[發明專利]一種快速響應儲能散熱板

有效

• 申請號: 201310148827.2
• 申請日: 2013-04-25
• 公開（公告）號: CN103269571A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 陳福勝;江世臣;翟載騰;胡明亮
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及散熱裝置，更具體的說，涉及一種快速響應儲能散熱板。屬于航天器熱控制領域。

背景技術

航天器熱控制技術發展的驅動力主要來自航天器未來任務發展的需求。對于航天器熱控制系統而言，推動發展的關鍵因素包括功率水平、控制的溫度水平、溫度控制精度、儀器熱流密度、熱輸送距離以及熱量排散的有效熱沉等。

隨著空間技術的發展，一些設備的局部或瞬時的功率可高達數百瓦/平方厘米，如激光二極管、高功率傳感芯片、高功率定向能武器等。現有的冷卻方法已無法滿足要求，近年來，NASA正在發展的微通道蒸發冷卻技術和噴霧冷卻技術有可能解決極高熱流密度的冷卻問題。但這些技術尚處于研究階段，離開實際應用尚有相當距離。

另外，隨著航天器上儀器的溫度控制范圍亦變的愈來愈窄，一般為±1℃，一些空間光學系統為±0.1℃，更精密的已達mK量級。因此，需要一種具有高效傳熱和高溫控精度的冷卻裝置，已經成為制約航天器發展的瓶頸問題。急需微型高效的傳熱技術為其發展鋪平道路。而作為一種新型散熱冷卻技術，微型熱管因其尺寸小、重量輕等特點在這一領域顯示出了優勢，在電子元器件領域內已有應用。然而，雖然上述微型熱管的導熱系數很高，但是換熱面積卻有限。這使得微型熱管與熱匯間的熱阻仍然比較大。

Cotter首先提出微型熱管的概念。微型熱管被定義為液氣交界面的平均曲率在數量上和液體總流通截面水力直徑的倒數相當的一種熱管。典型的微型熱管有凸面、銳角的截面（例如多邊形），水力半徑范圍為10～500μm。微型熱管可以直接設置在電子芯片的底層表面，即微型熱管成為電子芯片內部的一部分。然而微型熱管的散熱面有限，且空間采用輻射散熱的方式，單位面積散熱量比較小。

新型泡沫材料是近十年來新興的一種具有各方面優異性能的新材料。根據孔隙平均直徑和孔隙結構的不同，新型泡沫材料具有相當大的比表面積，現有的新型泡沫材料的比表面積已經超過10000m²/m³。而普通六面體的比表面積只有6m²/m³，常用翅片的比表面積也只有30～100m²/m³。大比表面積的新型泡沫材料應用于散熱器使散熱器的散熱面積提高了幾個數量級。另外，新型泡沫材料可以制造成各向異性材料。美國一家公司制作了一種高溫燒結石墨泡沫，其密度只有固體石墨的10%，平面二維方向的導熱系數為233W/(m.℃)，厚度方向導熱系數為4.5W/(m.℃)。這種各向異性的導熱性能十分有利于做熱管的擴展散熱面。垂直于熱管的平面方向的良好導熱性能使散熱器的有效散熱面積比較大，平行于熱管方向的較差導熱性能有利于熱管在小負荷下的啟動。

相變材料具有很大的潛熱。例如，十六烷的融化潛熱為237KJ/kg。其能夠吸收大功率密度器件工作時所產生的峰值熱負荷，在儀器不工作時將熱量散掉。然而，相變材料的導熱系數往往比較小，不能快速有效的吸收大功率器件工作時的峰值負荷，導致大功率密度器件溫度升高超出儀器的正常工作溫度范圍。

目前，解決周期性工作大功率密度器件的熱控問題時，往往應用普通熱管將熱量傳導到散熱面。當器件體積比較小、功率密度又比較大時，普通熱管由于存在接觸熱阻比較大等原因無法進行有效散熱。這不僅產生了航天器增重的問題，還可能因為無法有效散熱而導致器件的損毀，使整星的可靠性降低。

發明內容

本發明針對上述現有技術中存在的技術問題，提供一種快速響應儲能散熱板，體積小、重量輕、制造成本低廉、熱響應快、傳熱性能高、加工方便、運行穩定。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種快速響應儲能散熱板，包括具有大比表面積的新型泡沫材料、輻射板、相變材料；其中，所述輻射板具有若干形狀規則、大小均勻的內腔，其中一部分內腔中填充所述泡沫材料，另一部分內腔中充裝循環工質形成大量微型熱管，相變材料經加熱后以液態填充到泡沫材料的空隙內，相變材料降溫凝固后，將輻射板的四周封閉形成與外部隔絕的腔體。

所述泡沫材料具有不小于10000m²/m³的比表面積。

所述泡沫材料包括金屬泡沫、石墨泡沫或炭泡沫。

所述四周封閉的輻射板的腔體橫截面形狀為三角形或四邊形。

所述相變材料根據使用溫度范圍的不同可以選擇高溫相變材料、中溫相變材料或低溫相變材料。

所述高溫相變材料主要包括一些熔融鹽或金屬合金。

所述中溫相變材料主要包括一些水合鹽、有機物或高分子材料。