CN105698581B - 轻薄耐压高安装适应性的平板热管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轻薄耐压高安装适应性的平板热管，包括：上基板、下基板以及热管工质；所述上基板设置有第一工质槽；所述下基板设置有与所述第一工质槽的口沿相对的第二工质槽；所述第一工质槽的槽底设置有第一复合毛细层；所述第二工质槽的槽底设置有第二复合毛细层；所述上基板的外缘连接所述下基板的外缘，所述第一工质槽与所述第二工质槽口沿相对形成工质填充槽；所述热管工质填充在所述工质填充槽中。本发明上基板、下基板采用铝合金材质，毛细层采用平织的不锈钢丝网，实现了平板热管产品的重量小于1g/cm2，厚度小于2mm，超薄轻量化的产品特点，针对航天器有效载荷的有限空间应用领域，有巨大的优势。

Description

轻薄耐压高安装适应性的平板热管
技术领域
本发明涉及航天器热控制，具体地，涉及一种轻薄耐压高安装适应性的平板热管。
背景技术
在目前的航天器热控领域，最广泛使用的热管产品为轴向槽道氨热管，但对于如TR相控阵组件、SA天线等存在面热源均温需求，同时对应用的安装结构有特殊要求的应用场合，轴向槽道的氨热管往往无法满足热控使用需求，轻薄高效的平板热管是该领域理想解决方案之一。
平板热管是一种利用工质相变传递热量的装置，它具有较高的导热性、等温性、热流密度可变性、热流方向可逆性、热二极管和热开关性能，是空间站、现代通讯卫星、宇宙飞船以及电子设备冷却的理想装置。平板热管依靠工质在热管蒸发段内吸收热量而汽化，产生的蒸汽经过蒸汽通道进入冷凝段，蒸汽在冷凝段中放出热量而凝结成液体，凝结液在热管内部毛细结构产生的毛细抽吸力的作用下回到蒸发段，完成系统循环。
目前平板热管常用的材质使用主要是铜与铝合金，内部毛细结构形式主要有三种不同的形式：MEMS加工工艺的微槽道式、丝网或复合丝网结构形式的平板热管、泡沫结构形式的吸液芯式的平板热管。不同的毛细结构形式平板热管的加工方式、产品结构、性能表现上不尽相同。如专利CN 103234376《一种高性能复合结构的超导平板热管》的传热能力达到了同表面积传统圆形热管的5至20倍，是目前可见专利中性能较为优异的平板热管形式之一，但其结构上属于多个槽道的横向分布式平板热管，安装方式单一化，热管段内部无法开孔安装。又如专利CN201715907U解决了平板热管安装使用时的涨管问题，但其内部结构复杂，加工难度高，仍旧无法解决高压热管工质的耐压问题。
对于如TR相控阵组件、SA天线等面热源的散热情况，其安装使用的空间区域有限，结构形式要求较高，对厚度与重量要求严格，特别是在高度集成化电子芯片构成的有效载荷中，平板热管的安装空间的厚度方向往往只有不到3mm的空间，对于重量要求的限制一般都是精确到克量级。最后，对于常用温区热管广泛使用的、性能最为优异的工质氨，一般的平板热管结构设计往往无法满足其高饱和蒸汽压的耐压需求。而使用其他低饱和蒸汽压的工质时，热管的性能表现难以满足使用需求。因此，耐压设计直接决定了能否选用高效的氨工质，从而决定了平板热管的实际性能。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种轻薄耐压高安装适应性的平板热管。
根据本发明提供的轻薄耐压高安装适应性的平板热管，包括：上基板、下基板以及热管工质；
所述上基板设置有第一工质槽；所述下基板设置有与所述第一工质槽的口沿相对的第二工质槽；所述第一工质槽的槽底设置有第一复合毛细层；所述第二工质槽的槽底设置有第二复合毛细层；
所述上基板的外缘连接所述下基板的外缘，所述第一工质槽与所述第二工质槽口沿相对形成工质填充槽；所述热管工质填充在所述工质填充槽中。
优选地，还包括钎料层，所述下基板设置有加强柱和安装凸台；
所述上基板的外缘通过钎料层焊接连接所述下基板的外缘；所述加强柱和所述安装凸台通过钎料层焊接连接所述第一工质槽的槽底。
优选地，所述第一复合毛细层包括底层金属丝网和表面层金属丝网；所述底层金属丝网贴合连接所述第一工质槽的槽底，所述表面层金属丝网贴合连接所述底层金属丝网；
所述第二复合毛细层包括金属丝网。
优选地，所述底层金属丝网为100目，采用不锈钢丝制成；表面层金属丝网与下基板的金属丝网为150目，采用不锈钢丝制成；
