本發(fā)明涉及一種相變熱管，特別是涉及一種高可靠度高傳熱性能的相變熱管。
背景技術(shù)：
目前，衛(wèi)星上的大功率載荷天線和單機(jī)大部分通過金屬鋁氨相變熱管來(lái)均衡溫度、抑制載荷單機(jī)工作時(shí)的溫升，減少載荷單機(jī)的溫度波動(dòng)。隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展和需求的不斷擴(kuò)大，短期工作的大功率、高熱流密度的載荷單機(jī)越來(lái)越多，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測(cè)量精度要求高，單機(jī)自身發(fā)熱量大、溫度控制要求高、單機(jī)溫升指標(biāo)嚴(yán)苛、熱管布局空間緊促，而傳統(tǒng)的單孔相變鋁氨熱管傳熱能力有限、單孔無(wú)備份設(shè)計(jì)，已經(jīng)不能完全適應(yīng)復(fù)雜的溫度控制要求，且不能滿足可靠性要求。
因此，本發(fā)明采用與相變材料相結(jié)合的雙孔相變熱管，以便提高相變熱管的可靠度和傳熱性能，更方便的對(duì)大功率載荷單機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制。已知許多物質(zhì)在特定溫度下會(huì)發(fā)生固液兩相轉(zhuǎn)變，這些物質(zhì)通稱為相變材料(phasechangematerial-pcm)。相變材料在改變形態(tài)時(shí)會(huì)吸收或釋放能量，稱之為潛能。將相變材料與熱管結(jié)合成一體的形式，放置于被控溫儀器設(shè)備、儀器板與外界環(huán)境之間，即利用熱管良好的導(dǎo)熱、等溫性能，又能利用相變材料在相變時(shí)，吸收/釋放大量的熱量，而溫度基本維持不變的特性，減小載荷工作時(shí)的瞬時(shí)溫升、關(guān)機(jī)時(shí)的降溫速率，從而防止大功率載荷瞬時(shí)工作溫度太高、減少某些對(duì)溫度敏感載荷的溫度波動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)載荷天線和單機(jī)進(jìn)行更好的溫控。
傳統(tǒng)技術(shù)的相變熱管為“1+4”(一個(gè)熱管孔、四個(gè)相變孔)設(shè)計(jì)，單個(gè)熱管孔的工質(zhì)氨傳熱性能有限，且熱管孔內(nèi)工質(zhì)氨與最外側(cè)的相變孔內(nèi)相變材料不直接接觸，互相之間熱傳導(dǎo)熱阻較大，相變熱管工作時(shí)相變材料固——液兩相轉(zhuǎn)換不充分，制約了相變材料吸收/釋放熱量的性能。單孔設(shè)計(jì)的相變熱管因沒有備份熱管孔，存在單點(diǎn)失效的風(fēng)險(xiǎn)，如果設(shè)置兩根單孔相變熱管互為備份，則增加了熱管重量，需要占據(jù)更大的預(yù)埋空間，與載荷天線復(fù)雜的結(jié)構(gòu)布局產(chǎn)生沖突。
因此，只要相變熱管根據(jù)載荷天線和單機(jī)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)雙熱管孔的相變熱管，通過設(shè)計(jì)合理的截面形狀，選定合適的熱管孔和相變孔布局，選擇合理的相變材料，就可以避免相變熱管單點(diǎn)失效、提高相變熱管可靠度，同時(shí)提高單根相變熱管的傳熱性能、節(jié)省熱管預(yù)埋空間和重量、滿足載荷天線和單機(jī)的控溫需求。
