一種控溫型環(huán)路熱管的蒸發(fā)器組件的制作方法
【專利摘要】一種控溫型環(huán)路熱管的蒸發(fā)器組件，包括熱補償器、N片蒸發(fā)單元以及連接管路，其中N為不小于1的正整數(shù)。熱補償器位于輸入端，將環(huán)路熱管中的液體工質加熱至氣、液兩相態(tài)，N片蒸發(fā)單元通過連接管路連接構成蒸發(fā)網(wǎng)絡，所述蒸發(fā)網(wǎng)絡的輸入端通過連接管路與熱補償器的輸出端連接，蒸發(fā)網(wǎng)絡的輸出端作為蒸發(fā)器組件的輸出端。本發(fā)明的蒸發(fā)器組件可保證在環(huán)路熱管運行時進入各蒸發(fā)單元內的工質均為兩相態(tài)工質，保證被控熱源工作/非工作時溫度恒定、一致，達到全周期精確控制其溫度的目的。
【專利說明】
-種控溫型環(huán)路熱管的蒸發(fā)器組件
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于航天器熱控技術領域，設及一種用于環(huán)路熱管的蒸發(fā)器組件。
【背景技術】
[0002] 環(huán)路熱管是利用毛細力驅動工質循環(huán)W傳遞熱量的兩相流體回路系統(tǒng)，具有熱阻 小、傳輸熱量大、傳熱距離遠、無運動部件等優(yōu)點，近年來一直是倍受青睞的航天器高效熱 控產(chǎn)品之一。
[0003] 通常航天器熱控系統(tǒng)中將熱福射板用作環(huán)路熱管冷凝器。然而，受空間軌道外熱 流的影響，冷凝器溫度變化劇烈，導致進入蒸發(fā)器組件內部的液體工質和被控熱源溫度隨 之波動。如在極端低溫工況下，進入蒸發(fā)單元的液體工質過冷，使被控熱源在非工作狀態(tài)下 溫度低出指標;而在被控熱源工作初期，由于過冷液體相變需一定的過冷度，蒸發(fā)器單元內 液體不能及時沸騰，導致被控熱源溫度較快升高，超出指標。即，在被控熱源不工作時或工 作初期，控溫精度無法有效保證，運將導致控溫型環(huán)路熱管在航天器精密熱控領域(如光學 遙感器CCD器件控溫)應用受限。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種控溫型環(huán)路熱管的 蒸發(fā)器組件，可W使得在環(huán)路熱管運行時工質均為兩相態(tài)，保證被控熱源工作/非工作時的 溫度恒定、一致。
[0005] 本發(fā)明的技術解決方案是:一種控溫型環(huán)路熱管的蒸發(fā)器組件，包括熱補償器、N 片蒸發(fā)單元W及連接管路，其中N為不小于1的正整數(shù);熱補償器位于輸入端，將環(huán)路熱管中 的液體工質加熱至氣、液兩相態(tài)，N片蒸發(fā)單元通過連接管路連接構成蒸發(fā)網(wǎng)絡，所述蒸發(fā) 網(wǎng)絡的輸入端通過連接管路與熱補償器的輸出端連接，蒸發(fā)網(wǎng)絡的輸出端作為蒸發(fā)器組件 的輸出端;所述的熱補償器的加熱功率賄馬足關系式：
[0006]
[0007]其中化為進入熱補償器的液體工質的最大過冷量，也為第n個被控熱源不工作時向 對應蒸發(fā)單元的最大漏冷量，被控熱源與蒸發(fā)單元的數(shù)量相同且一一對應，C為設計欲度， 取 1.1 ~1.2。
[000引所述的熱補償器包括熱補償板和電加熱器，熱補償板包括底板和頂蓋，底板內側 底部設有蛇形槽道，底板和頂蓋通過真空針焊密封。所述的蒸發(fā)單元包括底板和頂蓋，底板 內側底部設有蛇形槽道，底板和頂蓋通過真空針焊密封。
