專利名稱：一種單元熱管吸熱器及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種單元熱管吸熱器及其制作方法，更具體地，涉及一種空間站太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)的單元熱管吸熱器及其制作方法。
背景技術：
航天技術是人類開展空間活動，探索、開發(fā)和利用外層空間的綜合性工程技術，是當今世界高科技群體中最具影響力的科學技術之一，它使人類活動范圍從地面擴展到太空，從根本上改變了人們的思維方式、生產(chǎn)方式和生活方式。自第一顆人造衛(wèi)星上天以來，空間技術不斷滲透到人類活動的各個領域，而空間科學的發(fā)展則帶給世界科學技術發(fā)展以嶄新的視角?？臻g站作為空間探索的太空基地和航天員的空間活動平臺，必將成為下一階段的航天發(fā)展目標，而電力供應則是維持空間站正常運行和其它航天活動的基礎。目前，航天器普遍采用太陽能光伏電池陣與化學蓄電池組合的供電方式。太陽能光伏電池陣發(fā)電系統(tǒng)光電轉換效率較低，如硅電池的效率約15 %，砷化鎵光電池的轉換效率雖然達到了 18.5%，但成本卻是硅電池的近兩倍。隨著功率的增加，光伏電池陣迎風面積將顯著增大，使得發(fā)射成本和軌道維護成本大大增加；此外，蓄電池的壽命較短，在空間站運行期間需經(jīng)常更換，增加了總的運行成本。太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)是一種新型空間太陽能/電能轉換系統(tǒng)，它首先把太陽能轉化為熱能，然后通過一種熱力循環(huán)把熱能轉換為機械能，帶動發(fā)電機轉化為電能。它的優(yōu)點是相對質量和迎風面積小、能量轉換效率較高，總效率可達20. 8%左右。較高的熱效率意味著較小的截取陽光面積,也就意味著氣動阻力的降低，這可以減少近地軌道長壽命航天器軌道再提升的次數(shù)，有利于在較低軌道工作，可以使航天飛機往來飛行時，有較大的裝載能力，較低的單位質量發(fā)射成本。圖I所示為空間站太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)的工作原理，它利用拋物型的聚能器截取太陽能，并將其聚集到吸熱器的圓柱形腔內，被吸收轉換成熱能，其中一部分熱能傳遞給循環(huán)工質，另一部分熱量則被封裝在多個小容器內的PCM(相變材料，Phase ChangeMaterial)通過熔化而吸收儲存起來。吸熱后的循環(huán)工質在渦輪內膨脹做功，推動渦輪旋轉，帶動發(fā)電機發(fā)電。膨脹做功后的循環(huán)工質經(jīng)過回熱器與由壓縮機出來的高壓工質進行換熱，再經(jīng)過工質冷卻系統(tǒng)進一步排熱降溫，進入壓縮機壓縮，經(jīng)過回熱器預熱，再次進入吸熱器，完成一個循環(huán)過程。工質冷卻系統(tǒng)由工質冷卻器、泵和輻射器組成，廢熱主要通過輻射器釋放到宇宙空間。在軌道陰影期，PCM在相變點附近凝固釋熱，充當熱機熱源來加熱循環(huán)工質，使得空間站處于陰影期時仍能連續(xù)工作發(fā)電。空間站在軌道運行時，必然經(jīng)過太陽陰影期。要保證發(fā)電系統(tǒng)持續(xù)運轉、連續(xù)供電，必須采用蓄熱裝置。在太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)中，將吸熱、蓄熱、與工質換熱三項功能集合在一起的部件稱為吸熱器。