目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說(shuō)明或報(bào)道，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類似的資料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高可靠度高傳熱性能的相變熱管，其能夠達(dá)到衛(wèi)星對(duì)熱管使用可靠度的要求，而且滿足衛(wèi)星載荷天線和單機(jī)的控溫要求。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問題的：一種高可靠度高傳熱性能的相變熱管，其特征在于，包括第一相變孔、第二相變孔、第三相變孔、第一熱管孔、第二熱管孔、相變熱管本體、相變材料，第一熱管孔位于第一相變孔和第二相變孔之間，第一相變孔位于第二相變孔左邊，第二熱管孔位于第二相變孔和第三相變孔之間，第二相變孔位于第三相變孔的左邊，第一相變孔、第二相變孔、第三相變孔、第一熱管孔、第二熱管孔都與相變熱管本體相連，相變材料裝在相變熱管本體內(nèi)。
優(yōu)選地，所述第一熱管孔和第二熱管孔的形狀都為ω形狀。
優(yōu)選地，所述第一相變孔、第二相變孔、第三相變孔內(nèi)注入相變材料后密封，構(gòu)成相變材料腔室。
優(yōu)選地，所述相變熱管本體的截面尺寸為42mm*9.1mm，相變材料的腔室截面積為161mm2。
優(yōu)選地，所述第一熱管孔和第二熱管孔的截面積都為57mm2。
優(yōu)選地，所述相變熱管本體的工質(zhì)為高純度氨。
優(yōu)選地，所述相變材料的材料為十四烷、十六烷或十八烷。
本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：本發(fā)明能夠解決了單孔相變熱管可靠度和傳熱性能低，難以滿足衛(wèi)星載荷天線和單機(jī)控溫需求等問題，取得了可靠度高、傳熱能力大、重量指標(biāo)小、等溫性能良好、熱管型材便于生產(chǎn)加工等有益效果。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
如圖1所示，本發(fā)明高可靠度高傳熱性能的相變熱管包括第一相變孔1、第二相變孔2、第三相變孔3、第一熱管孔4、第二熱管孔5、相變熱管本體6、相變材料7，第一熱管孔4位于第一相變孔1和第二相變孔2之間，第一相變孔1位于第二相變孔2左邊，第二熱管孔5位于第二相變孔2和第三相變孔3之間，第二相變孔2位于第三相變孔3的左邊，第一相變孔1、第二相變孔2、第三相變孔3、第一熱管孔4、第二熱管孔5都與相變熱管本體6相連，相變材料7裝在相變熱管本體6內(nèi)。
所述第一熱管孔4和第二熱管孔5的形狀都為ω形狀，這樣提高強(qiáng)度。
所述第一相變孔1、第二相變孔2、第三相變孔3內(nèi)注入相變材料后密封，構(gòu)成相變材料腔室，這樣方便存儲(chǔ)，提高密封性。
所述相變熱管本體6的截面尺寸為42mm*9.1mm，相變材料的腔室截面積為161mm2，減小體積。
所述第一熱管孔4和第二熱管孔5的截面積都為57mm2，減小體積。
所述相變熱管本體6的工質(zhì)為高純度氨，這樣降低成本。
所述相變材料7的材料為十四烷、十六烷或十八烷等，這樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
實(shí)施例1
本實(shí)施例的相變熱管本體為高純氨，相變材料為十六烷(相變熱管本體為700mm，相變材料的充裝長(zhǎng)度為670mm)，其計(jì)算測(cè)試的相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。
表1
由表1所示，42mm×9.1mm雙孔相變熱管本體相比單孔相變熱管本體，在外形尺寸幾乎不變，重量?jī)H增加8％的情況下，20℃的最大傳熱能力提高了41.7％，雙孔相變熱管本體的傳熱能力提高明顯。
對(duì)本發(fā)明相變熱管本體進(jìn)行可靠度計(jì)算，相變熱管本體基本失效率為100fit，按照熱管在軌運(yùn)行壽命≥5年的要求，單孔相變熱管本體五年末的基本可靠度為rs＝0.99561763，雙孔相變熱管本體基本可靠度為rd＝1-(1-rs)2＝0.999981，雙孔相變熱管本體五年末的可靠度明顯高于單孔相變熱管本體。
