技术领域
[0001] 本
发明属于航天器汽液
相变传热技术领域，涉及一种桁架热管与环路热管耦合传热用组件。
背景技术
[0002] 随着航天器向综合、一体化的系统方向发展，带来航天器有效
载荷数量的增多以及单载荷的多通道、多
角度发展，对功耗资源日益提出更高需求，而受太阳帆板在轨发电量的限制，不可能无限制的满足日益增长的功耗资源需求，在这种情况下，航天器热管理理念凸显其优势。航天器热管理理念的重要特点是从系统角度出发，对航天器有关热环境和子系统的热行为进行统一调配与综合利用，使
能量消耗和排散废热达到最小程度。航天器热管理的关键在于如何将可利用的热源热耗用于航天器自身保温，以节省热控功耗。
[0003] 某空间相机焦面制冷机在轨长期工作，其长期工作热耗150W，基于热管理理念，可将制冷机长期工作热耗用于相机前镜筒保温。空间相机焦面在轨调焦时需移动，而焦面制冷机与焦面在结构上直接耦合，焦面制冷机在焦面调焦时也要移动，因此在焦面制冷机与相机前镜筒之间的导热路径中需有柔性导热环节，在这种情况下具有柔性管线的环路热管成为必然选择。
[0004] 传统方式下，使用环路热管进行传热时，环路热管冷凝管路需采用盘管
焊接方式与
散热面进行耦合。针对此空间相机，环路热管的柔性管路可在焦面制冷机与前镜筒传热路径之间增加柔性导热环节，满足相机调焦时制冷机的移动需求，但是，因为一方面焦面制冷机至前镜筒之间的传热路径较长，另一方面，前镜筒为直径1.6米，高2.0m的圆筒，材料为复材。这就导致，一方面因所需管路很长，环路热管毛细
泵需克服的
流动阻力很大，会使其最大传热功率降低；另一方面环路热管冷凝管路与复材面板之间无法实现焊接耦合，冷凝管路与复材面板之间导热热阻很大，降低制冷机热耗利用效率。
[0005]
专利《一种带有周向槽道的槽道热管及其连接方法》(201811022907.2) 发明了一种带周向槽的轴向槽道热管及其连接方法，多个带周向槽的轴向槽道热管管壳可通过均温接头组合成一个内部轴向槽道和
蒸汽通道相互连通的异型槽道热管系统。可利用本发明中的轴向槽道热管管壳和均温接头组成桁架式槽道热管，该桁架槽道热管管壳带有翅片，管壳翅片与相机前镜筒之间可直接导热安装。若环路热管先将制冷机热量传递至桁架热管，再通过桁架热管传递至前镜筒，则可解决环路热管管路较长以及管路无法与前镜筒复材板焊接耦合带来的问题。
[0006] 但如何将环路热管冷凝管路和桁架热管进行耦合就成为必须解决的问题。
发明内容
[0007] 本发明所解决的技术问题是：克服
现有技术不足，提供一种航天器用桁架热管与环路热管耦合传热组件，实现环路热管与桁架热管之间的大功耗、远距离、低热阻耦合传热，以满足空间相机大功耗移动热源远距离热管理应用需求。
[0008] 本发明所采用的技术方案是：一种航天器用桁架热管与环路热管耦合传热组件，包括换热器壳、换热器芯、封装端头、转接接头和端盖；
[0009] 换热器壳与环路热管冷凝管路之间通过盘管焊接方式耦合，换热器芯与换热器壳之间通过周向翅片插接方式耦合，换热器芯一端与桁架热管管壳通过转接接头连接，换热器芯另一端用封装端头密封；换热器芯安装在换热器壳内，换热器壳内侧翅片与换热器芯外侧翅片插接耦合，在耦合部位涂导热
硅脂，换热器壳两端用端盖封装；换热器芯、转接接头、桁架热管管壳、封装端头之间密封连接，构成密封系统。
[0010] 换热器壳为中空结构，其两侧设置用于放置端盖的沉槽，其外表面加工有环路热管冷凝管路盘管用
