一种传热装置的制作方法

1.本技术涉及热传导领域，尤其涉及一种传热装置。


背景技术：

2.热传导普遍存在于各类工艺过程中，而对于一些存在条件传热需求的应用场景，典型如特定压力、特定温度下的热传导进程，鲜见兼具传热和压力的协同设计。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术实施例期望提供一种传热装置，以解决压力与传热协同难问题。
4.为了达到上述目的，本技术实施例的技术方案是这样实现的：
5.本技术实施例公开了一种传热装置，包括：
6.传热元件，形成有导热路径，热量通过所述导热路径从所述传热元件的一端传递到另一端；以及
7.弹性开关，所述传热元件的至少一端连接有所述弹性开关，所述弹性开关内形成有容纳导热介质的密闭空间，根据所述密闭空间与外界压力差，用于打开或者关闭被控对象与外部器件之间经所述导热路径的热传递。
8.进一步地，所述传热装置还包括：
9.控温元件，连接在所述传热元件与所述弹性开关之间，用于传递热量进出所述导热路径，以及控制所述导热路径的输入热量和/或输出热量，以使所述被控对象的温度达到设定温度。
10.进一步地，所述弹性开关和所述控温元件均为两个，分别设置在所述传热元件的两端；
11.两所述控温元件电连接，两所述控温元件的一个能够将热量转化为电能传递到另一个所述控温元件中，用于控制所述导热路径的输入热量和/或输出热量；和/或，
12.两所述控温元件中的至少一个与外接电源连接，用于控制所述导热路径的输入热量和/或输出热量。
13.进一步地，所述弹性开关和所述控温元件均为两个，分别设置在所述传热元件的两端，两所述控温元件中的至少一个与外接电源连接，采用pid控制算法使所述被控对象的温度达到设定温度。
14.进一步地，所述控温元件为半导体热电材料。
15.进一步地，所述传热装置还包括壳体，所述传热元件和所述控温元件封装在所述壳体内，所述弹性开关与所述壳体之间形成外露的固定连接。
16.进一步地，所述弹性开关包括：
17.柔性膜，可开闭地设置在所述传热元件沿所述导热路径的两端，所述柔性膜形成有所述密闭空间，用于传递热量；以及
18.导热介质，所述导热介质位于所述密闭空间内。
19.进一步地，所述柔性膜为金属薄片；和/或，所述导热介质为气体；和/或，所述导热介质位于所述密闭空间内形成定压。
20.进一步地，所述传热元件包括：
21.热管，所述热管的至少一端连接有所述弹性开关。
22.进一步地，所述传热元件还包括：
23.传热工质，设置在所述热管内，能够根据所述传热工质的凝固点打开或者关闭热量在所述热管内的传递。
24.本技术实施例公开了一种传热装置，包括传热元件和弹性开关，能够将热量从传热元件的一端经导热路径传递到另一端，通过在弹性开关内形成有容纳导热介质的密闭空间，根据密闭空间与外界压力差，打开或者关闭被控对象与外部器件之间经导热路径的热传递，通过在密闭空间内置导热介质，根据密闭空间与外部环境压差控制弹性开关的弹性形变程度，产生定向位移，改变与被控对象和外部器件的接触状态，控制被控对象与外部器件之间的热量传递。本技术实施例的传热装置有效促进了压力与传热之间的协同工作。
附图说明
25.图1为本技术实施例提供的一种传热装置的结构示意图；
26.图2为图1中当外界压力小于柔性膜内压力时，柔性膜接触被控对象和外部器件的结构示意图；
27.图3为图1中当外界压力大于或者等于柔性膜内压力时，柔性膜远离被控对象和外部器件的结构示意图；
28.图4为图1中两个控温元件电连接的结构示意图。
29.附图标记说明
30.传热装置1；传热元件11；热管111；传热工质112；弹性开关12；柔性膜121；导热介质122；控温元件13；壳体14；被控对象2；导线3；外部器件4。
具体实施方式
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本技术宗旨的解释说明，不应视为对本技术的不当限制。
32.下面结合附图及具体实施例对本技术再做进一步详细的说明。本技术实施例中的“第一”、“第二”等描述，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含地包括至少一个特征。在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