對(duì)相變熱管進(jìn)行性能測(cè)試，包括測(cè)試相變熱管本體等溫性能和相變材料對(duì)單機(jī)溫升抑制效果；相變熱管本體充裝正十六烷作為相變材料，正十六烷相變溫度為18.2℃；將相變熱管預(yù)埋在10mm厚的鋁蜂窩板內(nèi)，在相變熱管預(yù)埋區(qū)域布置兩臺(tái)單機(jī)(分別為第一單機(jī)和第二單機(jī))，在兩臺(tái)單機(jī)上分別設(shè)置一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)溫元器件為熱電偶，兩臺(tái)單機(jī)按周期進(jìn)行開關(guān)機(jī)，單機(jī)熱耗值相同。
定義相變溫度±1℃(即15.8～17.8℃)為相變溫度區(qū)域，測(cè)試的每個(gè)周期時(shí)間為97分鐘，每周期的0～8分鐘內(nèi)單機(jī)開機(jī)，單機(jī)產(chǎn)生瞬時(shí)溫升，溫升區(qū)域覆蓋相變溫度區(qū)域時(shí)，通過統(tǒng)計(jì)相同開始時(shí)間的溫升幅度，評(píng)估相變材料對(duì)單機(jī)溫升抑制情況；每周期8～97分鐘單機(jī)關(guān)機(jī)降溫，第三個(gè)周期單機(jī)的降溫區(qū)域覆蓋相變溫度區(qū)域，將降溫段分成相變溫度區(qū)域前溫度段大于17.8℃、相變溫度區(qū)域的范圍在15.8和17.8℃之間、相變溫度區(qū)域后溫度段小于15.8℃，單機(jī)降溫依次經(jīng)過上述三個(gè)溫度段，由于相變溫度區(qū)域后溫度段內(nèi)單機(jī)溫度基本平衡，降溫速率近似為0℃/min，故不作統(tǒng)計(jì)，僅比較相變溫度區(qū)域前和相變溫度區(qū)域內(nèi)的降溫速率。如此進(jìn)行四個(gè)周期的測(cè)試，觀察全過程中兩臺(tái)單機(jī)的溫度變化趨勢(shì)。
由表2的數(shù)據(jù)所示，第三個(gè)周期內(nèi)單機(jī)開關(guān)機(jī)時(shí)的升降溫均經(jīng)過相變溫度區(qū)域，開機(jī)時(shí)的單機(jī)溫升幅度從之前周期的近15℃降到10℃，表明相變熱管本體對(duì)抑制單機(jī)溫升產(chǎn)生良好的效果。單機(jī)關(guān)機(jī)后，相變材料釋放熱量延阻了單機(jī)降溫速率，經(jīng)過相變溫度段的降溫速率明顯低于其他時(shí)間段。表明本發(fā)明的相變熱管能有效的防止了單機(jī)溫度波動(dòng)過大。
表2
同時(shí)，布置在同一根相變熱管本體的兩臺(tái)單機(jī)的最大溫差為1.4℃，符合相變熱管預(yù)埋后等溫性<3℃的要求，表明本發(fā)明的相變熱管傳熱性能良好。
由上實(shí)施例證明，本發(fā)明的相變熱管可靠度高、傳熱能力強(qiáng)、可充裝不同類型的相變材料、等溫傳熱性較好，同時(shí)相變熱管型材也便于生產(chǎn)加工。
綜上所述，本發(fā)明既能利用熱管的良好等溫性，又可利用相變材料在相變溫度區(qū)域時(shí)的良好恒溫性，達(dá)到對(duì)大功率載荷天線和單機(jī)周期性開機(jī)時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度控制的效果；若工作溫度不在相變溫度區(qū)域，其就如普通的熱管一樣起導(dǎo)熱作用；若工作溫度在相變溫度區(qū)域，除了起導(dǎo)熱作用外，相變材料會(huì)吸收或釋放相應(yīng)的熱量，抑制單機(jī)工作時(shí)的溫升，防止單機(jī)工作溫度波動(dòng)過大。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。