一種機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構的制作方法

本發明涉及太空低溫制冷的，特別是一種機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構。

背景技術：

1、制冷機的膨脹機熱耗大，使用過程中需要對其輔助散熱。當前針對制冷機的散熱發明專利，大都面向地面使用環境，多為有效增加散熱器對流面積的風冷型設計，以及增加熱交換工質流速的水冷型設計；空間用制冷機膨脹機的散熱暫無描述。空間真空環境下，風冷型散熱體制功能喪失，水冷型散熱體制不具備可實施性。

2、空間環境條件下，膨脹機的散熱需要通過結構材料的熱傳導，將熱量導出并輻射到冷空間。工程實踐里，膨脹機熱量先熱傳導至散熱結構，再通過槽道熱管，輻冷板等輻冷設計將散熱結構的熱量導出并輻射到冷空間。膨脹機空間環境里傳統散熱結構，一般采用一對對稱結構對接的形式。此種散熱結構的空間輻冷設計需保證同時覆蓋兩件對接結構；在空間載荷緊湊型的發展趨勢下，在現有空間輻冷工藝條件下，該要求的實現越來越困難。具體來說，空間環境中的熱管理面臨以下挑戰：

3、(1)散熱效率低：空間環境中缺乏空氣流動，傳統的風冷和水冷散熱方式無法有效工作；

4、(2)結構穩定性差：傳統散熱結構往往無法因為材料選擇不當或設計不合理，導致結構不穩定，影響設備的長期運行性能。

5、(3)熱隔離性能不足：在空間環境中，不同溫度區域之間的熱傳遞需要嚴格控制，以避免熱干擾影響設備的正常運行。

技術實現思路

1、本發明提供一種機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構，目的是解決現有技術中散熱效率低、結構不穩定的問題，實現機械制冷機膨脹機的高效率散熱。

2、第一方面，提供了一種機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構，包括散熱片和散熱板，散熱片和散熱板均選擇高導熱系數的金屬材料，散熱片和散熱板構成疊層式散熱結構；

3、散熱板包括第一散熱區域和第二散熱區域，散熱板在第一散熱區域形成有凹槽平臺，散熱片對應第一散熱區域的凹槽平臺對接安裝，以使散熱板第一散熱區域和散熱片的總厚度等于散熱板第二散熱區域的厚度；沿垂直于散熱片的方向投影，散熱片的投影區域與散熱板第二散熱區域的投影區域鏡像對稱；

4、散熱片在靠近散熱板第二散熱區域的一側且在中間位置設置有第一半開環；散熱板第二散熱區域在靠近散熱片的一側且在中間位置設置有第二半開環；第一半開環的開口和第二半開環的開口相對對接，以使第一半開環和第二半開環構成圓柱形孔槽；該圓柱形孔槽處設有卡位結構，以固定在膨脹機的熱源位置；

5、機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構還包括4個高熱阻連接結構，對應散熱板的4個角固定，且位于散熱板的遠離散熱片的一側；高熱阻連接結構采用低導熱系數的金屬材質，高熱阻連接結構包括平臺部和圓柱部；平臺部與散熱板接觸，圓柱部與相鄰支撐結構連接。