螺旋槽，其内表面加工有与换热器芯耦合的翅片，其内侧翅片分为两部分，第一部分为短翅片，第二部分为长翅片，短翅片和长翅片均沿周向间隔均匀布置，相邻两个长翅片之间设置一个短翅片。
[0011] 换热器芯为中空结构，在其内壁面加工有毛细芯，毛细芯截面尺寸、周向数量及周向
位置分布与桁架热管管壳内毛细芯截面尺寸、周向数量及周向位置分布完全一致；换热器芯外部结构沿轴向分为三部分，第一部分为用于与转接接头相连的中空圆柱形结构；第二部分为与换热器壳内侧翅片耦合的翅片，第三部分是用于与封装端头匹配的中空圆柱形结构。
[0012] 换热器芯上的翅片沿换热器芯周向分布，从横截面看，相邻两片翅片之间存在用于与长翅片耦合的缝隙，每片翅片端部设置与短翅片耦合的凹槽。
[0013] 转接接头为中空结构，沿轴向分为三部分，两端分别为中空圆柱结构，且内壁面无毛芯，其中一端中空圆柱结构与桁架热管管壳相连，桁架热管管壳上与之匹配的圆柱插入其中；另外一端中空圆柱结构与换热器芯的一端相连，换热器芯与之匹配的圆柱插入其中；转接接头中间部分为中空圆台形结构，且内壁面设有圆台内壁面毛细芯。
[0014] 转接接头与桁架热管管壳连接的一端的圆台内壁面毛细芯截面尺寸、数量及其周向分布与桁架热管管壳内壁面毛细芯截面尺寸、数量及周向分布一致；圆台内壁面毛细芯沿圆台内壁面一直延伸到插入换热器芯圆柱部分的一端，在该侧转接接头壁面毛细芯截面尺寸、数量及周向分布与换热器芯中毛细芯一致；桁架热管管壳插入转接接头后，桁架热管管壳的毛细芯与转接接头该侧的圆台内壁面毛细芯一一对应，相互连通；换热器芯插入转接接头后，换热器芯壁面毛细芯与转接接头该侧圆台内壁面毛细芯一一对应，相互连通。
[0015] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0016] (1)本发明提供的耦合换热组件，可实现桁架热管和环路热管的耦合换热，满足大功率移动热源远距离热管理应用需求；
[0017] (2)使用本发明提供的耦合换热组件，环路热管冷凝管路只需与圆柱体换热器壳之间进行盘管焊接耦合，不再需要与大尺寸前镜筒之间进行盘管耦合，而是桁架热管管壳翅片与相机前镜筒之间直接导热安装。这样既缩短环路热管冷凝管路长度，降低环路热管工质流动阻力，提高耦合传热装置能适用的传热功率，又降低了制冷机与前镜筒之间的总热阻，提高整体传热效率；
[0018] (3)使用本发明提供的转接接头，换热器芯和桁架热管管壳可直接焊接成一体，而且换热器芯内壁面毛细芯可通过转接接头毛细芯与桁架热管管壳内壁面毛细芯相互连通，从而使换热器芯直接成为桁架热管的
蒸发段，使传递到换热器芯的热源热耗通过桁架热管内工质的汽液相变传热高效均匀的传递到相机前镜筒上，大大提高热源热耗利用率。
附图说明
[0019] 图1为桁架热管与环路热管耦合传热系统示意图；
[0020] 图2为耦合换热组件连接示意图；
[0021] 图3为换热器壳与换热器芯组合后两端封上端盖结构示意图
[0022] 图4为换热器壳轴向剖面图；
[0023] 图5为换热器壳横截面视图；
[0024] 图6为换热器芯横截面视图；
[0025] 图7为换热器芯轴向剖面图；
[0026] 图8为转接接头轴向截面示意图；
[0027] 图9为转接接头周向截面示意图。
具体实施方式
[0028] 以下结合附图和
