一种采用现场安装工艺的增强型环路热管传热系统的制作方法

1.本发明属于航天器热控设计技术领域，具体涉及一种采用现场安装工艺的增强型环路热管传热系统。
技术背景
2.航天技术的发展，设备集成度越来越高，设备热耗从之前的10w到百w量级，使得设备的散热成为难题。尤其是对于多个分散的大功率设备散热，成为构型布局的一个制约因素。
3.在航天器的构型布局中，一般情况下设备布局紧凑，大功率发热设备距离有效的散热面远，且两者之间位于航天器的不同方位上，呈现出三维空间路径上的长距离热量传输特点。常规的热量传递系统，如外贴热管、导热索等，其刚性强，传输距离短，广泛应用于平面路径上的短距离热量传输，很难直接把发热设备与散热面之间有效热连接成一体，布局实现困难。而环路热管布局灵活，传热路径长达十几米，自身传热能力强。在具体应用上，环路热管系统均是其毛细泵、冷凝器、管路和工质完成一体后，采用螺钉形式统一安装到航天器中。但因毛细泵的安装面积有限，毛细泵与发热设备之间的界面换热系数为1000w/(m2·
k)量级，界面温差大，传热效果不佳，需要配置多套环路热管来传热。钎焊技术，从量级上提升安装面之间的换热系数，可实现小面积内的高热量传递。然而环路热管系统的尺度大，且各个部件的耐受温度不一致，钎焊无法在环路热管系统上整体使用。因此急需要研究一种基于钎焊的环路热管增强型传热系统，单套系统可实现多套传统的环路热管的传热能力。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种采用现场安装工艺的增强型环路热管传热系统。该系统通过钎焊技术对传热部件单独焊接安装，然后再连接成一个整体，解决了由于环路热管系统整体成形、统一安装导致的传热能力有限的问题，消除了环路热管接触面积有限的制约，提升系统的传热能力。具体技术方案如下：
5.本发明包含现场组装的五个部分，分别为热量收集部件、毛细泵、冷凝器、管路和工质。各个部件的具体功能如下：
6.包括五个部分，分别为热量收集部件、毛细泵、冷凝器、管路和工质，其中，
7.所述的热量收集部件布置于一个发热面，用于把所在散热面分散的热量收集起来，汇集在热量汇集端；
8.所述的毛细泵布置于热量汇集端，用于通过内部的毛细力驱动环路热管系统的运行，毛细泵采用钎焊形式固定在热量汇集端；
9.进一步的，采用铋基钎料，选用松香助焊剂；
10.进一步的，钎焊具体工艺如下：
11.a)毛细泵与热管汇集端的焊接面上采取表面处理，进行镀镍、镀银工序，形成焊接
的基底；
12.b)毛细泵、热量汇集端的焊接基底上涂覆钎料；
13.c)毛细泵和热量汇集端把焊接面安装到一起并加压，形成一个焊接体；
14.d)将焊接体整体放置到高于钎料熔点且小于100℃的加热炉内，并保持6h，然后关闭炉温，待其自然冷却；
15.e)对焊接体进行检查外观、尺寸，以及x光进行钎着率检查。
16.所述的冷凝器为散热部件，用于把热量散出去，采用钎焊形式固定在散热面上；
17.进一步的，钎料选用锡铅钎料，选用松香助焊剂。
18.进一步的，钎焊具体工艺如下：
19.a)冷凝器与散热面的焊接面上采取表面处理，进行镀镍工序，形成焊接的基底；
20.b)冷凝器、散热面的焊接基底上涂覆锡铅钎料；
21.c)冷凝器和散热面把焊接面安装到一起，并进行加压形成一个焊接体；
22.d)将焊接体放置到220℃的加热炉内，并保持6h，然后关闭炉温，待其自然冷却；
23.e)对焊接体进行检查外观、尺寸，以及x光进行钎着率检查。
24.所述的管路作为连接部件，用于连接毛细泵和冷凝器，使其形成一个封闭回路，内部承载工质；
25.所述的工质为热量传输载体，通过工质在气态-液态之间的相变转换，实现热量的传递。
26.由于充装平台尺度大，无法搬运到现场，常规的直接充装法无法实施，故需要采用可移动的充装罐，用间接充装法：
27.进一步的，在毛细泵的管路填充口处进行工质填充，通过两次测量充装罐的重量，得到管路内实际的工质充装量。
28.有益效果
29.采用钎焊工艺，将毛细泵与热管、冷凝器与热管之间的界面换热系数从1000w/(m2·
k)提高到10000w/(m2·
k)以上，极大的提升了传热系统的散热性能，同时有效减少了毛细泵、冷凝器的接触面尺寸及使用数量，减重效果明显。本发明所述的单套系统的传热性能可达到300w，等同于3套传统的螺钉安装形式的传热系统性能。
附图说明
30.图1基于环路热管的增强型传热系统图
31.图2毛细泵焊接组合体示意图；
32.图3冷凝器焊接组合体示意图；
33.图4充装示意图；
34.图5毛细泵钎焊工艺流程图；
35.图6工质充装工艺流程图。
具体实施方式
36.下面结合附图并举实例，对本发明进行详细描述。
