CN214199799U - 用于舱体的散热组件以及航天器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用于舱体的散热组件和航天器。该散热组件包括第一导热部件、第二导热部件和第三导热部件。第一导热部件用于与舱体的第一结构板热耦合以促进热量在第一结构板内的扩散。第二导热部件用于与舱体的第二结构板热耦合以促进热量在第二结构板内的扩散。第三导热部件与第一导热部件和第二导热部件热耦合以促进热量在第一结构板与第二结构板之间的扩散。该航天器包括舱体和该散热组件。本申请所公开的散热组件和航天器能够高效地实现多个结构板的板内和板间的等温化。

Description

用于舱体的散热组件以及航天器

技术领域

本申请涉及热控技术领域，尤其涉及一种用于舱体的散热组件以及航天器。

背景技术

现如今，大功率、高热流密度设备的使用日益广泛。然而，在封闭的空间环境中，这些设备所产生的热量不易扩散，从而影响设备的使用寿命和工作可靠性。

因此，如何改善高发热电子器件在封闭空间环境中的散热以使其能够长时间高可靠性地工作是当前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请所要解决的技术问题是如何改善高发热设备在封闭空间环境下的散热。

针对上述技术问题，本申请的一个方面提供了一种用于舱体的散热组件，其包括：第一导热部件，被配置为与所述舱体的第一结构板热耦合以促进热量在所述第一结构板内的扩散；第二导热部件，被配置为与所述舱体的第二结构板热耦合以促进热量在所述第二结构板内的扩散；以及第三导热部件，与所述第一导热部件和所述第二导热部件热耦合以促进热量在所述第一结构板与所述第二结构板之间的扩散。

在一些实施例中，所述散热组件还可包括：第一导热层，被配置为包覆所述第一结构板；以及第二导热层，被配置为包覆所述第二结构板，其中，所述第一导热部件设置在所述第一结构板内并与所述第一导热层接触；所述第二导热部件设置在所述第二结构板内并与所述第二导热层接触；所述第三导热部件与所述第一导热层和所述第二导热层接触。

在一些实施例中，所述第一导热部件可包括多个第一热管，所述多个第一热管中的任何热管都可与相邻热管热耦合；所述第二导热部件可包括多个第二热管，所述多个第二热管中的任何热管都可与相邻热管热耦合。

在一些实施例中，所述多个第一热管中的任何热管都可与相邻热管接触；所述多个第二热管中的任何热管都可与相邻热管接触。

在一些实施例中，所述第三导热部件可包括第三热管，所述第三热管可与所述多个第一热管中的一个或多个热耦合并可与所述多个第二热管中的一个或多个热耦合。

在一些实施例中，所述散热组件还可包括：第一热扩散板，在所述第一结构板的第一侧附接至所述第一导热层，所述第一热扩散板用于与第一热源接触以促进热量从所述第一热源的向所述第一导热层的扩散；以及第二热扩散板，在所述第二结构板的第一侧附接至所述第二导热层，所述第二热扩散板用于与第二热源接触以促进热量从所述第二热源的向所述第二导热层的扩散。

在一些实施例中，所述散热组件还可包括：第一散热层，在所述第一结构板的第二侧附接至所述第一导热层，以促进热量从所述第一导热层的向外部的扩散，所述第一结构板的第二侧与所述第一结构板的第一侧相对；以及第二散热层，在所述第二结构板的第二侧附接至所述第二导热层，以促进热量从所述第二导热层的向外部的扩散，所述第二结构板的第二侧与所述第二结构板的第一侧相对。

在一些实施例中，所述散热组件还可包括：第一保温层，在所述第一结构板的第二侧附接至所述第一导热层，以限制热量从所述第一导热层向外部的扩散；以及第二保温层，在所述第二结构板的第二侧附接至所述第二导热层，以限制热量从所述第二导热层向外部的扩散。

