CN115355744A - 一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器。包括鞍座壳体一体化组件、毛细芯、储液器、第一钢铝接头、第二钢铝接头和刺刀管，鞍座壳体一体化组件采用大直径铝棒作为原材料，先加工装配孔，加热后与毛细芯过盈装配，再将铝棒的外表面加工成鞍座的形状；鞍座壳体一体化组件的两端分别焊接第一钢铝接头和第二钢铝接头，一端与不锈钢汽管路接口连接，另一端与不锈钢储液器连接，第一钢铝接头和第二钢铝接头均采用惯性摩擦焊制作而成。其中本发明的有益效果是：采用鞍座壳体一体化设计，解决了大热量应用场景引起的高温差问题；避免低温应用场景引起的可靠性风险；蒸发器结构简单、加工方便，实现热控设计的轻量化的同时，也降低了制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及航空器热控技术领域，特别涉及一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器。
背景技术
环路热管是一种高效的传热装置，具有传输距离远、传热功率大、均温性能高、布置灵活等优点，使其在航天器热控、电子器件冷却、工业余热回收等领域得到了广泛的应用。蒸发器作为环路热管的核心部件，其性能决定了整个系统是否能够正常运行。常规的宇航级环路热管的蒸发器为长圆柱状结构，为了便于和热管网络或单机进行热耦合，蒸发器的壳体和鞍座间通常采用锡焊进行钎焊连接。
对于发热量不大(如小于100W)、且只需要控温到常温(0-35℃)的单机，传统的蒸发器壳体与鞍座间锡焊的连接可以满足应用的要求。然而对于传热量高达数百甚至上千瓦的大功率单机或热管网络，蒸发器和鞍座之间的锡焊连接会产生较大的温差，从而大幅增大了系统的传热热阻，降低系统的传热性能；对于红外载荷等需要在低温甚至深冷条件下进行热量传输的应用场景，蒸发器和鞍座之间的锡焊连接具有较大的发生锡疫的风险，系统的可靠性大大降低。
专利CN103639559公开了一种环路热管蒸发器的铝合金鞍座与不锈钢集热管在空气中大面积软钎焊的方法：焊前先将铝合金鞍座待焊部位表面镀镍处理，在不锈钢管上预先涂敷一层钎料，然后将铝合金鞍座放入炉中加热至230～240℃，最后将预热至低于240℃的不锈钢集热管插入铝合金鞍座中溢出多余钎料，凝固后形成环路热管蒸发器结构。但该方法步骤较为复杂，且在高温或低温环境下运行时，传热性能降低，系统可靠性降低。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种结构简单、制造方便，同时既能有效解决大热量应用场景引起的高温差问题，又能避免低温应用场景引起可靠性风险的鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，本发明的技术方案是这样实施的：
一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，包括鞍座壳体一体化组件，所述鞍座壳体一体化组件上设置有装配孔，所述装配孔与毛细芯过盈配合，所述鞍座壳体一体化组件两端分别连接第一钢铝接头和第二钢铝接头，储液器与所述第一钢铝接头相连接，蒸汽管路与所述第二钢铝接头相连接，刺刀管贯穿毛细芯液体干道与储液器，刺刀管的一端与储液器液管路焊接。
优选地，所述鞍座壳体一体化组件采用包括大直径1系、3系或者7系的铝棒。
优选地，所述鞍座壳体一体化组件的底部受热面采用平整面设计。
优选地，所述底部受热面的两侧设置安装脚，所述安装脚上开设通孔。
优选地，所述第一钢铝接头包括壳体前封头和储液器连接件，所述壳体前封头为铝和金材质，所述储液器连接件为不锈钢材质，所述壳体前封头和所述储液器连接件采用摩擦焊连接。
优选地，所述第二钢铝接头包括壳体后封头和汽管路接口，所述壳体后封头为铝合金材质，所述汽管路接口为不锈钢材质，所述壳体后封头和所述汽管路接口采用摩擦焊连接。
优选地，所述鞍座壳体一体化组件与所述第一钢铝接头的所述壳体前封头均为铝合金材质，采用氩弧焊连接。
优选地，所述鞍座壳体一体化组件与所述第二钢铝接头的所述壳体后封头均为铝合金材质，采用氩弧焊连接。
优选地，所述第一钢铝接头的所述储液器连接件与储液器封头均为不锈钢材质，采用激光焊连接。
优选地，所述第二钢铝接头的所述汽管路接口与蒸汽管路均为不锈钢材质，采用激光焊连接。
