一种安全相变单元、安全相变装置及制备方法

1.本发明涉及航空航天相关技术领域，具体涉及一种安全相变单元、安全相变装置及制备方法。


背景技术：

2.在一些无法供电的场合，相变单元是进行蓄冷的主要方式，其原理是利用内部相变材料的潜热热容，进行长时间的温度维持。在普通的使用环境下，例如一些常规的冷链运输等方面，一般使用非金属外壳的相变单元进行蓄冷，这种市面上的普通相变单元，只能耐受一些普通的运输环境，以及普通的温度存储环境。
3.在一些特殊的场景，例如航空航天等，可能面临严苛的力学振动、力学冲击环境，也可能面临严苛的高低温存储环境，另外还有外部的高低压存储环境。普通的相变单元，其结构强度无法满足此类力学环境，造成相变单元外壳损坏。此外在高低温情况下，内部的相变材料收到外部环境温度影响发生膨胀，会导致相变单元内部压力急剧升高，造成相变单元外壳损坏。在高低压环境下，也很有可能造成相变单元外壳损坏。以上情况都会带来相变材料泄漏的风险，由于相变材料一般为有机烷烃类、有机醇类、无机盐水类，泄漏后会对样品和环境造成一定的危害。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述技术问题的一种或几种，提供了一种安全相变单元、安全相变装置及制备方法。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种安全相变单元，包括金属壳体和金属盖，所述金属壳体的外侧面凹陷形成存储槽，所述金属盖与所述金属壳体的敞口端密封固定连接且合围成相变材料密封腔；所述相变材料密封腔内填充有相变材料，所述相变材料密封腔的内侧壁上还设有压力缓冲器。
6.本发明的有益效果是：本发明的安全相变单元，通过在金属壳体的外侧面上凹陷形成存储槽，能够方便将存储物品存储在存储槽内；通过将相变材料密封设置在相变材料密封腔内，并设置压力缓冲器，当安全相变单元处于外部恶劣环境时，相变材料密封腔内的压力急剧升高或下降，可以利用压力缓冲器对压力进行缓冲，避免相变材料密封腔内的压力急剧变化，进而避免对金属壳体造成损坏，避免引发相变材料的泄漏等问题。本发明的安全相变单元，尤其针对航空航天领域的物品存储，能够适应于航空航天长时间苛刻环境的物品存储过程。
7.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
8.进一步，所述压力缓冲器包括缓冲壳以及伸缩膜片，所述缓冲壳上开设有压力缓冲口，所述伸缩膜片设置在所述缓冲壳内，所述伸缩膜片的内侧壁与缓冲壳的部分内侧壁合围形成密封的气体缓冲腔，所述伸缩膜片的外侧壁与所述缓冲壳的另一部分内侧壁之间形成液体缓冲腔；所述缓冲壳固定在所述相变材料密封腔的内侧壁上，所述液体缓冲腔通
过压力缓冲口与所述相变材料密封腔连通。
9.采用上述进一步方案的有益效果是：采用缓冲壳和伸缩膜片，相变材料密封腔内的相变材料可以进入到缓冲壳的液体缓冲腔内，当金属壳体受到外部苛刻环境影响，而使相变材料密封腔的压力发生变化时，可以通过伸缩膜片在缓冲壳内的往复运动，来适应不同的压力变化，维持相变材料密封腔内的压力稳定，避免发生相变材料泄漏等问题。
10.进一步，所述缓冲壳为筒状结构，所述筒状结构的一端为封闭端、另一端开设有所述压力缓冲口，所述筒状结构的封闭端固定在所述相变材料密封腔的内侧壁上，所述伸缩膜片固定在所述缓冲壳邻近所述封闭端的内侧壁上，所述压力缓冲口位于所述伸缩膜片的伸缩运动方向上。
11.采用上述进一步方案的有益效果是：通过将伸缩膜片固定在缓冲壳邻近封闭端的内侧壁上，有利于为伸缩膜片在缓冲壳内的运动提供移动的空间；而且将压力缓冲口设置在伸缩膜片的伸缩运动方向上，有利于伸缩膜片在伸缩运动过程中，液体形变材料从液体缓冲腔内流出或流入液体缓冲腔内。
12.进一步，所述压力缓冲口处设有缓冲管，所述缓冲管密封固定在所述压力缓冲口的四周且与所述缓冲壳固定连接。
13.采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置缓冲管，为液体相变材料的流动提供一定的缓冲距离，使压力缓冲器的缓冲过程更加平缓。