在一些实施例中，所述第一保温层可具有暴露所述第一导热层的第一开口，所述第一散热层位于所述第一开口内；所述第二保温层可具有暴露所述第二导热层的第二开口，所述第二散热层位于所述第二开口内。

在一些实施例中，所述第一导热层与所述第二导热层接触。

在一些实施例中，所述舱体为卫星舱体，所述第一结构板为所述卫星舱体的第一舱板，所述第二结构板为所述卫星舱体的第二舱板。

本申请的另一个方面提供了一种航天器，所述航天器包括舱体以及如前文所述的用于舱体的散热组件。

本申请的技术效果在于：通过以上热管网络布置方案，构建出一个辐射效率高且重量轻的散热网络，该散热网络能够使热耗集中的大功率设备的热量有效快速地在单个结构板内传导疏散，同时还能够在热耗悬殊较大的相邻结构板间实现热量耦合并促进整个舱体的等温化。

附图说明

以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请的意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：

图1为一种散热组件的侧面示意图；

图2为另一种散热组件的侧面示意图；

图3A为根据本申请实施例的散热组件的俯视图；

图3B为沿图3A的线AA’截取的侧面示意图；

图3C为根据本申请实施例的散热组件的仰视图；

图4A为根据本申请实施例的散热组件的俯视图；

图4B为沿图4A的线BB’截取的侧面示意图；

图5为根据本申请实施例的散热组件的俯视图；

图6A为根据本申请实施例的散热组件的俯视图；

图6B为沿图6A的线CC’截取的侧面示意图；

图7为根据本申请实施例的散热组件的俯视图。

具体实施方式

以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本申请不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。

这里使用的术语仅用于描述特定示例实施例的目的，而不是限制性的。比如，除非上下文另有明确说明，这里所使用的，单数形式″一″，″一个″和″该″也可以包括复数形式。当在本说明书中使用时，术语″包括″、″包含″和/或″含有″意思是指所关联的整数、步骤、操作、元素组件和/或组的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或组的存在或在该系统/方法中可以添加其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或组。当在本说明书中使用时，术语″甲位于乙上″的意思可以是甲直接与乙相邻(之上或者之下)，也可以指甲与乙间接相邻(即甲与乙之间还隔了一些物质)；术语″甲位于乙内″的意思可以甲全部位于乙里面，也可以是甲部分地位于乙里面。

如图1所示，散热组件10可包括附接在结构板11上的热扩散板12和13。发热源14和15可分别安装在热扩散板12和13上。在该技术方案中，来自发热源14和15的集中热量先扩散到具有较大面积的热扩散板12和13上，再经由热扩散板12和13传导至结构板11并经由结构板11辐射出去。但是，当热扩散板12和13采用热传导性能良好的金属材料制成时，散热组件10的重量会极大地增加，这在对重量很敏感的应用场景下是十分不利的，因为舱体越重，推动所述舱体所需的燃料就越多，运行成本也会增加。

如图2所示，散热组件20可包括埋设在结构板21内的导热部件22以及附接在结构板21上的导热部件23。发热源24和25可安装在结构板21上。在该技术方案中，来自发热源24和25的集中热量可通过导热部件22和23扩散。然而，对于存在多个结构板21的结构，结构板21之间难以实现均温设计。

为了解决上述问题，本申请实施例提供一种散热组件。应注意，本申请所披露的散热组件可以被应用到各种能够形成全封闭或半封闭空间的结构，例如，各种交通工具、运载工具或容置工具的舱体、箱体、柜体或房体，包括但不限于：货舱、货柜、驾驶舱、机舱、客舱、船舱、卫星舱体、宇宙空间站舱体、航天器舱体、航空器舱体、集装箱、电脑机箱、房屋和仓库。应注意，本申请所披露的散热组件也可以应用于半开放式结构或全开放式结构。