实施本发明的技术方案可解决现有技术中蒸发器壳体与鞍座之间因锡焊连接一方面在大功率工况下产生较大的温差，导致系统热阻增大、传热性能下降，另一方面在低温或者深冷的工况下有发生锡疫的风险，导致系统可靠性降低的技术问题；实施本发明的技术方案，通过采用大直径的铝棒加工成鞍座壳体一体化组件，将毛细芯过盈装配在鞍座壳体一体化组件内，鞍座壳体一体化组件的两端通过第一钢铝接头和第二钢铝接头分别连接储液器和蒸汽管路，刺刀管贯穿毛细芯液体干道与储液器，将可实现的技术效果包括：
1、采用鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，解决了大热量的应用场景下，传统蒸发器和鞍座之间因锡焊连接产生较大温差的问题；
2、采用鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，解决了在低温、深冷条件下运行的环路热管，因蒸发器和鞍座之间的锡焊连接而产生的锡疫现象，保障了系统运行的可靠性；
3、采用鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，结构简单、加工方便，采用铝合金替代不锈钢壳体，实现热控设计的轻量化的同时，也降低了制造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
图1为鞍座壳体一体化环路热管蒸发器的示意图；
图2为鞍座壳体一体化组件示意图；
图3为毛细芯示意图；
图4为储液器示意图；
图5为第一钢铝接头示意图；
图6为第二钢铝接头示意图。
在上述附图中，各图号标记分别表示：
1鞍座壳体一体化组件
1-1装配孔
1-2受热面
1-3安装脚
2毛细芯
2-1毛细芯本体
2-2蒸汽槽道
2-3液体干道
3储液器
3-1储液器筒体
3-2液管路接口
3-3储液器封头
4第一钢铝接头
4-1壳体前封头
4-2储液器连接件
5第二钢铝接头
5-1汽管路接口
5-2壳体后封头
6刺刀管
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
在优选的实施例中，如图1所示，一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，包括鞍座壳体一体化组件1、毛细芯2、储液器3、第一钢铝接头4、第二钢铝接头5和刺刀管6，毛细芯2安装在鞍座壳体一体化组件1的内部，鞍座壳体一体化组件1的两端分别设置第一钢铝接头4和第二钢铝接头5，第一钢铝接头4的另一端连接储液器3，刺刀管6贯穿毛细芯2与储液器3，从而完成了本实施例中装置的装配，本装置采用鞍座壳体一体化设计，不存在锡焊的情况。
如图2所示，本实施例中的鞍座壳体一体化组件1可以采用大直径1系、3系或者7系的铝棒作为原材料进行加工，具体的加工步骤可以采用：首先加工装配孔1-1，随后进行加热，装配孔1-1的直径与毛细芯2的外径过盈配合，再将铝棒的外表面加工成鞍座的形状。底部受热面1-2采用平整面的设计，采用平整面的设计能够确保热量的有效传递，避免造成热量的损耗。在底部受热面1-2的两侧加工若干个安装脚1-3，每个安装脚1-3上均开有通径为5.1mm的通孔，本实施例中的通径的尺寸可以采用5.1mm或者其他相应尺寸的通孔，保证本装置具有广泛的安装场景。通过采用通孔的设计，鞍座壳体一体化组件1可以采用螺栓与散热物体相连接。
如图3所示，毛细芯2包括毛细芯主体2-1、蒸汽槽道2-2和液体干道2-3，毛细芯主体2-1采用多孔材料，毛细芯2的外表面开设有一根蒸汽槽道2-2，中心设置液体干道2-3。
如图4所示，储液器3包括储液器筒体3-1、液管路接口3-2和储液器封头3-3，储液器3的材料选用不锈钢，储液器3内的各个部件之间采用激光焊进行连接。
鞍座壳体一体化组件1通过第一钢铝接头4与储液器3相连接，如图5所示，第一钢铝接头4包括壳体前封头4-1和储液器连接件4-2，其中壳体前封头4-1采用与鞍座壳体一体化组件1相同的原材料。储液器连接件4-2采用不锈钢，壳体前封头4-1和储液器连接件4-2之间通过惯性摩擦焊连接形成第一钢铝接头4。如图6所示，第二钢铝接头5包括汽管路接口5-1和壳体后封头5-2，其中壳体后封头5-2选用和鞍座壳体一体化组件1相同的原材料，汽管路接口5-1采用不锈钢。汽管路接口5-1和壳体后封头5-2之间通过摩擦焊的方式进行连接形成第二钢铝接头5。摩擦焊是金属间的塑性连接，不加入任何中间金属，也不会产生金属间的电化学反应，抗腐蚀能力极强。
