CN207006955U - 一种可快速充装的相变装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可快速充装的相变装置，对石墨填充物表面进行了流道设计，保证相变装置在充装时能够使相变材料以较小的流动阻力流入相变装置内部。该装置包括：上盖、下箱、石墨填充物、相变材料和充装管；相变装置的壳体由上盖、下箱构成，石墨填充物填充在相变装置的壳体内，石墨填充物表面开设流道，充装管穿过壳体与所述流道连通，所述相变材料通过充装管经过流道渗透到石墨填充物中。其中流道包括开设于石墨填充物底面的底面流道和开设于石墨填充物四周的侧表面流道，底面流道为十字型流道，侧表面流道与底面流道连通，侧表面流道连通组成一圈流道。

Description

一种可快速充装的相变装置

技术领域

本实用新型属于航天器热控技术领域，具体涉及一种可快速充装的相变装置。

背景技术

随着航天技术的不断发展，很多任务类型与工作模式多样的新型卫星与传统卫星平台相比，这些卫星轨道机动范围大，造成空间热环境复杂(环境温度、空间外热流变化大等)，甚至会具有一定的不可预知性，并且由于卫星工作模式多样，使得设备热负荷变化范围大，这些都给卫星热控设计带来了很多技术难题，特别是某些热容较小的特殊设备其工作温度范围要求越来越窄，同时具有温度水平和波动性要求。对于这类卫星设备的热控设计，一般可采用主动热控技术或者增加设备热容的方法来实现。一般情况下主动热控技术在可靠性方面具有一定的不足，并且在复杂外热流下，仅依靠电加热控制需要的功率资源很多，有时会受到整星功率资源的限制；而单纯靠增加设备重量来提高热容，卫星重量又很难接受，并且单纯增加重量只能减小温度波动范围，并不能改变设备的工作温度水平。由于相变材料在相变过程中具有等温或近似等温、吸收/释放大量潜热的优点，在卫星设备内热源或外部热环境发生周期性变化时能够有效抑制这种干扰，保持设备温度相对稳定，因此相变装置逐步在航天热控领域得到应用。对于航天器上传统应用的相变装置，通常采用金属翅片作为增强导热填料，相变装置壳体的焊接采用钎焊的方法。相变材料用于吸收和释放热量，具有从固相和液相直接相互转换的能力，石墨填充物用于提高相变材料的导热能力，石墨填充物具有导热系数高、孔隙度高、加工周期短、成本低的优点，但在采用石墨填充物作为增强导热材料的相变装置中，将相变材料充入相变装置时，相变材料流入相变装置的内部阻力较大，相变材料在石墨填充物内流动阻力也很大，致使充装时间过长，导致相变装置的研制周期长，且这种相变装置壳体的强度和密封性也有待提高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种可快速充装的相变装置，对石墨填充物表面进行了流道设计，保证相变装置在充装时能够使相变材料以较小的流动阻力流入相变装置内部。

本实用新型的技术解决方案是：

该装置包括：上盖、下箱、石墨填充物、相变材料和充装管；相变装置的壳体由上盖、下箱构成，石墨填充物填充在相变装置的壳体内，石墨填充物表面开设流道，充装管穿过壳体与所述流道连通，所述相变材料通过充装管经过流道渗透到石墨填充物中。

其中流道包括开设于石墨填充物底面的底面流道和开设于石墨填充物四周的侧表面流道，底面流道为十字型流道，侧表面流道与底面流道连通，侧表面流道连通组成一圈流道。

进一步地，充装管从下箱侧壁穿过与流道连通。

进一步地，下箱中固定有结构加强筋；石墨填充物上加工有与结构加强筋形状相同的通孔，结构加强筋穿过通孔与上盖焊接。

其中，流道为深1mm的凹槽。

其中，上盖和下箱通过真空电子束焊焊接在一起。

较佳地，充装管和下箱通过氩弧焊焊接在一起。

进一步地，充装管材质为纯铝。

有益效果：

1.本实用新型对石墨填充物进行流道设计，降低了充装时相变材料流动阻力，提高了相变装置的充装速率，同时提高了石墨填充物气体释放速度，减少了相变装置的抽真空时间，缩短了产品的研制周期；

2.本实用新型对石墨填充物的四周侧表面进行流道设计，提高了相变材料浸入石墨填充物的速度；

3.本实用新型采用内部加强筋设计，增强相变装置壳体的强度；

4.本实用新型的流道设计为深1mm的凹槽，适用于相变材料的快速流动；

5.本实用新型中相变装置的上盖和下箱焊接为一体，相变装置有较强的密封性。

附图说明

图1为相变装置剖面示意图；

图2为本实用新型的石墨填充物底面向上的示意图，其中(a)为俯视图，(b)为石墨填充物中间剖面视图(c)为石墨填充物正视图。

其中，1-上盖，2-下箱，3-石墨填充物，4-相变材料，5-充装管，6-流道，61-底面流道，62-侧面流道，7-通孔。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