如图3A、图3B和图3C所示，散热组件1000可安装至舱体的第一结构板100和第二结构板200。为了方便说明，正常观察时不可见的部件在图3A中用虚线表示。

第一结构板100可与第二结构板200相连。在本申请中，结构板指的是工程建造中构成封闭或半封闭空间的构件。本申请披露的结构板可以被安装至前面提到的具有封闭空间的结构，或者直接作为所述结构的一部分。例如，第一结构板100和/或第二结构板200可以直接作为卫星舱体的舱板、集装箱的箱板、冷柜的柜板、锅炉房的墙板等。第一结构板100和/或第二结构板可以是蜂窝板，例如，铝蜂窝板。当第一结构板100和/或第二结构板200用作卫星舱体的一部分时，铝蜂窝板可以大大减轻卫星的整体重量，同时提供一定的导热能力。

散热组件1000可包括第一导热层341、第二导热层342、第一热扩散板351、第二热扩散板352、第一导热部件310、第二导热部件320、第三导热部件330、第一散热层361、第二散热层362、第一保温层371、和第二保温层372。应注意，上面列举的部件或层仅为示例性的，而非限制性的。在其他实施例中，上述部件或层中的一个或多个可能不存在。

第一导热层341可包覆第一结构板100。第一导热层341可以由金属制成，以提供热传导，从而促进热量在第一结构板100内的扩散。第一导热层341可完全或部分包覆第一结构板100。例如，第一导热层341可以是铝膜。

第二导热层342可包覆第二结构板200。第二导热层342可以由金属制成，以提供热传导，从而促进热量在第二结构板200内的扩散。第二导热层342可完全或部分包覆第二结构板200。例如，第二导热层342可以是铝膜。第一导热层341可以和第二导热层342接触以进一步促进热量在第一结构板100和第二结构板200之间的扩散。

第一热扩散板351在第一结构板100的第一侧(例如，第一热源411所在的一侧)附接至第一导热层341。图中所示多个第一热扩散板351用于分别与第一热源411接触以促进热量从第一热源411的向第一导热层341的扩散。第一导热层341随后可将热量扩散至第一结构板100。第一热源411可以是大功率电子设备或器件。应注意，图中示出的第一热源411的数量、大小、形状、定向和/或位置仅为示例性的，而非限制性的。第一热扩散板351的数量、大小、形状、定向和/或位置可以根据第一热源411的数量、大小、形状、定向和/或位置来改变。第一热扩散板351可以为金属板，例如，铝板。

第二热扩散板352在第二结构板200的第一侧(例如，第二热源421所在的一侧)附接至第二导热层342。图中所示多个第二热扩散板352用于分别与第二热源421接触以促进热量从第二热源421的向第二导热层342的扩散。第二导热层342随后可将热量扩散至第二结构板200。第二热源421可以是大功率电子设备或器件。应注意，图中示出的第二热源421的数量、大小、形状、定向和/或位置仅为示例性的，而非限制性的。第二热扩散板352的数量、大小、形状、定向和/或位置可以根据第二热源421的数量、大小、形状、定向和/或位置来改变。第二热扩散板352可以为金属板，例如，铝板。

第一导热部件310可与第一结构板100热耦合以促进热量在第一结构板100内的扩散，从而实现第一结构板100的等温化。在本申请中，等温化指的是系统不断通过热交换或热扩散把温度调整为与热源的温度相同的过程。在本申请中，热耦合指的是通过热传递、热对流或热辐射方式实现的传热连接。热耦合可以通过两个导热部件之间的直接接触来实现，也可以通过两个导热部件分别接触一个中间导热部件来实现。第一导热部件310可设置在第一结构板100内并与第一导热层341接触。第一导热部件310可完全埋设或部分埋设在第一结构板100内。通过预埋方式设置的第一导热部件310的辐射器效率最高且重量及面积最小。第一导热部件310也可布置在第一导热层341上并与一个或多个第一热扩散板351接触。