當航天器處于日照區(qū)時，反射器收集太陽能并將太陽能聚集到位于拋物面焦點的吸熱器腔口。進入腔體后，其中一部分能量用來加熱循環(huán)工質，另一部分被蓄熱介質吸收儲存起來。當航天器進入陰影區(qū)后，蓄熱介質釋放出能量給循環(huán)工質，維持其出口溫度在循環(huán)所要求的最低峰值溫度以上，使動力系統(tǒng)在陰影區(qū)與日照區(qū)一樣運行發(fā)電。吸熱器的質量大約占發(fā)電系統(tǒng)總系統(tǒng)質量的1/3，減少吸熱器的質量對于減少發(fā)電系統(tǒng)的成本有重要的意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有空間站太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)的吸熱器的缺點和不足，提供一種新型的單元熱管吸熱器及其制作方法，該熱管吸熱器不僅能改善溫度均勻性，而且能充分有效利用相變材料，這使得吸熱器變得質量輕，體積小，效率高。
為實現(xiàn)上述目標，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種單元熱管吸熱器的制作方法，所述單元熱管吸熱器包括單元熱管和多個層疊套裝并焊接在單元熱管外壁上的PCM容器，所述單元熱管包括吸熱段、蓄熱段和冷凝段，其特征在于，所述單元熱管吸熱器按照如下步驟制作I)加工制造單元熱管；2)加工制造PCM容器；3)加工焊接表面單元熱管蓄熱段的外壁和PCM容器的內壁之間形成焊接表面，在焊接之前，精確加工單元熱管的外壁和PCM容器的內壁，并在單元熱管蓄熱段的外壁上加工出微型槽； 4) PCM容器套裝將所述多個PCM容器層疊套裝于單元熱管蓄熱段的外壁上，相鄰PCM容器之間用陶瓷纖維墊片隔開，并在單元熱管蓄熱段外壁上的微型槽中填加焊料；由于陶纖墊片的導熱系數(shù)較低，減少了 PCM容器間的導熱影響，改善了 PCM容器壁的應力狀態(tài)；5)真空釬焊將套裝了 PCM容器并填加焊料的單元熱管放入真空爐內熔化焊為一體。PCM容器的充分間隔化是吸熱儲熱器的關鍵技術，這種單個密封PCM容器的結構形式制造加工較容易且有相當高的可靠性，個體PCM容器的破壞不會影響到別的PCM容器，對吸熱器性能產(chǎn)生的影響很小。PCM容器的小尺寸結構也減少了由于PCM凝固形成空穴致使PCM容器壁空穴處形成高的應力集中而造成的破壞。進一步地，所述單元熱管吸熱器還包括熱源熱交換器，所述熱源熱交換器套裝在單元熱管冷凝段的外壁上，單元熱管冷凝段的外壁和熱源熱交換器的內壁之間形成焊接面，在單元熱管冷凝段的外壁上也加工有微型槽，在該微型槽中也填加有焊料，將套裝了PCM容器、熱源熱交換器并填加焊料的單元熱管放入真空爐內熔化焊為一體。優(yōu)選地，所述焊料為銅合金焊料。優(yōu)選地，所述陶瓷纖維墊片為厚度為0. 51mm的碳化硅陶瓷纖維墊片。進一步地，步驟I)中按照如下方法加工制造所述單元熱管，包括(a)熱管殼體的加工根據(jù)設計要求的熱管直徑、壁厚和長度，選用合適的無縫管和兩端封頭作為熱管殼體的零件，并在無縫管內壁設置吸液芯；優(yōu)選地，所述無縫管為GH188無縫管。對于軸向槽道吸液芯形式的熱管需在無縫管上加工規(guī)定尺寸和數(shù)目的軸向槽道。(b)零件的清洗將所有零件在清洗槽中進行清洗，清洗后，在無塵土和油脂的環(huán)境中干燥，然后密封保存。