14.进一步，所述伸缩膜片为波纹膜片；所述波纹膜片呈可伸缩的筒状结构，所述波纹膜片一端为敞口的连接端，所述波纹膜片另一端为密封的自由端，所述波纹膜片通过连接端与相变材料密封腔的内侧壁固定连接。
15.采用上述进一步方案的有益效果是：采用波纹膜片，可以轴向伸缩运动发生形变，进行改变液体缓冲腔和气体缓冲腔的容积大小。
16.进一步，所述缓冲壳以及所述伸缩膜片均采用金属材质制成。
17.采用上述进一步方案的有益效果是：缓冲壳以及伸缩膜片均采用金属材质，金属材料本身具有一定的形变空间，而且结构强度能够得到保证，能够适应于航空航天各种长时间苛刻环境的使用。
18.进一步，所述金属壳体的内侧壁上设有加强筋，所述加强筋沿垂直于所述金属盖的方向延伸布置。
19.采用上述进一步方案的有益效果是：通过在金属壳体的内侧壁上设置加强筋，能够进一步保证了金属壳体的结构强度。
20.一种安全相变装置，包括多个所述的安全相变单元，多个所述安全相变单元的金属壳体外侧面固定连接，且使多个存储槽合围形成存储腔。
21.本发明的有益效果是：本发明的安全相变装置，将多个安全相变单元固定连接，形成存储腔，能够将物品存储在存储腔内，有利于物品在航空航天等苛刻环境的长时间存储，可以利用压力缓冲器对压力进行缓冲，避免相变材料密封腔内的压力急剧变化，进而避免对金属壳体造成损坏，避免引发相变材料的泄漏等问题。
22.一种上述安全相变单元的制备方法，包括以下步骤：
23.s1，一体加工形成具有存储槽的金属壳体；
24.s2，将压力缓冲器固定在所述金属壳体的内侧壁上，使金属壳体的敞口端与金属
盖密封焊接固定且合围成相变材料密封腔；
25.s3，通过金属壳体上的加注口向所述相变材料密封腔内注入液体相变材料，在常压状态使所述液体相变材料填充满所述相变材料密封腔，再将加注口封闭。
26.本发明的有益效果是：本发明的安全相变单元的制备方法，采用一体加工形成具有存储槽的金属壳体，能够使金属壳体的结构强度更高。
附图说明
27.图1为本发明安全相变单元的立体结构示意图；
28.图2为本发明安全相变单元的剖视结构示意图；
29.图3为本发明压力缓冲器的内部结构示意图；
30.图4为本发明压力缓冲器的受压状态示意图。
31.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
32.1、金属壳体；11、存储槽；12、加强筋；13、相变材料密封腔；14、加注口；2、金属盖；3、压力缓冲器；31、缓冲壳；32、伸缩膜片；33、压力缓冲口；34、液体缓冲腔；35、气体缓冲腔；36、缓冲管。
具体实施方式
33.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
34.实施例1
35.如图1和图2所示，本实施例的一种安全相变单元，包括金属壳体1和金属盖2，所述金属壳体1的外侧面凹陷形成存储槽11，所述金属盖2与所述金属壳体1的敞口端密封固定连接且合围成相变材料密封腔13；所述相变材料密封腔13内填充有相变材料，所述相变材料密封腔13的内侧壁上还设有压力缓冲器3。
36.如图2～图4所示，本实施例的所述压力缓冲器3包括缓冲壳31以及伸缩膜片32，所述缓冲壳31上开设有压力缓冲口33，所述伸缩膜片32设置在所述缓冲壳31内，所述伸缩膜片32的内侧壁与缓冲壳31的部分内侧壁合围形成密封的气体缓冲腔35，所述伸缩膜片32的外侧壁与所述缓冲壳31的另一部分内侧壁之间形成液体缓冲腔34；所述缓冲壳31固定在所述相变材料密封腔13的内侧壁上，所述液体缓冲腔34通过压力缓冲口33与所述相变材料密封腔13连通。采用缓冲壳和伸缩膜片，相变材料密封腔内的相变材料可以进入到缓冲壳的液体缓冲腔内，当金属壳体受到外部苛刻环境影响，而使相变材料密封腔的压力发生变化时，可以通过伸缩膜片在缓冲壳内的往复运动，来适应不同的压力变化，维持相变材料密封腔内的压力稳定，避免发生相变材料泄漏等问题。
37.具体的，本实施例的气体缓冲腔35在生产过程中，伸缩膜片32固定在缓冲壳31的内侧壁上后自动封闭，内部为常压。气体缓冲腔35内部的留存的气体可以为惰性气体，例如氮气，有利于缓冲壳以及伸缩膜片壁面的化学性能稳定。本实施例的液体缓冲腔34在向金属壳体的相变材料密封腔内注入相变材料时，液体缓冲腔34内部也填充了液体相变材料。
