一种冷凝辐射散热板制造技术

本发明专利技术公开了一种冷凝辐射散热板，由中空导热面板、毛细结构和气液两相流体构成，毛细结构由烧结芯和吸液芯组成，烧结芯衬于所述的中空导热面板的内表面四周及其受热面的内侧表面，吸液芯填充于中空导热面板的中空部分并与烧结芯紧密连接，气液两相流体浸于所述的吸液芯和烧结芯的孔隙结构中，中空导热面板的辐射面内侧表面设置有疏水层，该疏水层与所述的吸液芯紧密相连，辐射冷凝面外表面为分形表面，分形表面为自仿射分形结构表面，至少具有2级的凹凸结构；所述的吸液芯结构为多孔泡沫蜂窝结构。该散热板实现了在无泵驱动条件下高效扩散飞行器机载电器设备产生的热量，进而保证空间飞行器内机载设备的高效、安全、稳定运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于微重力环境下航天器热控系统的散热装置，具体涉及的是一 种基于毛细自循环式的冷凝辐射散热板。
技术介绍
可靠高效的热控系统是保障航天飞行器安全飞行的首要前提之一，随着航天飞行 器制造技术的迅捷发展，其机载电子、电器设备的热可靠性指标也越来越苛刻，这就对机载 换热器件的散热能力、航天器表面的散热性能提出了更高的要求。传统的依靠消耗泵功来 进行热量传递的散热装置，由于运动部件的存在，大大增加了对航天器热控系统的难度要 求，迫切需要发展无泵驱动便能实现热量传递的散热系统。空间微重力环境中，由于重力的 缺失，汽液分界面导致的表面张力将成为两相流动的主要作用力。为此，本专利技术提供了一种自回流冷凝相变辐射散热器，该散热器利用流体工质在 热源处吸热产生蒸发相变，然后在冷凝辐射面冷凝，释放出的热量可直接通过辐射散发至 太空。另外，为强化冷凝辐射面内表面冷凝相变传热，将冷凝辐射面内表面进行表面改性技 术处理，以实现冷凝辐射面内表面上形成可持续的珠状凝结；为改善冷凝辐射散热器的辐 射表面条件，将辐射面设计成自仿射分形结构表面，以最大限度的提高辐射散热面面积，进 而达到在微重力条件下高效、安全、稳定地进行对外辐射散热。
技术实现思路
本专利技术提供一种冷凝辐射散热板，通过在散热板内部填充多孔泡沫蜂窝结构吸液 芯实现毛细热驱动，同时，将面向太空的冷凝辐射面内表面进行超疏水技术处理成疏水层， 将面向太空的冷凝辐射面外表面设计成具有随机自仿射分形结构特征的表面，来实现在无 泵驱动条件下的高效扩散飞行器内机载电器设备产生的热量，进而保证航天飞行器内机载 设备的高效、安全、稳定运行。技术方案为解决航空航天器在微重力条件下高效散热要求和热量传递无泵驱动需求的双重难 题，本专利技术采用的技术方案是一种冷凝辐射散热板，由中空导热面板、毛细结构和气液两相流体构成，所述的毛细结 构由烧结芯和吸液芯组成，所述的烧结芯衬于所述的中空导热面板的内表面四周及其受热 面的内侧表面，所述的吸液芯填充于所述的中空导热面板的中空部分并与所述的烧结芯紧 密连接，所述的气液两相流体浸于所述的吸液芯和烧结芯的孔隙结构中，其特征在于所述 的中空导热面板的辐射面内侧表面设置有疏水层，该疏水层与所述的吸液芯紧密相连，所 述的辐射冷凝面外表面为分形表面，所述的分形表面为自仿射分形结构表面，至少具有2 级的凹凸结构；所述的吸液芯结构为多孔泡沫蜂窝结构。散热板内蒸汽在冷凝辐射面内表面冷凝时，若采用普通的壁面，一般情况下，在辐 射面内表面发生膜状冷凝，这样，壁面总是被一层液膜覆盖着，凝结放出的相变热(潜热)必须穿过液膜才能传到冷却壁面上去。这样，液膜层会成为换热的主要热阻。本专利技术将中空 导热面板的冷凝辐射面内表面进行改性技术处理，通过超疏水特性表面的生成来实现连续 持续的珠状凝结，生成都冷凝液通过毛细结构及时抽吸回到受热面。珠状冷凝的表面传热 系数要比其他条件相同的膜状凝结大几倍甚至大一个数量级，进而达到强化冷凝相变传热 的目的。所述的超疏水特性表面的制备可采用两种方法一是在粗糙表面修饰低表面能的 物质；二是在疏水性表面构建粗糙结构。可采用的制备技术有气相沉淀法、纳米二氧化硅 掺杂法、溶胶-凝胶法、电化学法、激光刻蚀法、静电纺丝法等。在太空环境接近真空的条件下，散热板的散热只能依靠辐射，因此只有增加散热 板的有效散热面积才能提高散热板的散热效率。本专利技术将中空导热面板的冷凝辐射热面设 计成具有随机自仿射分形结构特征的表面，通过多级表面的生成，充分利用了辐射散热板 表面空间，使得在有限空间内最大限度布置了散热表面，进而大幅增加了散热板与宇宙空 间的辐射换热面积，进而提高了散热板的辐射散热能力，同时也减少了散热器本身的自重。 