[0009] 所述的底板和頂蓋的材料均為不誘鋼。所述的電加熱器為聚酷亞胺薄膜電加熱 器。所述的蛇形槽道的底部設有凹坑。所述的凹坑直徑小于等于1mm，深度大于等于0.5mm， 凹坑間距小于等于2mm。所述的連接管路為外徑小于等于3mm的不誘鋼管。
[0010] 所述的各蒸發(fā)單元的溫度Tn，n=l，2,3......N由W下公式確定：
[0011]
[0012] 其中Tcc為環(huán)路熱管儲液器內氣液界面溫度，A Pn為第n個蒸發(fā)單元至環(huán)路熱管儲 液器的流動阻力，^是環(huán)路熱管工質T-P飽和曲線的斜率。 冷，
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：
[0014] (1)本發(fā)明的蒸發(fā)器組件在傳統(tǒng)的蒸發(fā)器組件前端增置了熱補償器，在環(huán)路熱管 運行時，熱補償器通過加熱流經(jīng)其內部的液體工質，使進入各蒸發(fā)單元內的工質均為氣、液 兩相態(tài)，保證了被控熱源工作/非工作時溫度恒定、一致，達到全周期精確控制熱源溫度的 目的；
[0015] (2)本發(fā)明的蒸發(fā)器單元布局及外形尺寸根據(jù)被控熱源特征匹配設計，蒸發(fā)器單 元數(shù)量咐良據(jù)被控熱源數(shù)量確定，蒸發(fā)器單元間連接管路走向根據(jù)結構布局靈活設計，即單 套蒸發(fā)器組件可同時滿足多個熱源控溫，且布局靈活方便；
[0016] (3)本發(fā)明的熱補償板及各蒸發(fā)單元內部流體通道為蛇形結構，有利于增強換熱 能力及自身的均溫性;且流體通道設計為并行兩條通道，可滿足航天器環(huán)路熱管的主備份 設計要求，W提高其可靠性；
[0017] (4)本發(fā)明的熱補償板及各蒸發(fā)單元內部流體通道底部設有微小凹坑，各微小凹 坑均能形成汽化核屯、，蒸發(fā)器單元受熱時，工質首先在汽化核屯、內發(fā)生相變并產(chǎn)生氣泡，相 近的汽化核屯、中產(chǎn)生的氣泡相互擾動，最終形成核態(tài)沸騰，可極大的增強蒸發(fā)器單元內壁 換熱系數(shù)和熱流密度。
【附圖說明】
[0018] 圖1為控溫型環(huán)路熱管原理圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明蒸發(fā)器組件結構示意圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明熱補償板底板結構示意圖；
[0021 ]圖4為本發(fā)明熱補償板頂蓋結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 作為傳統(tǒng)環(huán)路熱管的改型產(chǎn)品，控溫型環(huán)路熱管實現(xiàn)了毛細累與熱源的分離，通 過設計蒸發(fā)器組件(熱源冷板組件)與熱源禪合來攜帶熱量。蒸發(fā)器組件含多個蒸發(fā)單元， 由柔性管路串/并聯(lián)而成，其結構簡單、布局靈活；同時控溫型環(huán)路熱管通過控制儲液器溫 度達到遙控被控熱源溫度的目的，具有控溫精度高的優(yōu)點。運使得環(huán)路熱管應用于航天器 分散式熱源精密控溫時的優(yōu)勢更顯凸出。
