用于相变材料散热器的轻质碳泡沫结构的制作方法

用于相变材料散热器的轻质碳泡沫结构

背景技术：

1.本文公开的主题总体上涉及散热器领域，并且具体地涉及相变材料散热器。
2.相变材料(pcm)散热器利用pcm (诸如水、蜡或其他具有理想熔点的材料)来存储和释放与固液相变相关联的热能。与此种变化相关联的能量通常称为熔化潜热。一种类型的pcm散热器使用热传输流体来将热能带入和带出散热器。流体流动通过流体通路元件，所述流体通路元件使流体与pcm热接触以允许发生热传递，同时保持流体与pcm隔离。

技术实现要素：

3.根据一个实施方案，提供了一种相变材料散热器。所述相变材料散热器包括：碳石墨基质，所述碳石墨基质具有一个或多个去除部分；以及膨胀石墨，所述膨胀石墨位于所述一个或多个去除部分内。
4.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括密封室。所述碳石墨基质位于密封室内。
5.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括位于密封室内的相变材料。所述相变材料嵌入碳石墨基质和膨胀石墨中。
6.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括：所述一个或多个去除部分是孔。
7.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括：所述一个或多个去除部分是通道。
8.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括膨胀石墨填充选定百分比的一个或多个去除部分。
9.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括：所述选定百分比小于或等于10%。
10.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括：所述选定百分比等于10%。
11.根据另一个实施方案，提供了一种制造相变材料散热器的方法。所述方法包括：获得具有一个或多个去除部分的碳石墨基质；以及将膨胀石墨嵌入一个或多个去除部分中。
12.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括形成具有一个或多个去除部分的碳石墨基质。
13.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括在碳石墨基质中机械加工一个或多个孔以形成一个或多个去除部分。
14.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括在碳石墨基质中机械加工一个或多个通道以形成一个或多个去除部分。
15.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括将碳石墨基质和膨胀石墨嵌入密封室中。
16.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括
将相变材料嵌入位于密封室中的碳石墨基质和膨胀石墨中。
17.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括：膨胀石墨填充选定百分比的一个或多个去除部分。
18.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括：所述选定百分比小于或等于10%。
19.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括：所述选定百分比等于10%。
20.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括将相变材料与膨胀石墨同时嵌入碳石墨基质中。
21.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括通过真空将相变材料与膨胀石墨同时嵌入碳石墨基质中。
22.除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可以包括通过真空将相变材料嵌入碳石墨基质和膨胀石墨中。
23.前述特征和元件可以以各种组合而非排他性地组合，除非另外明确指明。根据下文描述和附图将更明白这些特征和元件以及其操作。然而，应理解，以下描述和附图本质上意图是说明性和解释性的而非限制性的。
附图说明
24.以下描述不应被视为以任何方式进行限制。参考附图，相同的元件标号相同：图1示出了根据本公开的实施方案的pcm散热器的分解图；图2示出了根据本公开的实施方案的碳石墨基质的等距视图；以及图3示出了根据本公开的实施方案的制造pcm散热器的方法的流程图。
具体实施方式
25.本文参考附图以举例而非限制的方式呈现所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。
26.现在参考图1，示出了根据本公开的实施方案的pcm散热器100的分解图。应当理解，图1所示的pcm散热器100是示例性配置并且本文公开的实施方案可以适用于具有不同配置的pcm散热器。在实施方案中，pcm散热器可以使用传导来直接从源(例如电子器件外壳)接收热能。pcm散热器100包括密封室106。此密封室106包括位于密封室106内的碳石墨基质109和密封在密封室106内的pcm 120 (诸如水或蜡)。密封室106包括顶部107和底部108。在图1中，密封室106被图示为使得pcm 120可见。然而，应当理解，在实践中，顶部107由固体材料形成并且pcm 120可能不可见。
27.pcm散热器100还包括流体通路元件101。热传输流体(例如，氟利昂或水)通过入口通路(例如，管子) 102进入流体通路元件101的端部103并通过出口通路114离开它。流体通常在箭头a所示的方向上横穿流体通路元件101。图1所示的流体通路元件101包括布置在端部103之间的连接器部分104，流体在从入口通路102横穿到出口通路114时穿过所述连接器部分。尤其是连接器部分104以及流体通路元件101通常包括底部105。当组装pcm散热器100时，密封室106的顶部107与流体通路元件101的底部105热接触。
28.pcm散热器100还任选地包括热释放元件111。如图所示，热释放元件111包括热扩散翅片113和顶部112。在一些情况下，可以使热释放元件111与密封室106热接触以耗散存储在其中的热量。例如，在卫星的情况下，热量可以储存在密封室106中，直到卫星不在太阳的视线范围内。此时，密封室106的底部108可以与热释放元件111的顶部112接触，并且热量可以通过翅片113释放到空间中。