第一导热部件310可包括多个第一热管311。本申请中，热管指的是利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质将热源的热量迅速传递到热源外的传热元件。热管可由管壳、吸液芯和端盖组成，所述吸液芯由毛细多孔材料构成。热管一端可为蒸发端，另外一端可为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速汽化，蒸气在热扩散的动力下流向另外一端，并在冷端冷凝释放出热量，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端，如此循环不止，直到热管两端温度相等。多个第一热管311中的任何一个热管都可与相邻热管热耦合。例如，多个第一热管311中的任何一个热管都可与相邻热管接触。多个第一热管311中的任何一个热管的一个或多个部分都可与相邻热管正交，以组成正交管网，使得来自第一热源411的热量能够通过所述正交管网迅速扩散到整个第一结构板100和第一导热层341，随后经由第一导热层341和第一散热层361(将在下文详细介绍)辐射到外部环境(例如，宇宙空间)。多个第一热管311中的一个或多个可以布置在第一导热层341上并与一个或多个第一热扩散板351接触。任何一个第一热管311可以用于促进与其热耦合的两个第一热源411之间的等温化。应注意，图中示出的第一热管311的数量、大小、形状、定向和/或位置仅为示例性的，而非限制性的。第一热管311的数量、大小、形状、定向和/或位置可以根据第一热源411的数量、大小、形状、定向和/或位置来改变。

第二导热部件320可与第二结构板200热耦合以促进热量在第二结构板200内的扩散，从而实现第二结构板200的等温化。第二导热部件320可设置在第二结构板200内并与第二导热层342接触。第二导热部件320可完全埋设或部分埋设在第二结构板200内。通过预埋方式设置的第二导热部件320的辐射器效率最高且重量及面积最小。第二导热部件320也可布置在第二导热层342上并与第二热扩散板352接触。

第二导热部件320可包括多个第二热管321。多个第二热管321中的任何一个热管都可与相邻热管热耦合。例如，多个第二热管321中的任何一个热管都可与相邻热管接触。多个第二热管321中的任何一个热管的一个或多个部分可与相邻热管正交，以组成正交管网，使得来自第二热源421的热量能够通过所述正交管网迅速扩散到整个第二结构板200和第二导热层342，随后经由第二导热层342和第二散热层362(将在下文详细介绍)辐射到外部环境(例如，宇宙空间)。多个第二热管321中的一个或多个可以布置在第二导热层342上并与一个或多个第二热扩散板352接触。任何一个第二热管321可以用于促进与其热耦合的两个第二热源421之间的等温化。应注意，图中示出的第二热管321的数量、大小、形状、定向和/或位置仅为示例性的，而非限制性的。第二热管321的数量、大小、形状、定向和/或位置可以根据第二热源421的数量、大小、形状、定向和/或位置来改变。

第三导热部件330可与第一导热部件310和第二导热部件320热耦合以促进热量在第一结构板100与第二结构板200之间的扩散，从而实现第一结构板100与第二结构板200之间的等温化。第三导热部件330可与第一导热层341和第二导热层342接触。第三导热部件330包括一个或多个第三热管331，第三热管331与多个第一热管311中的一个或多个热耦合并与多个第二热管321中的一个或多个热耦合。第三热管331的一个或多个部分可以与一个或多个第一热管311正交并与一个或多个第二热管321正交。在一些实施例中，第三热管331可以具有L型截面(例如，当第一结构板100和第二结构板200彼此大致垂直时)。在一些实施例中，第三热管331可以与一个或多个第一热扩散板351和/或第二热扩散板352接触。应注意，图中示出的第三热管331的数量、大小、形状、定向和/或位置仅为示例性的，而非限制性的。第三热管331的数量、大小、形状、定向和/或位置可以根据第一热源411和/或第二热源421的数量、大小、形状、定向和/或位置来改变，也可以根据第一热管311和/或第二热管321的数量、大小、形状、定向和/或位置来改变。

第一散热层361可在第一结构板100的第二侧(例如，远离第一热源411的一侧)附接至第一导热层341，以促进热量从第一导热层341的向外部环境(例如，外太空)的扩散，其中，第一结构板100的第二侧与第一结构板100的第一侧相对。第一散热层361可以是白漆或其他高发射率材料。