所述底层金属丝网、所述表面层金属丝网和下基板的金属丝网采用单层平织的编织方式制成。
优选地，所述上基板与底层金属丝网之间、底层金属丝网与表面层不锈钢丝网之间以及下基板与不金属丝网之间采用超声波焊接连接。
优选地，所述上基板与所述下基板采用铝合金制成；
所述钎料层采用铝基钎料，其形状为铝箔片式；
所述热管工质采用氨或丙酮。
优选地，所述上基板与所述下基板的之间以及所述加强柱、安装凸台与第一工质槽的槽底之间采用真空钎焊焊接连接。
优选地，所述超声波焊接的焊接参数为频率30KHz至60KHz，振幅5um至25um，焊接时间小于等于1s。
优选地，所述真空钎焊的焊接温度为500℃至600℃，保温时间6至8小时。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、轻薄化，本发明上基板、下基板采用6063或6061牌号铝合金材质，毛细层采用平织的不锈钢丝网，不锈钢丝网与上基板、下基板的连接采用超声波无钎料的焊接方式，上基板、下基板之间采用超薄铝箔钎料作为焊接层，实现了平板热管产品的重量小于1g/cm2，厚度小于2mm，超薄轻量化的产品特点，针对航天器有效载荷的有限空间应用领域，有巨大的优势；
2、耐压性，本发明的结构设计布局使用加强柱结构将上基板、下基板连接在一起，通过加强柱的合理布置与设计，实现了本发明的耐压性结构特性；通过仿真模拟分析，在氨工质的临界温度点对应的饱和蒸汽压6Mpa下，本发明的产品设计的最大变形量控制在10E-5mm量级，满足使用氨工质时的产品耐压设计需求；
3、安装灵活：本发明的结构设计上有安装凸台的设计，其设计位置灵活，可以根据设计需要在产品的任意位置提供安装固定孔，解决普通平板热管无法中间部位开孔的问题，提高发明的安装适应性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的剖视示意图；
图2为本发明的局部放大示意图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为本发明的产品耐压强度的仿真变形图。
图中：
1 为上基板；
2 为下基板；
3 为钎料层；
4 为热管工质；
101 为底层金属丝网；
102 为表面层金属丝网；
201 为金属丝网；
202 为加强柱；
203 为安装凸台。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明为航天器热控载荷领域的集成化电子元器件或载荷发热提供了有效的解决方案。针对该应用领域的轻薄性要求，本发明通过一系列措施来保证本发明的轻薄化。本发明上基板、下基板采用6063或6061铝合金材质，复合毛细层采用单层平织的不锈钢丝网，不锈钢丝网与上下基板的连接采用超声波无钎料的焊接方式，上下基板之间采用超薄铝箔钎料作为焊接层，通过一系列的设计与工艺保证，实现了平板热管产品的重量小于1g/cm2，厚度小于2mm的设计目标，达到了超薄轻量化的产品特点要求；针对航天器工作温区性能最为优异的氨工质的高饱和蒸汽压问题，本发明使用上下基板间布置加强柱的结构设计，使平板热管的中间部位实现连接，达到氨工质的高饱和蒸汽压的耐压需求；针对平板热管产品的安装需求，在本发明装置的中间位置布局一个或多个安装凸台的结构设计，提高了本发明安装使用的灵活性。
具体地，本发明提供的轻薄耐压高安装适应性的平板热管，包括：上基板1、下基板2以及热管工质4；
所述上基板1设置有第一工质槽；所述下基板2设置有与所述第一工质槽的口沿相对的第二工质槽；所述第一工质槽的槽底设置有第一复合毛细层；所述第二工质槽的槽底设置有第二复合毛细层；所述上基板1的外缘连接所述下基板2的外缘，所述第一工质槽与所述第二工质槽口沿相对形成工质填充槽；所述热管工质4填充在所述工质填充槽中。
本发明提供的轻薄耐压高安装适应性的平板热管，还包括钎料层3，所述下基板2机加工加强柱202和安装凸台203；所述上基板1的外缘通过钎料层3焊接连接所述下基板2的外缘；所述加强柱202和所述安装凸台203通过钎料层3焊接连接所述第一工质槽的槽底。金属丝网201穿孔避开加强柱202与安装凸台203与下基板2的第二工质槽的槽底连接。安装凸台203中设置有安装通孔。
