一种石墨烯膜蒙皮热控装置的制作方法

1.本发明涉及电子设备热控装置领域，尤其涉及一种石墨烯膜蒙皮热控装置。


背景技术：

2.航空电子系统是现代化飞机中的重要组成部分，是保障飞机实现既定任务和安全飞行的重要技术手段，也是决定现代航空装备综合性能的关键因素。随着航空电子设备技术的发展，其功耗、热耗不断提升，散热也面临着更大的挑战。
3.电子设备的冷却主要有主动液冷、主动风冷、自然散热等几种形式，其中主动液冷与风冷冷却效率较高，应用较为广泛。通过主动冷却形式，可获得较好的冷却效果，但泵与风机等运动部件长期工作存在可靠性的问题；在某些航空平台，特别是无人机、飞艇或小型飞机上，受到资源、空间等因素的影响，无法为电子设备提供主动冷却资源，只能利用自然散热此类被动散热的方式解决设备散热问题。
4.飞行器外部环境温度低，空气流速快，通过蒙皮散热器，可利用外部低温环境对电子设备进行冷却，但传统的金属材料蒙皮散热器依然存在增加系统重量、散热效率低等一系列问题，因此需要一种能够减轻系统重量，增加散热效率的散热器


技术实现要素：

5.为解决现有的技术问题，本发明提供了一种石墨烯膜蒙皮热控装置，通过柔性石墨烯复合膜可进行共形及结构功能一体化设计，结合热开关的设计，利用外界环境，实现高温环境条件下电子设备高效散热及低温环境条件下的有效保温。
6.本发明的具体内容如下：一种石墨烯膜蒙皮热控装置，包括石墨烯蒙皮散热器和石蜡热开关，所述石墨烯蒙皮散热器包括石墨烯芯体和聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜位于石墨烯芯体外层并且对其进行封装，石墨烯蒙皮散热器与石蜡热开关的一侧相连，石蜡热开关的另一侧与外部热源相连。
7.进一步的，石墨烯芯体包括一层或多层石墨烯，聚酰亚胺薄膜均匀分布在石墨烯芯体的外表面并且在石墨烯芯体的边缘进行封闭，聚酰亚胺薄膜的外侧进行金属化处理或涂覆漆。
8.进一步的，石蜡热开关包括热开关外壳和石蜡，热开关外壳为封闭式结构，石蜡位于热开关外壳中；石蜡处于固态时，石蜡与热开关外壳的顶部之间形成真空腔，石蜡处于液态时，充满整个热开关外壳。
9.进一步的，热控装置水平安装时，石蜡热开关的水平长度不大于石墨烯蒙皮散热器的长度。
10.进一步的，热控装置竖直安装时，当石蜡为固态时，真空腔的竖直长度不小于石墨烯蒙皮散热器的长度。
11.进一步的，石墨烯蒙皮散热器与热源的固定方式包括胶接。
12.本发明的有益效果：以石墨烯为内部导热芯体，外层进行高强度封装，能获得拥有
较大厚度、良好的导热性能、一定的结构强度的大尺寸复合石墨烯膜。对于低速无人机及飞艇等平台，其蒙皮所受风载荷相对较低，经封装强化后的复合石墨烯膜可满足此类平台蒙皮的强度要求，石墨烯蒙皮散热器在结构上与平台其他蒙皮固定相连，充当蒙皮的机构功能，内侧与发热电子设备相连，高效热扩展后实现对环境散热。在电子设备与石墨烯蒙皮散热器之间增加石蜡热开关。低温情况下热开关关闭，阻断电子设备与外界环境的传热路径；高温情况下热开关开启，实现电子设备与外界环境的有效热交换。复合石墨烯膜边缘与结构骨架或其他蒙皮连接固定，从而维持平台的气动外形，由于石墨烯膜具备一定柔性，可顺应平台气动外形，实现曲面包覆。能够对安装在其上的电子设备实现快速热扩展，可在较小资源代价下，高温工况下利用外部环境实现高效散热，低温工况下实现电子设备的有效保温。
附图说明
13.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
14.图1为本发明的石墨烯膜蒙皮热控装置原理图；
15.图2为本发明的石墨烯蒙皮散热器结构示意图；
16.图3为石蜡热开关结构示意图1；
17.图4为石蜡热开关结构示意图2；
18.图5为本发明的石墨烯膜蒙皮热控装置应用示意图1；
19.图6为本发明的石墨烯膜蒙皮热控装置应用示意图2。
