CN110940215A - 变截面热管的结构及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种变截面热管的结构，包括：第一热管封头(1)、热管毛细腔体(2)、第二热管封头(3)以及充液管(4)；所述第一热管封头(1)、第二热管封头(3)分别安装在热管毛细腔体(2)的两端；所述充液管(4)安装在第二热管封头(3)上；所述热管毛细腔体(2)为变截面结构；所述热管毛细腔体(2)包括：蒸发段(5)与冷凝段(6)；所述蒸发段(5)与冷凝段(6)分布在热管毛细腔体(2)的两端。本发明有效兼顾了蒸发段和冷凝段对毛细力和流动阻力的不同需求，极大的提高了热管的传热能力。

Description

变截面热管的结构及制造方法
技术领域
本发明涉及械设计制造技术领域，具体地，涉及一种变截面热管的结构及制造 方法。
背景技术
热管是一种被动式热控元件，因不需泵、电机等主动式元件，具有轻质、高可 靠的特点而广泛的应用于卫星高热流组件的散热控温。热管由管壳、毛细芯和工作 介质组成。热管的一端为蒸发段，另一端为冷凝段，当蒸发段受热后，管芯内的液 体工质吸热蒸发，蒸汽流向冷凝段，在那里放出热量并凝结成液体，冷凝液在管芯 毛细间隙的毛细力作用下又流回蒸发段。热管正常工作时毛细力必须克服工质循环 的所有流动阻力。管芯毛细间隙是毛细力大小的决定性因素。对于恒定截面热管而 言，管芯毛细间隙尺寸越小，毛细力越大，但同时流动阻力也随之增大；管芯毛细 间隙尺寸越大，流动阻力越小，但同时毛细力也随之减小；因此很难获得理想的传 热能力。传统的如专利文献CN106885485B所公开的一种热端变截面多脉动冷端热 管散热器，包括脉动冷端、热端，其特征在于：所述脉动冷端为内设多个脉动通道 的散热板体；所述热端为空心腔体，腔体中充有工质及毛细吸液芯；在热端空心腔 体的上盖板上设有多个冷端接口，每一个冷端接口安装有一个所述脉动冷端，使脉动冷端的脉动通道与热端的空心腔体连通。
但是，传统的热管管壳毛细腔体采用压力机牵引模具挤压的方式成形，受限于 制造工艺，只能成形恒定截面热管，不能有效兼顾蒸发段和冷凝段对毛细力和流动 阻力的不同需求。
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变截面热管的结构及制造方法。
根据本发明提供的一种变截面热管的结构，包括：第一热管封头1、热管毛细腔体2、第二热管封头3以及充液管4；
所述第一热管封头1、第二热管封头3分别安装在热管毛细腔体2的两端；
所述充液管4安装在第二热管封头3上；
所述热管毛细腔体2为变截面结构。
优选地，所述热管毛细腔体(2)包括：蒸发段(5)与冷凝段(6)；
所述蒸发段(5)与冷凝段(6)分布在热管毛细腔体(2)的两端。
优选地，所述蒸发段5端部的第一毛细间隙7特征尺寸为0.1mm。
优选地，所述冷凝段6端部的第二毛细间隙8特征尺寸为0.4mm。
优选地，所述蒸发段5端部与冷凝段6端部之间任意位置的毛细间隙特征尺寸满足函数关系：
Figure RE-GDA0002377411410000021
其中y表示毛细间隙特征尺寸，L表示热管长度，x表示热 管毛细腔体2上任意位置至蒸发段5端口的距离。
根据本发明提供的一种变截面热管的制造方法，包括如下步骤：
步骤1，变截面热管进行激光选区熔化成形前，在原有设计模型的基础上建立工艺模型，实现对变截面热管腔体沿着成形高度方向的收缩量、后续变截面热管腔体外壁表 面的喷砂工艺的去除量、热管腔体毛细槽道内壁磨粒流工艺的去除量的预先补偿；
步骤2，采用如下激光选区成形工艺参数进行一体化结构板的增材制造：激光能量的工艺窗口范围为170W-190W，扫描间距的工艺窗口在120-140μm范围内，能量密度的 工艺窗口范围为70J/mm3-100J/mm3，光斑0.05mm；
步骤3，对成形变截面热管腔体进行热处理，然后对腔体外表面进行喷砂工艺处理； 对热管腔体毛细槽道内壁进行磨粒流工艺处理，清除腔体内部粘接的粉末颗粒；