33.对于一些存在条件传热需求的应用场景，典型如特定压力、特定温度下的热传导进程，鲜见能够兼具传热和压力的协同设计。
34.有鉴于此，本技术提供了一种传热装置，请参阅图1，传热装置1包括传热元件11和弹性开关12。传热元件11形成有导热路径，热量通过导热路径从传热元件11的一端传递到另一端。传热元件11的至少一端连接有弹性开关12，弹性开关12内形成有容纳导热介质122的密闭空间，根据密闭空间与外界压力差，用于打开或者关闭被控对象与外部器件之间经
导热路径的热传递。例如，弹性开关12可以设置在传热元件11的两端，当外界压力减小，通过弹性开关12可以使传热元件11分别与被控对象2和外部器件4接触，打开导热路径，将外部器件4的热量通过传热元件11传递到被控对象2中，实现定向传热；当外界压力变大，弹性开关12远离被控对象2和外部器件4，从而断开导热路径。
35.在一实施例中，传递方式可以是，当外界压力减小，通过弹性开关12可以使传热元件11分别与被控对象2和外部器件4接触，打开导热路径，将被控对象2的热量通过传热元件11传递到外部器件4中。
36.可以理解的是，在进行热传递时，传热装置1的数量不限，可以是一个，也可以是多个。例如，在需要传热的路径上可以布置多个传热装置1，组合实现定向传热。
37.可以理解的是，这里的导热路径是指热量的传输路线，导热路径打开后能将热量从传热元件11一端传递到另一端，导热路径关闭则无法将一端热量传递到另一端。
38.需要说明的是，传热元件11应具备极强的热传导能力，同时具备一定的强度，能够抵抗预设工况下内外压差的变化。
39.本技术实施例通过在弹性开关12内设置容纳导热介质122的密闭空间，根据密闭空间与外界的压力差，打开或者关闭被控对象与外部器件之间的热传递，将热量从传热装置1一端传递到另一端，能够有效解决压力与传热协同难的问题，可根据外界压力自动调节，实现导热路径通断的自动压力关联控制，简单高效，安全性高。
40.在一实施例中，也可以通过控制弹性开关12内密闭空间的压力，打开或者关闭导热路径与外界的热传递，例如，弹性开关12外接带电磁阀开关的气泵，通过电控可实现远程控制弹性开关12内密闭空间的压力。
41.在一实施例中，传热元件11包括热管111。热管111的至少一端连接有弹性开关12。例如，热管111的两端都连接有弹性开关12，将一端的热量传递到另一端。传热元件11还可以是一些半导体材料，如碳化硅晶体或者二硫化钼等热传递效率高的材料。
42.进一步地，传热元件11还包括传热工质112，传热工质112设置在热管111内，能够根据传热工质112的凝固点打开或者关闭热量在热管111内的传递。具体地，可以依据温度指标选择具有合适凝固点和传热能力的工质，当在需求温度条件范围内，进行热量的高效传输，例如，温度高于其凝固点，传热工质112可以进行有效流动及气液相转化，即可以进行热传导；当温度偏离设计使用温度，则可以冻结工质，切断热量在热管111间的传输，例如，温度低于内部传热工质112的凝固点时，热管111内的传热工质112无法流通转化，无法传热。
43.本技术实施例通过热管111有效提高了热量的传递能力，采用特定的传热工质112实现了在目标温度范围内的热传导，可以通过温度调控导热路径的通断，自动化程度高。
44.在一实施例中，弹性开关12包括柔性膜121和导热介质122。例如，柔性膜121可开闭地设置在传热元件11沿导热路径的两端，柔性膜121内形成有容纳导热介质122的密闭空间，用于传输热量。具体地，柔性膜121可以是金属薄片，能够与被控对象2和外部器件4进行良好的接触热传导，同时还具备良好的弹性形变能力；还可以是其他具有良好导热能力及拉伸强度的材料。例如，当柔性膜121为金属薄片时，金属薄片的材质及厚度需满足使用条件内的形变及安全需求。
45.需要说明的是，柔性膜121的膜厚需要达到使用条件最大内外压差下的最小安全
厚度，也就是说，可以保证在不影响使用的条件下达到最小的厚度以达到相应的弹性。
