多级储能装置的制作方法

1.本发明涉及宇航器件热控制的技术领域，尤其是涉及一种多级储能装置。


背景技术：

2.近年来，宇航器件的热控领域微纳电子技术飞速发展，各类光电芯片及器件的集成度快速提升。集成度的提高导致芯片单位面积的发热功率剧增，由此引发的“热障”问题日益严峻。
3.例如弹载导引头的热管理问题成为高端装备性能发展的一个关键技术难题，以弹载导引头中广泛使用的氮化镓tr收发组件为例，单通道芯片热流密度近100w/cm2，模块的发热功耗在百瓦到千瓦，在导弹飞行巡航过程，由于高速飞行的气动加热原因，导弹外壳的温度通常在200℃以上，内部的芯片发热不仅无法向外部散出，还需要一定的隔热措施防止外部的气动加热影响内部单机的正常工作。此时将内部芯片的发热短暂的吸收储存起来是比较理想的解决方案。
4.储能类热控制器件能够通过腔体内部工质，在发生固-液相变过程中吸收大量的热量，起到短时或周期性的将无法排散的热量短暂的吸收储存。常用的储能材料例如烷烃类、结晶水合盐、脂肪酸、多元醇类虽然有良好的相变潜热，但都存在导热能力差的问题，带来吸热速度慢、储能响应慢、温度抑制直效果不明显的问题。而金属类相变材料具有导热系数大，有良好的导热能力与响应速率，但是相变潜热较小，一般只有20-80kj/kg，存在吸热能力大但容量小，材料重量大的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种多级储能装置，以缓解现有技术中存在的储能装置导热能力和储热性能无法同时满足使用需求的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
7.本发明提供一种多级储能装置，包括热能收集存储结构、热储能结构和间隔导热结构，所述间隔导热结构夹设于所述热能收集存储结构与所述热储能结构之间；
8.所述热能收集存储结构用于接收外部热源的热量；
9.所述热能收集存储结构与所述间隔导热结构之间形成有第一腔体，所述第一腔体充填有导热储能工质，所述导热储能工质用于吸收所述热能收集存储结构的热量并液化；
10.所述间隔导热结构用于传导所述导热储能工质的热量，且所述间隔导热结构与所述热储能结构之间形成有第二腔体，所述第二腔体充填有潜热储能工质，所述潜热储能工质用于吸收所述间隔导热结构的传导的热量并液化。
11.本发明可选的实施方式中，所述热能收集存储结构包括用于接收外部热源的热能的第一外壳体，所述第一外壳体与所述间隔导热结构连接，且所述第一外壳体与间隔导热结构之间形成所述第一腔体。
12.进一步地，热能收集存储结构还包括多个第一支撑件，多个所述第一支撑件设于
所述第一腔体内，且多个所述第一支撑件两端分别与所述第一外壳体和所述间隔导热结构连接。
13.进一步地，多个所述第一支撑件在所述第一腔体内呈矩阵排列。
14.本实施例可选的实施方式中，所述热储能结构包括第二外壳体，所述第二外壳体与所述间隔导热结构连接，且第二外壳体与所述间隔导热结构之间形成所述第二腔体。
15.进一步地，所述第二外壳体上设有多个间隔设置的凹凸弯折板，各个所述凹凸弯折板均容置于所述第二腔体内，且各个所述凹凸弯折板与所述间隔导热结构背离所述热能收集存储结构的一侧连接。
16.进一步地，多个所述凹凸弯折板在所述第二腔体内呈矩阵排列。
17.本实施例可选的实施方式中，所述热储能结构还包括多个第二支撑件，多个所述第二支撑件两端分别与所述第二外壳体和所述间隔导热结构连接，各个所述第二支撑件与各个所述凹凸弯折板间隔设置。
18.本实施例可选的实施方式中，所述热储能结构还包括多个第三支撑件，多个所述第三支撑件设于所述第二腔体内，且多个所述第三支撑件两端分别与所述第二外壳体和所述间隔导热结构连接。
19.本实施例可选的实施方式中，所述间隔导热结构包括间隔导热板和多个侧板，多个所述侧板围设与所述间隔导热板的边缘处；
20.多个所述侧板、所述间隔导热板与所述热能收集存储结构之间围设有所述第一腔体；
21.多个所述侧板、所述间隔导热板与所述热储能结构之间围设有所述第二腔体。
22.本发明能够实现如下有益效果：
23.第一方面，本发明提供一种多级储能装置，包括热能收集存储结构、热储能结构和间隔导热结构，所述间隔导热结构夹设于所述热能收集存储结构与所述热储能结构之间；所述热能收集存储结构用于接收外部热源的热量；所述热能收集存储结构与所述间隔导热结构之间形成有第一腔体，所述第一腔体充填有导热储能工质，所述导热储能工质用于吸收所述热能收集存储结构的热量；所述间隔导热结构用于吸收所述导热储能工质的热量，且所述间隔导热结构与所述热储能结构之间形成有第二腔体，所述第二腔体充填有潜热储能工质，所述潜热储能工质用于吸收所述间隔导热结构的热量。