29.pcm 120位于密封室105内并嵌入碳石墨基质109内。在实施方案中，pcm 120可以是蜡或石蜡。碳石墨基质109被配置为使pcm 120形状稳定并且还增加pcm 120的热导率。碳石墨基质109比pcm 120更好地传导热量，并且可以比仅使用pcm 120而没有碳石墨基质109更好地将热量分配通过pcm 120。
30.碳石墨基质109由形成整体基质结构的石墨材料组成，然而，此材料的可用选择很少，最好的材料中的一种具有60%的开口孔隙率。期望增加开口孔隙率的百分比，这允许更多的pcm 120被装载到密封室106中，而不损害基质在相变循环期间使pcm 120形状稳定的能力。本文公开的实施方案寻求去除一些碳石墨基质109并用膨胀石墨150代替一些碳石墨基质109 (参见图2)。有利地，通过用膨胀石墨150代替一些碳石墨基质109 (参见图2)，在密封室106内可以增加pcm 120的体积，从而提供更高量的潜热存储。
31.不参考图2，继续参考图1，示出了根据本公开的实施方案的碳石墨基质109。碳石墨基质109可以是由单一材料组成的整体基质结构。碳石墨基质109可以具有在95%与50%之间的孔隙率。例如，95%的孔隙率意味着碳石墨基质109占据5%的体积，95%的体积是开放空间。图2的碳石墨基质109包括去除部分121，其中碳石墨基质109的一部分已经被去除。碳石墨基质109的所述部分可能已经通过钻孔、机械加工或任何其他制造过程去除。在实施方案中，去除部分121可以是孔121a。孔121a可以完全或部分地延伸穿过碳石墨基质109。在另一个实施方案中，去除部分121可以是通道121b。通道121b可以完全或部分地延伸穿过碳石墨基质109。在实施方案中，可以存在任意数量的去除部分121。去除部分121也可以位于碳石墨基质109的任何一侧110上。然后用膨胀石墨150将去除部分121回填至选定百分比。选定百分比是去除部分121的百分比并且可以被测得在0%至100%之间。在0%时，没有去除部分121填充有任何膨胀石墨150，而在100%时，所有去除部分121完全填充有膨胀石墨150。pcm 120位于密封室105内并嵌入碳石墨基质109和膨胀石墨150内。膨胀石墨150可以具有在2%与20%之间的孔隙率。在实施方案中，膨胀石墨具有10%的孔隙率。
32.碳石墨基质109的有效导电率高于膨胀石墨150的有效导电率。随着碳石墨基质109被去除并且用膨胀石墨150代替，碳石墨基质109和膨胀石墨150的组合的有效导电率将降低，但膨胀石墨的添加将允许可用于pcm 120的体积增加，从而赋予pcm 120更多的热容量。因此，使用全碳石墨基质109导致有效导电率高但pcm 120的可用体积低，而使用全膨胀石墨150导致有效电导率低但pcm 120的可用体积更多。
33.因此，图2的去除部分121应当去除一些但不是全部的碳石墨基质109，并且用选定百分比的膨胀石墨150代替碳石墨基质，以增加pcm 120的可用体积，同时保持高的有效导电率。在实施方案中，膨胀石墨150的选定百分比可以在去除部分121的约0%与10%之间。在另一个实施方案中，膨胀石墨150的选定百分比可以在去除部分121的约5%与10%之间。在实施方案中，膨胀石墨150的选定百分比可以为去除部分121的约10%。
34.现在参考图3，继续参考图1至图2，示出了根据本公开的实施方案的制造pcm散热
器100的方法400的流程图。
35.在框404处，获得具有一个或多个去除部分121的碳石墨基质109。在框406处，将膨胀石墨150嵌入一个或多个去除部分121中。膨胀石墨150可以填充选定百分比的一个或多个去除部分121。选定百分比可以小于或等于10%。选定百分比可以等于10%。
36.方法400还可以包括形成具有一个或多个去除部分121的碳石墨基质109。在另一个实施方案中，碳石墨基质109和一个或多个去除部分121可以通过在碳石墨基质109中机械加工一个或多个孔121a以形成一个或多个去除部分121来形成。在另一个实施方案中，碳石墨基质109和一个或多个去除部分121可以通过在碳石墨基质109中机械加工一个或多个通道121b以形成一个或多个去除部分121来形成。
37.方法400还可以包括将碳石墨基质109和膨胀石墨150嵌入密封室106中。方法400还可以包括将pcm 120嵌入位于密封室106内的碳石墨基质109和膨胀石墨150中。
38.pcm 120可以与膨胀石墨150同时嵌入碳石墨基质109中。例如，pcm 120可以通过真空与膨胀石墨150同时嵌入碳石墨基质109中。pcm 120可以与膨胀石墨150混合成浆料，以同时嵌入碳石墨基质109中。
39.替代地，膨胀石墨150可以先于pcm 120嵌入碳石墨基质109中。例如，膨胀石墨150可以混合到碳石墨基质109中，然后pcm 120可以通过真空嵌入碳石墨基质109和膨胀石墨150中。
40.虽然以上描述已经以特定顺序描述了图3的流程，但应当理解，除非在所附权利要求中另有特别要求，否则步骤的顺序可以改变并且步骤的顺序可以同时或几乎同时发生，诸如在层中。
41.本文描述的特征的技术效果和益处包括去除碳石墨基质的选定部分并且用膨胀石墨150代替以增加可用于pcm的体积和热容量，同时不会过多地损害导电率。
42.本文参考附图以举例而非限制的方式呈现所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。
43.术语“约”意图包括与基于提交申请时可用的装备的特定量的测量相关联的误差程度。
44.本文中所使用的术语仅仅是为了描述具体实施方案，并且并不意图限制本公开。如本文使用，单数形式“一个(种)”和“所述”意图也包括复数形式，除非上下文明确另外指示。还应当理解术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”，当在本说明书中使用时，指定存在陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件部件和/或其组。
45.虽然已经参考一个或多个示例性实施方案描述了本公开，但是本领域的技术人员将理解，在不背离本公开的范围的情况下，可以做出各种改变，并且可以用等效物取代其要素。另外，在不背离本公开的基本范围的情况下，可以做出许多修改来使具体的情况或材料适应本公开的教导。因此，意图本公开不限于作为实施本公开所设想的最佳模式而公开的具体实施方案，而是本公开将包括落在权利要求范围内的所有实施方案。