本实用新型的相变装置采用铝合金作为壳体结构，如图1所示，可快速充装的相变装置包括上盖1、下箱2、石墨填充物3、相变材料4和充装管5。

相变装置的壳体由上盖1、下箱2构成，石墨填充物3填充在相变装置的壳体内，石墨填充物3表面开设流道6，充装管5穿过壳体与所述流道6连通，所述相变材料4通过充装管经过流道渗透到石墨填充物3中。相变材料4的使用量根据相变装置的应用范围确定，相变材料4通常为烷烃类有机物，在固相和液相之间相互转换时能够吸收或放出大量的潜热。相变材料4与上盖1、下箱2、石墨填充物3和充装管5之间具有很好的相容性。

根据相变材料4在石墨填充物3所占的容积百分比计算出石墨填充物3的容积。根据石墨填充物3的容积和相变装置所需的结构强度，计算相变装置壳体的厚度和加强筋位置，从而设计出上盖1、下箱2的外形尺寸。考虑到上盖1和下箱2焊接后进行二次机械加工，上盖1和下箱2生产时需要留有一定的加工余量。根据设计图纸加工上盖1和下箱2，上盖1和下箱2分别采用整料一体化加工。石墨填充物3厚度相比下箱2空腔深度留有一定过盈量，通常为0.05mm。根据相变装置内部石墨填充物3被加强筋分割的情况，预留出结构加强筋的位置，如图2(a)与图2(b)所示，通孔7为结构加强筋的预留位置。对相变装置进行流道设计，流道在石墨填充物3上均匀分布，流道避免过于密集，以免破坏石墨填充物3的表面结构。流道如图1和图2中流道6所示，石墨填充物3底面的底面流道61和开设于石墨填充物3四周的侧表面流道62，底面流道61为十字型流道，侧表面流道62与底面流道61连通，侧表面流道62连通组成一圈流道，如图2(c)所示。充装管5从下箱侧壁穿过与流道连通。考虑到石墨填充物本身材质较软，流道采用人工刻蚀的办法加工，流道为深1mm的凹槽。加工过程中，允许出现少量碎屑。加工完成后采用洁净高压空气进行吹除。

下箱2中固定有结构加强筋；石墨填充物3上加工有与结构加强筋形状相同的通孔7，结构加强筋穿过通孔7与上盖1焊接。流道为深1mm的凹槽。上盖1和下箱2通过真空电子束焊焊接在一起。充装管5和下箱2通过氩弧焊焊接在一起。

具体安装时，将加工完成的石墨填充物3放入下箱2，然后安装上盖1，采用焊接工装将上盖1和下箱2固定。将产品放入真空电子束焊机内。采用真空电子束焊将上盖1和下箱2焊接在一起，同时保证下箱2加强筋也与上盖1焊接。对焊接完成后的产品采用数控机床进行二次加工，将上盖1和下箱2的加工余量去除，同时确保上盖1和下箱2的平面度、粗糙度满足设计要求。

采用手工氩弧焊将充装管5和下箱2焊接在一起。将相变装置放入高温烘箱，相变装置充装管5与真空系统连接，相变装置内部抽真空并进行高温烘烤，时间保持不少于4小时。充装管5由纯铝加工而成，外径为4mm，内径为1mm。

对相变装置进行充装，将充装管5与充装台的真空系统连接，待相变装置内的压力降到10Pa以下后，旋转充装台上连接阀，断开相变装置与真空系统连接，接入相变材料充装管路，使液相相变材料流入相变装置。充装完成后，将充装管5用冷焊钳卡断并封焊，完成相变装置生产。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可快速充装的相变装置，其特征在于，包括：上盖(1)、下箱(2)、石墨填充物(3)、相变材料(4)和充装管(5)；相变装置的壳体由上盖(1)、下箱(2)构成，石墨填充物(3)填充在相变装置的壳体内，石墨填充物(3)表面开设流道(6)，充装管(5)穿过壳体与所述流道(6)连通，所述相变材料(4)通过充装管经过流道渗透到石墨填充物(3)中。

2.如权利要求1所述的一种可快速充装的相变装置，其特征在于，所述流道(6)包括开设于石墨填充物(3)底面的底面流道(61)和开设于石墨填充物(3)四周的侧表面流道(62)，底面流道(61)为十字型流道，侧表面流道(62)与底面流道(61)连通，侧表面流道(62)连通组成一圈流道。

3.如权利要求1所述的一种可快速充装的相变装置，其特征在于，所述充装管(5)从下箱侧壁穿过与流道连通。

4.如权利要求1所述的一种可快速充装的相变装置，其特征在于，下箱(2)中固定有结构加强筋；石墨填充物(3)上加工有与结构加强筋形状相同的通孔(7)，结构加强筋穿过通孔(7)与上盖(1)焊接。

5.如权利要求1所述的一种可快速充装的相变装置，其特征在于，所述流道为深1mm的凹槽。

6.如权利要求1所述的一种可快速充装的相变装置，其特征在于，上盖(1)和下箱(2)通过真空电子束焊焊接在一起。

7.如权利要求1所述的一种可快速充装的相变装置，其特征在于，充装管(5)和下箱(2)通过氩弧焊焊接在一起。

8.如权利要求1所述的一种可快速充装的相变装置，其特征在于，充装管(5)材质为纯铝。