24.在本发明中，热能收集存储结构和热储能结构通过间隔导热结构连接并间隔，且热能收集存储结构通过吸收外部热源的热量，将热量存储至第一腔体的导热储能工质内，导热储能工质具有存储热量以及导热的功能；导热储能工质将热能再通过间隔导热结构将热能传导给第二腔体内的潜热储能工质，完成进一步地储能。
25.与现有技术相比，本发明通过导热储能工质吸热并对潜热储能工质导热的方式，实现了同时在导热储能工质以及潜热储能工质内的多级储能的功能；也满足了导热和储热性能兼具的需求。
26.综上，本发明至少缓解了存在的储能装置导热能力和储热性能无法同时满足使用需求的技术问题。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施例一提供的多级储能装置的内部结构立体示意图；
29.图2为本发明实施例二提供的多级储能装置的内部结构截面示意图。
30.图标：1-热能收集存储结构；11-第一外壳体；12-导热储能工质；13-第一支撑件；2-热储能结构；21-第二外壳体；22-第二支撑件；23-凹凸弯折板；24-潜热储能工质；25-第三支撑件；3-间隔导热结构；31-间隔导热板；32-侧板。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例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例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
36.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
38.本实施例提供一种多级储能装置，参照图2，该多级储能装置包括热能收集存储结
构1热储能结构2和间隔导热结构3，间隔导热结构3夹设于热能收集存储结构1与热储能结构2之间；热能收集存储结构1用于接收外部热源的热量；热能收集存储结构1与间隔导热结构3之间形成有第一腔体，第一腔体充填有导热储能工质12，导热储能工质12用于吸收热能收集存储结构1的热量并液化；间隔导热结构3用于传导导热储能工质12的热量，且间隔导热结构3与热储能结构2之间形成有第二腔体，第二腔体充填有潜热储能工质24，潜热储能工质24用于吸收间隔导热结构3的传导的热量并液化。
39.本发明实施例至少缓解了存在的储能装置导热能力和储热性能无法同时满足使用需求的技术问题。
40.在本发明实施例中，热能收集存储结构1和热储能结构2通过间隔导热结构3连接并间隔，且热能收集存储结构1通过吸收外部热源的热量，将热量存储至第一腔体的导热储能工质12内，导热储能工质12具有存储热量以及导热的功能；导热储能工质12将热能再通过间隔导热结构3将热能传导给第二腔体内的潜热储能工质24，完成进一步地储能。
41.具体的：导热储能工质12的导热性较强，通常为稼基合金或铋基合金，其具有导热系数大、响应速度快、吸热能力强的特征；潜热储能工质24的储热性能强，通常为多元醇，其具有相变潜热大、密度大、性质稳定、循环衰减小的特征，且潜热储能工质24通过汽化实现热能吸收。
42.使用过程中，根据导热储能工质12具有的导热系数大、响应速度快、吸热能力强的特征，其能够迅速将热能收集存储结构1的发热量，通过相变过程迅速吸收储存，让提供热量的芯片或热源的温度得到明显抑制，有效降低芯片的温度；潜热储能工质24由于具有相变潜热大、密度大、性质稳定、循环衰减小的特征，其解决了导热储能工质12相变潜热不足的、无法持续发挥作用的问题，以更小的重量实现快速吸收热、高效持久储能，让提供热量的芯片或热源的温度始终处于被抑制的状态。
43.与现有技术相比，本发明通过导热储能工质12吸热并对潜热储能工质24导热的方式，实现了同时在导热储能工质12以及潜热储能工质24内的多级储能的功能；也满足了导热和储热性能兼具的需求。
44.本实施例可选的实施方式中，热能收集存储结构1包括用于接收外部热源的热能的第一外壳体11，第一外壳体11与间隔导热结构3连接，且第一外壳体11与间隔导热结构3之间形成第一腔体。
