一种相变储能装置的制作方法

1.本实用新型涉及相变储能利用技术领域，特别涉及一种相变储能装置。


背景技术：

2.随着航天技术的发展，单机的种类越来越多，有一类单机发热量较大，热流密度较高，并且是短时、周期性工作。如果这些热量不及时排散，将会使单机的温升过高，导致其性能下降，更严重时将会导致单机的功能和寿命受到影响。对于短时、周期性工作的单机，相变热控技术是一种很好的选择。当单机工作发热时，相变材料吸收热量并融化，使单机温度维持在相变点附近；当单机停止工作后，相变热沉通过辐射排散热量而凝固，一方面维持单机的温度，另一方面为下一个工作循环做准备。在相变材料放热过程中，流体回路可增大散热功率，缩短相变材料凝固时间。相变储能装置是基于此原理和相变热控技术的一种新型热控装置。
3.相变储能装置的结构也有多种多样，但基本要求都是内部可填充的相变材料占比尽量大，同时相变装置有很好的结构强度，能耐高温和高压。相变储能装置制作过程中选用的相变材料、壳体及焊料有很好的相容性，不能产生化学反应而生成杂质气体，同时制作过程中不能引入其余杂质，而造成相变储能装置性能下降，甚至内部压力过大造成整个装置鼓包或者破损。
4.但现有技术中相变储能装置密封性达不到需求，并且在使用过程中散热肋片容易发生形变。因此亟需一种可靠，密封性高，肋片形状稳定的相变储能装置。


技术实现要素：

5.该实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种可靠，密封性高，肋片形状稳定的相变储能装置。
6.为了实现上述的目的，该实用新型的具有如下构成，其包括底板，包括底板肋片以及相邻底板肋片间的线切割槽；壳体，与所述的底板焊接，所述壳体与底板焊接后内部的空间为相变储能装置腔体，所述的壳体一侧设置有充装口；充装管，与所述的充装口焊接固定；相变材料，填充于所述的相变储能装置腔体内。
7.在该相变储能装置中，所述的底板两侧设置有拼接处。
8.在该相变储能装置中，所述的壳体内顶面与底板肋片顶端，所述的壳体下部与所述的底板的拼接处，均通过扩散焊焊接连接。
9.在该相变储能装置中，所述的充装管与所述的充装口通过交流钨极氩弧焊接连接。
10.在该相变储能装置中，所述的线切割槽槽深19.8mm。
11.在该相变储能装置中，所述的充装管尺寸为外圈直径6mm，内圈直径3mm，长度为 90mm～110mm。
12.在该相变储能装置中，所述的充装管为6063铝合金充装管。
13.在该相变储能装置中，所述的底板肋片垂直于底板均匀分布，并且其顶面平整。
14.在该相变储能装置中，所述的相变储能装置还包括保护盖，所述的保护盖通过双组份环氧胶与所述的相变储能装置胶接。
15.采用了该实用新型的相变储能装置包括底板肋片以及相邻底板肋片间的线切割槽；壳体，与所述的底板焊接，所述壳体与底板焊接后内部的空间为相变储能装置腔体，所述的壳体一侧设置有充装口；充装管，与所述的充装口焊接固定；相变材料，填充于所述的相变储能装置腔体内。该实用新型的相变储能装具有可靠，密封性高，肋片形状稳定的优点。
附图说明
16.图1为相变储能装置优选实施例的侧面剖视图；
17.图2为底板的优选实施例的侧面剖视图；
18.图3为底板的优选实施例的俯视结构图；
19.图4为相变储能装置优选的第一实施例的制备流程；
20.图5为相变储能装置优选的第二实施例的制备流程；
21.符号说明：底板1；底板肋片2；腔体3；壳体4；充装口5。
具体实施方式
22.下面将结合附图对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显而易见地，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，也属于本实用新型保护的范围。
23.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
