CN102706191A - 一种用于航天器热控系统的复合型热管 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种用于航天器热控系统的复合型热管，是在普通槽道热管的基础上，在其热管孔四周根据不同外形尺寸设置不同的相变孔，复合型热管具有普通槽道热管孔和相变孔，热管孔内充以工作液体，在所述相变孔内充以相变材料。本发明所提供的复合型热管，可以有效解决航天元器件需要通过热管将热量导向散热面且温度波动过大的问题。

Description

一种用于航天器热控系统的复合型热管

技术领域

本发明涉及一种用于航天器热控系统的储能散热装置，更具体的说，涉及一种既能传热又能储存热量的复合型热管。

背景技术

热管由于其优良的传热性能，结构紧凑，运行稳定，已成为能源领域中热量传递和回收的主要部件。同时，由于热管传热能力大、热阻小、优良的均温特性和可以实现小型化、微型化的特点，使得热管在航空航天和电子元器件的冷却、均温、散热方面获得了广泛的使用。在航天器上，许多元件需要通过热管将热量导向散热面。而由于目前航天器上的有效载荷不仅功率越来越大，而且有着短时间内功率大幅度激增的现象，元件处于周期性变化或波动的环境中，温度的过大波动可能导致元器件温度超过许可范围。普通的槽道热管由于最大传热能力的限制，且不能短时间内储存大量热量，已经无法满足现在航天器电子设备的散热要求。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种用于航天器的高储能复合型热管，既能有效传递热量又能在短时间内储存大量热量，解决了航天器上大功率有效载荷的散热问题，既能保证在各有效载荷正常工作状态时能够有效的将其产生的热量传递出去，也能在其功率大幅度激增的情况下存储瞬间产生的过多热量，使得航天器内部的工作温度不出现大幅度的波动，控制工作温度在规定的范围内，保证航天器内各仪器设备的正常工作。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案以下：

一种用于航天器热控系统的复合型热管，所述复合型热管是在普通槽道热管的基础上，在其热管孔四周根据不同外形尺寸设置不同的相变孔，所述热管孔内充以工作液体，所述相变孔内充以相变材料。

将普通槽道热管与相变材料结合起来，即采用附加有填充相变材料腔体的热管，来解决热控问题。相变材料是抑制温度波动过大的有效手段之一，高储能复合型热管热控制的基本形式是，将其放在被控设备和外界环境之间。当相变材料与发热元件的界面温度升高到相变材料的熔点时，相变材料熔化，按熔化潜热吸收热量，使界面温度仍保持在熔化点附近。当界面的温度由于内部或外部的原因而下降时，相变材料放出潜热而凝固。只要存在两相，界面温度将仍保持在熔点附近。

所述的高储能复合型热管的管壳为铝合金，工作液体为液氨，相变材料为石蜡（包括正十二烷、正十四烷、正十六烷、正十八烷等）。

普通槽道热管的槽道可以是Ω型、燕尾型、三角形、倒梯形和矩形，根据工作温度不同可以在其内部充液氨，在相变孔内充以石蜡。

所述的高储能复合型热管在外界环境升高时，能通过石蜡熔化吸热将温度稳定在相变材料熔点附近，并能将热管蒸发段的热量传输到冷凝端，其导热系数时铜块的几百倍以上。当外界环境温度降低时，热管相变孔内的相变材料首先发生过冷现象，之后一旦晶体开始形成，温度又会恢复到熔点，随着相变材料由外向内逐步凝固，每一部分凝固都存在过冷、恢复到熔点。采用附加有填充相变材料腔体的热管，热管和相变材料的耦合性良好，且能起到抑制温度过高的问题。

本发明技术方案所带来的有益效果如下：

本发明所提供的高储能复合型热管，能工作在-60℃~60℃的温度范围内，20℃时的最大热管能力能够达到500W·m以上，等温性能优于1℃，可以有效解决航天元器件需要通过热管将热量导向散热面且温度波动过大的问题。并通过模拟计算表明：复合型热管与周期内工作的仪器（甚至器件）相连工作，具有消峰填谷的作用。

附图说明

图1是热管工作原理示意图；

图2是普通槽道热管横截面示意图；

图3是普通槽道热管常用槽道形状示意图；

图4（a）-图4（c）是本发明所提供的三种高储能复合型热管横截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

本实施例是结合Ω型氨石蜡高储能复合型槽道热管为例进行更为详细的说明：

首先对热管的基本工作原理做一说明，如图1所示，典型的热管由管壳1、吸液芯2和端盖（未标示出）组成，将管内抽成一定的负压后充以适量的工作液体3，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料充满液体后加以密封。管的一端是蒸发段10，另一端为冷凝段11，根据应用需要在两段中间可布置绝热段12。当热管的一端受热时毛细芯中的工作液体蒸发汽化为蒸汽4，蒸汽4在微小的压差下流向另一端发出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，热量Q由热管的一端传至另一端。

图2所示是本实施例所采用的普通槽道热管横截面图，该管道的槽道是Ω型。当然，也可以是燕尾型、三角形、倒梯形或矩形，分别如图3中所示的形状。

本发明一实施例是在上述普通Ω型槽道热管的基础上，在其热管孔4的左右两侧根据所需的外形尺寸设置了四个相变孔5，如图4（a）和图4（b）所示。热管的管壳的材料选为6063。在Ω型槽道内充以液氨，在相变孔5内充以正十六烷。也可以根据实际热管的外形尺寸在热管孔4的上下两侧或者四周均设置相变孔5。图4（c）所示的普通槽道热管具有两个热管孔4，相变孔5设置在热管孔4的左右两侧。

本发明所提供的复合型热管，在外界环境升高时，能通过石蜡熔化吸热将温度稳定在相变材料熔点附近，并能将热管蒸发段的热量传输到冷凝端，其导热系数时铜块的几百倍以上。当外界环境温度降低时，热管相变孔内的相变材料首先发生过冷现象，之后一旦晶体开始形成，温度又会恢复到熔点，随着相变材料由外向内逐步凝固，每一部分凝固都存在过冷、恢复到熔点。采用附加有填充相变材料腔体的热管，热管和相变材料的耦合性良好，且能起到抑制温度过高的问题。

该型热管能工作在-60℃~60℃的温度范围内，20℃时的最大热管能力能够达到411W·m，等温性能优于1℃，可以有效解决航天元器件需要通过热管将热量导向散热面且温度波动过大的问题。

Claims (4)

1.一种用于航天器热控系统的复合型热管，其特征在于，所述复合型热管是在普通槽道热管的基础上，在其热管孔四周根据不同外形尺寸设置不同的相变孔，在所述热管孔内充以工作液体，在所述相变孔内充以相变材料。

2.根据权利要求1所述的一种用于航天器热控系统的复合型热管，其特征在于，所述普通槽道热管的槽道可以为Ω型、燕尾型、三角形、倒梯形或矩形。

3.根据权利要求1所述的一种用于航天器热控系统的复合型热管，其特征在于，所述工作液体是液氨。

4.根据权利要求1所述的一种用于航天器热控系统的复合型热管，其特征在于，所述相变材料是石蜡。

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