实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0029] 桁架热管和环路热管耦合传热系统示意图如图1所示。
[0030] 如图2、图3所示，本发明提供的桁架热管和环路热管耦合传热组件，包括换热器壳2、换热器芯、封装端头1、转接接头4和端盖3。如图1所示，换热器壳2与环路热管冷凝管路采用盘管焊接方式耦合；如图3所示，换热器壳2与换热器芯采用短翅片8和长翅片9与翅片11插接方式耦合；如图2所示，换热器芯通过转接接头4与桁架热管管壳5连接成一体；如图 3所示，换热器芯不与转接接头4相连的一端用封装端头1密封；如图3所示，换热器壳2和换热器芯组合后两端再用端盖3封装。
[0031] 如图4、图5所示，换热器壳2为中空结构，其外表面加工有环路热管冷凝管路盘管用螺旋槽6，内表面加工有周向翅片，两端加工有放置端盖3 的沉槽7。其外表面螺旋槽在数控
车床上进行加工，环路路热管冷凝管路沿换热器壳2螺旋槽螺旋走向进行盘管，为保证环路热管冷凝管路与换热器外表面螺旋槽贴合紧密，在盘管时需借助拉紧工装，盘管结束后，环路热管冷凝管路与换热器壳2焊接成一体后，再去除拉紧工装。换热器壳2内表面周向翅片，采用线切割方式加工，为保证换热器壳2内表面周向翅片与换热器芯外表面周向翅片11能够顺利插接，加工时换热器壳2内表面周向翅片实体尺寸取一定负公差。换热器壳2内表面与换热器芯耦合的翅片分为两部分，第一部分为短翅片8，第二部分为长翅片9，短翅片8和长翅片9均沿周向间隔均匀布置，相邻两个长翅片9之间设置一个短翅片8。
[0032] 如图6和图7所示，换热器芯为中空结构，在其内壁面加工有毛细芯10，其毛细芯10截面尺寸、周向数量及周向位置分布与桁架热管管壳5内毛细芯截面尺寸、周向数量及周向位置分布完全一致。换热器芯外部结构沿轴向分为3部分，第1部分为用于与转接接头4匹配的中空圆柱形结构14；第2 部分为与换热器壳2内侧翅片耦合的翅片11，第3部分是用于与封装端头1 匹配圆柱形结构15，圆柱形结构15端部加工有沉槽16，用于放置封装端头 1。外部周向翅片11采用线切割加工，为保证换热器壳2内表面周向翅片与换热器芯外表面周向翅片11能够顺利插接，加工时换热器芯外表面周向翅片11实体尺寸取一定负公差。同时，如图6所示，为尽可能增加换热器壳2 周向翅片与换热器芯周向翅片11的
接触面积，降低接触热阻，在保证翅片 11强度的前提下，换热器芯上的翅片11沿换热器芯周向分布，从横截面看，相邻两片翅片11之间存在用于与长翅片9耦合的缝隙13，每片翅片11端部设置与短翅片8耦合的凹槽12，相应的如图5所示，换热器壳2内侧周向翅片有短翅片8、长翅片9与之对应。
[0033] 如图8和图9所示，转接接头4为中空结构，其结构沿轴向分为3部分，两端都为中空圆柱结构，且内壁面无毛芯，其中一端中空结构17与桁架热管管壳5相连，桁架热管管壳5上与之匹配的圆柱插入其中；另外一端中空结构20与换热器芯的一端相连，换热器芯与之匹配的圆柱插入其中；中间部分为中空圆台形结构18，且内壁面设有毛细芯19。在插入桁架热管管壳5 的那端，圆台内壁面毛细芯19截面尺寸、数量及其周向分布与桁架热管管壳5内壁面毛细芯截面尺寸、数量及周向分布一致，圆台内壁面毛细芯19 沿圆台内壁面一直延伸到插入换热器芯圆柱部分的那侧，在该侧圆台内壁面毛细芯19截面尺寸、数量及周向分布与换热器芯毛细芯10一致。桁架热管管壳5插入转接接头4后，需采取措施保证桁架热管管壳5的毛细芯与转接接头4该侧圆台内壁面毛细芯19一一对应，相互连通；换热器芯插入转接接头4后，需采取措施保证换热器芯壁面毛细芯10与转接接头4该侧圆台内壁面毛细芯19一一对应，相互连通；从而保证，换热器芯毛细芯10与桁架热管管壳5的毛细芯通过转接接头4的圆台内壁面毛细芯19相互连通。
