一种具有热补偿功能的蒸发舟

本蒸发舟涉及真空镀膜领域，尤其是在真空镀膜设备中蒸发舟组件。

背景技术：

1、蒸发舟作为蒸发物料的载体，不仅对物料起到承载作用，还对物料起到加热作用。为保证镀膜均匀性，物料的热蒸发均匀是不可缺少的一环，蒸发出的蒸汽均匀，镀层才会均匀，热源的均匀性即可保证物料蒸汽均匀；蒸发舟作为物料载体，其加热均匀即可保证物料蒸汽均匀。现有蒸发舟由于热源或结构设计的影响，导致普遍存在受热不均的现象，影响物料蒸汽的热蒸发，为改善此类问题，采用多种优点于一身的相变材料，其具有高能效、体积小、可以储存大量的能量，而且在相变时只需极小的体积变化，这使它们非常适合在空间受限的应用中使用。相变材料具有良好的循环稳定性和长期可靠性，能够经受多次循环使用而不损坏或失效。这使得它们在一些需要长期使用的应用中表现出色，如太阳能储能系统和温度调节设备。相变材料的相变过程不涉及化学反应，因此不会产生有害的气体或废物，具有很好的环保性。相变材料可以设计成不同的相变温度和相变热，以满足各种不同应用的需求。同时，它们还可以通过控制外部条件(如压力、温度、电场等)来实现相变的调控，具有很强的可调性和可控性。通过采用多种不同尺寸相变材料，利用相变材料在相变过程中吸收大量的热量，调节温度，并对不同熔点物料对应算法，实现分块主体处相变材料种类和厚度控制并通过相变材料特性实现温度控制。

技术实现思路

1、为解决上述问题，提供一种具有热补偿功能的蒸发舟。结构包括主体、保温层、相变层、热电偶。其中，主体为分体式，主体外围为保温层，保温层外围为相变层，相变层为分体式且与主体对应设置，相变层外部为热电偶；主体材料为氮化铝、石墨、硼化铝高温材料，保温层材料为硅酸铝纤维、陶瓷纤维、碳化硅、石墨、氧化锆陶瓷涂层高温材料，相变层材料为硬脂酸、银锡合金、硫酸盐、石蜡、铋、银、锑相变材料，热电偶为b型热电偶，材料为铂铑合金；物料填充于主体内，主体为蒸发热源，保温层具备隔热性能可降低热损失，相变层具备吸热放热性能；该蒸发舟具备热补偿功能：相变层各分块因材料属性差异，在吸收同等热量时温升不同，与对应主体之间的温差也不同，进而改变对应主体散热速率，实现主体内部物料温度的均匀分布；进一步地，当主体温度降低时，失去热平衡状态，对应相变层吸热速率降低，抑制主体温度的进一步降低；当主体温度升高时，失去热平衡状态，对应相变层吸热速率增加，抑制主体温度的进一步升高。

2、保温层紧贴主体，二者间缝隙≤0.1mm；相变层紧贴保温层，二者间缝隙≤0.05mm。

3、主体各分块排列方式为线性排列、对称分布、数量≥3且按奇数增加，中间分块高度最低，其他分块高度由中间向两端依次对称增加。

4、保温层全面包覆于主体外侧，高度高于主体高度，对主体起到保温作用，隔绝相变层与主体，避免主体温度过高导致相变层饱和问题。

5、相变层与主体对应设置，两端主体对应相变层为单块u型结构，其他主体对应相变层为两块平行结构，相变层高度与对应主体高度一致。相变层保证平整、压实。根据相变层特性，其在温度、压力或其他外部刺激下可以发生相变，即从一个物态转变为另一个物态，常见的相变包括固液相变和固气相变，具有以下几种性质：高储能密度、温度稳定性、快速响应特性。

6、根据主体不同分块的温度情况，由中间向两端依次对称减小设置相变层的比热容、依次对称增大设置相变层的厚度。由于主体分块高度不同，保温层与相变层设置与主体等高，包围在主体外侧，在初始状态下，因结构等因素散热量不同，主体在蒸镀过程中中间温度高，两侧温度低，根据相变层和比热容设置方式特性，相变层吸收同等热量下，温度变化小。中间部分温度高于两侧，所需保温少，对应大比热容下较小温度变化，外侧相变层温度较低，材料比热容小，吸收相同热量后温度变化大，对应较低温度能起到更好的保温效果。利用不同相变层的形状、材料和比热容，计算得出相邻相变层比例关系，设置相变层。计算如下：q1＝c1ρ1v1(t2-t1)，q2＝c2ρ2v2(t3-t1)，其中q1为比热容大处相变层吸收热量、c1为同处比热容、ρ1为同处相变层密度，t2为同处相变层对应主体温度，t1为相变层温度；q2为比热容小处相变层吸收热量、c2为同处比热容、ρ2为同处相变层密度、t3为同处相变层对应主体温度。以上所述相变层相邻，且根据设置要求c1＞c2、q1＞q2，换算后即计算后β取1.3～2.1。即根据相变层设置方式，相邻相变层满足基于主体至保温层的热通量与保温层至相变层的热通量相等原理，根据主体不同分块的温度需求，计算确定对应相变层的厚度。计算如下：q1＝q2，其中q1为主体外壁到保温层外壁热通量，q2为保温层外壁到相变层外壁热通量，λ1、λ2分别为保温层和相变层导热系数，t1、t2、t3分别为主体、保温层、相变层温度，δ1为保温层厚度，得到δ2相变层厚度。

