一种三维蒸汽腔式相变储热装置
技术领域
本发明涉及电子散热领域，更具体地说，涉及一种三维蒸汽腔与相变材料相结合的储热装置。
背景技术
航天、弹载电子设备在工作中面临着诸多限制，如空间密闭狭小、体积重量限制、间歇性受到热流冲击以及外部气动加热等多种苛刻条件，普通的风冷、液冷等方式已无法适用于该特殊场合。相变储热装置因其结构紧凑、储能密度高、工作恒温和性能可靠等优势，在受限密闭环境下具有良好的应用前景。
在电子散热领域，相变储热装置具备优良的控温性能，但由于相变材料诸如石蜡、无机盐、脂肪酸等本身热导率低(热导率普遍低于5W/m.k)，导致体积相对较大的储热装置整体扩热能力差，局部融化、固液分离现象严重。提升储热装置的热导率是优化储热装置的关键。
近年来针对相变储热的研究多集中在高性能相变材料的研制、高热导骨架的研制以及储热装置的结构传热优化等方面。相关应用研究已取得了较大的进展，如专利号为ZL201410488344.1的中国专利中，为改善储热装置热导率，在储热装置的金属壳体内部填充泡沫金属，虽然泡沫金属与金属壳体内壁采用以过盈方式配合，但泡沫金属与金属壳体间的接触热阻依然很大，影响储热装置整体热导率。再如专利号为ZL201810965310.5的中国专利中，提出用于航天电子设备热控、弹载雷达热控的相变储热装置，采用石墨烯骨架提升储热装置的热传效率，同样存在石墨烯骨架与封装壳体间接触热阻较大的问题，而且目前石墨烯成本仍然很高。
因此，急需寻求一种新的技术方案，以便解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明的目标是提供了一种结构简便、整体储热性能良好、且低成本的相变储热装置。
技术方案：为达到上述发明目的，本发明可采用以下技术方案：
一种三维蒸汽腔式相变储热装置，包括三维蒸汽腔体、覆盖于三维蒸汽腔体上的封装壳体；所述三维蒸汽腔体包括传热基板及自传热基板向上延伸的若干散热齿，传热基板及散热齿内部均为中空的，且传热基板内部空腔与每个散热齿的内部空腔均连通称为整体密闭空腔；封装壳体与传热基板之间密封形成密闭的收容腔，且若干散热齿均位于该收容腔内，收容腔内还填充有相变材料；且相变材料包裹住若干散热齿；三维蒸汽腔体内填充有相变介质。
进一步的，传热基板内部填充有烧结多孔介质。
进一步的，所述传热基板的外表面为发热器件安装面。
进一步的，传热基板和散热齿为一体成型。
进一步的，所述传热基板设有相变介质充注口；封装壳体上设有相变材料充注口。
进一步的，所述相变材料为石蜡或无机水合盐；相变材料的填充量为收容腔体积的85％～95％。
进一步的，相变介质为丙酮或乙醇，相变介质充注量为整体密闭空腔体积的20％～30％。
进一步的，所述该储热装置的封装形式包括：先将三维蒸汽腔体与封装壳体进行封装，然后往收容腔内填充相变材料，密封充注口，再往三维蒸汽腔体内充注相变介质，最后对充注口进行密封；或者先将相变介质注入三维蒸汽腔体内，然后将三维蒸汽腔体与封装壳体进行封装，最后再向收容腔内填充相变材料。
有益效果：
相对于现有技术，本发明提供的相变储热装置具有以下有益效果
1)将蒸汽腔应用到相变储热装置上，蒸汽腔的高传热性能与相变材料的高储热性能相结合，提升了相变储热装置的整体散热性能；
2)三维蒸汽腔由传热基板和散热齿在压铸或焊接工艺下一体成型，消除了传统储热装置内部导热骨架与传热基板间的接触热阻，提高了储热装置整体传热效率。
附图说明
图1为蒸汽腔式相变储热装置截面示意图；
图2为一体成型的三维蒸汽腔截面示意图；
图3为封装壳体与三维蒸汽腔配合密封局部剖视图。
图中：1-封装壳体；2-相变材料；3-三维蒸汽腔体；4-相变介质；5-发热器件；6-烧结多孔介质；7-充注口1；8-充注口2；31-散热齿；32-传热基板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请结合图1至图3所示，本发明提供一种三维蒸汽腔式相变储热装置，包括三维蒸汽腔体3、覆盖于三维蒸汽腔体3上的封装壳体1。所述三维蒸汽腔体3包括传热基板32及自传热基板32向上延伸的若干散热齿31。传热基板32及散热齿31内部均为中空的。且传热基板内部空腔与每个散热齿的内部空腔均连通称为整体密闭空腔；三维蒸汽腔体3与封装壳体1间通过螺接或焊接方式连接。封装壳体1与传热基板32之间密封形成密闭的收容腔，且若干散热齿31均位于该收容腔内。收容腔内还填充有相变材料2。且相变材料2包裹住若干散热齿31；三维蒸汽腔体3内填充有相变介质4，相变介质4在X-Y-Z三个方向上进行汽-液对流高速扩散，实现三维空间的高效传热。传热基板内部填充有烧结多孔介质6，如铜粉烧结多孔介质。
所述相变材料为石蜡或无机水合盐；相变材料的填充量为收容腔体积的85％～95％。其中封装金属壳体厚度为1.5～2mm。
进一步的，相变介质为丙酮或乙醇，相变介质充注量为整体密闭空腔体积的20％～30％。
三维蒸汽腔体3的传热基板32和散热齿31通过压铸方式或焊接等方式一体成型。
所述该储热装置的封装形式包括：先将三维蒸汽腔体3与封装壳体1进行封装，然后往收容腔内填充相变材料2。密封充注口8，再往三维蒸汽腔体3内充注相变介质4，最后对充注口7进行密封。或者先将相变介质4注入三维蒸汽腔体3内，然后将三维蒸汽腔体3与封装壳体1进行封装，最后再向收容腔内填充相变材料2。
发热器件5安装在相变储热装置的下表面，即所述传热基板32的外表面为发热器件安装面，发热器件5安装在该安装面上。发热器件5工作过程中产生的热量通过热传导方式传至三维蒸汽腔体3传热基板32的受热平面，靠近受热平面32内壁的相变介质4吸热汽化，迅速将热量带走至散热齿31端，并在散热齿31内壁面冷凝将热量传导至散热齿31外壁的相变材料2，冷凝的相变介质4，在重力和铜粉烧结多孔介质6吸液芯的作用下再次回到汽化区循环工作，与此同时相变材料2吸热融化，由固态变为液态，相变储热装置整体温度均匀，维持在相变材料2相变温度点附近，实现发热器件5的散热控温效果。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利的保护范围。因此，凡跟本专利权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明专利要求的涵盖范围。
