[发明专利]一种制冷机热端热量排散装置

说明书

一种制冷机热端及其热量排散方法，将采用基于毛细结构的两相换热结构与制冷机热端进行耦合，形成轻质高效传热的制冷机热端；采用气液两相传热工质在毛细力的驱动下实现制冷机热端热量的远距离高效率排散，可以在减小传统制冷机热端重量、尺寸和传热温差的情况下确保制冷机热端产生的大功率热量的远距离排散，能够适用于空间低温制冷机热端高效率散热。

技术领域

本发明涉及空间热控领域，特别涉及一种制冷机热端热量排散装置。

背景技术

制冷机(如：脉冲管制冷机、斯特林制冷机等)广泛应用与红外遥感、深空探测和空间科学探测等任务，其在输入电功率的情况下可以正常工作并在冷端实现制冷，为载荷提供冷量从而维持载荷工作所需的低温环境。

通常情况下，制冷机在工作时冷端处于低温，同时热端发热。为了维持制冷机的长期稳定运行，通常需要对制冷机热端进行散热，如附图5所示。在空间任务中，普遍采取热管技术实现制冷机热端的散热，通常的做法是在制冷机热端设计散热面，将热管蒸发段贴在散热面，而将热管冷凝段与辐射散热器进行贴合，从而实现将制冷机热端产生的热量通过热管传递到辐射器并向外辐射排散，如附图6所示。

采用热管进行传热，需要考虑其两个特性：

(1)传热能力

根据热管的特性，对于完成设计的热管，其最大传热功率与其长度的乘积是一个相对固定的值。因此，在传输距离较远的情况下，其最大传热功率较小，而在传热功率较大的情况下，其传输距离就较小。

(2)热流密度

根据热管的特性，其蒸发段与热源之间的连接需要在热流密度(传热功率与接触面积的比值)满足要求的条件下才能正常传热。因此，为了确保热流密度满足热管使用要求，需要确保热管与热源之间的接触面积与传热功率成正比。

综上，对于小功率运行的制冷机，其热端产生的热量较小(一般小于50W)，采用热管与热端连接的方式即可满足传热的需求，但由于其传热路径较长，传热温差依旧较大；对于功率较大的制冷机(制冷机热端发热量50W～300W，甚至更高)，其热端发热的部位尺寸相比于小功率制冷机的并没有明显的增大，通常在范围内，而为了实现其产生热量的有效排散，若采用常规热管方案，则需要将制冷机热端设计成一个较大的结构，从而实现制冷机热端与热管之间的耦合可以实现热量的正常传递，而较大尺寸的制冷机热端结构本身会存在较大的传热温差，且会使得制冷机热端重量大幅度增加，不利于空间任务对制冷机重量的严格要求。

为此，在有效减小制冷机热端热量排散过程的传热温差的同时，减轻制冷机的重量是空间任务的迫切需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种制冷机热端热量排散装置，能够实现制冷机热端的高效热量排散，并大幅度减轻传统制冷机的重量，有利于满足空间任务对产品重量的严格要求。

本公开提供的制冷机热端热量排散装置，包括：热端散热蒸发装置、蒸汽管路、液体管路和辐射散热装置，其中：

热端包括热端气流通道、热端传热翅片以及热端壳体；

所述热端散热蒸发装置与制冷机热端之间通过热端的壳体进行耦合，实现热量传递；通过蒸汽管路和液体管路两条并行的管路与辐射散热装置连接；

热端散热蒸发装置中含有气液两相传热工质，该工质在液态状态下接收到来自制冷机热端壳体的热量后，以汽化状态经蒸汽管路到达辐射散热装置，散出热量后回到液化状态，经液体管路回到热端散热蒸发装置。

进一步地，所述热端散热蒸发装置包括储液腔、传输芯、蒸发芯、蒸汽槽；其中：

储液腔为一空腔结构，用于存储液态的传热工质；