相变蓄能盒的制作方法

[0001]
本实用新型涉及航天器热控技术领域，特别涉及一种相变蓄能盒。


背景技术：

[0002]
在航天领域中，越来越多大功率的激光、通信等载荷得到应用，而与这些载荷相配套的往往是一个较小的卫星平台。在空间环境中，向冷黑背景辐射能量是唯一的散热途径，而小卫星受尺寸限制，非常有限的散热能力与高热耗载荷的散热需求形成了越来越尖锐的矛盾。
[0003]
传统卫星热控设计时，通常是按最大热耗工况进行设计，为了满足载荷工作时的散热需求，必须开设较大的散热面来满足最大散热包络。而当载荷单机不工作或低热耗状态时，大尺寸的散热面依然在向空间环境辐射能量，为了使卫星保持在合理的温度范围内，往往需要通过电加热的方式来补充这部分能量，必然会消耗卫星上宝贵的电能。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型的目的在于提供一种相变蓄能盒，以解决现有的卫星散热方案需要浪费资源以保持合理温度范围的问题。
[0005]
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种相变蓄能盒，包括：
[0006]
盒体，被布置在热源表面上；
[0007]
多个肋柱，被布置在所述盒体中，并沿所述盒体的厚度方向延伸于整个盒体中，形成阵列；以及
[0008]
相变材料，被充注在所述盒体中，并与所述肋柱接触。
[0009]
可选的，在所述的相变蓄能盒中，所述相变材料中均匀分布有增强颗粒，所述增强颗粒的导热率大于所述相变材料的导热率。
[0010]
可选的，在所述的相变蓄能盒中，所述相变材料为石蜡，所述增强颗粒为金属粉末或石墨烯纳米颗粒。
[0011]
可选的，在所述的相变蓄能盒中，所述盒体包括底板和盖板，所述底板与所述肋柱一体成型，所述盖板包括顶板和侧壁，扣合于所述底板上形成一空腔。
[0012]
可选的，在所述的相变蓄能盒中，对所述底板进行线切割，以形成与所述底板垂直的肋柱；
[0013]
所述肋柱将所述热源表面与所述底板接触面的热量沿盒体的厚度方向传递至整个空腔。
[0014]
可选的，在所述的相变蓄能盒中，所述盖板的侧壁与所述底板通过扩散焊、氩弧焊或真空电子束焊进行导热刚性连接，所述顶板的内侧与所述肋柱的顶面通过扩散焊、氩弧焊或真空电子束焊进行导热刚性连接。
[0015]
可选的，在所述的相变蓄能盒中，所述底板的四周具有多个带孔的安装脚，所述安装脚通过螺栓与热源表面固定。
[0016]
可选的，在所述的相变蓄能盒中，所述盖板的一个侧壁上具有充注口，在所述盒体固定于所述热源表面固定前，所述相变材料通过所述充注口进入所述盒体，加注所述相变材料后将所述充注口堵死。
[0017]
可选的，在所述的相变蓄能盒中，所述相变材料与所述盒体的质量比为1：2。
[0018]
在本实用新型提供的相变蓄能盒中，通过盒体布置在热源表面上，多个肋柱布置在所述盒体中并沿所述盒体的厚度方向延伸于整个盒体中形成阵列，以及相变材料被充注在所述盒体中并与所述肋柱接触，实现了盒体与热源表面接触处的热量传导至肋柱，通过肋柱沿盒体厚度方向迅速传递至盒体的整个内腔，并与相变材料接触，利用相变材料的相变潜热，充分吸收热源(例如载荷单机)的热耗，从而降低卫星上重点位置的温度波动，提高热控系统的整体效率。
[0019]
本实用新型提供的相变蓄能盒能够将载荷单机短期或一段时间内产生的热量吸收储存起来，大大减缓目标点温度的上升速度，及降低峰值温度，从而间接降低热控设计的最大包络，减少整体散热面面积，为卫星节省宝贵资源。
[0020]
其中所述的底板与肋柱通过一体加工成型，可以采用线切割等方式进行加工，肋柱与底板垂直，阵列分布在整个底板上，能够将安装底面的热量沿着相变蓄能盒厚度方向迅速传递至整个内腔，大大增加了壳壁与内部相变材料的接触换热面积，使整个相变蓄能盒系统在吸收峰值大热耗时，有更好的响应速度。
[0021]
本实用新型的有益效果还在于添加了强化颗粒的相变材料充注到盒体的腔体内，并在腔体内阵列排布扩热肋柱，可以将来自于底板的热量迅速且均匀的扩散至整个腔体内，再利用相变材料的相变潜热，充分吸收载荷单机的热耗，从而降低卫星上重点位置的温度波动，提高热控系统的整体效率。
附图说明
[0022]
图1是本实用新型一实施例的相变蓄能盒的结构爆炸图。
[0023]
图2是本实用新型一实施例的相变蓄能盒内部腔体的局部示意图。
[0024]
图3是本实用新型一实施例相变蓄能盒的整体示意图；
[0025]
图4是本实用新型一实施例的相变蓄能盒的部分剖视图。
[0026]
图中所示：1-底板；2-安装脚；3-肋柱；4-盖板；5-充注口；6-相变材料；7-增强颗粒。
具体实施方式
[0027]
以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的相变蓄能盒作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0028]
另外，除非另行说明，本实用新型的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
