CN203446166U

CN203446166U - 隔热吸热温控装置

Info

Publication number: CN203446166U
Application number: CN201320504924.6U
Authority: CN
Inventors: 隋鹏; 金兆国; 邹军锋; 王瑞杰; 简文政; 张昊; 周清; 赵小玲; 张继成; 刘喜宗
Original assignee: Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology
Current assignee: Haiying Aerospace Materials Research Institute Suzhou Co ltd
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2023-08-19

Abstract

本实用新型涉及隔热吸热温控装置，其特征在于，该隔热吸热温控装置包括：具有开口的内壳体(1)；盖(11)，该盖用于将所述内壳体的开口封闭；由气凝胶材料形成的外隔热层(2)，该外隔热层将所述内壳体和所述盖封闭，从而形成完全闭合的表面；以及吸热剂装置(5)，该吸热剂装置设置在所述内壳体的内部，并包括由相变材料形成的吸热剂。由于采用吸热剂材料吸热和气凝胶材料隔热，因此能够获得良好的温度控制效果，稳定地控制了电子元器件的周围环境温度，提高了装置的使用性能的稳定性。

Description

隔热吸热温控装置

技术领域

本实用新型涉及一种高效的隔热吸热温控装置。更具体地说，本实用新型涉及一种用于在高温环境下防止电子元器件由于发热而不能正常工作的高效隔热吸热温控装置。

背景技术

伺服驱动器广泛应用于注塑机械、纺织机械、包装机械、数控机床、航空航天等领域。伺服驱动器内部安装有大量电子仪器，其正常工作温度范围往往要求低于65℃。然而，伺服驱动器的一些应用环境十分恶劣，外部工作环境温度可能高达200℃，外部高温环境向内部传递热量，导致内部空气温度急剧上升。此外，内部电子元器件本身在工作过程中发热，大量热量聚集在伺服驱动器内部。伺服驱动器的壳体是一封闭体，如果外部高温环境向壳体内部传递热量，而内部电子元器件产生的热量又无法向外部扩散，则将进一步使大量热量聚集在驱动器的壳体内部，致使驱动器壳体内部温度过高，结果导致伺服驱动器无法正常工作。

因此，需要这样一种伺服驱动器，其既能够有效地防止外部热量向内部传递，又能够有效地降低壳体内部的温度，从而为电子元器件提供合适的工作温度范围，确保伺服驱动器正常运行。

实用新型内容

本实用新型就是针对上述情形作出的，并且其目的是为了提供一种高效隔热吸热温控装置，通过该装置能够有效地防止外部热量向内部传递，又能够有效地降低壳体内部的温度。

在第一方面中，提供了一种隔热吸热温控装置，该隔热吸热温控装置包括：具有开口的内壳体；盖，该盖用于将所述内壳体的开口封闭；由气凝胶材料形成的外隔热层，该外隔热层将所述内壳体和所述盖封闭，从而形成完全闭合的表面；以及吸热剂装置，该吸热剂装置设置在所述内壳体的内部，并包括由潜热相变材料形成的吸热剂。

在第一方面的隔热吸热温控装置中，内壳体和吸热剂装置壳体均可以采用具有一定厚度的铝制材料。这样，在外界200℃左右的温度下保持足够的强度的同时，能够大大降低装置总重量，改善吸热剂装置的热传导速度及均一性。另外外隔热层可以采用超细玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶材料制备的隔热层，其具有高温隔热性能优越、导热系数低、多次重复使用稳定性好、重量低、强度大的优点，克服了传统隔热材料重量高、高温隔热性能差的缺点；同时克服了使用单纯气凝胶强度低、易碎裂掉粉的缺点；吸热剂装置吸收电子元器件自身发热热量，对电子元器件本身温度进行控制，保证电子元器件温度处于正常工作温度范围内。可以采用相变温度为60℃左右的石蜡作为吸热剂。在电子元器件正常工作温度范围内，这种石蜡的相变焓值为200KJ/Kg，能大量吸收电子元器件产生热量。还可以采用高精蜡，高精蜡进行的是固液相变，相变过程体积变化小，能有效控制装置工作空间。

