一种高效蓄热装置及其制造方法与流程

本发明涉及蓄热装置的技术领域，具体涉及一种高效蓄热装置及其制造方法。

背景技术：

现代电子元件正以爆炸式速度向高密度、微体积的系统集成前进，于是高功耗或高热流密度成了系统稳定工作和性能提升的绊脚石。如何管理狭小空间内高热流密度已成为电子元件性能提升的关键问题。

特别是在短时间高功率电子元件的一些使用领域，比如激光、导弹等，往往在短时间内会发生大量的热量，但又没有足够的空间和重量资源设置热沉将热量导走，所以现阶段急需要一种能够快速、高效的存储热量的装置来消除电子元件超温的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种高效蓄热装置及其制造方法。

一种高效蓄热装置，其特征在于：包括导热壳体，在所述导热壳体内从上至下依次层叠设置的均温腔、高温蓄热腔和低温蓄热腔；所述高温蓄热腔内填充有第一固液相变材料，在所述高温蓄热腔的上下内壁之间夹持有第一导热波纹板；所述低温蓄热腔内填充有第二固液相变材料，在所述低温蓄热腔的上下内壁之间夹持有第二导热波纹板；所述均温腔内填充有气液相变材料，所述气液相变材料的气化温度高于所述第一固液相变材料的熔点温度，所述第一固液相变材料的熔点温度高于所述第二固液相变材料的熔点温度。

本发明的工作原理：在均温腔上内壁的外表面上贴合设置电子元件，电子元件工作时，均温腔内进行液态相变为气态，相变气化时气体吸收电子元件发热量迅速扩散到整个均温腔，整个均温腔的温度几乎为等温状态，均温腔及其上下壁整体温度升高；而后高温蓄热腔内的高熔点固液相变材料达到熔点后开始融化，但是由于固液相变材料的导热系数极低（约为0.2-0.5w/m·℃），不能快速将热量传递给低熔点相变材料，导致相变材料不能充分利用；通过采用第一导热波纹板、第二导热波纹板和导热壳体中腔体的内壁，可以在高熔点相变材料融化吸热的同时低熔点相变材料也开始融化吸热，到达同时吸热的效果。

进一步为：所述导热壳体包括上下设置且密封固定连接的盖板、隔板、高温腔壳体和低温腔壳体，在所述盖板和隔板之间形成所述均温腔，在所述隔板与高温腔壳体之间形成所述高温蓄热腔，在所述高温腔壳体和低温腔壳体之间形成所述低温蓄热腔；分体式结构便于装配和固定连接。

进一步为：在所述均温腔的上下内壁之间夹持有吸液芯和均匀分布有支撑柱，所述支撑柱贯穿所述吸液芯，所述支撑柱上均套有压紧环，所述压紧环抵接在所述吸液芯与所述均温腔的下壁之间；使吸液芯与均温腔上壁接触更均匀，减小了均温腔上壁与吸液芯之间的接触热阻。

进一步为：所述支撑柱的上端与所述均温腔上壁一体化设置，在所述支撑柱的下端端面上一体化设置有凸台，所述凸台与所述均温腔下壁采用真空钎焊焊接；在凸台下端面上铺设焊料后与均温腔下壁焊接，可有效防止焊料与吸液芯接触。

进一步为：所述导热壳体、第一导热波纹板和第二导热波纹板均为铝合金材料，所述吸液芯为不同孔径率的丝网复合烧结而成，所述吸液芯的材料为不锈钢、铜合金、铝合金。

进一步为：所述均温腔的上壁面和侧壁面均位于所述盖板的下表面内，所述高温蓄热腔的下壁面和侧壁面均位于所述高温腔壳体的上表面内，所述低温蓄热腔的下壁面和侧壁面均位于所述低温腔壳体的上表面内。