第二散热层362可在第二结构板200的第二侧(例如，远离第二热源421的一侧)附接至第二导热层342，以促进热量从第二导热层342的向外部环境(例如，外太空)的扩散，其中，第二结构板200的第二侧与第二结构板200的第一侧相对。第二散热层362可以是白漆或其他高发射率材料。

第一保温层371可在第一结构板100的第二侧附接至第一导热层341，以限制热量从第一导热层341向外部环境的扩散。第一保温层371可包括高吸收率材料，例如，聚酰亚胺。第一保温层371可以为网状多层(例如，5至10层)结构。第一保温层371可具有暴露第一导热层341的第一开口，第一散热层361可位于所述第一开口内。所述第一开口的位置、数量、大小和/或形状可以根据第一热源411的位置、数量、大小和/或形状来设计。例如，所述第一开口可设置在相对于第一结构板100与第一热源411大致对称的位置处。第一散热层361可通过喷涂的方式填满所述第一开口。

第二保温层372可在第二结构板200的第二侧附接至第二导热层342，以限制热量从第二导热层342向外部环境的扩散。第二保温层372可包括高吸收率材料，例如，聚酰亚胺。第二保温层372可以为网状多层(例如，5至10层)结构。第二保温层372具有暴露第二导热层342的第二开口，第二散热层362可位于第二开口内。所述第二开口的位置、数量、大小和/或形状可以根据第二热源421的位置、数量、大小和/或形状来设计。例如，所述第二开口可设置在相对于第二结构板200与第二热源421大致对称的位置处。第二散热层362可通过喷涂的方式填满所述第二开口。

图4A和图4B示出了散热组件1000的另一种示例性实施例，其中，多个第一热管311处于同一水平高度，多个第二热管321处于同一水平高度。在一些实施例中，多个第一热管311可处于同一水平高度而多个第二热管321可不处于同一水平高度。在一些实施例中，多个第一热管311可不处于同一水平高度而多个第二热管321可处于同一水平高度。

图5示出了散热组件1000的又一种示例性实施例，其中，第三导热部件330还包括第四热管332，第四热管332的一部分与第三热管331的一部分平行。在该实施例中，第三热管331和第四热管332分别可与两个第一热扩散板351和两个第二热扩散板352接触，从而进一步增强了板内和板间等温化效果。

图6A和图6B示出了散热组件1000的又一种示例性实施例，其中，第一结构板100和第二结构板200彼此垂直。在该实施例中，第三热管331具有L型截面。

图7示出了散热组件1000的又一种示例性实施例，其中，第一热源411直接接触第一导热层341，第二热源421直接接触第一导热层342，第一热扩散板351和第二热扩散板352均被省略。

应理解，本申请不限于前面描述的第一热管311、第二热管321和/或第三热管331的布局方式，其他变型和组合也落入本申请的保护范围。

本申请还公开一种航天器，所述航天器可包括：舱体和根据本申请实施例所述的用于舱体的散热组件。航天器可以是空间站、宇宙飞船或卫星。

通过前面提到的各种高效的热管网络布置方案，不仅能将热耗集中的大功耗单机设备的热量有效的快速扩散，最大限度的实现了舱体的等温化设计，同时，能将热耗悬殊较大的各舱板热量耦合，组成了整星的三维立体热管网络，实现了整星的等温化设计，为长期工作的载荷提供了稳定的工作环境。

在本申请中，某些术语已被用来描述本申请的实施例。例如，术语″实施例″，″一个实施例″和/或″一些实施例″表示结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，应当强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对″实施例″、″一个实施例″或″替代实施例″的两个或更多个引用不一定都指的是同一实施例。此外，可以在本申请的一个或多个实施例中适当地组合特定特征、结构或特性。