38.如图2～图4所示，本实施例的所述缓冲壳31为筒状结构，所述筒状结构的一端为封闭端、另一端开设有所述压力缓冲口33，所述筒状结构的封闭端固定在所述相变材料密
封腔13的内侧壁上，所述伸缩膜片32固定在所述缓冲壳31邻近所述封闭端的内侧壁上，所述压力缓冲口33位于所述伸缩膜片32的伸缩运动方向上。即可将压力缓冲口33设置在伸缩膜片32伸缩方向的中心位置，有利于伸缩膜片32受压后进行伸缩运动。通过将伸缩膜片固定在缓冲壳邻近封闭端的内侧壁上，有利于为伸缩膜片在缓冲壳内的运动提供移动的空间；而且将压力缓冲口设置在伸缩膜片的伸缩运动方向上，有利于伸缩膜片在伸缩运动过程中，液体形变材料从液体缓冲腔内流出或流入液体缓冲腔内。
39.在使用的时候，可以将缓冲壳31的封闭端外侧壁固定在金属壳体1的内侧壁上，也可以将缓冲壳31的周侧壁固定在金属壳体1的内侧壁上。
40.具体的，本实施例的一个可选方案为，所述缓冲壳31采用方形筒或圆形筒或多边形筒结构。伸缩膜片32的外侧壁可以与缓冲壳31的内侧壁之间预留一定的用于液体相变工质流动的间隙，这个间隙的设置也方便伸缩膜片32在缓冲壳31内进行伸缩运动，而不会受到缓冲壳31内侧壁的干扰。可以将缓冲壳31的内侧壁与伸缩膜片32的外侧壁之间的间隙均匀设置，有利于伸缩膜片32受压后稳定伸缩。
41.另外，本实施例的一个优选方案为，可将伸缩膜片32的形状设置为与缓冲壳31的形状相适配，即如果缓冲壳31采用圆筒状结构，可将伸缩膜片32也设置为圆筒状结构，如果缓冲壳31设置为方筒状结构，可将伸缩膜片32也设置为方筒状结构。
42.如图2～图4所示，本实施例的所述压力缓冲口33处设有缓冲管36，所述缓冲管36密封固定在所述压力缓冲口33的四周且与所述缓冲壳31固定连接。通过设置缓冲管，液体相变材料从缓冲管流入压力缓冲口，再流入到缓冲壳的液体缓冲腔内，为液体相变材料的流动提供一定的缓冲距离，使压力缓冲器的缓冲过程更加平缓。
43.如图3和图4所示，本实施例的所述伸缩膜片32为波纹膜片；所述波纹膜片呈可伸缩的筒状结构，所述波纹膜片一端为敞口的连接端，所述波纹膜片另一端为密封的自由端，所述波纹膜片通过连接端与相变材料密封腔13的内侧壁固定连接。采用波纹膜片，可以轴向伸缩运动发生形变，进行改变液体缓冲腔和气体缓冲腔的容积大小。
44.其中，本实施例的波纹膜片的自由端端面为平面结构，采用平面结构的自由端，当液体相变材料进入到缓冲壳内后，可以对波纹膜片的自由端端面进行均匀的冲击，使波纹膜片的自由端端面受力均匀稳定，有利于波纹膜片的稳定伸缩运动。
45.本实施例的一个优选方案为，所述缓冲壳31以及所述波纹膜片均采用金属材质制成，例如可以采用铝合金、钛合金或者不锈钢等。缓冲壳以及波纹膜片均采用金属材质，金属材料本身具有一定的形变空间，而且结构强度能够得到保证，能够适应于航空航天各种长时间苛刻环境的使用。
46.本实施例的一个具体方案为，可将波纹膜片的连接端直接焊接在缓冲壳31的内侧壁上，使缓冲壳与波纹膜片的连接更加牢固，保证了密封性。
47.本实施例的一个优选方案为，如图2所示，所述金属壳体1的内侧壁上设有加强筋12，所述加强筋12沿垂直于所述金属盖2的方向延伸布置。通过在金属壳体的内侧壁上设置加强筋，能够进一步保证了金属壳体的结构强度。
48.本实施例的安全相变单元可以采用方形结构，如图1和图2所示，也可以采用圆形结构或者采用多边形结构，具体可以根据需要存储物体的形状来设置安全相变单元的形状。
49.本实施例的一个优选方案为，所述金属盖2采用平板状结构，本实施例的存储槽11的凹陷深度不大于所述金属壳体1的厚度，即在安装金属盖2的时候，使金属盖2与存储槽11的底壁之间预留有一定的相变材料填充空间，这样形状的安全相变单元结构规整可靠，方便运输存储。当然，也可以采用其他结构的金属盖2，例如采用具有一定深度的金属盖2的时候，也可以将存储槽11的凹陷深度设置为大于金属壳体1的厚度，只要保证存储槽11的底壁与金属盖2之间预留有足够的相变材料填充空间即可。