為了保證熱管的正常運行，在組裝前對所有零件都進行嚴格的清洗。清洗在專門的不銹鋼清洗槽中進行，洗液有三氯乙烯，酒精，過氧化氫和氫氧化鈉的混合液，鹽酸，硝酸和蒸餾水等。(C)組裝將無縫管與封頭進行焊接，其中一端的封頭上接有工質灌注管，用以灌注工質和最后封裝，焊接后對所有焊縫進行真空檢漏。在本發(fā)明的一個實施例中，工質灌注管為一根外徑8_的經(jīng)過退火處理的鎳管。所有焊接均采用氬弧焊，焊接時焊縫部分內外側均需用氬氣保護，以防止氧化。對所有焊縫進行真空檢漏，漏氣率不大于10_8L/s。(d)除氣組裝后整個熱管殼體在1000°C下的真空除氣爐中進行真空除氣，以排除金屬中含有的氣體。優(yōu)選地，在整個除氣過程中真空度應不低于5X 10_6mmHg。(e)工質的蒸餾與灌注對工質進行蒸餾提純，以去除工質中的雜質，灌注工質前將熱管殼體接到灌注系統(tǒng)進行預抽真空，真空度為IO-6HimHg的數(shù)量級，然后充以少量氬氣，關閉高真空閥，使系統(tǒng)保持真空；加熱工質存儲容器中已蒸餾凈化的固態(tài)工質，工質完全熔化后利用壓力差把液體工質灌入熱管中，待熱管中的工質冷卻成固體后再把熱管抽真空到10_6mmHg的數(shù)量級，然后在高真空下封閉熱管。在本發(fā)明的一個實施例中，所述工質為鈉。為了提高熱管的性能和壽命，對工質鈉進行蒸餾提純，以便除去氧化鈉和其他雜質，使純度比較高的鈉在熱管中能順利地運行。灌鈉前熱管部件接到灌注系統(tǒng)進行預抽真空，真空度為l(r6mmHg的數(shù)量級，然后充以少量氬氣，關閉高真空閥，使系統(tǒng)保持靜真空。加熱貯鈉罐中已蒸餾凈化的固體鈉，鈉完全熔化后利用壓力差把液體鈉灌入熱管中。待熱管中的鈉冷卻成固體后再把熱管抽真空到10-6mmHg，然后在高真空下封閉。(f)烘烤熱管制作完畢后，在高溫下在真空除氣爐中進行長時間烘烤。目的是使常溫下為固體的金屬鈉能很好的滲透到毛細結構中去，使毛細結構充分潤濕，否則熱管很難啟動。優(yōu)選地，烘烤溫度為800°C，烘烤時間為20小時。進一步地，步驟2)中按照如下方法加工制造所述PCM容器，所述PCM容器2的殼體包括內環(huán)、外環(huán)、底蓋、頂蓋，加工制造所述PCM容器的方法包括如下步驟(a)預處理材料對PCM容器的殼體材料在真空下進行固溶處理。固溶處理一方面有利于機械冷加工，另一方面固溶處理后的合金強度較低而塑性很高，可減少焊接熱裂紋的敏感性。高溫合金的焊前狀態(tài)對焊接熱裂紋敏感性有較大影響，固溶狀態(tài)高溫合金的熱裂紋敏感性較小，冷軋狀態(tài)最大。固溶處理后合金為軟態(tài)，其強度相對低些而塑性較高，焊接應力和拘束度較小，故這種狀態(tài)下焊接熱裂紋敏感性小。優(yōu)選地，固溶溫度設置在零件材料的相變點附近，固溶時間為20min，真空度為2X 10_3Pa，冷卻速度為小于等于30°C /min。(b)加工零件加工PCM容器殼體的內環(huán)、外環(huán)及底蓋、頂蓋；(C)蒸洗將加工好的零件加熱蒸洗，除掉切削過程中殘留在零件表面的油潰。優(yōu)選地，使用三氯乙烯對加工好的零件進行蒸洗。(d)熱處理將蒸洗后的零件放入氫氣爐中在1038°C下熱處理，以減少零件表面的氧化物，熱處理后的零件表面形成一層藍黑色的薄層，這一薄層經(jīng)元素分析發(fā)現(xiàn)存在一些合金成份中沒有的元素，必須進一步進行表面處理；(e)噴砂對熱處理后的零件表面進行噴砂處理，然后拋光，直至成為純凈的合金表面； (f)清洗將拋光后的零件進行超聲波擾動清洗，然后在真空加熱爐中烘干，從真空爐中取出零件后再用細砂紙拋光處理，然后用丙酮擦拭干凈備用；
