CN111386012A - 一种适用于临近空间的可变散热能力的散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于临近空间的可变散热能力的散热器，包括热管、储气室、蒸发段翅片、冷凝段翅片及储气室翅片；热管安装外部热源处为热管蒸发段，与热管蒸发段相向一端为热管冷凝段，且热管冷凝段端部与储气室连通；热管蒸发段通过蒸发段翅片与外部热源固连，热管冷凝段设置冷凝段翅片，储气室上设置储气室翅片；热管蒸发段与热管冷凝段之间存在折弯段，使得储气室内的导热流体在重力辅助下回流；高温工况时，通过控制储气室内惰性气体与导热流体之间的比例关系使得热管导通，进行散热；低温工况时，利用储气室使热管阻断，进行保温。本发明解决了高温工况下的散热问题、低温工况下的保温问题，同时解决了加速度对热控系统的影响。

Description

一种适用于临近空间的可变散热能力的散热器
技术领域
本发明涉及临近空间飞行器热控制技术领域，具体涉及一种适用于临近空间的可变散热能力的散热器。
背景技术
随着临近空间飞行器技术的发展，飞行器飞行高度不断攀高，其搭载的设备也呈现多样化。电机控制器是飞行器的控制设备，地面起飞状态时最大热耗达280W，热流密度4.2W/cm2，此时环境温度30℃，属于高温工况；随着高度的不断变化，热耗不断减小，最小热耗40W，热流密度仅为0.6W/cm2，温度不断降低，最低温可达-82.3℃，属于低温工况。
为保证电机控制器在一定的温度范围内工作，高温工况需要对电机控制器散热，低温工况需要对电机控制器保温。
目前对于单机设备的热控，分为主动和被动。由于临近空间飞行器自身的特点，对能源的使用要求尽可能少，因此首先考虑被动控温。散热方面，被动热控主要是将热源传至散热面；而保温则一般是与外界冷环境进行隔热设计。
因此如何对临近空间电机控制器变热耗，变环境温度，同时需要考虑对流与重力等多边界条件影响的情况下来保证电机控制器的温度范围，是目前临近空间飞行器上电机控制器热设计的难点所在。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种适用于临近空间的可变散热能力的散热器，解决了高温工况下的散热问题、低温工况下的保温问题，同时解决了加速度对热控系统的影响。
本发明采取的技术方案如下：
一种适用于临近空间的可变散热能力的散热器，所述散热器包括热管、储气室、蒸发段翅片、冷凝段翅片及储气室翅片；
所述热管安装外部热源处为热管蒸发段，与热管蒸发段相向一端为热管冷凝段，且热管冷凝段端部与储气室连通；热管蒸发段通过蒸发段翅片与外部热源固连，热管冷凝段设置冷凝段翅片，储气室上设置储气室翅片；所述热管蒸发段与热管冷凝段之间存在折弯段，使得储气室内的导热流体在重力辅助下回流；
高温工况时，通过控制储气室内惰性气体与导热流体之间的比例关系使得热管导通，进行散热；低温工况时，利用储气室使热管阻断，进行保温。
进一步地，所述热管采用轴向槽道式热管，冷凝段翅片和储气室翅片采用双翅片板翅式结构。
进一步地，所述蒸发段翅片与外部热源之间采用导热硅脂贴合。
进一步地，所述热管冷凝段与冷凝段翅片焊接，储气室与储气室翅片焊接。
有益效果：
1、本发明自适应高低温工况，在高温工况下，可变热导热管导通，通过热管及时将热量传至散热面；低温工况下，可变热导热管阻断，热量仅少量通过热管管壁传至散热面，对设备起到保温的效果；被动热控可自适应热耗变化较大的电机控制器，减小了热耗和环境条件变化对电机控制器温度的影响，提高了电机控制器的自适应能力；
其次，在储气室上布置散热翅片可以提升可变热导热管的调控能力。储气室上的散热翅片可以强化其在高温下的冷却效果，降低储气室内工质的饱和温度和压力，从而增大蒸发段内与储气室内饱和温差和压差，更大程度压缩控制气体，使冷凝段被充分利用，增大高温工况下的散热能力。而对于低温工况，储气室加装翅片对平衡后温度影响可忽略，不影响低温阻断能力。最终，增大了可变热导热管的调控能力。
再者，利用重力辅助实现可变热导热管储气室内导热流体回流，储气室内部不需要布置毛细芯，构型简单，生产工艺简化，即可变热导热管为无芯冷储气室可变热导热管；而且大大减小了由于飞行不确定性带来的加速度变化对热管工作的影响，能适应(-g至+g)的加速度场；且在一定角度下，仍可在重力下循环，可适应一定角度(-10゜至+10゜)的俯仰；