46.导热介质122位于密闭空间内。具体地，导热介质122可以是气体。导热介质122位于密闭空间内可以形成定压，此处“定压”应理解为在某工况下维持设定压力或者在预设时间内维持设定压力，根据需要可以在不同工况或不同时间段下，继续维持或改变设定压力的大小，例如，在不同工况下设定不同的定压，或在不同时间段设定不同的压力。
47.具体地，请参阅图2和图3，柔性膜121和导热介质122组成的弹性开关12可以具有以下两种情况：
48.1)常闭性，即柔性膜121密闭空间内的气体压力高于柔性膜121外的压力，柔性膜121会产生“扩张性”的形变，非需要工况下始终保持与被控对象2和外部器件4直接接触状态，导热路径定常闭合；
49.2)常开性，即柔性膜121密闭空间内的气体压力低于柔性膜121外的压力，柔性膜121产生“收缩式”形变，非需要条件下始终保持与被控对象2和外部器件4的离间状态，导热路径定常断开。
50.这里所述“收缩”和“扩张”均相较柔性膜121在大气环境条件下的初始状态而言。
51.需要说明的是，柔性膜121内的气体在使用条件范围内，伴随温度和压力变化应保持其全部气相状态。但在部分“收缩式”有效形变应用场景下，在安全应用范围内，也可利用膜内气体部分液化带来的收缩效果。
52.可以理解的是，这里所述的定压只是相对于大气压来说的，并不一定存在在整个传热过程中，当柔性膜发生形变后，内置气体的压力会发生改变，也就是说，定压只是开始传热的一个必要条件，表明密闭空间的密封性良好，以能够根据与外界环境的压差产生相应形变，并不是全程都是定压。
53.本技术实施例利用柔性膜121内密闭空间的气体与柔性膜121外的压差控制柔性膜121产生定向的弹性形变，利用弹性形变位移控制柔性膜121与被控对象2和外部器件4的接触情况，控制被控对象2与外部器件4之间的热传递。柔性膜121内气体还可以用作膜内空间的导热介质122，具有良好的热传导能力。
54.在一实施例中，传热装置1还包括控温元件13，控温元件13连接在传热元件11与弹性开关12之间，用于传递热量进出导热路径，以及控制导热路径输入热量和/或输出热量，以使被控对象的温度达到设定温度。例如，控温元件13可以是半导体热电材料，可以兼顾传热及控温功能。
55.本实施例通过在弹性开关12和传热元件11之间设置控温元件13，不仅可以传递热量，还可以对导热路径的输入热量和/或输出热量进行控制，使被控对象2的温度达到设定温度，以实现不同工况下的传热需求。
56.在一实施例中，控温元件13还可以是其他装置，例如，控温元件13可以是金属块与换热器的组合，当只需要进行热传递时，则关闭换热器；当需要对导热路径的输出热量和/或输入热量进行控制时，则可以打开换热器，进行热量补偿。
57.在一实施例中，请参阅图3，弹性开关12和控温元件13均为两个，分别设置在传热元件11的两端。两控温元件13可以电连接。例如，可以通过导线3将两控温元件12连接在一起。两控温元件13的一个能够将热量转化为电能传递到另一个控温元件13中，用于控制导热路径的输入热量和/或输出热量。例如，控温元件13为半导体热电材料，当进行热传递时，
减小外部压力使弹性开关12接触到被控对象2和外部器件4，打开导热路径，由一端控温元件13将热量传递到传热元件11的输入端，而控温元件13在传递热量的同时，会产生温差电势，该部分电势可以通过导线3传递到另一端的控温元件13中，另一端控温元件13利用电势转换制冷或者制热能力，合理调整电流方向，使其放出的热量的搬运方向与前一端控温元件13搬运热量方向一致，利用所传导热量加速热传导过程，协同强化传热，提高传热效率及能量利用率。
58.可以理解的是，两端的控温元件13在传递热量时，都可以将热量转化为电势，通过导线传递给另一端，加强传热和散热；这里的两端控温元件，如果确定为一端输入，另一端就为输出。
59.可以理解的是，自然传热速率主要借助选择适当的传热介质进行控制，效率有限。辅助传热一般通过耗电设备引入外部能量，如加热丝、风冷或者水冷机等，造成综合能耗增加。
60.本实施例通过一端的控温元件13在传递热量的同时，会产生温差电势，将此电势作为另一端控温元件13的输入电势，并利用其电势转换为制冷或者制热能力，协同强化传热，极大提高了系统能量的综合利用效率。