所述的具有随机自仿射分形结构特征表面的生成过程为(1)分别在水平面的x、_F轴方向将第0级表面进行Zs-I Cs为表面的级数)等分，生成 (Zs-I)2个单元表面，行列同为奇数的单元表面为第1级表面，将所述第1级表面中每个单 元表面加工成凹凸体，凹、凸通过随机掷骰子的方法来决定。(2)第2级表面将在第1级表面上不断重复上述步骤产生。第η级表面上产生的凹 凸体深度为第η-1代表面上产生的凹凸体深度的1//ζ (/ζ为ζ方向的比例系数)，这里/； > 1。(3)根据这种方法不断生成凹凸体，就会得到具有不规则的随机自仿射分形结构 特征的表面。将吸液芯设计成蜂窝结构应用于散热板内，一方面实现了将板内气流通道与冷凝 液回流通道进行了分离，另一方面也扩展了气液两相流体在受热面和冷凝辐射面之间的输 送通道。另外，蜂窝结构在满足结构应力要求和减轻辐射散热板的自重方面也具有一定的 优势。将烧结芯衬于中空导热面板的内表面，不仅大大增加了有效的蒸发和冷凝换热面 积，还为冷凝辐射面/受热面提供了流体流动的多向输运通道，可及时输送补充多个局部 高热流密度点蒸发相变的所需液体工质，进而消除了多个热源点可能产生的局部热点。所述中空导热面板的材料为铜(铜合金)、铝(铝合金)、钢(合金钢)、银等多种高导 热性能金属。所述的冷凝辐射散热板内气液两相流体为水、氨、丙酮、乙醇、甲醇、液态金属或制 冷剂等工质，该流体工质在腔体内维持气液两相状态。所述的冷凝辐射散热板的热源为单个热源、两个热源或多个热源，热源之间的相 对位置是可以任意布置的。本专利技术提供的冷凝辐射散热板是利用气液两相流体工质在热源处吸热进而在烧 结芯的孔隙结构中产生蒸发相变，蒸发相变产生的蒸汽迅速通多孔泡沫蜂窝结构的空腔体 扩散到冷凝辐射面内表面的烧结芯表面，在具有超疏水特性的冷凝辐射面内表面进行珠状 凝结，释放出的相变热通过通过热传导作用将热量传递至具有随机自仿射分形结构特征的 冷凝辐射面外表面并辐射散发至太空。冷凝产生的液体工质可在蜂窝结构吸液芯中产生的 毛细力的作用下实现自循环，无须泵功消耗。相变换热吸收或者释放的潜热很大，故很小的流体流量即可满足散热需求，这些因素对于减轻空间飞行器的自重及功耗具有重要的意 义，且由于热量传递基于相变过程，故使散热板受热面表面温度和散热强度分布均勻，可以 实现近似等温热量传输。由于本专利技术所提供的散热器是基于毛细蒸发相变来实现的热量的 传递，使得其导热率远远高出传统的纯金属导热基板。有益效果本专利技术涉及的一种冷凝辐射散热板，为强化冷凝辐射面内表面冷凝相变换热，将冷凝 辐射面内表面进行改性技术处理，来实现可持续的珠状凝结；将散热板面向太空的冷凝辐 射面外表面设计成具有随机自仿射分形结构特征的表面，充分利用了辐射散热板表面空 间，使得在有限空间内最大限度布置了散热表面。另外，该型散热板是基于毛细蒸发相变来 实现热量的传递，无须泵功消耗，其导热率远远高出传统的纯金属导热基板。以上这些有 利因素使得该型冷凝辐射散热器具有散热强度高，无泵驱动，自重轻，且温度分布均勻的独 特优点，能有效地消除多个局部高热量密度热源点可能产生的局部热点，实现了在无泵驱 动条件下高效扩散飞行器机载电器设备产生的热量，进而保证航天飞行器内机载设备的高 效、安全、稳定运行。附图说明图1冷凝辐射散热板的立体示意图。图2本专利技术中多孔泡沫蜂窝结构吸液芯局部示意图。图3本专利技术中具有随机自仿射分形结构特征的冷凝散热面外表面平面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷凝辐射散热板，由中空导热面板、毛细结构和气液两相流体构成，所述的毛细结构由烧结芯和吸液芯组成，所述的烧结芯衬于所述的中空导热面板的内表面四周及其受热面的内侧表面，所述的吸液芯填充于所述的中空导热面板的中空部分并与所述的烧结芯紧密连接，所述的气液两相流体浸于所述的吸液芯和烧结芯的孔隙结构中，其特征在于：所述的中空导热面板的辐射面内侧表面设置有疏水层，该疏水层与所述的吸液芯紧密相连，所述的辐射冷凝面外表面为分形表面，所述的分形表面为自仿射分形结构表面，至少具有２级的凹凸结构；所述的吸液芯结构为多孔泡沫蜂窝结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永平，张程宾，眭佳佳，施明恒，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84