CN114501944A - 基于热管网络的大热耗单机热管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于热管网络的大热耗单机热管理方法，包括如下步骤：步骤1：结合单机的热耗和温度指标，通过计算得出单机热排散需要的散热面积，并将单机直接安装在散热面上；步骤2：通过在散热面内预埋热管和散热面外外贴热管形成热管网络将单机底部热量高效传输至整个散热面；步骤3：在单机顶面布置外贴热管将其与安装板内布置的预埋热管搭接并入散热面的热管网络；步骤4：在单机表面粘贴加热片，实现单机低温条件的热补偿。本发明基于热管网络实现了大热耗单机的热排散，通过在单机表面粘贴加热片实现单机在低温条件的热补偿，本发明的大热耗单机热管理方式基于热管网络，具有高可靠性、高效率及高热排散能力的特点。

Description

基于热管网络的大热耗单机热管理方法

技术领域

本发明涉及热控技术领域，具体地，涉及一种基于热管网络的大热耗单机热管理方法。

背景技术

在航天热控设计中，热耗较大单机一般都布置在散热面上，通过在散热面内预埋热管将其热量进行排散。但是，随着卫星的高集成度和多功能化要求，大热耗单机越来越多，特别是通信卫星更是具有大热耗单机和载荷多的特点，有的单机热耗达到了kW级且要求长期工作。卫星受运载能力和整流罩尺寸包络的限制，其可利用的散热面是有限的，也无法通过基于流体回路或者环路热管的可展开式辐射器进行散热。因此，如何通过热控设计提高散热面的效率成了必须要解决的问题。热管由于无活动部件且依靠相变进行散热，因此传热能力强且工作可靠，被广泛应用于航天热控制领域。但是，单根热管的传热能力再强也只是起到热传导的作用，只有形成了热管网络了之后才能既起到热传导并高效进行热排散的效果。

公开号为CN105744804A的专利文献公开了一种大热耗高稳定性单机的控温系统，包括：单机、加热器、多层隔热组件及流体回路系统，其中，所述流体回路系统包括驱动泵、冷板、辐射器、储液器以及管路。单机的非发热表面粘贴加热器，并包覆多层隔热组件，单机热源面与冷板固定连接，流体回路各部件通过管路连接组成闭环回路。当单机工作时，单机的非热源面通过加热器分区程控加热控温；单机的热源面通过流体回路耦合传热来实现温控。当单机不工作时，流体回路中止工作，传热阻断，单机加热器程控加热，使之维持控温范围以内。但是该专利文献系统的驱动泵有活动部件，系统的可靠性并不高。

公开号为CN106304778A的专利文献公开了一种空间大热耗瞬态工作单机的一体化热控方法，所述空间大热耗瞬态工作单机的一体化热控方法采用相变储能装置和相变储能材料，相变储能材料填充在相变储能装置内，相变储能装置和至少一个大热耗瞬态工作单机采用一体化设计。但是该专利文献仅仅适用于瞬时大热耗单机，并不适合长时间工作的单机或者单机。

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基于热管网络的大热耗单机热管理方法。

根据本发明提供的一种基于热管网络的大热耗单机热管理方法，包括如下步骤：

步骤1：结合单机的热耗和温度指标，通过计算得出单机热排散需要的散热面积，并将单机直接安装在散热面上；

步骤2：通过在散热面内预埋热管和散热面外外贴热管形成热管网络将单机底部热量高效传输至整个散热面；

步骤3：在单机顶面布置外贴热管将其与安装板内布置的预埋热管搭接并入散热面的热管网络；

步骤4：在单机表面粘贴加热片，实现单机低温条件的热补偿。

优选的，所述步骤1中，单机与散热面间要填充导热填料减少接触热阻。

优选的，所述步骤2中，外贴热管与散热面间要填充导热填料减少接触热阻。

优选的，所述步骤2中，外贴热管与单机间、外贴热管与散热面间要填充导热填料减少接触热阻。

优选的，所述步骤2中，预埋热管和外贴热管根据布局形式进行弯曲操作或去翅片操作。

优选的，所述步骤2中，在外贴热管与单机间垫绝缘膜。

优选的，所述绝缘膜的双面填充导热填料。

优选的，所述步骤2中，所述外贴热管的非安装面喷涂或粘贴低太阳吸收比和高半球发射率热控涂层。

优选的，所述步骤2中，所述外贴热管采用螺钉或者卡箍方式与安装面进行固定。

优选的，所述外贴热管沿热管走向的固定间距为100～150mm。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的一种基于热管网络的大热耗单机热管理方法，通过热管选型、三维布局以及散热面规划后形成热管网络，满足大热耗单机短时或者长时工作的热排散需求，通过加热器实现单机低温工况的热补偿；