50.本实施例的安全相变单元内填充的相变材料可以选用石蜡等常用相变材料。当安全相变单元的金属壳体受到外部严苛条件影响后，一般情况下是相变材料受热后，相变材料膨胀，使金属壳体内部压力急剧升高，如果没有缓冲器会对金属壳体以及金属盖等造成极大的破坏，使相变材料泄漏，甚至对存储物品造成挤压变形，当加入本实施例的压力缓冲器后，相变材料的膨胀会推动波纹膜片运动，如图4所示，膨胀量被波纹膜片的运动量抵消，内部压力不会急剧上升，不会对金属壳体、金属盖以及内部存储物品造成损伤。
51.本实施例的安全相变单元，通过在金属壳体的外侧面上凹陷形成存储槽，能够方便将存储物品存储在存储槽内；通过将相变材料密封设置在相变材料密封腔内，并设置压力缓冲器，当安全相变单元处于外部恶劣环境时，相变材料密封腔内的压力急剧升高或下降，可以利用压力缓冲器对压力进行缓冲，避免相变材料密封腔内的压力急剧变化，进而避免对金属壳体造成损坏，避免引发相变材料的泄漏等问题。本发明的安全相变单元，尤其针对航空航天领域的物品存储，能够适应于航空航天长时间苛刻环境的物品存储过程。
52.实施例2
53.本实施例提供了一种安全相变装置，包括多个所述的安全相变单元，多个所述安全相变单元的金属壳体1外侧面固定连接，且使多个存储槽11合围形成存储腔。
54.具体的，本实施例的安全相变装置可以包括两个安全相变单元，这两个安全相变单元可以对扣，使两个存储槽11合围形成一个存储腔，然后再焊接固定或通过连接件连接固定，例如可以通过绳子绑扎固定或者可以设置为铰接形式并通过锁扣锁合固定。
55.本实施例的安全相变装置还可以包括六个安全相变单元，可以将六个安全相变单元合围形成六面体，再将六面体的各个边进行固定连接。
56.本实施例的安全相变装置，将多个安全相变单元固定连接，形成存储腔，能够将物品存储在存储腔内，有利于物品在航空航天等苛刻环境的长时间存储，可以利用压力缓冲器对压力进行缓冲，避免相变材料密封腔内的压力急剧变化，进而避免对金属壳体造成损坏，避免引发相变材料的泄漏等问题。
57.实施例3
58.一种上述安全相变单元的制备方法，包括以下步骤：
59.s1，一体加工形成具有存储槽11的金属壳体1；
60.s2，将压力缓冲器3固定在所述金属壳体1的内侧壁上，使金属壳体1的敞口端与金属盖2密封焊接固定且合围成相变材料密封腔13；
61.s3，通过金属壳体1上的加注口14向所述相变材料密封腔13内注入液体相变材料，在常压状态使所述液体相变材料填充满所述相变材料密封腔13，再将加注口14封闭，加注口14可以采用焊接进行封闭。
62.本实施例具体可采用注射器缓慢将液体相变材料注入到金属壳体的相变材料密
封腔内，加注完成后再将加注口焊接封死，保证其整体强度和密封性。
63.具体的，所述金属壳体1可以采用金属块一体加工而成，例如可以采用模具加工，也可以一体冲压，或者采用切削形成。金属盖再对整个金属壳体1的敞口端进行焊接密封，这样可以保证安全相变单元整体的结构强度很高，足以耐受严苛的力学环境、高温环境等，在使用的时候，将两块或以上的安全相变单元对盖在一起，可以很好的保证存储物品的密封性，使内部存储槽内的物品温度不受外部干扰。
64.本实施例的安全相变单元的制备方法，采用一体加工形成具有存储槽的金属壳体，能够使金属壳体的结构强度更高。
65.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
66.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
67.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
68.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
69.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
70.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。