所述第一复合毛细层包括底层金属丝网101和表面层金属丝网102；所述底层金属丝网101贴合连接所述第一工质槽的槽底，所述表面层金属丝网102贴合连接所述底层金属丝网101；所述第二复合毛细层包括金属丝网201。所述底层金属丝网101为100目，采用不锈钢丝制成；表面层金属丝网102与下基板2的金属丝网201为150目，采用不锈钢丝制成；所述底层金属丝网101、所述表面层金属丝网102和下基板2的金属丝网201采用单层平织的编织方式制成。
所述上基板1与底层金属丝网101之间、底层金属丝网101与表面层不锈钢丝网102之间以及下基板2与不金属丝网201之间采用超声波焊接连接。所述超声波焊接的焊接参数为频率30KHz至60KHz，振幅5um至25um，焊接时间小于等于1s。所述上基板1与所述下基板2采用牌号为6063或6061的铝合金制成；所述钎料层3采用铝基钎料，其形状为铝箔片式；所述热管工质4采用高纯氨或丙酮。
所述上基板1与所述下基板2的之间以及所述加强柱202、安装凸台203与第一工质槽的槽底之间采用真空钎焊焊接连接。所述真空钎焊的焊接温度为500℃至600℃，保温时间6至8小时。
本发明通过轻薄化的产品设计与焊接工艺，加强柱与安装凸台的设计与布局，实现了本发明轻薄耐压高安装适应性的装置特点，适用于安装场合尺寸结构要求高、重量限制严格，使用高饱和蒸汽压工质的应用场合，尤其是航天器以TR相控阵组件、SA天线为代表均温面热控要求的应用领域。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种轻薄耐压高安装适应性的平板热管，其特征在于，包括：上基板(1)、下基板(2)以及热管工质(4)；
所述上基板(1)设置有第一工质槽；所述下基板(2)设置有与所述第一工质槽的口沿相对的第二工质槽；所述第一工质槽的槽底设置有第一复合毛细层；所述第二工质槽的槽底设置有第二复合毛细层；
所述上基板(1)的外缘连接所述下基板(2)的外缘，所述第一工质槽与所述第二工质槽口沿相对形成工质填充槽；所述热管工质(4)填充在所述工质填充槽中；
所述轻薄耐压高安装适应性的平板热管还包括钎料层(3)，所述下基板(2)设置有加强柱(202)和安装凸台(203)；
所述上基板(1)的外缘通过钎料层(3)焊接连接所述下基板(2)的外缘；所述加强柱(202)和所述安装凸台(203)通过钎料层(3)焊接连接所述第一工质槽的槽底。
2.根据权利要求1所述的轻薄耐压高安装适应性的平板热管，其特征在于，所述第一复合毛细层包括底层金属丝网(101)和表面层金属丝网(102)；所述底层金属丝网(101)贴合连接所述第一工质槽的槽底，所述表面层金属丝网(102)贴合连接所述底层金属丝网(101)；
所述第二复合毛细层包括金属丝网(201)。
3.根据权利要求2所述的轻薄耐压高安装适应性的平板热管，其特征在于，所述底层金属丝网(101)为100目，采用不锈钢丝制成；表面层金属丝网(102)与下基板(2)的金属丝网(201)为150目，采用不锈钢丝制成；
所述底层金属丝网(101)、所述表面层金属丝网(102)和下基板(2)的金属丝网(201)采用单层平织的编织方式制成。
4.根据权利要求2所述的轻薄耐压高安装适应性的平板热管，其特征在于，所述上基板(1)与底层金属丝网(101)之间、底层金属丝网(101)与表面层金属丝网(102)之间以及下基板(2)与金属丝网(201)之间采用超声波焊接连接。
5.根据权利要求1所述的轻薄耐压高安装适应性的平板热管，其特征在于，所述上基板(1)与所述下基板(2)采用铝合金制成；
所述钎料层(3)采用铝基钎料，其形状为铝箔片式；
所述热管工质(4)采用氨或丙酮。
6.根据权利要求1所述的轻薄耐压高安装适应性的平板热管，其特征在于，所述上基板(1)与所述下基板(2)的之间以及所述加强柱(202)、安装凸台(203)与第一工质槽的槽底之间采用真空钎焊焊接连接。
7.根据权利要求4所述的轻薄耐压高安装适应性的平板热管，其特征在于，所述超声波焊接的焊接参数为频率30KHz至60KHz，振幅5um至25um，焊接时间小于等于1s。
8.根据权利要求6所述的轻薄耐压高安装适应性的平板热管，其特征在于，所述真空钎焊的焊接温度为500℃至600℃，保温时间6至8小时。
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