20.其中，1、石墨烯蒙皮散热器，2、热源，3、石蜡热开关，4、石墨烯芯体，5、聚酰亚胺薄膜，6、表面高亮金属化层，7、热开关外壳，8、石蜡，9、真空腔，10、机翼结构蒙皮。
具体实施方式
21.实施例一
22.本实施例提供一种石墨烯膜蒙皮热控装置。柔性石墨烯复合膜可进行共形设计，通过蒙皮散热器的形式，替代无人机或飞艇蒙皮，起到结构功能一体化的效果。结合热开关的设计，利用外界环境，实现高温环境条件下电子设备高效散热及低温环境条件下的有效保温。同时得益于石墨烯的高导热特性，相较于传统散热器可实现系统重量的大幅降低。
23.图1为石墨烯膜蒙皮热控装置工作原理图。石墨烯膜蒙皮热控装置包括石墨烯蒙皮散热器1和石蜡热开关3，石墨烯蒙皮散热器1包括石墨烯芯体4和聚酰亚胺薄膜5，聚酰亚胺薄膜5位于石墨烯芯体4外层并且对其进行封装，石墨烯蒙皮散热器1与石蜡热开关3的一侧相连，石蜡热开关3的另一侧与外部热源2(电子设备)相连。石蜡热开关3可根据自身温度切换开启及关闭状态，高温时热开关导通，蒙皮散热器实现对电子器件发热量的热扩展后，通过辐射及对流的形式，向外界低温环境散热；低温时热开关关闭，减少设备向环境散热，维持器件温度。
24.图2为石墨烯蒙皮散热器示意图，石墨烯芯体4包括一层或多层石墨烯，聚酰亚胺薄膜5均匀分布在石墨烯芯体4的外表面并且在石墨烯芯体4的边缘进行封闭，聚酰亚胺薄膜5的外侧进行金属化处理或涂覆漆，本实施例中，聚酰亚胺薄膜5的外侧为表面高亮金属化层6。
25.石墨烯芯体4具备高导热系数，起到扩热传热的作用，通过聚酰亚胺薄膜5实现外层封装，对石墨烯芯体4进行保护。蒙皮散热器处于飞机最外表面，根据其安装位置的不同，会直接受到太阳辐射或地球红外反照的影响，对散热器外表面进行表面处理，聚酰亚胺封装层进行镀铝等高亮金属化处理或涂覆白漆，使表面具备高发低收特性，提升向环境辐射散热能力并降低外界太阳辐射、地球反照对散热的影响，提升散热效率。
26.图5为石墨烯膜蒙皮热控装置结构安装到机翼的示意图。石墨烯蒙皮散热器1取代了部分机翼结构蒙皮10，通过胶接或其他固定形式与机翼结构蒙皮10相连，形成整个机翼外蒙皮，保证机翼蒙皮的外部连续性。石墨烯蒙皮散热器1内表面通过石蜡热开关3与电子设备相连，石蜡热开关3起到调节器件温度作用，石墨烯蒙皮散热器1起到扩热散热作用。蒙皮散热器为复合膜材，不具备结构刚度，因此电子设备生根在机翼结构蒙皮10的x形加强筋上，起到安装固定作用，石蜡热开关3由四部分组成，各与电子设备的1/4相连，以避开机翼蒙皮的x型加强筋，分别与石墨烯蒙皮散热器1、电子设备形成练好的接触互联。
27.图3为水平安装的石蜡热开关3结构示意图，石蜡热开关3的水平长度不大于石墨烯蒙皮散热器1的长度。当电子设备大功率工作时，石蜡热开关3受热温度升高，石蜡8处于液态，充满整个热开关外壳7，从上至下形成热通路，电子设备发热量经石蜡热开关3向下传导至石墨烯蒙皮散热器1，利用散热器的高导热能力实现迅速扩热后，实现向环境的有效散热。极低温环境下，当电子设备待机或关机工况，由于发热量较少，低温下石蜡8处于固态，石蜡8凝固体积缩小，在重力作用下固态石蜡8聚集在腔体底部，在顶部形成真空腔9，隔断传热路径，从而避免外界极低温环境对电子设备的影响，将电子设备温度控制在合理范围内，达到低温保温效果。
28.实施例二
29.本实施例提供一种应用于飞艇平台的石墨烯膜蒙皮热控装置。与实施例一的区别主要在于应用平台的区别导致的蒙皮散热装置的安装固定形式的差异，发热器件及石墨烯膜蒙皮热控装置固定于飞艇侧边蒙皮，与地面成垂直效果，石墨烯膜蒙皮热控装置结构安装示意图如图6所示。
30.图6中，石墨烯蒙皮散热器1取代了部分飞艇蒙皮，通过胶接或其他固定形式与飞艇蒙皮相连，形成一体，保证飞艇蒙皮的外部连续性。石墨烯蒙皮散热器1内表面通过石蜡热开关3与电子设备相连，石蜡热开关3起到调节器件温度作用，石墨烯蒙皮散热器1起到扩热散热作用。电子设备及石蜡热开关3直接固定在石墨烯蒙皮散热器1上，蒙皮散热器为复合膜材，结构强度较低，因此只适用于重量较轻的设备，飞艇振动冲击等负载强度较低，因此蒙皮散热器也可承担部分结构功能。石蜡热开关3，分别与石墨烯蒙皮散热器1、电子设备形成练好的接触互联。