2、本发明的一种基于热管网络的大热耗单机热管理方法，整个设计依托的是热管形成的热管网络。热管本身无活动部件且依靠相变进行散热，既保证了系统热传输和热排散能力，又具有较高的可靠性；

3、本发明的一种基于热管网络的大热耗单机热管理方法，单机底面和顶面并入的是同一个热管网络，因此，整个单机有较好的温度均匀性；

4、本发明的一种基于热管网络的大热耗单机热管理方法，通过热管网络的布局有效提高了散热面的利用效率，从而提高卫星平台的散热能力。

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为本发明一个具体实施例的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例的整星热试验高温工况单机温度数据图。

大热耗单机1 散热面预埋热管4

散热面2 散热面外贴热管5

单机底面预埋热管3 单机顶面外贴热管6

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所示，本发明提供的一种基于热管网络的大热耗单机热管理方法，包括如下步骤：

步骤1：结合单机的热耗和温度指标，通过计算得出单机热排散需要的散热面积，并将单机直接安装在散热面上，步骤1中，单机与散热面间要填充导热填料减少接触热阻；

步骤2：通过在散热面内预埋热管和散热面外外贴热管形成热管网络将单机底部热量高效传输至整个散热面，步骤2中，外贴热管与散热面间要填充导热填料减少接触热阻，步骤2中，外贴热管与单机间、外贴热管与散热面间要填充导热填料减少接触热阻，步骤2中，预埋热管和外贴热管根据布局形式进行弯曲操作或去翅片操作，步骤2中，在外贴热管与单机间垫绝缘膜，绝缘膜的双面填充导热填料，步骤2中，外贴热管的非安装面喷涂或粘贴低太阳吸收比和高半球发射率热控涂层，步骤2中，外贴热管采用螺钉或者卡箍方式与安装面进行固定，外贴热管沿热管走向的固定间距为100～150mm；

步骤3：在单机顶面布置外贴热管将其与安装板内布置的预埋热管搭接并入散热面的热管网络；

步骤4：在单机表面粘贴加热片，实现单机低温条件的热补偿。

在优选例中，散热面的大小以及热管的布局方式需要结合单机的热耗和温度指标计算得出，且单机要直接安装在散热面上；大热耗单机底面预埋热管将单机底面热量传导出，通过在散热面外布置外贴热管形成热管网络将其热量传输分布在整个散热面，预埋热管和外贴热管可以根据布局形式进行适当的弯曲和去翅片等操作，但弯曲后的传热能力依然满足单机的传热需求；大热耗单机顶面外贴热管将单机顶面热量传导出，通过与散热面预埋热管搭接并入热管网络将其顶面热量进行排散并保证了整个单机的温度均匀性；如单机有电绝缘要求，需要在外贴热管与单机间垫一定厚度绝缘膜。其中，绝缘膜双面填充导热填料，既保证电绝缘又减少热管与安装面间的热阻；散热面热控涂层选择应经过分析计算确定，保证其散热能力满足需求；外贴热管非安装面一般喷涂或粘贴低太阳吸收比和高半球发射率热控涂层，保证其热量的排散；外贴热管一般采用螺钉或者卡箍方式与安装面进行固定，沿热管走向的固定间距一般为100～150mm；加热器直接粘贴在单机表面，提高加热效率，实现低温工况单机的热补偿。

在优选例中，热管应根据实际需要传输的热量进行选择，一般选用双孔铝氨槽道热管提高整个系统的可靠性，每根热管上分布的热量不得超过其最大传热能力，一般至少留有30％余量。在满足设计规范的基础上可以对热管进行适当的弯曲和翅片裁剪，但弯曲后热管的传热能力要能满足传热需求。

在优选例中，散热面一般应为高导热系数蒙皮+蜂窝夹层结构，实现既能减轻系统重量又能适应热管的预埋需求，一般为Al蒙皮+Al蜂窝结构。散热面需要喷涂或粘贴低太阳吸发比热控涂层，保证其散热需求。热控涂层的选择和散热面的大小都需要通过计算确定。

在优选例中，散热面预埋热管应选择与散热面蒙皮双面贴合类型热管，一方面，使得内外蒙皮的热阻减小，另一方面，需要与散热面外外贴的热管形成热管网络；散热面外贴热管，在散热面面向冷空侧进行外贴，以免与单机顶面外贴热管干涉，影响热管网络的布局，进而影响散热面的散热效率；外贴热管与散热面热管搭接方式，一般将热管进行弯曲与散热面预埋热管进行300～500mm的搭接，弯曲段可以根据需要进行去翅片操作，沿走向采用螺钉或者卡箍方式进行固定。