45.具体的：第一外壳体11与间隔导热结构3连接，且二者之间形成第一腔体，且第一外壳体11用于对外部热源吸热，并将热能传导给第一腔体的导热储能工质12进行储能和导热，导热储能工质12将热能传导给间隔导热结构3。
46.进一步地，热能收集存储结构1还包括多个第一支撑件13，多个第一支撑件13设于第一腔体内，且多个第一支撑件13两端分别与第一外壳体11和间隔导热结构3连接。
47.具体的：多个第一支撑件13设于第一外壳体11和间隔导热结构3之间，在起到支撑作用的同时，也可以将第一外壳体11的热能通过多个第一支撑件13进行导热，使得热能收集存储结构1整体的导热性能更佳。
48.第一支撑件13为直径3-10mm的圆柱体结构，优选的，第一支撑件13的直径为4mm；且第一支撑件13通过焊接或一体成型等方式分别与第一外壳体11和间隔导热结构3连接，优选的，连接方式为真空液相扩散焊接。
49.进一步地，多个第一支撑件13在第一腔体内呈矩阵排列。
50.优选的，多个第一支撑件13呈矩阵状分布，在保证连接支撑的牢固性的同时，也使得各个第一支撑件13在第一腔体内的导热效果更佳均匀。
51.本实施例可选的实施方式中，热储能结构2包括第二外壳体21，第二外壳体21与间隔导热结构3连接，且第二外壳体21与间隔导热结构3之间形成第二腔体。
52.具体的：第二外壳体21与间隔导热结构3之间形成第二腔体，且潜热储能工质24设置于第二腔体内，间隔导热结构3吸收热能后并传导给第二腔体内的潜热储能工质24。
53.实施例一
54.参照图1，第二外壳体21上设有多个间隔设置的凹凸弯折板23，各个凹凸弯折板23均容置于所述第二腔体内，且各个凹凸弯折板23与间隔导热结构3背离热能收集存储结构1的一侧连接。
55.具体的：多个凹凸弯折板23设置在第二腔体内，且各个凹凸弯折板23分别与第二外壳体21和间隔导热结构3连接；
56.由于潜热储能工质24潜热性能好而导热性能较差，因此通过加入多个凹凸弯折板23，可实现热量通过凹凸弯折板23进行传导，加强了第二腔体内的导热效果。
57.优选的，多个凹凸弯折板23可使用10-30ppi的多孔泡沫铜或厚度为1mm左右内凹凸结构的金属格栅，且金属格栅间距为6mm左右，高度为10mm左右。
58.进一步地，多个凹凸弯折板23在第二腔体内呈矩阵排列。即多个凹凸弯折板23在间隔导热结构3朝向第二腔体一面上呈矩阵排列，也可以为一列或一行的单排矩阵排列方式。
59.本实施例可选的实施方式中，参照图1，热储能结构2还包括多个第二支撑件22，多个第二支撑件22两端分别与第二外壳体21和间隔导热结构3连接，各个第二支撑件22与各个凹凸弯折板23间隔设置。
60.具体的：多个第二支撑件22与多个凹凸弯折板23间隔设置于第二腔体内，使得多个第二支撑件22在不影响多个凹凸弯折板23导热的前提，同多个凹凸弯折板23共同支撑第二腔体。
61.本实施例可选的实施方式中，间隔导热结构3包括间隔导热板31和多个侧板32，多个侧板32围设与间隔导热板31的边缘处；多个侧板32、间隔导热板31与热能收集存储结构1之间围设有第一腔体；多个侧板32、间隔导热板31与热储能结构2之间围设有第二腔体。
62.具体的：多个侧板32设在间隔导热板31的边缘处并分别与热能收集存储结构1和热储能结构2围设出第一腔体和第二腔体，且间隔导热板31为第一腔体和第二腔体之间的导热结构，其具有良好的导热性和密封性；
63.优选的，间隔导热板31为铝合金材料，且其厚度通常在1-5mm。
64.优选的，间隔导热结构3与热能收集存储结构1和热储能结构2一体成型，可以是通过真空液相扩散焊接形式形成。
65.实施例二
66.本实施例可选的实施方式中，参照图2，热储能结构2包括多个第三支撑件25，多个第三支撑件25设于第二腔体内，且多个第三支撑件25两端分别与第二外壳体21和间隔导热结构3连接。
67.具体的：第二腔体内填充潜热储能工质24，且在第二腔体内设有多个第三支撑件25，多个第三支撑件25支撑于第二外壳体21和间隔导热结构3之间，避免第二腔体发生变形。
68.优选的，多个第三支撑件25均为直径4mm左右的圆柱体，且均匀分布于第二腔体内；此种状态下的导热储能工质12为20ppi的多孔泡沫金属，潜热储能工质24优选为多元醇。
69.最后应说明的是：本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可；本说明书中的以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。