一种高效蓄热装置的制造方法，基于所述高效蓄热装置，其特征在于，包括以下步骤：

在所述盖板、高温腔壳体和低温腔壳体上预留充注孔；

将所述均温腔抽真空，达到规定的真空度要求后，将所述气液相变材料充入所述均温腔；

将所述高熔点固液相变材料加热到液体状态后充入所述高温蓄热腔，将所述低熔点固液相变材料加热到液体状态后充入所述低温蓄热腔；

将所述充注孔挤压焊接密封。

本发明的有益效果：

（1）均温腔的吸液芯采用压紧环进行压紧，增大了吸液芯与均温腔上壁的接触面积，同时压紧力更均匀，压紧程度更好，减小了均温腔上壁与吸液芯之间的接触热阻，提高了传热效率。

（2）在支撑柱上设计有凸台，凸台顶面与隔板之间铺设焊料箔进行真空钎焊，凸台与吸液芯之间存在空隙，可以有效避免焊接时焊料箔流入吸液芯，导致吸液芯失效的问题。

（3）电子元件工作时首先均温腔进行液态相变为气态，相变气化时气体吸收电子元件发热量迅速扩散到整个均温腔，整个均温腔的温度几乎为等温状态，均温腔及其上下壁整体温度升高，此时高温蓄热层到达熔点，高熔点固液相变材料开始融化，但是由于固液相变材料的导热系数极低，不能快速将热量传递给低熔点固液相变材料，导致相变材料不能充分利用。高熔点固液相变材料和低熔点固液相变材料之间夹着铝合金材料，同时高温蓄热腔和低温蓄热层腔均焊接有铝合金的导热波纹板，利用铝合金高导热系数（约160w/m·℃）的优点，可以在高熔点固液相变材料融化吸热的同时低熔点固液相变材料也开始融化吸热，到达同时吸热的效果，解决固液相变蓄热材料往往不能充分利用的问题，提高装置的蓄热效率和能力。

（4）电子元件工作时，热量首先传递给均温腔及其上下壁，当气液相变材料相变气化时，气体吸收电子元件发热量迅速扩散到整个均温腔，整个均温腔的温度几乎为等温状态，这时高熔点固液相变材料可以在整个隔板面上同时吸收均温腔中气体液化放出的热量，提高相变材料的利用率。

附图说明

图1为本发明的拆分结构图；

图2为本发明中端盖的结构示意图；

图3为本发明中吸液芯的结构示意图；

图4为本发明中压紧环的结构示意图；

图5为本发明中隔板的结构示意图；

图6为本发明中导热波纹板的结构示意图；

图7为本发明中蓄热腔壳体的结构示意图。

图中，1、盖板；11、支撑柱；111、凸台；2、吸液芯；3、压紧环；4、隔板；5、第一导热波纹板；6、高温腔壳体；7、第二导热波纹板；8、低温腔壳体；9、充注孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。需要说明的是，本发明实例中的左、中、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

如图1所示，一种高效蓄热装置，包括导热壳体，在所述导热壳体内从上至下依次层叠设置的均温腔、高温蓄热腔和低温蓄热腔，所述均温腔为真空腔并填充有气液相变材料，所述气液相变材料可以为水、甲醇、乙醇、丙酮。在所述均温腔的上下内壁之间夹持有吸液芯2；所述高温蓄热腔内填充有高熔点固液相变材料，在所述高温蓄热腔的上下内壁之间夹持有第一导热波纹板5；所述低温蓄热腔内填充有低熔点固液相变材料，在所述低温蓄热腔的上下内壁之间夹持有第二导热波纹板7，结合图6所示，第一导热波纹板5和第二导热波纹板7的结构相同；所述导热壳体包括上下设置且密封固定连接的盖板1、隔板4、高温腔壳体6和低温腔壳体8，在所述盖板1和隔板4之间形成所述均温腔，在所述隔板4与高温腔壳体6之间形成所述高温蓄热腔，在所述高温腔壳体6和低温腔壳体8之间形成所述低温蓄热腔，结合图5所示，所述隔板4为平面板。