24.本实用新型的涉及一种相变储能装置，如图1、图2及图3所示为优选的相变储能装置实施例，其包括底板1，包括底板肋片2以及相邻底板肋片2间的线切割槽，所述的底板肋片2垂直于底板1均匀分布，并且其顶面平整；壳体4，与所述的底板1焊接，其焊接方式为扩散焊；所述壳体4与底板1焊接后内部的空间为相变储能装置腔体，所述的壳体4一侧设置有充装口5，充装管与所述的充装口5焊接固定；相变材料填充于所述的相变储能装置腔体内。
25.在优选的相变储能装置实施例中，所述的底板1两侧设置有拼接处。所述的壳体4内顶面与底板肋片2顶端，所述的壳体4下部与所述的底板1的拼接处，均通过扩散焊焊接连接。
26.在优选的相变储能装置实施例中，所述的充装管与所述的充装口5通过交流钨极氩弧焊接连接。
27.在优选的相变储能装置实施例中，所述的线切割槽槽深19.8mm。
28.在优选的相变储能装置实施例中，所述的充装管尺寸为外圈直径6mm，内圈直径3mm，长度为90mm～110mm。
29.在优选的相变储能装置实施例中，所述的充装管为6063铝合金充装管。
30.在优选的相变储能装置实施例中，所述的相变储能装置还包括保护盖，所述的保护盖通过双组份环氧胶与所述的相变储能装置胶接。
31.采用了该实用新型的相变储能装置，通过交流钨极氩弧焊及扩散焊保证了底板肋片和壳体能完全焊接牢固，底板四周和壳体也能完全密封。该实用新型的相变储能装置结构强度高，平面底板和壳体平面不容易受压鼓包或者开裂损坏。
32.该实用新型优选通过如图4所示第一制备方法加工而成，该实用新型的相变储能装置优选的制备流程，包括步骤：
33.s0-1、切割加工材料，根据产品的外形尺寸从原料中切割下相应尺寸的加工材料，该加工材料尺寸相较于所述的产品外形尺寸的长宽各增加10mm方法余量，厚度增加5mm方法余量；
34.s0-2、加工材料热处理，对所述切割下来的加工材料进行260～300℃，12小时的高温处理后，冷却至常温。
35.s1、底板加工，切割形成底板肋片，所述相邻底板肋片间为线切割槽；
36.s11、底板的长度和宽度使用三轴加工中心加工；
37.s12、采用线切割铣的方式形成线切割槽，切割后的突出部分为底板肋片，切割时从所述底板的中间向两边逐步切割，对线切割槽进行多次切割至设定槽深；在每个线切割槽切割好后插入厚度为1mm的铝片；所述的每次切割的深度不超过1mm。
38.s13、在所述的线切割槽内灌注石蜡，用于固定所述的肋片，随后对所述的肋片顶面的平面度加工，多次进刀切削肋片至设定尺寸并使顶面平整，所述的进刀切削深度单次不超过0.05mm。
39.s14、清理线切割槽内的石蜡，并去除所述底板的多余毛刺。
40.s2、壳体加工，并在壳体一侧加工形成充装口；
41.s3、充装管加工；
42.s3-1、保护盖加工，保护盖采用6063铝合金材料加工。
43.s4、壳体与底板焊接，所述壳体与底板焊接后的内部空间为相变储能装置腔体；所述焊接方式为扩散焊
44.s5、充装管焊接，将充装管与所述的充装口焊接；所述焊接方式为交流钨极氩弧焊。
45.s5-1、用三轴加工中心根据产品的外形尺寸对所述的相变储能装置进行精确加工。
46.s5-2、密封充装管，使用闭口冷焊钳将所述的充装管与所述的连接处密封，再使用氩弧焊进行封焊。
47.s5
‑‑
3、表面处理，对所述的相变储能装置需做表面阳极氧化处理。
48.s6、相变材料充装，所述的充装口与设备接头相连接，保持所述的相变储能装置温度在 85～95摄氏度，将所述的相变储能装置腔体抽真空，真空度达到1x10^2pa后，再注入正相变材料至完全充满相变储能装置腔体。
49.s7、焊封所述的充装口。
50.s71、用闭口冷焊钳在靠近所述充装管与充装口焊接处钳封充装管；
51.s72、将所述的充装口焊封。
52.s8、保护盖胶接，所述的保护盖采用双组份环氧胶与所述的相变储能装置胶接，所述胶接的常温固化时间不小于24小时。