至此已经描述了基本概念，对于本领域的技术人员来说，在阅读了本详细公开之后可能会更加了解到，上述详细公开旨在仅通过示例而非限制性的方式进行呈现。尽管文中没有明确说明，但是本领域技术人员想要并且可以进行各种改变、改进和修改。例如，本申请的方法中的步骤可以不必完全按照所描述的顺序进行操作。这些步骤也可以部分地运行和/或以本领域普通技术人员合理预期的其他组合来运行。这些改变、改进和修改旨在由本申请提出，并且落入本申请的示例性实施方式的精神和范围内。

Claims (11)

1.一种用于舱体的散热组件，其特征在于，包括：

第一导热部件，被配置为与所述舱体的第一结构板热耦合以促进热量在所述第一结构板内的扩散；

第二导热部件，被配置为与所述舱体的第二结构板热耦合以促进热量在所述第二结构板内的扩散；以及

第三导热部件，与所述第一导热部件和所述第二导热部件热耦合以促进热量在所述第一结构板与所述第二结构板之间的扩散。

2.如权利要求1所述的散热组件，其特征在于，还包括：

第一导热层，被配置为包覆所述第一结构板；以及

第二导热层，被配置为包覆所述第二结构板，

其中，所述第一导热部件设置在所述第一结构板内并与所述第一导热层接触；所述第二导热部件设置在所述第二结构板内并与所述第二导热层接触；所述第三导热部件与所述第一导热层和所述第二导热层接触。

3.如权利要求2所述的散热组件，其特征在于，所述第一导热部件包括多个第一热管，所述多个第一热管中的任何热管都与相邻热管热耦合；所述第二导热部件包括多个第二热管，所述多个第二热管中的任何热管都与相邻热管热耦合。

4.如权利要求3所述的散热组件，其特征在于，所述多个第一热管中的任何热管都与相邻热管接触；所述多个第二热管中的任何热管都与相邻热管接触。

5.如权利要求3所述的散热组件，其特征在于，所述第三导热部件包括第三热管，所述第三热管与所述多个第一热管中的一个或多个热耦合并与所述多个第二热管中的一个或多个热耦合。

6.如权利要求2所述的散热组件，其特征在于，还包括：

第一热扩散板，在所述第一结构板的第一侧附接至所述第一导热层，所述第一热扩散板用于与第一热源接触以促进热量从所述第一热源的向所述第一导热层的扩散；以及

第二热扩散板，在所述第二结构板的第一侧附接至所述第二导热层，所述第二热扩散板用于与第二热源接触以促进热量从所述第二热源的向所述第二导热层的扩散。

7.如权利要求2所述的散热组件，其特征在于，还包括：

第一散热层，在所述第一结构板的第二侧附接至所述第一导热层，以促进热量从所述第一导热层的向外部的扩散，所述第一结构板的第二侧与所述第一结构板的第一侧相对；以及

第二散热层，在所述第二结构板的第二侧附接至所述第二导热层，以促进热量从所述第二导热层的向外部的扩散，所述第二结构板的第二侧与所述第二结构板的第一侧相对。

8.如权利要求7所述的散热组件，其特征在于，还包括：

第一保温层，在所述第一结构板的第二侧附接至所述第一导热层，以限制热量从所述第一导热层向外部的扩散；以及

第二保温层，在所述第二结构板的第二侧附接至所述第二导热层，以限制热量从所述第二导热层向外部的扩散。

9.如权利要求8所述的散热组件，其特征在于，所述第一保温层具有暴露所述第一导热层的第一开口，所述第一散热层位于所述第一开口内；所述第二保温层具有暴露所述第二导热层的第二开口，所述第二散热层位于所述第二开口内。

10.如权利要求1所述的散热组件，其特征在于，所述舱体为航天器舱体，所述第一结构板为所述航天器舱体的第一舱板，所述第二结构板为所述航天器舱体的第二舱板。

11.一种航天器，其特征在于，包括：

舱体；以及

如权利要求1至10中任一项所述的用于舱体的散热组件。

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