37.本发明提供的基于环路热管的增强型系统包括热量收集部件、毛细泵、冷凝器、管
路、工质，如图1所示。
38.1)热量收集部件：借助普通的传热工具，如热管等，把分散的热量收集起来，汇集在某处(热量汇集端)；
39.2)毛细泵：传热系统的核心部件，通过内部的毛细力驱动整个传热系统的运行，一般布置于温度高的区域；
40.3)冷凝器：传热系统的散热部件，热量通过冷凝器把热量散出去，一般布置在温度低的区域；
41.4)管路：作为连接部件，连接毛细泵和冷凝器之间，使其形成一个封闭回路，内部承载工质。根据工质充装量，选用直径φ3～5mm的不锈钢管；
42.5)工质：传热系统的热量传输载体，通过工质在气态-液态之间的相变转换，实现热量的传递，可根据使用温度范围和压力进行选择，一般在航天器常用的-10～50℃范围内，可选择氨气。
43.本发明采用钎焊工艺，通过高温融化，实现两个焊接面之间的固体连接。根据焊接温度可分为低温区钎料(80℃)和高温区钎料(220℃)；
44.三个发热设备安装在航天器的+x侧舱板a上，散热面位于航天器-x侧的舱板b上，需要有传热系统把发热设备的热量，从航天器的+x侧传递到-x侧，传输距离为6m。
45.利用本发明对发热设备散热，需要现场将本发明所述装置安装在板a和板b上，然后再将发热设备安装在航天器的+x侧舱板a上，具体实施如下：
46.1)热量收集部件选用正交热管，在蜂窝板(板a)内预埋2根x向热管和2根z向热管，用于拉平蜂窝板上设备的温差，用于实现热量的收集；在具体的热管布置上，x向热管需要横穿发热设备的安装面区域，另一面与热管z向热管接触。
47.2)板a生产时，需要把热量汇集端露出来；毛细泵与热量汇集端采用钎焊工艺进行焊接(即毛细泵与板a进行焊接)，因产品使用安全性限制，钎料选用铋基钎料(sn-pb-bi-cd)，该钎料为低熔点合金钎料，钎料熔点为70℃，选用松香助焊剂，焊接温度选取80℃，钎着率不低于80％；具体焊接过程如下：
48.a)毛细泵与热管汇集端的焊接面上采取表面处理，进行镀镍、镀银工序，形成焊接的基底；
49.b)毛细泵、热量汇集端的焊接基底上涂覆80℃的铋基钎料，涂覆厚度为0.1mm；
50.c)毛细泵和热量汇集端把焊接面安装到一起，并采用螺钉等形式进行加压，形成一个焊接体；
51.d)毛细泵焊接组合体整体放置到80℃的加热炉内，并保持6h，然后关闭炉温，待其自然冷却；
52.e)对毛细泵焊接组合体进行检查外观、尺寸，以及x光进行钎着率检查。
53.通过钎焊使界面换热系数从1000w/(m2·
k)提高到10000w/(m2·
k)以上，大幅减小接触面积，可进一步减小毛细泵的重量或套数；
54.3)冷凝器与散热板(板b)进行钎焊，可根据产品安全性限制，钎料选用锡铅钎料(sn63-pb37)，该钎料是锡铅共晶钎料，钎料熔点为183℃，选用松香助焊剂，焊接温度选择220℃，钎着率不低于80％；
55.具体焊接过程如下：
56.a)冷凝器与散热面的焊接面上采取表面处理，进行镀镍工序，形成焊接的基底；
57.b)冷凝器、散热面的焊接基底上涂覆220℃的锡铅钎料，涂覆厚度为0.1mm；
58.c)冷凝器和散热面把焊接面安装到一起，并采用螺钉等形式进行加压，形成一个焊接体；
59.d)冷凝器焊接组合体整体放置到220℃的加热炉内，并保持6h，然后关闭炉温，待其自然冷却；
60.e)对冷凝器焊接组合体进行检查外观、尺寸，以及x光进行钎着率检查。
61.冷凝器与散热面采用钎焊相连，提高两者之间的界面换热系数，可减小冷凝器的长度，进一步减小冷凝器的重量或套数；
62.4)采用直径φ3mm的不锈钢管把毛细泵与冷凝器进行连成一个回路，其中毛细泵的出口与冷凝器的进口相连，冷凝器的出口与毛细泵的进口连接，最终形成一个闭合回路；
63.5)根据传热系统的工作温度范围，选择氨气作为工质，把回路中填充一定数量的工质，确保系统在高低温范围内均正常运行。
64.毛细泵、冷凝器分别布置在跨度6m的两块舱板上，其工质充装需要采用间接充装法，具体充装过程如下：
65.a)毛细泵的充装口处打开，连接外部的充装管路系统；
66.b)外部的充装管路系统采用真空泵进行抽真空，把毛细泵、冷凝器的管路系统内的空气及杂质抽除干净；
67.c)往充装罐内充入约110g的高纯度氨工质，并称重记录整个充装罐的重量m1；
68.d)充装罐接入外部的充装管路系统，并采用加热方式把充装罐内的工质充入到毛细泵和冷凝器的管路内；
69.e)待工质充装完毕后，把毛细泵充装口闭合，并把充装罐拆除，再次称重记录充装罐的重量m2；
70.f)通过两次充装罐的重量之差，即可得到毛细泵和冷凝器的管路内的工质实际充装量为m
1-m2。