步骤4，将配有充液管的封头焊接在热管腔体的一端，将没有充液管的封头焊接在热管腔体的另一端；
步骤5，对热管毛细腔体进行液氨工质充装，充装量为热管毛细腔体容积的40％；充装后，用冷焊钳剪断并封死充液管。优选地，所述步骤1还包括：采用激光选区熔化 增材制造的方法制造变截面热管腔体。
优选地，所述步骤1还包括：成形高度方向的补偿值为原设计模型高度的1％；外壁表面的补偿值设计为0.1mm；热管腔体毛细槽道内壁的补偿值设计为0.05mm。
优选地，所述步骤3还包括：采用浓度为5％的NAOH溶液对热管毛细腔体进行清洗，确保腔内无残留杂质。
优选地，所述步骤4还包括：对毛细腔体进行无损检测、检漏测试。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明有效兼顾了蒸发段和冷凝段对毛细力和流动阻力的不同需求，极大 的提高了热管的传热能力。
2、本发明能够极大的满足卫星高热流组件散热的需求。
3、本发明在航天领域有着广泛的应用前景，还可推广至有类似需求的其他行 业，经济效益可观。
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为本发明提供的一种变截面热管的结构整体结构示意图。
图2为本发明提供的一种变截面热管的结构蒸发段截面结构示意图。
图3为本发明提供的一种变截面热管的结构冷凝段截面结构示意图。
图4为本发明一种变截面热管的毛细腔体示意图。
图中示出：
Figure BDA0002273382960000031
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于 本发明的保护范围。
如图1至图3所示，根据本发明提供的一种变截面热管的结构，包括：第一热管封头1、热管毛细腔体2、第二热管封头3以及充液管4；所述第一热管封头1、第二热管 封头3分别安装在热管毛细腔体2的两端；所述充液管4安装在第二热管封头3上；所 述热管毛细腔体2为变截面结构。所述热管毛细腔体(2)包括：蒸发段(5)与冷凝段 (6)；所述蒸发段(5)与冷凝段(6)分布在热管毛细腔体(2)的两端。在优选例中， 第一热管封头1、与第二热管封头3采用相同的材质制成。
进一步地，所述蒸发段5端部的第一毛细间隙7特征尺寸为0.1mm；所述冷凝段6 端部的第二毛细间隙8特征尺寸为0.4mm；所述蒸发段5端部与冷凝段6端部之间任意 位置的毛细间隙特征尺寸满足函数关系：
Figure RE-GDA0002377411410000041
其中y表示毛细间隙特征尺 寸，L表示热管长度，x表示热管毛细腔体2上任意位置至蒸发段5端口的距离。在优 选例中，蒸发段和冷凝段之间的热管吸液芯毛细间隙特征尺寸随热管长度L线性变化。
根据本发明提供的一种变截面热管的制造方法，包括如下步骤：
步骤1，变截面热管进行激光选区熔化成形前，在原有设计模型的基础上建立工艺模型，实现对变截面热管腔体沿着成形高度方向的收缩量、后续变截面热管腔体外壁表 面的喷砂工艺的去除量、热管腔体毛细槽道内壁磨粒流工艺的去除量的预先补偿；
步骤2，采用如下激光选区成形工艺参数进行一体化结构板的增材制造：激光能量的工艺窗口范围为170W-190W，扫描间距的工艺窗口在120-140μm范围内，能量密度的 工艺窗口范围为70J/mm3-100J/mm3，光斑0.05mm；
步骤3，对成形变截面热管腔体进行热处理，然后对腔体外表面进行喷砂工艺处理； 对热管腔体毛细槽道内壁进行磨粒流工艺处理，清除腔体内部粘接的粉末颗粒；
步骤4，将配有充液管的封头焊接在热管腔体的一端，将没有充液管的封头焊接在热管腔体的另一端；
步骤5，对热管毛细腔体进行液氨工质充装，充装量为热管毛细腔体容积的40％；充装后，用冷焊钳剪断并封死充液管。