因此，通过采用第一方面的隔热吸热装置，能够防止外部热量向内部传递，又能够有效地降低壳体内部的温度。

在上述隔热吸热装置中，所述内壳体可以由诸如铜、铝、钢之类的金属制成。当然，也可以采用合适的合成材料。如果采用金属，则其壁厚优选为为5mm～20mm。

在根据第一方面的隔热吸热装置中，所述吸热剂装置还可以包括：支架，该支架固定在所述内壳体的底部上；吸热剂壳体，该吸热剂壳体与所述内壳体的内表面间隔开地且可拆卸地固定至所述支架，所述吸热剂放置在所述吸热剂壳体中。

优选地，所述支架可以由不锈钢或合成材料制成。

优选地，所述吸热剂壳体由铜或铝制成，且壁厚为0.05至5mm。

优选地，所述吸热剂的体积占所述吸热剂装置的总容量的85％至95％。

优选地，所述潜热相变材料为高潜热相变材料。在本实用新型中，高潜热相变材料是指相变潜热大于150J/g的相变材料。优选地，所述高潜热相变材料可以为高精蜡。也可以采用石蜡作为潜热相变材料。

优选地，所述吸热剂壳体的外表面与设置在所述内壳体中的发热电路板贴合在一起。

优选地，所述温控装置还包括外蒙皮，该外蒙皮通过将酚醛预浸布粘接于所述外隔热层的外表面并固化而形成。

优选地，所述外隔热层通过耐高温胶黏剂粘接于所述内壳体和所述盖的外表面。

优选地，所述外隔热层的厚度为5mm至30mm。

优选地，所述气凝胶材料是由纤维增强的气凝胶材料。

优选地，所述纤维选择如下纤维中的一种或两种以上的组合：石英纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、炭纤维、玻璃纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、丙纶纤维、纤维素纤维、超细玻璃纤维。

优选地，所述气凝胶选自如下气凝胶：二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶、氮化硅气凝胶、碳化锆气凝胶、碳气凝胶、酚醛气凝胶和纤维素气凝胶。

优选地，所述温控装置还包括至少一个吸热剂层，其中所述至少一个吸热层设置在所述外隔热层的与所述内壳体和所述盖的外表面相面对的一侧，从而与所述外隔热层的气凝胶材料构成一体的复合层。

优选地，所述复合层的气凝胶材料层与至少一个吸热剂层的厚度之比小于1。

优选地，所述至少一个吸热剂层由石蜡或高精蜡构成。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个优选实施方式的剖视图；和

图2是根据本实用新型的另一个优选实施方式的剖视图。

附图说明

1内壳体

2外隔热层

3外蒙皮

4支架

5吸热剂装置

11盖

8吸热剂层

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施方式进行详细描述。

图1是根据本实用新型的一个优选实施方式的隔热吸热温控装置的结构剖视图。需要注意的是，为了清楚起见只示出了与本实用新型有关的部件，其他部件没有示出，但这并不影响对本实用新型的理解和实施。

如图1所示，根据本实用新型优选实施方式的隔热吸热温控装置包括内壳体1、外热隔热层2、外蒙皮3、支架4和吸热剂装置5。

内壳体1具有长方体形状，且一端具有开口。在将支架4、吸热剂装置5和电子元器件等放置在内壳体1中之后，使用盖11将内壳体1封闭。内壳体1也可以根据应用需要而具有正方体、圆筒形等形状。制造内壳体1的材料可以是金属，例如铜、铝、钢等，也可以是合金，例如铜铝合金等。当然，采用其他材料也是可行的，例如采用合成塑料、有机玻璃。盖11可以通过螺栓连接固定至内壳体1。盖11和内壳体1之间优选具有密封连接。

内壳体1在底面上设置有支架4。该支架4基本直立在底面上，用于支撑吸热剂装置5。支架4由金属例如钢制成。但是，优选的是，支架4由热传导性能不好的材料(如玻璃钢片、合成塑料片)制成，这样可以防止内壳体1的热量传导至吸热剂装置和电路板。除了固定至内壳体1的底面之外，支架4还可以悬置在内壳体1的壁上，这取决于具体的应用。