7、主体处产生的热量经由保温层传递至相变层，不同物性的相变层组合吸收热量后，达到温度均匀的时间不同，具体时间通过计算，式中ρ为相变层密度、cp为相变层比定压热容、k为相变层导热系数、为相变层吸收热量、l为相变层相变潜热、α是相变层导温系数，取10-6～10-5m2/s之间，tl与ts分别为相变层液相和固相的温度，n为比例系数，取值范围3～5。

8、对于确定的相变层组合，相变层密度、比定压热容、导热系数、相变潜热、导温系数、液相和固相的温度均为确定值，通过比例系数表征主体温度，当相变层各分块温度相等时主体分块温度相等，比较不同相变层组合下主体分块温度达到相等的时间，可得用时最短的最优相变层组合。

技术特征：

1.一种具有热补偿功能的蒸发舟，其特征在于，包括主体、保温层、相变层及热电偶；其中，主体为分体式，主体外围为保温层，保温层外围为相变层，相变层为分体式且与主体对应设置，相变层外部为热电偶；主体材料为氮化铝、石墨、硼化铝高温材料，保温层材料为硅酸铝纤维、陶瓷纤维、碳化硅、石墨、氧化锆陶瓷涂层高温材料，相变层材料为硬脂酸、银锡合金、硫酸盐、石蜡、铋、银、锑相变材料，热电偶为b型热电偶，材料为铂铑合金；物料填充于主体内，主体为蒸发热源，保温层具备隔热性能可降低热损失，相变层具备吸热放热性能；该蒸发舟具备热补偿功能：相变层各分块因材料属性差异，在吸收同等热量时温升不同，与对应主体之间的温差也不同，进而改变对应主体散热速率，实现主体内部物料温度的均匀分布；进一步地，当主体温度降低时，失去热平衡状态，对应相变层吸热速率降低，抑制主体温度的进一步降低；当主体温度升高时，失去热平衡状态，对应相变层吸热速率增加，抑制主体温度的进一步升高。

2.根据权利要求1所述的具有热补偿功能的蒸发舟，其特征在于，保温层紧贴主体，二者间缝隙≤0.1mm；相变层紧贴保温层，二者间缝隙≤0.05mm。

3.根据权利要求1所述的具有热补偿功能的蒸发舟，其特征在于，主体各分块排列方式为线性排列、对称分布、数量≥3且按奇数增加，中间分块高度最低，其他分块高度由中间向两端依次对称增加。

4.根据权利要求1所述的具有热补偿功能的蒸发舟，其特征在于，保温层全面包覆于主体外侧，高度高于主体高度，对主体起到保温作用，隔绝相变层与主体，避免主体温度过高导致相变层饱和问题。

5.根据权利要求1所述的具有热补偿功能的蒸发舟，其特征在于，相变层与主体对应设置，两端主体对应相变层为单块u型结构，其他主体对应相变层为两块平行结构，相变层高度与对应主体高度一致。

6.根据权利要求5所述的具有热补偿功能的蒸发舟，其特征在于，根据主体不同分块的温度情况，由中间向两端依次对称减小设置相变层的比热容、依次对称增大设置相变层的厚度。

7.主体处产生的热量经由保温层传递至相变层，不同物性的相变层组合吸收热量后，达到温度均匀的时间不同，具体时间通过计算，式中ρ为相变层密度、cp为相变层比定压热容、k为相变层导热系数、为相变层吸收热量、l为相变层相变潜热、α是相变层导温系数，取10-6～10-5m2/s之间，tl与ts分别为相变层液相和固相的温度，n为比例系数，取值范围3～5。

8.根据权利要求7所述的具有热补偿功能的蒸发舟，其特征在于，对于确定的相变层组合，相变层密度、比定压热容、导热系数、相变潜热、导温系数、液相和固相的温度均为确定值，通过比例系数表征主体温度，当相变层各分块温度相等时主体分块温度相等，比较不同相变层组合下主体分块温度达到相等的时间，可得用时最短的最优相变层组合。

技术总结本发明公开一种具有热补偿功能的蒸发舟，包括主体、保温层、相变层、热电偶；主体为分体式，主体外围为保温层，保温层外围为相变层，相变层为分体式且与主体对应设置，相变层外部为热电偶。本专利旨在解决因蒸发舟的结构问题及蒸发舟长度方向不同位置散热不同导致的蒸发舟温度分布不均问题，通过设置不同比热容的相变层分块，利用相变层分块材料属性的差异，使得不同相变层分块吸收同等热量时温升不同，与对应主体之间的温差也不同，进而改变对应主体散热速率，实现主体内部物料温度的均匀分布。技术研发人员：郝明,刘坤,陈晓旭,陈树雷,鲁现航,谢元华受保护的技术使用者：东北大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10