进一步地，所述步骤1还包括：成形高度方向的补偿值为原设计模型高度的1％；外壁表面的补偿值设计为0.1mm；热管腔体毛细槽道内壁的补偿值设计为0.05mm；所述步 骤3还包括：采用浓度为5％的NAOH溶液对热管毛细腔体进行清洗，确保腔内无残留杂 质；所述步骤4还包括：对毛细腔体进行无损检测、检漏测试。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、 “竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示 的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装 置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的 限制。
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化或修改， 这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的 特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种变截面热管的结构，其特征在于，包括：第一热管封头(1)、热管毛细腔体(2)、第二热管封头(3)以及充液管(4)；
所述第一热管封头(1)、第二热管封头(3)分别安装在热管毛细腔体(2)的两端；
所述充液管(4)设置在第二热管封头(3)上；
所述热管毛细腔体(2)为变截面结构。
2.根据权利要求1所述的变截面热管的结构，其特征在于，所述热管毛细腔体(2)包括：蒸发段(5)与冷凝段(6)；
所述蒸发段(5)与冷凝段(6)分布在热管毛细腔体(2)的两端。
3.根据权利要求2所述的变截面热管的结构，其特征在于，所述蒸发段(5)端部的第一毛细间隙(7)特征尺寸为0.1mm。
4.根据权利要求2所述的变截面热管的结构，其特征在于，所述冷凝段(6)端部的第二毛细间隙(8)特征尺寸为0.4mm。
5.根据权利要求2所述的变截面热管的结构，其特征在于，所述蒸发段(5)端部与冷凝段(6)端部之间任意位置的毛细间隙特征尺寸满足函数关系：
Figure RE-FDA0002377411400000011
其中y表示毛细间隙特征尺寸，L表示热管长度，x表示热管毛细腔体(2)上任意位置至蒸发段(5)端口的距离。
6.一种变截面热管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，变截面热管进行激光选区熔化成形前，在原有设计模型的基础上建立工艺模型，实现对变截面热管腔体沿着成形高度方向的收缩量、后续变截面热管腔体外壁表面的喷砂工艺的去除量、热管腔体毛细槽道内壁磨粒流工艺的去除量的预先补偿；
步骤2，采用如下激光选区成形工艺参数进行一体化结构板的增材制造：激光能量的工艺窗口范围为170W-190W，扫描间距的工艺窗口在120-140μm范围内，能量密度的工艺窗口范围为70J/mm3-100J/mm3，光斑0.05mm；
步骤3，对成形变截面热管腔体进行热处理，然后对腔体外表面进行喷砂工艺处理；对热管腔体毛细槽道内壁进行磨粒流工艺处理，清除腔体内部粘接的粉末颗粒；
步骤4，将配有充液管的封头焊接在热管腔体的一端，将没有充液管的封头焊接在热管腔体的另一端；
步骤5，对热管毛细腔体进行液氨工质充装，充装量为热管毛细腔体容积的40％；充装后，用冷焊钳剪断并封死充液管。
7.根据权利要求6所述的变截面热管的制造方法，其特征在于，所述步骤1还包括：成形高度方向的补偿值为原设计模型高度的1％；外壁表面的补偿值设计为0.1mm；热管腔体毛细槽道内壁的补偿值设计为0.05mm。
8.根据权利要求6所述的变截面热管的制造方法，其特征在于，所述步骤3还包括：采用浓度为5％的NAOH溶液对热管毛细腔体进行清洗，确保腔内无残留杂质。
9.根据权利要求6所述的变截面热管的制造方法，其特征在于，所述步骤4还包括：对毛细腔体进行无损检测、检漏测试。
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