(g)將內、外環(huán)與底蓋焊接成為開口容器；(h)PCM在液態(tài)下充裝到開口容器內直至合適的質量，同時作除氣處理；(i) PCM容器的封裝與焊縫檢驗。進一步地，步驟(h)中的PCM按照如下工藝進行制備與充裝(j)PCM的制備選用 摩爾百分比為80. 5 19. 5的LiF和CaF2組成的80. 5LiF-19. 5CaF2氟鹽作為PCM,該80. 5LiF_19. 5CaF2氟鹽的熔點為1040K,將上述80. 5LiF-19. 5CaF2氟鹽放入真空加熱爐中加熱至熔點溫度1040K以上，使其完全熔化除去其中夾雜的氣體和水分，然后關掉真空加熱爐使其凝結為固態(tài)，再將其粉碎為直徑小于
0.5mm的顆粒以便于充裝；(k)PCM的充裝稱取設計充裝量的80. 5LiF-19. 5CaF2氟鹽顆粒裝入加工好的開口容器內，放入真空加熱爐加熱熔化，再次除水氣后關掉真空加熱爐讓PCM在爐內緩慢冷卻凝固。進一步地，步驟(g)中，內、外環(huán)與底蓋之間分別采用真空電子束焊接方式焊接，內環(huán)與底蓋的焊縫處，內環(huán)接頭為帶臺階的嵌入配合接頭，內環(huán)接頭和底蓋的配合面公差為0. 3mm，外環(huán)接頭為管板接頭，焊接時采用如下工藝(I)內環(huán)圓焊縫的定位焊采用電子束三點定位，定位焊點長IOmm左右；(m)內環(huán)圓焊縫的焊接在工裝的夾持作用下，零件以垂直方向為軸旋轉完成圓焊縫的焊接。工裝起裝配夾持和防止變形的作用。優(yōu)選地，焊接工藝參數(shù)為加速電壓60kV，束流11mA，聚焦電流595mA，焊接速度18mm/s，工作真空度2 X 10_4torr。(n)底蓋與外環(huán)環(huán)焊縫的焊接零件以水平方向為軸旋轉完成環(huán)焊縫焊接。優(yōu)選地，焊接工藝參數(shù)為加速電壓60kV，束流13mA，聚焦電流618mA，焊接速度18mm/s，工作真空度 2Xl(T4torr。(o)焊縫質量檢測焊后對每一條焊縫先進行目測檢驗焊縫外觀成形，然后在顯微鏡下觀察其表面微裂紋，對在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)微裂紋的個別焊縫施行鎢極氬弧焊填GH188材料重熔修復。進一步地，步驟(i)中，PCM容器的封裝采用如下工藝(p)熔敷后表面清理由于PCM中的LiF具有良好的浸潤性，需對熔敷后的開口容器進行表面清理，主要是清理待焊接區(qū)域，對此采用機械加工和手工打磨處理。(q)頂蓋的封裝焊接與檢驗清潔后的開口容器與頂蓋首先需要定位焊，采用展開真空電子束焊對外環(huán)進行定位。定位后同底蓋焊接時的電子束工藝參數(shù)完成頂蓋與內、外環(huán)的焊接。并對焊縫質量進行檢測。進一步地，步驟(i)中，PCM容器的檢漏配合使用顯微鏡觀察法、著色檢查法及顯微X光照相法進行焊接過程中，每焊完一道通焊縫及時用顯微鏡觀察檢驗是否有微裂紋，如有則重新進行電子束焊；對封裝完成的PCM容器進行著色法檢查，發(fā)現(xiàn)有缺陷應打磨后施行鎢極氬弧焊填GH188重熔修復；全部焊完后再用顯微X光照相檢驗焊縫形貌如穿透深