61.在一实施例中，两控温元件13中的至少一个与外接电源连接，用于控制导热路径的输入热量和/或输出热量。例如，可以是一个控温元件13吸收热量，只作为介质传递热量，另一个控温元件13与外接电源连接，接收外部电能进行制冷或者制热，且与前一个控温元件13的同方向传递热量，强化传热；还可以是两个控温元件13都与外部电源连接，一个控温元件13吸收外界的热量，作为介质传递热量的同时，接收外部电能进行制冷或者制冷，另一个控温元件13接收前一个控温元件13传递的热量的同时，也接收外部电能进行制冷或者制热，热量传递方向与前一个控温元件13相同，强化传热。
62.可以理解的是，这里的只作为介质传递热量是指，只提供热量流通的路径。
63.本技术实施例通过控温元件13与外部电源连接，可以有效地提高系统的传热效率，强化传热。
64.在一实施例中，两控温元件13中的至少一个与外接电源连接，采用pid控制算法使被控对象2的温度达到设定温度。例如，将控温点设置在传热元件11的被控对象2一侧，然后将该侧的控温元件13与外部电源连接，比较控温点的当前温度与设定温度的差异，接收外部电能并采用pid控制算法控制其制冷或者制热的时间或者功率等，使得控温点的温度与设定温度相同。还可以是将两侧的控温元件13都与外部电源连接，通过比较控温点的当前温度与设定温度的差异，使得控温点的温度与设定温度相同。
65.可以理解的是，这里所述被控对象2并不固定特指某一个，是根据选择控制的对象而定，例如，将外部器件4设为控温点时，这里的外部器件4就变成被控对象2，之前的被控对象2变成外部器件4。
66.可以理解的是，之所以只采用一侧进行控温，是因为进行控温时，会涉及热量传递方向及数值大小的不断调整，而两个控温元件13是通过中间的传热元件11连通的，也就是说一侧控温调节的热量会流经另一侧的控温元件13，若此时再对另一个控温元件13进行控温操作，施加功率会受到前一侧控温元件13的传递过来的热量影响，即无法调节控制该侧的实际的传热量，控温操作无法进行，因此只能选择一侧进行有效控温。
67.可以理解的是，这里的所述的pid控制算法指的是包含比例(p)、积分(i)以及微分(d)的闭环控制算法，但并不是必须同时具备这三种算法，可以根据系统进行选择
68.比例，反应系统的基本(当前)偏差e(t)，系数大，可以加快调节，减小误差，但过大的比例使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定。
69.积分，反应系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分调节就进行，直至无误差。
70.微分，反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。但是微分对噪声干扰有放大作用，加强微分对系统抗干扰不利。
71.本实施例通过外接电源与控温元件13连接以及采用pid控制算法结合的方式，通过自动控制逻辑对传热量进行调控，继而实现对被控对象2有效控温，自动化程度强，高效、安全。
72.在一实施例中，传热装置1还包括壳体14，传热元件11和控温元件13封装在壳体14内。例如，传热元件11与两侧的控温元件13连接并密封在壳体14内，提供稳定工作环境。弹性开关12与壳体14之间形成外露的固定连接。例如，壳体14沿热传递方向具有延伸，弹性开关12与延伸一端连接，与壳体14靠近控温元件13一侧之间具有间隙，为弹性开关12的通断提供可避让的空间。
73.可以理解的是，弹性开关12与壳体14靠近控温元件13一侧的间隙不是密封，若形成密封，则该密封空间内的压力就会恒定，无法使弹性开关12根据外界压力去调控导热路径的开闭。因此，壳体14的延伸部分只需与弹性开关12形成固定连接即可。
74.以上所述，仅为本技术的较佳实施例而已，并非用于限定本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所有的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本技术的保护范围之内。