[0029]
本实用新型的核心思想在于提供一种相变蓄能盒，以解决现有的卫星散热方案需
要浪费资源以保持合理温度范围的问题。
[0030]
为实现上述思想，本实用新型提供了一种相变蓄能盒，包括：盒体，被布置在热源表面上；多个肋柱，被布置在所述盒体中，并沿所述盒体的厚度方向延伸于整个盒体中，形成阵列；以及相变材料，被充注在所述盒体中，并与所述肋柱接触。
[0031]
具体的，如图1～2所示，本实用新型提供的相变蓄能盒，其包括底板1、安装脚2、肋柱3、盖板4、充注口5、相变材料6、增强颗粒7。其中所述的底板1与安装脚2通过一体加工成型，安装脚2位于盒体的四周，可以根据具体安装位置和空间条件进行调整。
[0032]
其中所述的底板1与肋柱3通过一体加工成型，可以采用线切割等方式进行加工，肋柱与底板垂直，阵列分布在整个底板上，能够将安装底面的热量沿着相变蓄能盒厚度方向迅速传递至整个内腔，大大增加了盒体与内部相变材料的接触换热面积，使整个相变蓄能盒在吸收峰值大热耗时，有更好的响应速度。
[0033]
其中所述的盖板4与充注口5可采用一体加工成型或者分别加工焊接成型，盖板4包含组成相变蓄能盒的顶板和四个侧壁，主要为相变蓄能盒提供整体的框架，并与底板1共同形成一个封闭的腔体空间。充注口5为相变材料6进出相变蓄能盒的唯一通道，通常在相变蓄能盒加注相变材料完成后进行封焊堵死。
[0034]
其中所述的相变材料6通常采用石蜡，不同型号的石蜡有不同的相变温度，可以根据相变蓄能盒的应用场景和目标点的温度要求进行选取。其中所述的增强颗粒7通常采用金属粉末、石墨烯等纳米颗粒，由于石蜡本身导热率较低，纯石蜡的相变材料受热熔化较慢，而加入纳米增强颗粒后，可以增加导热率，从而提高相变蓄能盒整体的吸热、蓄热效果。
[0035]
本实用新型的有益效果在于添加了强化颗粒的相变材料充注到一个盒状腔体内，并在腔体内阵列排布扩热肋柱，可以将来自于底板的热量迅速且均匀的扩散至整个腔体内，再利用相变材料的相变潜热，充分吸收载荷单机的热耗，从而降低卫星上重点位置的温度波动，提高热控系统的整体效率。
[0036]
卫星上很多特殊载荷都有短时大功率工作的需求，而如何将载荷单机温升控制在合理范围内，已经成为限制关键载荷工作的核心问题。本实用新型将相变材料封装成为扁平盒状结构，非常便于在目标位置的表面进行外贴安装，内部采用阵列肋柱进行扩热，并在相变材料中添加纳米增强颗粒，从而迅速将热源处的发热量进行吸收，有效减少目标位置的温升。
[0037]
本实用新型的相变蓄能装置至少包括：底板1、安装脚2、肋柱3、盖板4、充注口5、相变材料6、增强颗粒7。
[0038]
图3所示是本具体实施方式所述相变蓄能盒的整体示意图。整体结构的厚度控制在15mm以下，便于外贴在热源单机表面或者热源板上。扁平的结构形式不仅节省了空间占用，还提供了更大的热源接触面积。
[0039]
图4为所述相变蓄能盒的部分剖视图，从俯视图的角度展实了内部肋柱的分布形式，肋柱与顶底板垂直，在水平方向，基本阵列布满整个内部腔体区域。
[0040]
图1为所述相变蓄能盒的结构爆炸图。底板1、安装脚2、肋柱3采用一体加工成型的方式，既可以保证顶底面的平面度，又可以避免由于分体焊接所产生的热阻，使热量传递的效率更高。盖板4底部的四侧面与底板1进行导热刚性连接，盖板4顶部内侧与肋柱顶面也进行导热刚性连接，采用焊接方式进行连接和密封，如扩散焊、氩弧焊、真空电子束焊等。经焊
接后，内部形成了一个布满肋柱的腔体，通过充注口5加注相变材料6，最后将充注口焊接密封即可。
[0041]
图2为所述相变蓄能盒的内部腔体的局部放大图。相变材料6基本布满整个腔体，填充了肋柱3之间的缝隙，肋柱3高度通常控制在12mm以下，宽度1-3mm，具体尺寸可以根据载荷散热需求和应用场景进行调整和定制。如果肋柱3较细，可以增加相变材料6的充注量，提高相变蓄能盒整体的蓄热能力，但肋柱的扩热效果会降低，相变蓄能盒整体的吸热响应速度会变慢。所以肋柱尺寸的选择，需要综合考虑，通常将相变材料与金属壳体的质量比控制在1：2左右。由于石蜡等相变材料本身的导热率较低，往往会出现表层熔化，内部依然是固态的情况，大大降低了相变材料6的利用率，通过添加金属粉末、石墨烯等纳米颗粒，并使增强颗粒7与相变材料6均匀混合，能有效提高相变材料6的吸热效率。
[0042]
图1、图2仅示意性的标示出各部件的相对位置关系，并不代表实际结构。
[0043]
综上，上述实施例对相变蓄能盒的不同构型进行了详细说明，当然，本实用新型包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本实用新型所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
[0044]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0045]
上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

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