/又寸。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種單元熱管吸熱器，包括單元熱管和多個PCM容器，所述單元熱管包括吸熱段、蓄熱段和冷凝段，其特征在于，所述多個PCM容器層疊套裝在單元熱管蓄熱段的外壁上，單元熱管蓄熱段的外壁上設置微型槽，微型槽中填加有焊料，所述多個PCM容器和單元熱管通過所述微型槽焊接成一體，所述多個PCM容器之間用陶瓷纖維墊片隔開。進一步地，所述單元熱管吸熱器還包括熱源熱交換器，所述熱源熱交換器套裝在單元熱管冷凝段的外壁上，在單元熱管冷凝段的外壁上也加工有微型槽，在該微型槽中也填加有焊料，所述熱源熱交換器和單元熱管通過所述微型槽焊接成一體。優(yōu)選地，所述陶瓷纖維墊片為厚度為0. 51mm的碳化硅陶瓷纖維墊片。
進一步地，所述PCM容器的殼體包括內環(huán)、外環(huán)、底蓋、頂蓋，這些部件之間通過電子束焊接在一起。優(yōu)選地，所述PCM為摩爾百分比為80. 5 19. 5的LiF和CaF2組成的80. 5LiF-19. 5CaF2 氟鹽。優(yōu)選地，所述單元熱管的工質為鈉。同現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的單元熱管吸熱器具有以下顯著的優(yōu)點(1)該熱管吸熱器不僅能改善溫度均勻性，而且能充分有效利用相變材料，這使得吸熱器變得質量輕，體積小，效率高；(2)這種單個密封PCM容器的結構形式制造加工較容易且有相當高的可靠性，個體PCM容器的破壞不會影響到別的PCM容器，對吸熱器性能產(chǎn)生的影響很小，PCM容器的小尺寸結構也減少了由于PCM凝固形成空穴致使PCM容器壁空穴處形成高的應力集中而造成的破壞。


圖I為空間站太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)示意圖。圖2為本發(fā)明的單元熱管吸熱器的示意圖。圖3為本發(fā)明的單元熱管吸熱器中熱管的橫截面示意圖。圖4為本發(fā)明的單元熱管吸熱器中PCM容器的橫截面示意圖。圖5為PCM容器殼體焊縫接頭示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。如圖2所示，本發(fā)明的單元熱管吸熱器，包括單元熱管I和多個PCM容器2，所述單元熱管I包括吸熱段、蓄熱段和冷凝段，所述多個PCM容器2層疊套裝在單元熱管I蓄熱段的外壁上，單元熱管I蓄熱段的外壁上設置微型槽，微型槽中填加有焊料，所述多個PCM容器2和單元熱管I通過所述微型槽焊接成一體，所述多個PCM容器2之間用陶瓷纖維墊片隔開。按照如下的方法制作單元熱管吸熱器一 . PCM容器的制造與封裝I. PCM容器的制造工藝PCM容器的橫截面如圖4所示，首先對容器材料在真空下進行固溶處理，一方面有利于機械冷加工，另一方面固溶處理后的合金強度較低而塑性很高，可減少焊接熱裂紋的敏感性。然后按零件圖將內環(huán)、外環(huán)及頂蓋、底蓋4個零件加工好。一個完整的PCM容器的制造過程包括開口容器的制備、PCM的熔敷和充裝、容器的焊接封裝及容器的檢漏或焊縫檢查。PCM容器各零件的加工要點如下(I)按零件圖加工各零件；(2)將加工好的零件加熱蒸洗(可用三氯乙烯)，目的是除掉切削過程中殘留在零件表面的油潰；(3)蒸洗后的零件放入氫氣爐中在1038°C下熱處理，以減少零件表面的氧化物，熱處理后的零件表面形成一層藍黑色的薄層，這一薄層經(jīng)元素分析發(fā)現(xiàn)存在一些合金成份中沒有的元素，必須進一步進行表面處理；(4)對零件表面噴砂處理，然后拋光，直至成為純凈的合金表面；(5)拋光后的零件超聲波擾動清洗，然后在真空加熱爐中烘干；(6)從真空爐中取出零件后再用細砂紙拋光處理，然后用丙酮擦拭干凈備用；(7)將內、夕卜環(huán)與底蓋用真空電子束焊接成為開口容器；(8)PCM在液態(tài)下充裝到開口容器內直至合適的質量，同時作除氣處理；(9)容器的封裝與焊縫檢驗。