在优选例中，绝缘膜为非导电绝缘薄膜，可选用聚酰亚胺薄膜；导热填料为导热硅脂RKTL-DRZ-1或铟箔；加热片采用硅橡胶粘贴在单机表面，实现低温条件单机的热补偿。

实施例：

如图1所示，本发明实施例公开了一种基于热管网络的大热耗单机热管理方法。

某通信卫星某单机的热耗为1250W。单机在轨除了地影期不工作，其余时间要长期工作，整星重量资源紧张、载荷和单机布局紧凑，无法采用基于流体回路或者环路热管等其它方式的可展开辐射器进行散热。因此需要采用本发明的基于热管网络的大热耗单机管理方法实现整个任务周期内的温度控制。

首先，根据整星热仿真分析得出其需要的散热面积约为4㎡。在单机底面散热面位置处预埋7根工字型双孔30mm×24.1mm铝氨槽道热管，散热面其它位置内预埋6根工字型双孔30mm×24.1mm铝氨槽道热管，散热面外贴6根工字型双孔40mm×14.1mm铝氨槽道热管，单机顶面外贴4根工字型双孔40mm×14.1mm铝氨槽道热管并入散热面热管网络对其进行热排散。单机顶面外贴热管采用螺钉以100mm的间距分别固定在单机顶面和散热面与预埋热管贴合处。

再其次，散热面粘贴OSR片，外贴热管非安装面喷涂防静电型低太阳吸收比、高半球发射率热控白漆；

最后，在单机侧面粘贴薄膜型电加热片，提高加热效率。加热回路为1主1备设计，补偿功耗350W，通过单机侧面上测温点的反馈和控温阈值设定，自闭环实现低温条件单机的热补偿。

大热耗单机的工作温度指标为顶面-15℃～55℃，底面-15℃～55℃，存储温度指标为-40℃～70℃。从图2温度曲线可以发现，热平衡试验过程中单机温度满足指标要求，且有一定设计余量。单机顶面和底面的温差最大为2℃，温度一致性较好。本发明的基于热管网络的大热耗单机热管理方法，成功实现了kW级大热耗单机的热管理。

本发明基于热管网络实现了大热耗单机的热排散，通过在单机表面粘贴加热片实现单机在低温条件的热补偿，本发明的大热耗单机热管理方式基于热管网络，具有高可靠性、高效率及高热排散能力的特点。

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 (10)

1.一种基于热管网络的大热耗单机热管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：结合单机的热耗和温度指标，通过计算得出单机热排散需要的散热面积，并将单机直接安装在散热面上；

步骤2：通过在散热面内预埋热管和散热面外外贴热管形成热管网络将单机底部热量高效传输至整个散热面；

步骤3：在单机顶面布置外贴热管将其与安装板内布置的预埋热管搭接并入散热面的热管网络；

步骤4：在单机表面粘贴加热片，实现单机低温条件的热补偿。

2.根据权利要求1所述的基于热管网络的大热耗单机热管理方法，其特征在于，所述步骤1中，单机与散热面间要填充导热填料减少接触热阻。

3.根据权利要求1所述的基于热管网络的大热耗单机热管理方法，其特征在于，所述步骤2中，外贴热管与散热面间要填充导热填料减少接触热阻。

4.根据权利要求1所述的基于热管网络的大热耗单机热管理方法，其特征在于，所述步骤2中，外贴热管与单机间、外贴热管与散热面间要填充导热填料减少接触热阻。

5.根据权利要求1所述的基于热管网络的大热耗单机热管理方法，其特征在于，所述步骤2中，预埋热管和外贴热管根据布局形式进行弯曲操作或去翅片操作。

6.根据权利要求1所述的基于热管网络的大热耗单机热管理方法，其特征在于，所述步骤2中，在外贴热管与单机间垫绝缘膜。

7.根据权利要求6所述的基于热管网络的大热耗单机热管理方法，其特征在于，所述绝缘膜的双面填充导热填料。

8.根据权利要求1所述的基于热管网络的大热耗单机热管理方法，其特征在于，所述步骤2中，所述外贴热管的非安装面喷涂或粘贴低太阳吸收比和高半球发射率热控涂层。

9.根据权利要求1所述的基于热管网络的大热耗单机热管理方法，其特征在于，所述步骤2中，所述外贴热管采用螺钉或者卡箍方式与安装面进行固定。

10.根据权利要求9所述的基于热管网络的大热耗单机热管理方法，其特征在于，所述外贴热管沿热管走向的固定间距为100～150mm。

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