6、結合第一方面，在第一方面的某些實現方式中，散熱片和散熱板使用導熱硅脂或者導熱墊輔助緊密貼合。

7、結合第一方面，在第一方面的某些實現方式中，散熱片的厚度為2～3mm，散熱板第一散熱區域的凹槽平臺的厚度為2～3mm；散熱板第二散熱區域的厚度為4～6mm。

8、結合第一方面，在第一方面的某些實現方式中，散熱片和散熱板的材料為銅或鋁。

9、結合第一方面，在第一方面的某些實現方式中，散熱片和散熱板均選擇進行陽極氧化或者鍍鎳處理。

10、結合第一方面，在第一方面的某些實現方式中，散熱片和散熱板的加工工藝包括：

11、精密鑄造：使用精密鑄造技術制作散熱材料的毛坯件；

12、機械加工：使用數控機床進行精加工，確保表面的平整度和平行度；

13、表面處理：對加工完成的散熱材料進行表面處理，包括拋光、打磨。

14、結合第一方面，在第一方面的某些實現方式中，高熱阻連接結構采用鈦合金tc4。

15、結合第一方面，在第一方面的某些實現方式中，高熱阻連接結構進行陽極氧化或者鈍化處理。

16、結合第一方面，在第一方面的某些實現方式中，熱阻連接結構的加工工藝包括：

17、精密鑄造或激光切割：使用精密鑄造技術制作連接結構的毛坯件；

18、機械加工：使用數控機床進行精加工，確保表面的平整度和平行度，并保證安裝孔或者螺紋孔的位置和尺寸精度；

19、表面處理：對加工完成連接結構進行表面處理，包括拋光、打磨。

20、結合第一方面，在第一方面的某些實現方式中，所述機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結的維護和保養包括：

21、定期檢查連接結構的緊固情況，確保長期運行的可靠性；

22、定期使用軟布和清潔劑進行清潔，避免灰塵和雜質影響散熱性能，避免使用腐蝕性較強的溶劑；

23、如果發現異常情況，及時進行故障排除；異常情況包括連接松動、導熱不良。

24、與現有技術相比，本發明提供的方案至少包括以下有益技術效果：

25、(1)高效散熱：通過雙層散熱結構的設計，提高了散熱效率，同時簡化了空間輻冷結構的設計，特別適合緊湊型空間載荷的應用。

26、(2)結構穩定：高熱阻連接結構不僅提供了足夠的剛度以確保散熱結構的穩定固定，而且由于其是金屬材質保證了尺寸穩定性，適用于高靈敏度空間載荷；

27、(3)熱隔離性能：結構形式實現了連接結構的高熱阻特性，有效隔絕了不同溫度區域之間的熱傳遞，適應于空間環境中的大溫差連接需求。

技術特征：

1.一種機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構，其特征在于，包括散熱片(1)和散熱板(2)，散熱片(1)和散熱板(2)均選擇高導熱系數的金屬材料，散熱片(1)和散熱板(2)構成疊層式散熱結構；

2.根據權利要求1所述的機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構，其特征在于，散熱片(1)和散熱板(2)使用導熱硅脂或者導熱墊輔助緊密貼合。

3.根據權利要求1所述的機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構，其特征在于，散熱片(1)的厚度為2～3mm，散熱板(2)第一散熱區域的凹槽平臺的厚度為2～3mm；散熱板(2)第二散熱區域的厚度為4～6mm。

4.根據權利要求1所述的機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構，其特征在于，散熱片(1)和散熱板(2)的材料為銅或鋁。

5.根據權利要求1所述的機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構，其特征在于，散熱片(1)和散熱板(2)均選擇進行陽極氧化或者鍍鎳處理。

6.根據權利要求1所述的機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構，其特征在于，散熱片(1)和散熱板(2)的加工工藝包括：

7.根據權利要求1所述的機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構，其特征在于，高熱阻連接結構(3)采用鈦合金tc4。

8.根據權利要求1所述的機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構，其特征在于，高熱阻連接結構(3)進行陽極氧化或者鈍化處理。

9.根據權利要求1所述的機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構，其特征在于，熱阻連接結構(3)的加工工藝包括：

10.根據權利要求1所述的機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構，其特征在于，所述機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結的維護和保養包括：

技術總結
本發明公開了一種機械制冷機膨脹機疊層散熱及支撐結構，包括疊層式散熱結構和高熱阻連接結構，疊層式散熱結構由兩層散熱材料組成，開環處卡位固定于膨脹機熱源位置，確保散熱材料能夠緊密貼合并充分接觸式導熱。高熱阻連接結構一端與疊層散熱結構固定連接，另一端與相鄰支撐結構相連，確保結構的整體穩定性和熱隔離性能。本發明適用于空間環境中的高效散熱及支撐需求，同時也可應用于其他需要高效散熱和穩定支撐的場合，如地面的高性能計算中心、精密醫療設備等。

技術研發人員：李晟,宇文田,楊亭,劉宇翔,周澤鵬,張家銘,馬靜,張旭,李沛,武文晉,徐彭梅
受保護的技術使用者：北京空間機電研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13