53.该实用新型优选的第二制备方法如图5所示，为该实用新型的相变储能装置的制备流程，包括以下步骤：
54.1.原材料切割下料：根据产品外形尺寸，长宽方向各增加10mm工艺余量，厚度方向增加5mm工艺余量。
55.2.原材料热处理：对切割下来的原材料进行260～300℃、12小时的时效处理后，随炉冷却至常温，目的是改善材料的加工性能以及加工后的稳定状态。
56.3.机加工：
57.3.1底板的加工：
58.3.11底板的长度和宽度尺寸用三轴加工中心加工。
59.3.12底板肋片采用线切割铣的方式进行加工，加工时，线切割槽由中间向两边逐步加工，槽深19.8mm，所述的底板肋片比现有技术常用的肋片高度低0～0.5mm，每次切割的深度不超过1mm。每次切割完后，在切割好的缝隙中插入1mm的铝片，防止后续切割相邻槽时，肋片发生倒伏或折弯变形，切割完成后的底板肋片为针式肋片。
60.3.13底板槽道铣好后，再进行底板肋片顶面的平面度加工。加工底板肋片顶面时，需预先在槽道内灌注石蜡，用于固定每个底板肋片，防止加工顶面时肋片发生倒伏或者折弯，每次切削进刀深度不超过0.05mm，以防止肋片在加工过程中受力发生扭曲变形。
61.3.1.4底板加工完毕后，将槽道内的石蜡清理干净，并去除多余毛刺。
62.3.2壳体采用数控三轴加工中心进行加工，并在壳体一侧加工形成充装口。
63.4.检验：对机加工零件的全尺寸检验，并记录检验数据，为后期焊接后的变形量计算提供数据支撑。
64.5.壳体辅件加工：
65.5.1充装管：充装管采用6063铝合金棒材加工，其外周的直径为φ6mm、内周直径φ 3mm，长度为100
±
10mm。
66.5.2保护盖：相变储能装置的保护盖需根据相应的机加工图纸进行加工，材料采用6063 铝合金。
67.6.检验：保护盖加工完成后，根据相应的机加工图纸进行全尺寸检验。
68.7.焊接：
69.7.1焊接前清洗：焊接前，完成相变储能装置零件的清洗工作，保证零件内外表面呈银白色金属光泽，无油污、灰尘及其它多余物残留。
70.7.2扩散焊焊接：壳体顶面的内表面与底板肋片之间，以及壳体底面与底板的拼接处，均采用扩散焊的方式进行焊接。焊接时，根据图纸对齐壳体和底板的周边，保证本体外形及内部肋片的焊接变形量小于焊接前对应尺寸的1％。
71.扩散焊是指相互接触的材料表面，在温度和压力的作用下相互靠近，局部发生塑性变形，原子间产生相互扩散，在界面处形成新的扩散层，从而实现可靠连接。扩散焊能保证每个针式肋片都能于壳体表面焊接完全焊透，保证了整个相变储能装置的结构强度，而且焊接时不需要添加焊料，不会引入其他杂质。保证了相变储能装置的产品性能和使用的
可靠性。
72.8.检验：壳体与底板焊接后其内部空间形成的腔体需测量其外形尺寸，并做氮气打压测试，压力1mpa，保持30分钟后外观不变形。
73.9.机加工：
74.9.1焊接后机加工：根据相变储能装置焊接后机加工工艺图纸进行加工。
75.9.1.1加工前，需先使用氩弧焊将充装口封焊住，防止铝屑及切削液进入；
76.9.1.2用三轴加工中心进行外形尺寸的加工。
77.10.检验：对机加工零件的全尺寸检验，并记录检验数据。
78.11.充装管焊接：
79.11.1充装管焊接：焊接时，将充装管与相变储能装置充装口对接，焊接采用交流钨极氩弧焊工艺。
80.11.2焊接质量检测：
81.11.2.1氦检漏：对充装管管壳进行氦质谱仪漏率检测并记录，漏率应不大于 1
×
10-8
pa
·
m3/s。
82.11.2.2x光检测：对焊接后的焊缝以及与焊缝相连的充装管管壳本体进行x光检查并记录图像。检查焊缝质量，焊缝不得有裂纹、不得有连续或成群的气孔。另外需观察肋片影像，不能有弯曲现象。
83.11.2.3打压测试：对相变储能装置的腔体进行打压测试，使用氮气打压，压力1mpa，保压30分钟后，外观不能发生变形。