与蒸汽槽道2-2相通的鞍座壳体一体化组件1的一侧与第二钢铝接头5的壳体后封头5-2的材质均为1系、3系或7系的铝合金，两者采用氩弧焊连接；与液体干道2-4相通的鞍座壳体一体化组件1的一侧与第一钢铝接头4的壳体前封头4-1的材质均为1系、3系或7系的铝合金，两者采用氩弧焊连接。储液器连接件4-2与储液器封头3-3的材质均为不锈钢，采用激光焊连接。刺刀管6贯穿毛细芯2的液体干道2-3和储液器3，刺刀管6的一端与储液器管路接口3-2位置固定。汽管路接口5-1与汽管路的材质均为不锈钢，采用激光焊连接。
环路热管内的工质在受热面1-2接受热量后蒸发，蒸汽工质由蒸汽槽道2-2汇集至与汽管路接口5-1相连的蒸汽管路，蒸汽工质进入冷凝器后冷凝成液态，沿着液管路进入与液管路接口3-2相连的刺刀管6内，毛细芯2通过毛细力的作用将液体工质持续输送到毛细芯2的外表面受热蒸发，从而形成气液两相流的自循环回路。
需要指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)
1.一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，其特征在于：包括鞍座壳体一体化组件，所述鞍座壳体一体化组件上设置有装配孔，所述装配孔与毛细芯过盈配合，所述鞍座壳体一体化组件两端分别连接第一钢铝接头和第二钢铝接头，储液器与所述鞍座壳体一体化组件的一端相连接，所述鞍座壳体一体化组件的另一端与蒸汽管路相连接，刺刀管贯穿毛细芯液体干道与所述储液器，所述刺刀管的一端与储液器液管路接口焊接。
2.根据权利要求1所述的一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，其特征在于：所述鞍座壳体一体化组件采用包括大直径1系、3系或者7系的铝棒。
3.根据权利要求2所述的一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，其特征在于：所述鞍座壳体一体化组件的底部受热面采用平整面设计。
4.根据权利要求3所述的一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，其特征在于：所述底部受热面的两侧设置安装脚，所述安装脚上开设通孔，通过所述安装脚固定在散热物体的表面。
5.根据权利要求4所述的一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，其特征在于：所述第一钢铝接头包括壳体前封头和储液器连接件，所述壳体前封头为铝合金材质，所述储液器连接件为不锈钢材质，所述壳体前封头和所述储液器连接件采用摩擦焊连接。
6.根据权利要求5所述的一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，其特征在于：所述第二钢铝接头包括壳体后封头和汽管路接口，所述壳体后封头为铝合金材质，所述汽管路接口为不锈钢材质，所述壳体后封头和所述汽管路接口采用摩擦焊连接。
7.根据权利要求6所述的一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，其特征在于：所述鞍座壳体一体化组件与所述第一钢铝接头的所述壳体前封头均为铝合金材质，采用氩弧焊连接。
8.根据权利要求7所述的一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，其特征在于：所述鞍座壳体一体化组件与所述第二钢铝接头的所述壳体后封头均为铝合金材质，采用氩弧焊连接。
9.根据权利要求8所述的一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，其特征在于：所述第一钢铝接头的所述储液器连接件与储液器封头均为不锈钢材质，采用激光焊连接。
10.根据权利要求9所述的一种鞍座壳体一体化环路热管蒸发器，其特征在于：所述第二钢铝接头的所述汽管路接口与蒸汽管路均为不锈钢材质，采用激光焊连接。
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