[0034] 桁架热管管壳5插入转接接头4并保证桁架热管管壳5毛细芯与转接接头4该侧圆台内壁面毛细芯19一一对应相互连通后，将桁架热管管壳5与转接接头4焊接成一体；换热器芯与转接接头4匹配的圆柱端插入转接接头 4并保证换热器毛细芯10与转接接头4该侧圆台内壁面毛细芯19一一对应相互连通后，将换热器芯与转接接头4焊接成一体。换热器芯另一端封装端头1沉槽放入封装端头1后，将封装端头1与换热器芯焊接成一体。从而将换热器芯通过转接接头4与桁架热管组成毛细芯相互连通的密闭系统，使换热器芯成为桁架热管的蒸发端。焦面制冷机工作热耗通过环路热管冷凝管路传递至换热器壳2，换热器壳2通过与换热器芯的耦合翅片再传递到换热器芯，换热器芯内的工质受热蒸发变成蒸汽，蒸汽流动到桁架热管与前镜筒直接导热安装的其他管壳后冷凝放热，热量被传递至前镜筒，冷凝后的
过冷夜再在换热器芯毛细芯10的抽吸作用下回流到换热器芯，继续受热蒸发，反复循环。
[0035] 桁架热管和换路热管耦合换热组件具体组装方法如下：
[0036] 步骤一、换热器壳2、换热器芯、封装端头1、转接接头4和端盖3加工完成，端盖3加工2个，其中一个从中间一分为2；
[0037] 步骤二、将环路热管冷凝管路沿换热器壳2螺旋槽螺旋
方向盘管，盘管过程中借助盘管拉紧工装，确保换热热管冷凝管路与换热器壳2螺旋槽贴合紧密；
[0038] 步骤三、环路热管冷凝管路与换热器壳2螺旋槽之间盘管结束后，将环路热管冷凝管路与换热器螺旋槽焊接成一体，然后取出拉紧工装，环路热管热管冷凝管路和换热器壳2的组合体待用；
[0039] 步骤四、将换热器芯、转接接头4和桁架热管管壳5进行组装，组装时换热器芯与转接接头4匹配的圆柱插入转接接头4与之匹配的孔，确保换热器芯毛细芯10与转接接头4该侧圆台内壁面毛细芯19一一对应相互连通；桁架热管管壳5与转接接头4匹配的圆柱插入转接接头4与之匹配的孔，确保桁架热管管壳5的毛细芯与转接接头4该侧圆台内壁面毛细芯19一一对应相互连通，从而保证换热器芯毛细芯10通过转接接头4毛细芯19与桁架热管管壳5毛细芯一一对应，相互连通，然后将换热器芯与转接接头4焊接成一体，将转接接头4与桁架热管管壳5焊接成一体；
[0040] 步骤五、将封装端头1放入换热器芯的封装端头1沉槽，然后将封装端头1与换热器芯焊接成一体；
[0041] 步骤六、将第3步环路热管冷凝管路与换热器壳2组合体和已经与桁架热管焊接成一体的换热器芯进行对插，插接从换热器芯封装端头1那端开始，对插前在换热器芯外部周向翅片11和换热器壳2内部周向翅片上均涂导热硅脂；
[0042] 步骤七、插接完成后，在换热器壳2和换热器芯插接翅片以及换热器壳 2与端盖3接触的表面都涂上硅
橡胶，然后将端盖3粘在换热器和换热器芯组合体的两端。分体端盖3粘贴在与桁架热管相连的一侧，因换热器芯已事先与桁架热管焊接成一体，该侧只能使用分体端盖3。
[0043] 本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。