技术特征：

1. 一种相变材料散热器，其包括：碳石墨基质，所述碳石墨基质具有一个或多个去除部分；以及膨胀石墨，所述膨胀石墨位于所述一个或多个去除部分内。2.如权利要求1所述的相变材料散热器，其还包括：密封室，其中所述碳石墨基质位于所述密封室内。3.如权利要求2所述的相变材料散热器，其还包括：相变材料，所述相变材料位于所述密封室内，其中所述相变材料嵌入所述碳石墨基质和所述膨胀石墨内。4.如权利要求1所述的相变材料散热器，其中所述一个或多个去除部分是孔。5.如权利要求1所述的相变材料散热器，其中所述一个或多个去除部分是通道。6.如权利要求1所述的相变材料散热器，其中所述膨胀石墨填充选定百分比的所述一个或多个去除部分。7.如权利要求6所述的相变材料散热器，其中所述选定百分比小于或等于10%。8.如权利要求6所述的相变材料散热器，其中所述选定百分比等于10%。9. 一种制造相变材料散热器的方法，所述方法包括：获得具有一个或多个去除部分的碳石墨基质；以及将膨胀石墨嵌入所述一个或多个去除部分中。10.如权利要求9所述的方法，其还包括：形成具有所述一个或多个去除部分的所述碳石墨基质。11.如权利要求9所述的方法，其还包括：在所述碳石墨基质中机械加工一个或多个孔以形成所述一个或多个去除部分。12.如权利要求9所述的方法，其还包括：在所述碳石墨基质中机械加工一个或多个通道以形成所述一个或多个去除部分。13.如权利要求9所述的方法，其还包括：将所述碳石墨基质和所述膨胀石墨嵌入密封室中。14.如权利要求13所述的方法，其还包括：将相变材料嵌入位于所述密封室内的所述碳石墨基质和所述膨胀石墨中。15.如权利要求9所述的方法，其中所述膨胀石墨填充选定百分比的所述一个或多个去除部分。16.如权利要求15所述的方法，其中所述选定百分比小于或等于10%。17.如权利要求15所述的方法，其中所述选定百分比等于10%。18.如权利要求13所述的方法，其还包括：将相变材料与所述膨胀石墨同时嵌入所述碳石墨基质中。19.如权利要求13所述的方法，其还包括：通过真空将相变材料与所述膨胀石墨同时嵌入所述碳石墨基质中。20.如权利要求13所述的方法，其还包括：通过真空将相变材料嵌入所述碳石墨基质和所述膨胀石墨中。

技术总结

一种相变材料散热器，其包括：碳石墨基质，所述碳石墨基质具有一个或多个去除部分；以及膨胀石墨，所述膨胀石墨位于所述一个或多个去除部分内。除部分内。除部分内。

技术研发人员：

G

受保护的技术使用者：

哈米尔顿森德斯特兰德公司

技术研发日：

2022.04.19

技术公布日：

2022/11/24