低。此时活塞杆接触发热元件1，热量通过热传导的形式从发热元件1传递给低温工作气体9。完成一个循环。
本设备在工作过程中，状态控制可以依靠控制装置来切换励磁线圈电流的流动方向来实现，在实际应用过程中，可以根据发热元件1的发热强度及热辐射强度实现设定电流换向的时间，也可以采用测量元件来测量弹性薄膜8或散热片7的温度，通过温度来控制电流换向的控制。也就是说从发热元件1吸收热量状态(图1)，辐射对外放热状态(图5)之间的切换可以事先设定，或者引入温度反馈。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种辐射散热设备，其特征在于：
包括活塞腔(6)，活塞腔(6)的两端分别设有底板(2)和散热片(7)，活塞腔(6)的内部设置活塞(5)，活塞腔(6)的外部设有推杆器(3)，推杆器(3)通过推杆(4)推动活塞(5)在活塞腔(6)内移动，在活塞(5)、活塞腔(6)及散热片(7)围成的空腔内放置弹性薄膜(8)，弹性薄膜内部封闭有工作气体(9)；活塞(5)上与弹性薄膜(8)的反方向设有活塞杆，底板(2)与发热元件(1)接触，底板(2)上设有通孔，活塞杆的端部可穿过通孔与发热元件(1)接触。
2.根据权利要求1所述的一种辐射散热设备，其特征在于：
所述推杆器(3)包括内部中空的框架(31)，框架(31)内部一端固定有励磁线圈(32)，励磁线圈(32)连接弹簧(33)，弹簧另一端安装有永磁片(34)，永磁片连接推杆(4)，推杆(4)一端伸出框架(31)外部。
3.根据权利要求2所述的一种辐射散热设备，其特征在于：
所述活塞腔(6)上设有条形孔，推杆(4)通过连接杆与活塞杆连接，连接杆穿过条形孔。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种辐射散热设备，其特征在于：
还包括控制装置，所述控制装置用于切换励磁线圈(32)的电流方向。
5.根据权利要求4所述的一种辐射散热设备，其特征在于：
所述活塞腔(6)为圆柱形空心腔体。
6.根据权利要求5所述的一种辐射散热设备，其特征在于：
所述活塞(5)采用铜制成。
7.根据权利要求6所述的一种辐射散热设备，其特征在于：
所述散热片(7)采用黑色钠氧化钴材料制成。
8.根据权利要求7所述的一种辐射散热设备，其特征在于：
所述推杆(4)采用聚四氟乙烯材料制成，弹性薄膜(8)采用乳胶材料制成，工作气体(9)为氦气。
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