一种可控快速响应相变储热系统、加工方法及传热方法与流程

技术特征：
1.一种可控快速响应相变储热系统，其特征在于，包括金属封装壳体(1)、相变材料(2)、蜂窝骨架(3)、导热增强回路模块(4)和热可控阀(5)；导热增强回路模块(4)的个数n＞1，n个导热增强回路模块(4)设于金属封装壳体(1)内部，且沿传热方向依次排布，将n个增强回路模块(4)沿传热方向依次分别记为第1，2
……
n级导热增强回路模块，其中相邻两级导热增强回路模块之间设有热可控阀(5)；记相邻两级导热增强回路模块分别为第i级导热增强回路模块和第i 1级导热增强回路模块，1≤i≤n-1；热可控阀(5)开启时，相邻两级导热增强回路模块之间的导热路径接通，热可控阀(5)关闭时，相邻两级导热增强回路模块之间的导热路径断开，当相邻两级导热增强回路模块之间的导热路径接通时，热量由第i级导热增强回路模块传入第i 1级导热增强回路模块；蜂窝骨架(3)填充于金属封装壳体(1)内部，相变材料(2)分布于蜂窝骨架(3)中。2.根据权利要求1所述的一种可控快速响应相变储热系统，其特征在于，导热增强回路模块(4)包括蒸发器、冷凝器、连接蒸发器出口和冷凝器入口的蒸汽管道、连接蒸发器入口和冷凝器出口的液体管道、设于液体管道上的特斯拉阀和循环流动的传热工质；热可控阀(5)的个数为n-1，其中第i个热可控阀(5)设于第i级导热增强回路模块的冷凝器和第i 1级导热增强回路模块的蒸发器之间。3.根据权利要求2所述的一种可控快速响应相变储热系统，其特征在于，金属封装壳体(1)一端的外表面作为相变储热系统吸热面与待散热产品接触，金属封装壳体(1)另一端的外表面作为相变储热系统散热面与外部环境接触，第1级导热增强回路模块的蒸发器与金属封装壳体(1)一端的内表面接触，第n级导热增强回路模块的冷凝器与金属封装壳体(1)另一端的内表面接触；所述导热增强回路模块(4)中的传热工质为水、丙酮或甲醇。4.根据权利要求2所述的一种可控快速响应相变储热系统，其特征在于，金属封装壳体(1)、蜂窝骨架(3)和导热增强回路模块(4)中的蒸发器、冷凝器、蒸汽管道、液体管道和特斯拉阀均采用同一材料。5.根据权利要求4所述的一种可控快速响应相变储热系统，其特征在于，所述同一材料为导热率大于180w/m℃的铝合金、铜合金或纯铜；所述热可控阀(5)为cu-zn-al形状记忆合金材料；相变材料(2)为石蜡。6.根据权利要求2所述的一种可控快速响应相变储热系统，其特征在于，热可控阀(5)为片状，第i级导热增强回路模块的冷凝器和第i 1级导热增强回路模块的蒸发器之间设有容纳第i个热可控阀(5)的封闭空腔，当第i级导热增强回路模块的冷凝器温度低于预设阈值时，第i个热可控阀(5)在封闭空腔中为游离状态，当第i级导热增强回路模块的冷凝器温度不低于预设阈值时，第i个热可控阀(5)受热膨胀至同时与第i级导热增强回路模块的冷凝器和第i 1级导热增强回路模块的蒸发器接触，使热量由第i级导热增强回路模块传入第i 1级导热增强回路模块。7.根据权利要求6所述的一种可控快速响应相变储热系统，其特征在于，蜂窝骨架(3)填充于金属封装壳体(1)与导热增强回路模块(4)之间，蜂窝骨架(3)同时接触金属封装壳体(1)和导热增强回路模块(4)，且第i级导热增强回路模块的冷凝器和第i 1级导热增强回路模块的蒸发器之间不设置蜂窝骨架(3)和相变材料(2)。
8.根据权利要求1所述的一种可控快速响应相变储热系统，其特征在于，所述金属封装壳体(1)和蜂窝骨架(3)一体加工成型；金属封装壳体(1)为封闭结构。9.根据权利要求2-6任一项所述的一种可控快速响应相变储热系统的传热方法，其特征在于，包括：金属封装壳体(1)接收待散热产品的热量并传递至导热增强回路模块(4)；导热增强回路模块(4)的蒸发器吸收热量后，蒸发器中的液态传热工质转变为气态传热工质，气态传热工质通过蒸汽管道进入冷凝器，在冷凝器中凝结为液态传热工质，液态传热工质通过设有特斯拉阀的液体管道再次回到蒸发器；当第i级导热增强回路模块中的冷凝器温度不低于预设阈值时，第i级导热增强回路模块和第i 1级导热增强回路模块之间所设热可控阀(5)开启，第i级导热增强回路模块与第i 1级导热增强回路模块之间的导热路径接通，热量由第i级导热增强回路模块传入第i 1级导热增强回路模块；导热增强回路模块(4)将热量传输给相变材料(2)；待散热产品工作时，相变材料(2)恒温融化吸热，待散热产品停止工作时，相变材料(2)将热量通过金属封装壳体(1)传递至外部环境，相变材料(2)重新凝固。10.根据权利要求1-8任一项所述的一种可控快速响应相变储热系统的加工方法，其特征在于，导热增强回路模块(4)包括蒸发器、冷凝器、连接蒸发器出口和冷凝器入口的蒸汽管道、连接蒸发器入口和冷凝器出口的液体管道、设于液体管道上的特斯拉阀和循环流动的传热工质；采用3d打印的方法，利用同一材料，以金属封装壳体(1)、蜂窝骨架(3)、导热增强回路模块(4)中的蒸发器、冷凝器、蒸汽管道、液体管道和特斯拉阀为整体进行分层打印；打印过程中在第i级导热增强回路模块的冷凝器和第i 1级导热增强回路模块的蒸发器之间放置第i个热可控阀(5)，并形成容纳第i个热可控阀(5)的封闭空腔；打印过程中在金属封装壳体(1)上留置第一注入孔，在导热增强回路模块(4)的蒸发器或冷凝器上留置第二注入孔；打印完成后，将相变材料(2)通过第一注入孔注入金属封装壳体(1)，使相变材料(2)均匀分布于蜂窝骨架(3)中，将导热增强回路模块(4)的传热工质通过第二注入孔注入蒸发器或冷凝器。

技术总结
本发明公开了一种可控快速响应相变储热系统及其传热方法，其中储热系统包括相变材料、蜂窝骨架、导热增强回路模块、热可控阀和金属封装壳体。导热增强回路模块具有高导热性能，热可控阀在特定温度下对传热通路的开断可控，结合蜂窝骨架的大比表面积及相变材料的高相变潜热，具有热容大、导热系数高等特点，具有吸热相应速度快、热耗消纳能力强、温度波动区间小等优点。本发明还公开了一种可控快速响应相变储热系统的加工方法，将相变储热系统中的金属部件作为整体进行3D打印，有利于消除常规相变装置中蜂窝骨架与金属封装壳体之间的接触热阻。触热阻。触热阻。


技术研发人员：张立 郭海超 李晖 王升
受保护的技术使用者：西安空间无线电技术研究所
技术研发日：2022.07.28
技术公布日：2022/11/29