84.12.充装管密封：
85.使用闭口冷焊钳将相变储能装置的充装口密封，再使用氩弧焊进行封焊，以防止表面处理时试剂流入腔体中。
86.13.表面处理：
87.相变储能装置需做表面阳极氧化处理，与单机接触的安装底面除外。
88.14.相变工质充装，采用真空吸入法充装。
89.14.1充装前称重：将待充装的相变储能装置放在天平上称重并记录重量p1。
90.14.2充装设备准备：按照设备操作规程完成原液加注准备工作。
91.14.3相变工质充装：进行相变材料的充装，充装时，充装口与设备接头相连接，保持相变储能装置温度在90
±
5℃。先将腔体抽真空，真空度达到1x102pa后，再注入正相变材料至完全充满相变材料填充腔。充满后，用闭口冷焊钳在靠近壳体和充装管焊疤处钳封充装管，保证钳封后的充装管在后续管口封焊时留有足够长度。真空吸入法充装原理是预先将相变储能腔体抽真空，再利用外部的大气压力将相变材料压入腔体，此法能保证充满腔体，没有杂质空气等残留，而且充装的效率高。
92.14.4充装后称重：将充注好的相变储能装置和钳断的充装管放在天平上称重并记录重量 p2。相变工质充注量δp＝p2-p1。
93.15.充装口封焊
94.充装完成后尽快进行封焊，封焊时根据保护盖内腔长度15
±
0.5mm，对封头封焊位置进行微调，保证成品尺寸满足图纸要求。
95.16.耐温试验
96.16.1耐温试验：封焊合格后进行耐温测试，耐温时间1小时，温度60
±
5℃。耐温试验后，在12小时内观察是否有相变工质溢出或壳体发生变形的情况。
97.16.2检验：测量相变储能装置安装面的平面度，平面度需优于：表面任意200mm
×ꢀ
200mm的范围内，位于距离为公差值0.1mm的两平行平面内。
98.17.保护盖胶接
99.耐温合格后的相变储能装置需进行保护盖胶接，保护盖胶接后长度满足图纸要求，胶接时避免伤到焊缝，尽可能减小保护盖与本体之间间隙。所述胶接采用双组份环氧胶，胶的常温固化时间不小于24小时。
100.18.激光刻字
101.产品标志采用激光刻字的方法，在相变储能装置的上表面中间位置刻字。菱形框锐角为 45
°
，线宽为1mm，线长为40mm。菱形框内刻上阶段批次号、产品代号以及投产年份。
102.19.检验
103.根据设计图纸的要求，检验相变储能装置的外形尺寸及外观，安装面的平面度要优于表面任意200mm
×
200mm的范围内，位于距离为公差值0.1mm的两平行平面内，需提供相应的检测记录表。
104.20.清洁装箱
105.相变储能装置表面用无水酒精擦拭干净，在包装箱内应尽量水平放置，并用软的衬垫将其保护好。
106.该相变储能装置制备方法，底板肋片采用线切割的方式加工，相比加工中心的精雕，提高了加工效率，降低了加工成本。加工过程中插入工艺定型铝片，这种做法能保证针式肋片加工过程不发生倒伏，折弯变形。整体制备步骤和特点保证了产品，焊接时底板的所有底板肋片和壳体能完全焊接牢固，底板四周和壳体也能完全密封。此制备方法制作的相变储能装置结构强度高，底板和壳体平面不容易受压鼓包或者开裂损坏。此制备方法制作的产品质量可控，生产效率显著提高，便于该结构相变储能装置的批量化生产和应用。
107.上面是对本实用新型的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本实用新型的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本实用新型的技术特征的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本实用新型范围内。应当理解，上面是对本实用新型的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本实用新型由权利要求书及其等效物限定。