2. PCM的制備與充裝工藝PCM采用氟鹽80. 5LiF_19. 5CaF2(摩爾百分比)，其熔點為1040K。以下為充裝工藝要點(I)PCM的制備，將氟鹽80. 5LiF-19. 5CaF2放入真空加熱爐中加熱至熔點溫度1040K以上，使其完全熔化除去其中夾雜的氣體和水分，然后關掉電爐使其凝結為固態(tài)，再將其粉碎為直徑小于0. 5mm的顆粒以便于充裝。(2)PCM的充裝，稱取-定質量(設計充裝量)80. 5LiF-19. 5CaF2顆粒裝入加工好的開口容器內，放入真空加熱爐加熱熔化，再次除水氣后關掉電爐讓PCM在爐內緩慢冷卻凝固。3.真空電子束焊接工藝(I)高溫合金焊接特性，高溫合金焊接時遇到的對焊接質量影響最大的冶金缺陷是焊接接頭熱裂紋。熱裂紋敏感性作為評價高溫合金焊接性能的主要判據(jù)。熱裂紋主要為焊縫金屬凝固裂紋和液化裂紋及熱影響區(qū)沿晶裂紋，在高溫使用過程中，可能形成再熱裂紋或應變時效裂紋。高溫合金的化學成份、組織結構、冶金質量、焊件的拘束度(含接頭形式)、熱處理狀態(tài)、焊接工藝參數(shù)等因素都對焊接熱裂紋的形成有較大的影響。合金中存在冶金缺陷和冶金工藝不當，對其焊接質量有影響。一般采用真空冶煉的合金能避免焊接過程中形成低熔點的共晶偏聚于晶界，熱裂紋敏感性較小。另外，合金的晶粒度和組織對焊接熱裂紋敏感性也具有影響，晶粒度細小的合金敏感性較小。焊接工藝技術要點1)焊前徹底清除待焊接區(qū)域表面氧化物及其它污物，特別注意微量Cu污染會引起焊縫金屬形成熱裂紋。2)采用較低的焊接線能量工藝參數(shù)焊接。(2)器件工序安排，完成器件的焊接工藝，其工序除了焊接工藝外，還包括焊前準備和焊后處理。工序技術要點如下焊前熱處理一接頭形式確定及機械加工一工裝夾具的設計和機械加工一待焊零件表面處理一底蓋定位焊一底蓋與內環(huán)的焊接一底蓋內環(huán)焊縫質量無損檢測一底蓋與外環(huán)焊接一底蓋外環(huán)焊縫無損檢測一PCM的充裝一開口容器和殘余熔敷物的清理一頂蓋定位焊一頂蓋內環(huán)焊接一頂蓋外環(huán)焊接一焊后清理和加工。(3)焊前熱處理，高溫合金的焊前狀態(tài)對焊接熱裂紋敏感性有較大影響，固溶狀態(tài)高溫合金的熱裂紋敏感性 較小，冷軋狀態(tài)最大。固溶處理后合金為軟態(tài)，其強度相對低些而塑性較高，焊接應力和拘束度較小，故這種狀態(tài)下焊接熱裂紋敏感性小。為防止焊接熱紋產(chǎn)生，需對零件采取真空條件下固溶處理，固溶溫度相變點附近；固溶時間20min ;真空度2X10_3Pa ;冷卻速度(30°C /min。(4)焊接接頭設計，如圖5所示，內環(huán)接頭為帶臺階的嵌入配合接頭,配合面公差0.3mm，這種接頭為常見的電子束焊接接頭形式。(5)開口容器的焊接，I)內環(huán)圓焊縫的定位焊，采用電子束三點定位，定位焊點長IOmm左右。2)內環(huán)圓焊縫的焊接，在工裝的夾持作用下，零件以垂直方向為軸旋轉完成圓焊縫的焊接。焊接工藝參數(shù)加速電壓60kV，束流11mA，聚焦電流595mA，焊接速度18mm/s，工作真空度2 X 10_4torr。工裝起裝配夾持和防止變形的作用。