31.图4为竖直安装的石蜡热开关3结构示意图，当石蜡8为固态时，真空腔9的竖直长度不小于石墨烯蒙皮散热器1的长度。当电子设备大功率工作时，石蜡热开关3受热温度升高，石蜡8处于液态，充满整个热开关外壳7，自左至右形成热通路，电子设备发热量经石蜡热开关3传导至石墨烯蒙皮散热器1，利用散热器的高导热能力实现迅速扩热后，实现向环境的有效散热。极低温环境下，当电子设备待机或关机工况，由于发热量较少，低温下石蜡8处于固态，石蜡8凝固体积缩小，在重力作用下固态石蜡8聚集在腔体底部，在顶部形成真空腔9，隔断传热路径，从而避免外界极低温环境对电子设备的影响，将电子设备温度控制在
合理范围内，达到低温保温效果。
32.由于复合石墨烯膜密度明显低于铝、铜等高导热金属或热管板，厚度更薄，且其具备更高的导热系数，散热面利用率高，得到的散热器重量较传统散热器大幅降低，因此本发明有利于大幅降低系统重量，实现轻量化。通过蒙皮热控装置，可实现热源2与外界低温环境的高效散热，利用复合石墨烯膜高导热特性，散热效率可以得到进一步的提升。低温工况下，热开关可阻隔设备与外界环境的散热，提升保温效果，减少电加热功率的需求，有利于降低对供电资源的需求。利用蒙皮热控装置可实现高效的被动散热，相较于传统的主动液冷、主动风冷的冷却形式，减少了水泵、风机、接头等活动部件，系统可靠性大幅提升。
33.在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：
1.一种石墨烯膜蒙皮热控装置，其特征在于：包括石墨烯蒙皮散热器和石蜡热开关，所述石墨烯蒙皮散热器包括石墨烯芯体和聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜位于石墨烯芯体外层并且对其进行封装，石墨烯蒙皮散热器与石蜡热开关的一侧相连，石蜡热开关的另一侧与外部热源相连。2.根据权利要求1所述的石墨烯膜蒙皮热控装置，其特征在于：石墨烯芯体包括一层或多层石墨烯，聚酰亚胺薄膜均匀分布在石墨烯芯体的外表面并且在石墨烯芯体的边缘进行封闭，聚酰亚胺薄膜的外侧进行金属化处理或涂覆漆。3.根据权利要求1所述的石墨烯膜蒙皮热控装置，其特征在于：石蜡热开关包括热开关外壳和石蜡，热开关外壳为封闭式结构，石蜡位于热开关外壳中；石蜡处于固态时，石蜡与热开关外壳的顶部之间形成真空腔，石蜡处于液态时，充满整个热开关外壳。4.根据权利要求3所述的石墨烯膜蒙皮热控装置，其特征在于：热控装置水平安装时，石蜡热开关的水平长度不大于石墨烯蒙皮散热器的长度。5.根据权利要求3所述的石墨烯膜蒙皮热控装置，其特征在于：热控装置竖直安装时，当石蜡为固态时，真空腔的竖直长度不小于石墨烯蒙皮散热器的长度。6.根据权利要求1所述的石墨烯膜蒙皮热控装置，其特征在于：石墨烯蒙皮散热器与热源的固定方式包括胶接。

技术总结
本发明涉及一种石墨烯膜蒙皮热控装置，包括石墨烯蒙皮散热器和石蜡热开关，所述石墨烯蒙皮散热器包括石墨烯芯体和聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜位于石墨烯芯体外层并且对其进行封装，石墨烯蒙皮散热器与石蜡热开关的一侧相连，石蜡热开关的另一侧与外部热源相连。能够对安装在其上的电子设备实现快速热扩展，可在较小资源代价下，高温工况下利用外部环境实现高效散热，低温工况下实现电子设备的有效保温。温。温。


技术研发人员：张玉声 钱吉裕 魏涛 张露
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十四研究所
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/8/28