所述固液相变材料可以为无机相变材料、有机相变材料、复合相变材料、液态金属，其中，无机相变材料包括结晶水和盐类、熔融盐类、金属；有机相变材料包括石蜡类，所述高熔点固液相变材料的熔点为50℃~80℃，所述低熔点固液相变材料的熔点范围为20℃~60℃；所述气液相变材料的气化温度高于高熔点固液相变材料的熔点温度，同时高熔点固液相变材料的熔点温度高于低熔点固液相变材料的熔点温度，三者具有耦合关系。

结合图2所示，在所述均温腔内均匀分布有支撑柱11，所述支撑柱11贯穿所述吸液芯2，所述支撑柱11的上下两端分别与所述盖板1、隔板4固定连接，在所述支撑柱11均套有压紧环3，所述压紧环3位于所述吸液芯2与隔板4之间，所述压紧环3的结构如图4所示，所述吸液芯2的结构如图3所示；所述支撑柱11的上端与所述盖板1一体化设置，在所述支撑柱11的下端端面上一体化设置有凸台111，所述凸台111与所述隔板4采用真空钎焊焊接。所述均温腔的上壁面和侧壁面均位于所述盖板1的下表面内，即所述盖板的下表面内开设有第一凹槽，所述第一凹槽的底面和侧面即分别为所述均温腔的上壁面和侧壁面所述盖板1的上表面为电子元件安装位置；结合图7所示，高温蓄热腔壳体和低温蓄热腔壳体的结构相同，所述高温蓄热腔的下壁面和侧壁面均位于所述高温腔壳体6的上表面内，即所述高温腔壳体6的上表面开设有第二凹槽，所述第二凹槽的底面和侧面分别为所述高温蓄热腔的下壁面和侧壁面，所述高温腔壳体6的下表面为平面；所述低温蓄热腔的下壁面和侧壁面均位于所述低温腔壳体8的上表面内，即所述低温腔壳体8的上表面开设有第三凹槽，所述第三凹槽的底面和侧面分别为所述低温蓄热腔的下壁面和侧壁面，所述低温腔壳体8的下表面为平面。

其中，所述导热壳体、第一导热波纹板5和第二导热波纹板7均为铝合金材料，所述吸液芯5为不同孔径率的丝网复合烧结而成，吸液芯5的材料为不锈钢、铜合金、铝合金等。

一种高效蓄热装置的制造方法，基于所述的高效蓄热装置，包括以下步骤：

步骤1：准备所述盖板、隔板、高温腔壳体、低温腔壳体、吸液芯、压紧环、第一导热纹板及第二导热波纹板；其中，压紧环为金属环，其材质为铝合金、不锈钢等；步骤2：在所述盖板、高温腔壳体和低温腔壳体上预留充注孔；步骤3：装配所述步骤1中各部件并按要求进行真空钎焊，真空钎焊温度为600℃~610℃，从而形成所述均温腔、高温蓄热腔、低温蓄热腔；步骤4：检查所述均温腔、高温蓄热腔、低温蓄热腔的耐压性能；步骤5：将所述均温腔抽真空，达到规定的真空度要求后，真空度一般要求1.33×10^-3pa，将所述气液相变材料充入所述均温腔，液体充注量约为均温腔体积的25%；步骤6：将所述高熔点固液相变材料加热到液体状态后充入所述高温蓄热腔，将所述低熔点固液相变材料加热到液体状态后充入所述低温蓄热腔；步骤7：将所述充注孔挤压焊接密封。

其中，所述步骤1中，所述盖板、隔板、高温腔壳体和低温腔壳体的外侧均留有裕量；用于外形的处理；所述步骤3中，装配之前，对所述盖板、隔板、高温腔壳体、低温腔壳体、压紧环、第一导热波纹板及第二导热波纹板进行去氧化膜、除油和烘干，对所述吸液芯进行烘干。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。