3)底蓋與外環(huán)環(huán)焊縫的焊接，零件以水平方向為軸旋轉完成環(huán)焊縫焊接。焊接工藝參數(shù)加速電壓60kV，束流13mA，聚焦電流618mA，焊接速度18mm/s，工作真空度2 X 10-4torr。4)焊縫質量檢測，焊后對每一條焊縫先進行目測檢驗焊縫外觀成形，然后在顯微鏡下觀察其表面微裂紋。對在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)微裂紋的個別焊縫施行鎢極氬弧焊填GH188材料重熔修復。(6)容器的封裝1)熔敷后表面清理，由于LiF良好的浸潤性，需對熔敷后開口容器進行清理，主要是清理待焊接區(qū)域，對此采用機械加工和手工打磨處理。2)上端蓋 的封裝焊接與檢驗，清潔后的開口容器與頂蓋首先需要定位焊，采用展開真空電子束焊對外環(huán)進行定位。定位后同底蓋焊接時的電子束工藝參數(shù)完成頂蓋與內、外環(huán)的焊接。焊縫質量的初檢同上。(7)容器檢漏工藝，容器的檢漏可用顯微鏡觀察、著色檢查法及顯微X光照相3種檢測手段配合進行。焊接過程中，每焊完一道通焊縫及時用顯微鏡觀察檢驗是否有微裂紋，如有重新進行電子束焊。對封裝完成的PCM容器進行著色法檢查，發(fā)現(xiàn)有缺陷應打磨后施行鎢極氬弧焊填GH188重熔修復。全部焊完后再用顯微X光照相檢驗焊縫形貌如穿透深度等。油滲著色檢查法是檢查合金鋼焊縫表面微小缺陷最有效的方法，它主要是使用顏料加油作滲透劑，以能吸附油質而揮發(fā)性較強的火棉膠、丙酮等作為顯色劑，其靈敏度很高，肉眼看不見的晶界顯微裂紋都可以檢查出來，并且使用方便。表I所示為油滲著色配方表。其操作方法為，首先清理待檢查表面至發(fā)出金屬光澤程度，用毛刷涂上滲透劑，2 3min后，用干凈布認真仔細地將滲透劑擦干凈，涂顯色劑，只待片刻，顯色劑即干燥。如有缺陷，即可在白色底上顯出紅色條紋或斑點。檢查完后，用丙酮徹底清洗檢查表面。表I油滲著色的配方表
權利要求
1.一種單元熱管吸熱器的制作方法，所述單元熱管吸熱器包括單元熱管I和多個層疊套裝并焊接在單元熱管外壁上的PCM容器，所述單元熱管包括吸熱段、蓄熱段和冷凝段，其特征在于，所述單元熱管吸熱器按照如下步驟制作 1)加工制造單元熱管； 2)加工制造PCM容器； 3)加工焊接表面單元熱管蓄熱段的外壁和PCM容器的內壁之間形成焊接表面，在焊接之前，精確加工單元熱管的外壁和PCM容器的內壁，并在單元熱管蓄熱段的外壁上加工出微型槽； 4)PCM容器套裝將所述多個PCM容器層疊套裝于單元熱管蓄熱段的外壁上，相鄰PCM容器之間用陶瓷纖維墊片隔開，并在單元熱管蓄熱段外壁上的微型槽中填加焊料； 5)真空釬焊將套裝了PCM容器并填加焊料的單元熱管放入真空爐內熔化焊為一體。
2.根據(jù)權利要求I所述的單元熱管吸熱器的制作方法，其特征在于，所述單元熱管吸熱器還包括熱源熱交換器，所述熱源熱交換器套裝在單元熱管冷凝段的外壁上，單元熱管冷凝段的外壁和熱源熱交換器的內壁之間形成焊接面，在單元熱管冷凝段的外壁上也加工有微型槽，在該微型槽中也填加有焊料，將套裝了 PCM容器、熱源熱交換器并填加焊料的單元熱管放入真空爐內熔化焊為一體。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的單元熱管吸熱器的制作方法，其特征在于，所述焊料為銅合金焊料。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的單元熱管吸熱器的制作方法，其特征在于，所述陶瓷纖維墊片為厚度為0. 51mm的碳化硅陶瓷纖維墊片。