吸热剂装置5固定于支架4上，由支架4支撑。如图所示，可以在吸热剂装置5的吸热剂壳体(该壳体容纳吸热剂，如下文所述)上的适当位置设置螺纹孔，利用螺栓连接将吸热剂装置5固定在支架4上。优选的是，吸热剂装置5在固定于支架4上之后不与内壳体1的任何内表面进行接触，以防止内壳体1的热传递到吸热剂装置5。

如上所述，吸热剂装置5包括吸热剂壳体，该吸热剂壳体用来容纳吸热剂。在本实用新型中，所述吸热剂为潜热相变材料，优选是高潜热相变材料，其体积可以为吸热剂装置的总容量的85％至95％。相变材料在其物相变化过程中，可以吸收环境的热(冷)量，并在需要时向环境放出热(冷)量，从而达到控制周围环境温度的目的。因此，当内壳体1内的温度升高时，可以通过相变材料吸收内壳体1内产生的热量，从而将内壳体1的内部温度保持在合适的范围。在本实用新型中，作为示例，可以采用高精蜡作为该潜热相变材料。由于高精蜡是一种高潜热相变材料，在相变过程中发生固液相变，因此体积变化小，吸热量可高达200KJ/Kg，具有高效率的吸热控温效果。因而，在本实用新型中优选采用这种材料作为潜热相变材料。当然，也可以采用其他合适的材料，例如石蜡。

吸热剂壳体可以由金属制成，例如铜、铝等。吸热剂壳体的厚度可以为0.05至5mm。在将吸热剂装置5布置在内壳体1中之后，优选使得吸热剂壳体的表面与电子元器件贴合，以便更好地吸收电子元器件工作过程中产生的热。为此，可以利用耐高温胶黏剂将发热电路板(电子元器件)粘贴至吸热剂装置5的吸热剂壳体的外壁面。由于吸热剂壳体是由金属制成的，可以有效地将电路板上的电子元器件产生的热吸收到吸热剂壳体中的吸热剂内，从而防止电子元器件产生的热扩散到内壳体1内的空间中，进而保持电子元器件正常的工作温度范围。

如背景技术中所述，某些应用环境十分恶劣，例如，伺服驱动器的壳体外部的温度可能高达200摄氏度。在这种情况下，采取隔热措施就十分必要。在图1所示的示例性实施方式中，除了在内壳体1的内部设置吸热剂装置5之外，还可以在内壳体1和盖11的外表面设置外隔热层2。外隔热层2利用耐高温胶黏剂粘接到内壳体1和盖11的外表面。由于设置了隔热层，可以很好地防止外部高温环境的热量传递到内壳体1的内部，从而防止内壳体1的内部温度由于外部热量传递至内部而升高。

作为形成外隔热层2的示例，可以采用气凝胶材料。气凝胶材料的物理、化学以及使用性能稳定，且隔热性能十分优越，是目前为止室温导热系数最低的固体材料。气凝胶材料特殊的结构特点使其能有有效降低热传导系数。固相传导方面，由于气凝胶材料由纳米颗粒堆积而成，比表面积很大，固相传导路径复杂，具有无限长路径效应，可以有效减小固相导热系数；气相传导方面，由于气凝胶材料内部纳米孔洞尺寸小于气体分子运动的自由程，因此气体分子运动也被有效抑制，所以气凝胶材料最终表现出十分优越的隔热性能。

进一步优选地，采用由纤维增强的气凝胶材料形成所述外隔热层2。纤维材料的类型可以是连续纤维材料，也可以是短纤维材料。对于纤维材料的形式，无论是连续纤维材料还是短纤维材料，都可以使用纤维材料的无序组合体或有序组合体。作为示例，可以采用如下纤维中的一种或两种以上的组合：石英纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、炭纤维、玻璃纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、丙纶纤维和纤维素纤维。

上述纤维材料可以用来增强选自如下材料的气凝胶：二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶、氮化硅气凝胶、碳化锆气凝胶、碳气凝胶、酚醛气凝胶和纤维素气凝胶。当然，也可以采用其他合适的气凝胶材料。