[0023] 如圖1所示，控溫型環(huán)路熱管主要由毛細累、副冷凝器、蒸發(fā)器組件、主冷凝器及氣 相管路、液相管路組成。毛細累內毛細忍(毛細累右端)表面受熱時，表面微孔內的液體吸熱 蒸發(fā)，同時在內凹的蒸發(fā)界面形成毛細壓差，該壓差驅動使工質在回路內循環(huán)。氣態(tài)工質通 過氣相管路到達副冷凝器，在副冷凝器中冷凝成液體并過冷，過冷液體在毛細力推動下到 達蒸發(fā)器組件。在蒸發(fā)器組件內，過冷液體工質首先到達熱補償器，被熱補償器加熱至氣、 液兩相態(tài)，兩相態(tài)工質通過連接管路依次流經(jīng)蒸發(fā)器單元，液態(tài)工質吸收被控熱源產(chǎn)生的 廢熱并進一步汽化。工質汽化后再次流經(jīng)主冷凝器冷凝成液體并過冷，最后回流到毛細累 形成一個回路。精確控制儲液器(毛細累左端)溫度可有效穩(wěn)定環(huán)路熱管系統(tǒng)壓力及蒸發(fā)器 單元冷板內流體工質的相變溫度，達到精確控制被控熱源溫度的目的。
[0024] 如圖2所示，蒸發(fā)器組件由熱補償器和N片蒸發(fā)器單元組成，其中N為大于等于1的 整數(shù)。蒸發(fā)器單元數(shù)量N由被控熱源數(shù)量確定，通常單個被控熱源設置1個蒸發(fā)器單元。在滿 足所有蒸發(fā)器單元所產(chǎn)生的總流動阻力，與環(huán)路熱管毛細累所能提供的最大毛細驅動力匹 配的基礎上，蒸發(fā)器單元數(shù)量可W足夠多。熱補償器布置于蒸發(fā)器組件前端，熱補償器又包 括熱補償板和電加熱器，電加熱器可選用聚酷亞胺薄膜電加熱器，采用娃橡膠粘帖在熱補 償板表面。根據(jù)能力守恒原理，電加熱器功率需足夠大，W保證進入其內部的過冷液體工質 能夠被加熱至兩相態(tài)，同時能夠避免被控熱源不工作時溫度過低導致各蒸發(fā)器單元內部的 兩相態(tài)工質被冷卻成過冷液體。電加熱器功率由W下公式確定：
[0025]
(1)
[0026] 其中，Qe為進入熱補償器的液體工質的最大過冷量，也為第n個被控熱源不工作時 向蒸發(fā)單元的最大漏冷量，N為熱源總數(shù)量，C為設計欲度，取1.1~1.2。
[0027] 熱補償板的外形尺寸需在滿足電加熱器功率密度上限值的基礎上盡量小。蒸發(fā)器 單元外形尺寸需在滿足與被控熱源貼合面積設計值的基礎上盡量小。熱補償器及蒸發(fā)器單 元間的管路管徑、軌跡根據(jù)結構布局靈活設計，通常管徑不大于3mm，保證管路柔性，管路彎 曲半徑不小于管路直徑的3倍，防止管路彎曲時發(fā)生機械損傷或內孔阻塞。
[0028] 熱補償板、各蒸發(fā)單元均由底板和頂蓋組成(兩層板），材料均為不誘鋼，通過機械 加工成型，兩者焊接密封。如圖3所示，底板內側均設計兩條(主/備)并行的蛇形槽道，槽道 底部設計凹坑W增強沸騰換熱系數(shù)，凹坑的尺寸及間距對沸騰換熱效果的貢獻大小有一定 影響，在綜合考慮機械加工工藝，通常凹坑直徑小于等于1mm、深度大于等于0.5mm，凹坑間 距小于等于2mm。頂蓋如圖4所示，頂蓋外形與底板內蛇形槽道外形進行匹配設計。底板和頂 板密封裝配后構成內部的流體通道。
[0029] 連接管路可選用外徑〇2mm或〇3mm的不誘鋼管，連接管路與熱補償板、蒸發(fā)單元 之間真空針焊裝配。
[0030] 控溫型環(huán)路熱管系統(tǒng)內各部位兩相工質的飽和溫度均由儲液器溫度和該部位到 儲液器的流動阻力決定，各蒸發(fā)單元的溫度Tn，n=l，2,3......N由W下公式確定：
[0031]
(2)
[0032] 其中Tcc為環(huán)路熱管儲液器內氣液界面溫度，A Pn為第n個蒸發(fā)單元至儲液器的流 動阻力，^是環(huán)路熱管工質T-P飽和曲線的斜率。