在重力辅助的作用下，避免了由于温差过小需要辅助加热、额外供能的情况，适用于临近空间环境变化剧烈、飞行器对能源要求较高的场合；
2、本发明采用的轴向槽道式热管可适应微重力，可在失重环境下运行。
3、本发明蒸发段翅片与外部热源之间采用导热硅脂贴合，能够减少传热热阻。
附图说明
图1为本发明在电机控制器上应用的结构示意图；
图2为本发明在电机控制器上应用的另一视角示意图；
图3为图1A向视角示意图；
图4为图1B向视角示意图；
其中，1-电机控制器、2-热管蒸发段、3-热管冷凝段、4-储气室、5-冷凝段主翅片、6-储气室副翅片。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种适用于临近空间的可变散热能力的散热器，如图1、图2所示，该散热器包括热管、储气室4、蒸发段翅片、冷凝段翅片及储气室翅片；热管采用轴向槽道式热管。
热管安装外部热源处为热管蒸发段2，与热管蒸发段2相向一端为热管冷凝段3，且热管冷凝段3端部与储气室4连通；热管蒸发段2通过蒸发段翅片与外部热源固连，热管冷凝段3设置冷凝段主翅片5，如图3所示，储气室4上设置储气室副翅片6。
为适应飞行方向加速度对热管工作的影响，热管布局采用重力辅助式设计，即热管蒸发段2与热管冷凝段3之间存在折弯段，折弯段需根据具体飞行加速度、热耗和热流密度大小来计算折弯角度和折弯方向，使得储气室4内的导热流体在重力辅助下回流，可变散热能力的散热器能够在-g～+g的加速度场内正常运行。通过计算在一定折弯角度下，飞行器仍可在重力下循环，可适应一定角度(-10゜至+10゜)的俯仰。
外部热源为电机控制器1，电机控制器1热源底部与热管蒸发段2的蒸发段翅片通过RKTL-DRZ-1高接触传热系数的导热硅脂贴合，根据电机控制器1热源面积大小，同时考虑减重要求，相比于电机控制器1宽度，蒸发段翅片左、右对称各削掉5mm翅片，以保证可变热导的热管蒸发段2与热源的接触面积。
如图4所示，实施例中由于储气室4外形尺寸大于可变热导的热管冷凝段3，因此在折弯后，左、右侧最外面的热管还需要再分别向两侧分散α，α为10°左右，以保证相邻储气室4相互之间不干涉。
冷凝段主翅片5与储气室副翅片6分别与热管冷凝段3和储气室4平面段进行焊接。为防盐雾和减小辐射吸热，需对热管镀镍，对冷凝段主翅片5与储气室副翅片6喷涂白漆。冷凝段主翅片5与储气室副翅片6采用双翅片板翅式结构，冷凝段主翅片5用于热管冷凝段3的散热，储气室副翅片6用于热管储气室4的散热，冷凝段主翅片5与储气室副翅片6相互独立，具体尺寸和形式可根据热耗和外界环境温度热分析后确定。
高温工况时，通过控制储气室4内惰性气体与导热流体之间的比例关系使得热管导通，通过热管及时将热量传至散热面进行散热；低温工况时，通过控制储气室4内惰性气体与导热流体之间的比例关系使热管阻断，热量仅少量通过热管管壁传至散热面，对设备起到保温的效果。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于临近空间的可变散热能力的散热器，其特征在于，所述散热器包括热管、储气室、蒸发段翅片、冷凝段翅片及储气室翅片；
所述热管安装外部热源处为热管蒸发段，与热管蒸发段相向一端为热管冷凝段，且热管冷凝段端部与储气室连通；热管蒸发段通过蒸发段翅片与外部热源固连，热管冷凝段设置冷凝段翅片，储气室上设置储气室翅片；所述热管蒸发段与热管冷凝段之间存在折弯段，使得储气室内的导热流体在重力辅助下回流；
高温工况时，通过控制储气室内惰性气体与导热流体之间的比例关系使得热管导通，进行散热；低温工况时，利用储气室使热管阻断，进行保温。
2.如权利要求1所述的适用于临近空间的可变散热能力的散热器，其特征在于，所述热管采用轴向槽道式热管，冷凝段翅片和储气室翅片采用双翅片板翅式结构。
3.如权利要求1所述的适用于临近空间的可变散热能力的散热器，其特征在于，所述蒸发段翅片与外部热源之间采用导热硅脂贴合。
4.如权利要求1所述的适用于临近空间的可变散热能力的散热器，其特征在于，所述热管冷凝段与冷凝段翅片焊接，储气室与储气室翅片焊接。
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