本实用新型的发明人发现，在伺服驱动器的内壳体1内和外部分别采用吸热剂材料吸热和气凝胶材料隔热能够获得良好的温度控制效果，稳定地控制了电子元器件的周围环境温度，提高了装置的使用性能的稳定性。此外，本实用新型的这种隔热吸热温控装置的安装和维修都十分方便，具有装置普适性和可设计性强等优点。

下面以图1所示的装置为例来说明本实用新型的一些示例性实施例。需要注意的是，以下实施例虽然采用了一些具体的数值或数值范围，但本实用新型并不受到这些具体数值或数据范围的限制，采用这些数值或数值范围只是为了说明本实用新型的优选方式。

实施例1

装置内金属壳体为厚度10mm的铝；外隔热层为厚度10mm的由超细玻璃纤维增强的二氧化硅气凝胶材料；吸热剂装置壳体材料为厚度1mm的铝；未填充任何吸热剂；外蒙皮为酚醛预浸布；模拟电子元器件的发热电路板功率为60W。

该装置在室温下，发热电路板工作30分钟后，测得装置内部空气温度为44.1℃，发热电路板温度为77.7℃，吸热剂装置中间部位壁温为61.3℃。

由此可见，由于未填装吸热剂，电路板周围温度明显超温。

实施例2

装置内金属壳体为厚度10mm的铝；外隔热层为厚度10mm的由超细玻璃纤维增强的二氧化硅气凝胶材料；吸热剂装置壳体材料为厚度1mm的铝；吸热剂为石蜡；吸热剂装填量为吸热剂装置壳体体积的90％；外蒙皮为酚醛预浸布；模拟发热电路板功率为60W。

该装置在室温下，发热电路板工作30分钟后，测得装置内部空气温度为60.7℃，吸热剂装置中间部位壁温为50.4℃

由此可见，吸热剂吸收电路板发热热量，温度有所下降。

实施例3

装置内金属壳体为厚度10mm的铝；外隔热层为厚度10mm的由超细玻璃纤维增强的二氧化硅气凝胶材料；吸热剂装置壳体材料为厚度1mm的铝；吸热剂为高精蜡；吸热剂装填量为吸热剂装置壳体体积的90％；外蒙皮为酚醛预浸布；模拟发热电路板功率为60W。

该装置在200℃恒温烘箱内，发热电路板不工作状态下，测得装置内部空气温度为48.0℃，吸热剂装置中间部位壁温为31.0℃，内金属壳体内壁温度为60.6℃。

由此可见，外隔热层隔绝外部热量向内扩散，装置内部温度较低。

实施例4

装置内金属壳体为厚度10mm的铝；外隔热层为厚度10mm的由超细玻璃纤维增强的二氧化硅气凝胶材料；吸热剂装置壳体材料为厚度1mm的铝；吸热剂为高精蜡；吸热剂装填量为吸热剂装置壳体体积的90％；外蒙皮为酚醛预浸布；发热电路板功率为60W。

该装置在200℃恒温烘箱内，发热电路板工作30分钟后，测得装置内部空气温度为73.0℃，发热电路板温度为63.3℃，吸热剂装置中间部位壁温为50.8℃，内金属壳体内壁温度为84.5℃。

由此可见，外隔热层隔绝外部热量向内扩散，吸热剂吸收电路板发热，但装置内部温度较高，需进一步改进。

实施例5

装置内金属壳体为厚度10mm的铝；外隔热层为厚度13mm的由超细玻璃纤维增强的二氧化硅气凝胶材料；吸热剂装置壳体材料为厚度1mm的铝；吸热剂为高精蜡；吸热剂装填量为吸热剂装置壳体体积的90％；外蒙皮为酚醛预浸布；发热电路板功率为60W。

该装置在200℃恒温烘箱内，发热电路板工作30分钟后，测得装置内部空气温度为50.3℃，发热电路板温度为54.4℃，吸热剂装置中间部位壁温为42.0℃，内金属壳体内壁温度为53.4℃。