[0033] 通?？販匦铜h(huán)路熱管所選擇工質在T-P飽和曲線上任一點的斜率都非常小，因此 式(2)中第二項的值也很小，即控溫型環(huán)路熱管系統(tǒng)內各部位兩相工質的飽和溫度主要由 儲液器溫度決定。根據(jù)本發(fā)明蒸發(fā)器組件的設計，進入蒸發(fā)器單元內部工質均為兩相態(tài)，因 此通過精確控制儲液器溫度便可達到精確控制各蒸發(fā)器單元的溫度。W氨工質為列，設控 溫型環(huán)路熱管儲液溫度控制在20°C，第n片蒸發(fā)單元到儲液器的流動壓力在IOKPa內變化， 則第n片蒸發(fā)單元溫度為20°C~20.4°C。
[0034]本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
【主權項】
1. 一種控溫型環(huán)路熱管的蒸發(fā)器組件，其特征在于包括：熱補償器、N片蒸發(fā)單元W及 連接管路，其中N為不小于1的正整數(shù);熱補償器位于輸入端，將環(huán)路熱管中的液體工質加熱 至氣、液兩相態(tài)，N片蒸發(fā)單元通過連接管路連接構成蒸發(fā)網(wǎng)絡，所述蒸發(fā)網(wǎng)絡的輸入端通 過連接管路與熱補償器的輸出端連接，蒸發(fā)網(wǎng)絡的輸出端作為蒸發(fā)器組件的輸出端;所述 的熱補償器的加熱功率賄馬足關系式：其中化為進入熱補償器的液體工質的最大過冷量，也為第n個被控熱源不工作時向對應 蒸發(fā)單元的最大漏冷量，被控熱源與蒸發(fā)單元的數(shù)量相同且一一對應，C為設計欲度，取1.1 ~1.2。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種控溫型環(huán)路熱管的蒸發(fā)器組件，其特征在于:所述的熱補 償器包括熱補償板和電加熱器，熱補償板包括底板和頂蓋，底板內側底部設有蛇形槽道，底 板和頂蓋通過真空針焊密封。3. 根據(jù)權利要求2所述的一種控溫型環(huán)路熱管的蒸發(fā)器組件，其特征在于:所述的蒸發(fā) 單元包括底板和頂蓋，底板內側底部設有蛇形槽道，底板和頂蓋通過真空針焊密封。4. 根據(jù)權利要求2或3所述的一種控溫型環(huán)路熱管的蒸發(fā)器組件，其特征在于:所述的 底板和頂蓋的材料均為不誘鋼。5. 根據(jù)權利要求2或3所述的一種控溫型環(huán)路熱管的蒸發(fā)器組件，其特征在于:所述的 電加熱器為聚酷亞胺薄膜電加熱器。6. 根據(jù)權利要求2或3所述的一種控溫型環(huán)路熱管的蒸發(fā)器組件，其特征在于:所述的 蛇形槽道的底部設有凹坑。7. 根據(jù)權利要求6所述的一種控溫型環(huán)路熱管的蒸發(fā)器組件，其特征在于:所述的凹坑 直徑小于等于1mm，深度大于等于0.5mm，凹坑間距小于等于2mm。8. 根據(jù)權利要求2或3所述的一種控溫型環(huán)路熱管的蒸發(fā)器組件，其特征在于:所述的 連接管路為外徑小于等于3mm的不誘鋼管。9. 根據(jù)權利要求2或3所述的一種控溫型環(huán)路熱管的蒸發(fā)器組件，其特征在于:所述的 各蒸發(fā)單元的溫度Tn,n= 1，2，3......N由W下公式確定：其中Tcc為環(huán)路熱管儲液器內氣液界面溫度，A Pn為第n個蒸發(fā)單元至環(huán)路熱管儲液器 的流動阻力，^是環(huán)路熱管工質T-P飽和曲線的斜率。
【文檔編號】F28D15/04GK105910479SQ201610243303
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】羅世魁, 李春林, 楊濤, 趙石磊, 高騰, 宋欣陽, 孟慶亮
【申請人】北京空間機電研究所