一种空间飞行器用储能控温散热器结构及其制造方法与流程

技术领域

本发明涉及空间散热技术，特别涉及一种空间飞行器用储能控温散热器结构及其安装方法。

背景技术：

随着空间飞行器大功率、高精度、高轨、微纳化的发展，关键器件、设备呈现局部高热流密度散热特征，传统散热手段难以解决，限制了先进元器件、设备性能发挥和使用寿命。高热流密度散热控温难点在于：第一，热量过于集中，在无热控措施的情况下散热器件或设备散热面温度将在短时间内升至极限点，常规热管、金属散热板等措施热扩散能力有限，不能够将器件或设备散热面温度维持在合理的范围内；第二，整体散热量较大；第三，间歇散热，散热峰值期间整星散热面极有可能出现不够用局面。

技术实现要素：

本发明解决的问题是现有技术难以解决空间飞行器局部高热流密度散热的问题；为解决所述问题，本发明提供一种空间飞行器用储能控温散热器结构及其安装方法。

本发明提供的空间飞行器用储能控温散热器结构，包括：自散热体表面自下而上布置的平板热管结构、微通道热沉结构与储能装置。

进一步，所述平板热管结构采用丙酮或乙醇为工作介质，采用厚度为0.2mm～0.5mm、200至500目的不锈钢丝网作为毛细芯。

进一步，所述微通道热沉结构采用在通道内设置泡沫不锈钢构成，泡沫不锈钢孔隙率在85%～95%，孔径在0.1mm左右。

进一步，所述储能装置采用相变储能装置；所述相变储能装置的相变材料是采用发泡石墨浸润烷烃类材料制备而成。

进一步，平板热管结构、微通道热沉结构与储能装置三者采用激光焊接成为一体，共享结构面。

本发明还提供所述的空间飞行器用储能控温散热器结构的组装方法，包括：

步骤一、将微通道热沉与泡沫不锈钢材料采用热扩散焊的方法进行焊接；

步骤二、在平板热管结构内部铺设一层不锈钢丝；

步骤三、按照装配图，将未浸润的相变材料的发泡石墨块装配至相变储能装置内各结构部件接缝处，采用激光焊进行连接，对连接后的焊缝采用氦质谱仪进行检漏；

步骤四、对平板热管结构腔体部分进行抽真空至1Pa以下，然后充入一定量的丙酮或乙醇；

步骤五、对相变储能多孔石墨所在腔体进行抽真空，抽真空时间不低于1h，真空度优于1Pa，然后充入一定量的烷烃类相变材料，烷烃类材料的具体种类根据工作温度进行选择。

本发明的优点包括：

本发明提供的高热流密度储能控温散热器为一体式空间用高效散热器，该散热器将平板热管的高效热扩散功能、微通道散热器（协同外部的流体回路部分）的大热量排散功能及相变储能装置的储能控温功能集成为一体。设备或器件散发的高密度热量先由平板热管结构部分将热量快速扩散至整个表面，然后热量再由微通道换热器结构部分经泵驱流体回路部分传递至星体散热面，对于星体散热面临时难以排散的热量由相变储能结构部分进行就地贮存，待散热完毕后或散热功率降低后贮存的热量由微通道散热器经泵驱流体回路系统排散至星体热沉。本发明研制的储能散热器可有效解决卫星高热流密度散热问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的空间飞行器用储能控温散热器结构的整体结构示意图；

图2 是本发明实施例提供的空间飞行器用储能控温散热器结构的组成示意图；

图3是本发明实施例提供的空间飞行器用储能控温散热器结构的平板热管结构示意图；

图4是本发明实施例提供的空间飞行器用储能控温散热器结构的微通道热沉结构示意图；

图5 是本发明实施例提供的空间飞行器用储能控温散热器结构的相变储能盖板结构示意图。

图6 是本发明实施提供的空间飞行器储能控温散热器散热效果与常规储能装置对比计算结果。

具体实施方式

下文中，结合附图和实施例对本发明的精神和实质作进一步阐述。

参考图1，本发明实施例提供一种空间飞行器用储能控温散热器结构，包括：自散热体表面自下而上布置的平板热管结构1、微通道热沉结构2与储能装置4，平板热管结构、微通道热沉结构及储能装置三者采用激光焊集成为一体，主体结构材料一般选用不锈钢。结合参考图3，平板热管结构1采用丙酮或乙醇作为工作介质，采用厚度0.2mm～0.5mm、200至500目的不锈钢丝网作为毛细芯。结合参考图4，微通道热沉结构采用在宏观通道内设置泡沫不锈钢构成，泡沫不锈钢孔隙率在85%～95%，孔径在0.1mm左右。储能装置采用相变储能装置，相变材料选用高导热固-固相变材料，该相变材料是采用发泡石墨浸润烷烃类材料制备而成，在相变过程中烷烃类材料几乎完全被吸附在石墨微孔内，温度超过相变点一定程度后少量烷烃类材料有可能因热膨胀而析出，储能装置部分设计的防膨胀结构可以容纳膨胀出的烷烃类材料。

如图2所示，平板热管结构1与微通道热沉结构2、微通道热沉结构2与储能装置4之间均共享同一个结构面，能有效提高热量的传递效率。微通道热沉内的泡沫不锈钢3通过热扩散焊的方式与微通道热沉结构主体部分集成为一体结构，泡沫不锈钢3自身较小的空隙构成了微通道结构，其超大表面积为流体与热沉（微通道散热器与平板热管之间共享面）之间的散热提供了足够的换热面积，整体散热效率较高。高导热固-固复合相变材料5安装于相变储能结构6构成相变储能装置，相变储能装置另一个表面安装防膨胀结构7。

本发明实施例所提供的空间飞行器用储能控温散热器结构的组装方法包括：

步骤一：元件加工

按照具体图纸加工各元件，结构主体部分均采用不锈钢加工，相变储能装置的防膨胀结构部分与结构盖板为一体化结构。对完成加工后的元件分别采用有机溶剂和稀盐酸对金属部件进行清洗。

步骤二：多孔金属材料与微通道热沉结构主体热扩散焊连接

将微通道热沉和多孔金属材料采用热扩散焊的方法进行焊接。

步骤三：平板热管不锈钢丝网铺设

在平板热管结构内部铺设一层不锈钢丝网，不锈钢丝网厚度0.2mm～0.5mm、目数200至500。

步骤四：组装

按照装配图组装，将未浸润相变材料的发泡石墨块装配至相变储能装置内。各结构部件接缝处采用激光焊进行连接，对连接后的焊缝采用氦质谱仪进行检漏，漏率优于5×10^-10Pa.m³/s。

步骤五、平板热管介质充装

在专用设备上对平板热管腔体部分进行抽真空至1Pa以下，然后充入一定量的丙酮或乙醇（根据工作温度范围选择）。

步骤六：相变材料充装

在专用设备上对相变储能多孔石墨所在腔体进行抽真空，抽真空时间不低于1h，真空度优于1Pa，然后充入一定量的烷烃类相变材料，烷烃类材料的具体种类根据工作温度进行选择。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。