由此可见，增加厚度的外隔热层有效隔绝外部热量向内扩散，吸热剂吸收电路板发热，装置内部温度符合要求。

如上所述，虽然增加外隔热层的厚度能够更有效地隔绝外部热量向内扩散，但由于外隔热层并非完全隔热，仍有部分热量会通过外隔热层传递到内壳体的内部，这可以从以上的实施例中看出。

本实用新型的发明人发现，如要外隔热层采用由隔热材料和吸热材料构成的复合层结构，则可以获得更好的隔热吸热效果。图2示出了采用这些结构的外隔热层的一个示例性实施方式。如图所示，外隔热层2还包括至少一层吸热剂层8。该吸热剂层8通过耐高温胶黏剂贴附于内壳体1和盖11的外表面，将内壳体1和盖11密封地包围住。这样，该吸热剂层8与外隔热层2的气凝胶材料构成了一体的复合层。该吸热剂层8可以由石蜡或高精蜡构成。

在由气凝胶材料构成的外隔热层内部设置吸热剂层8的好处在于，通过吸热剂层8将通过外隔热层传输的热量进一步吸收，进一步防止内壳体1的内部温度由于外部热量的进入而进一步升高。实验表明，正面温度200℃，5mm气凝胶格挡30分钟，背面温度仅为80℃；正面温度600℃，10mm气凝胶格挡90分钟，背面温度仅为150℃。这种复合外隔热层结构具有非常有利的优点，并且成本比单纯地增加外隔热层的厚度要低。此外，为了充分地吸收外隔热层传导的热，优选在所述复合层中，外隔热层和吸热剂层的厚度之比小于1。

此外，还可以在内壳体1的内部进一步设置至少一个内隔热层。内隔热层的材料和厚度可以与外隔热层相同，也可以不同。在这种情况下，优选在该至少一个内隔热层内表明上设置至少一个吸热剂层，从而将该内隔热层构成为复合层结构。上述具有复合层结构的外隔热层和内隔热层均可以事先形成，然后利用耐高温胶黏剂粘接在内壳体和盖的外表面和内表面上。

虽然已经参照附图具体描述了本实用新型的示例性实施方式，但本领域技术人员应意识到，在不脱离所附权利要求限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以对上述示例性实施方式进行各种修改和改变。本实用新型的范围完全由所附的权利要求及其等同物来限定。

Claims

1.一种隔热吸热温控装置，其特征在于，该隔热吸热温控装置包括：

具有开口的内壳体(1)；

盖(11)，该盖用于将所述内壳体的开口封闭；

由气凝胶材料形成的外隔热层(2)，该外隔热层将所述内壳体和所述盖封闭，从而形成完全闭合的表面；以及

吸热剂装置(5)，该吸热剂装置设置在所述内壳体的内部，并包括由潜热相变材料形成的吸热剂。

2.根据权利要求1所述的隔热吸热温控装置，其特征在于，所述内壳体由金属制成，且壁厚为5mm～20mm。

3.根据权利要求2所述的隔热吸热温控装置，其特征在于，所述金属选自铜、铝、钢或合成材料。

4.根据权利要求1所述的隔热吸热温控装置，其特征在于，所述吸热剂装置(5)包括：支架(4)，该支架固定在所述内壳体的底部上；吸热剂壳体，该吸热剂壳体与所述内壳体的内表面间隔开地且可拆卸地固定至所述支架，所述吸热剂放置在所述吸热剂壳体中。

5.根据权利要求4所述的隔热吸热温控装置，其特征在于，所述支架由不锈钢或合成材料制成。

6.根据权利要求4所述的隔热吸热温控装置，其特征在于，所述吸热剂壳体由铜或铝制成，且壁厚为0.05至5mm。

7.根据权利要求4所述的隔热吸热温控装置，其特征在于，所述吸热剂的体积占所述吸热剂装置的总容量的85％至95％。

8.根据权利要求1所述的隔热吸热温控装置，所述潜热相变材料为石蜡或高精蜡。

9.根据权利要求4所述的隔热吸热温控装置，其特征在于，所述吸热剂壳体的外表面与设置在所述内壳体中的发热电路板贴合在一起。

10.根据权利要求1所述的隔热吸热温控装置，其特征在于，所述气凝胶材料是由纤维增强的气凝胶材料。