5.根據(jù)權利要求I或2所述的單元熱管吸熱器的制作方法，其特征在于，步驟I)中按照如下方法加工制造所述單元熱管，包括 (a)熱管殼體的加工根據(jù)設計要求的熱管直徑、壁厚和長度，選用合適的無縫管和兩端封頭作為熱管殼體的零件，并在無縫管內壁設置吸液芯； (b)零件的清洗將所有零件在清洗槽中進行清洗，清洗后，在無塵土和油脂的環(huán)境中干燥，然后密封保存； (C)組裝將無縫管與封頭進行焊接，其中一端的封頭上接有工質灌注管，用以灌注工質和最后封裝，焊接后對所有焊縫進行真空檢漏； (d)除氣組裝后整個熱管殼體在1000°C下的真空除氣爐中進行真空除氣，以排除金屬中含有的氣體； (e)工質的蒸餾與灌注對工質進行蒸餾提純，以去除工質中的雜質，灌注工質前將熱管殼體接到灌注系統(tǒng)進行預抽真空，真空度為IO-6HimHg的數(shù)量級，然后充以少量氬氣，關閉高真空閥，使系統(tǒng)保持真空；加熱工質存儲容器中已蒸餾凈化的固態(tài)工質，工質完全熔化后利用壓力差把液體工質灌入熱管中，待熱管中的工質冷卻成固體后再把熱管抽真空到IO^mmHg的數(shù)量級，然后在高真空下封閉熱管； (f)烘烤熱管制作完畢后，在高溫下在真空除氣爐中進行長時間烘烤。
6.根據(jù)權利要求5所述的單元熱管吸熱器的制作方法，其特征在于，所述無縫管為GH188無縫管。
7.根據(jù)權利要求5所述的單元熱管吸熱器的制作方法，其特征在于，所述單元熱管為軸向槽道吸液芯熱管，步驟(a)中需在無縫管上加工規(guī)定尺寸和數(shù)目的軸向槽道。
8.根據(jù)權利要求5所述的單元熱管吸熱器的制作方法，其特征在于，步驟(b)中，清洗在專門的不銹鋼清洗槽中進行，洗液為三氯乙烯，酒精，過氧化氫和氫氧化鈉的混合液，鹽酸，硝酸或蒸餾水。
9.根據(jù)權利要求5所述的單元熱管吸熱器的制作方法，其特征在于，所述工質灌注管為一根外徑8mm的經(jīng)過退火處理的鎳管。
10.根據(jù)權利要求5所述的單元熱管吸熱器的制作方法，其特征在于，步驟(c)中，所有焊接均采用氬弧焊，焊接時焊縫部分內外側均需用氬氣保護，以防止氧化；對所有焊縫進行真空檢漏，漏氣率不大于10_8L/s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空間站太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)的單元熱管吸熱器及其制作方法，該熱管吸熱器包括單元熱管、多個PCM(相變材料，Phase Change Material)容器和熱源熱交換器，所述單元熱管包括吸熱段、蓄熱段和冷凝段，所述多個PCM容器層疊套裝在單元熱管蓄熱段的外壁上，熱源熱交換器套裝在單元熱管冷凝段的外壁上，單元熱管和PCM容器、熱源熱交換器之間的結合面上設置微型槽，微型槽中填加有焊料，各部件通過所述微型槽焊接成一體，所述多個PCM容器之間用陶瓷纖維墊片隔開。本發(fā)明的熱管吸熱器不僅能改善溫度均勻性，而且能充分有效利用相變材料，這使得吸熱器變得質量輕，體積小，效率高。
文檔編號F24J2/32GK102620453SQ20121010350
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權日2012年4月9日
發(fā)明者唐大偉, 桂小紅, 袁修干, 邢玉明 申請人:中國科學院工程熱物理研究所