CC BY
73Решетневскуе чтения. 2014
УДК 629.7.048.7
РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ МИНИАТЮРНЫХ КОНТУРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ
Ю. Ф. Майданик, В. Г. Пастухов, С. В. Вершинин
Институт теплофизики Уральского отделения РАН Российская Федерация, 620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 107а Е-шаП: maidanik@etel.ru
Контурные тепловые трубы (КТТ) являются высокоэффективными теплопередающими устройствами, которые используются в системах обеспечения тепловых режимов различных объектов. Представлены результаты разработки миниатюрных КТТ с диаметром испарителей 2-8 мм и мощностью до 200 Вт. Показаны примеры реального использования этих устройств.
Ключевые слова: контурная тепловая труба, система охлаждения, космический аппарат, электроника.
DEVELOPMENT AND APPLICATION OF MINIATURE LOOP HEAT PIPES
Yu. F. Maydanik, V. G. Pastukhov, S. V. Vershinin
Institute of Thermal Physics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences 107a, Amundsena str., Yekaterinburg 620016, Russian Federation E-mail: maidanik@etel.ru
Loop heat pipes (LHPs) are highly efficient heat-transfer devices that are used in thermal control systems of different objects. The results of development of miniature LHPs with evaporators 2-8 mm in diameter and a capacity of to 200 W are presented. The actual use examples of these devices are given.
Keywords: loop heat pipe, cooling system, spacecraft, electronics.
Системы терморегулирования (СТР) относятся к числу основных систем жизнеобеспечения космических аппаратов (КА). Поэтому при их разработке большое внимание уделяется надежности, рабочему ресурсу и массогабаритным характеристикам. С этой точки зрения контурные тепловые трубы (КТТ), как пассивные и, одновременно, высокоэффективные те-плопередающие устройства, находят все более широкое применение в СТР КА [1-3]. Так, например, на борту американских космических аппаратов к настоящему времени успешно функционируют более 360 КТТ [4]. Несколько десятков этих устройств работают и на российских КА, некоторые из них более 10 лет [5]. Принципиальная схема КТТ представлена на рис. 1.
На рубеже 2000-х возникли новые вызовы, связанные с бурным развитием мощной микроэлектроники, СВЧ, лазерной и компьютерной техники, теплона-пряженные компоненты которой рассеивают несколько десятков ватт с квадратного сантиметра и требуют интенсивного отвода тепла. Ответом на эти вызовы стала разработка миниатюрных контурных тепловых труб [6-9]. Эти устройства с цилиндрическими испарителями диаметром 5-8 мм и трубопроводами для пара и жидкости диаметром 2-3 мм способным передавать тепловые потоки до 200 Вт и более при любом положении в гравитационном поле.
При этом их термическое сопротивление, несмотря на незначительные размеры активной зоны испарителей и ограниченную площадь конденсаторов находится в пределах 0,1-0,2 °С/Вт. Благодаря малому диаметру каналов теплотранспортной зоны они легко конфигурируются практически любым необходимым образом и за счет этого хорошо размещаются даже в самых стесненных условиях. Внешний вид миниатюрных КТТ представлен на рис. 2.
Рис. 1. Принципиальная схема контурной тепловой трубы
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
В настоящее время различные модификации миниатюрных КТТ прошли успешные испытания в системах охлаждения мобильных и настольных компьютеров, компьютерных серверов, лазерной и СВЧ техники, авионики, а также на борту «студенческого» спутника «Юбилейный-2». В связи со стремительно растущей потребностью в таких устройствах начата подготовка к их массовому производству.
References
1. Goncharov K., Kolesnikov V. Development of propylene LHP for spacecraft thermal control system. Proceedings of the 12th International Heat Pipe Conference, Moscow, Russia, 2002, p. 171-176.
2. Kozmin D., Goncharov K., Nikitkin M., Maidanik Yu. F., Fershtater Yu. G., Smirnov F. Loop heat pipes for space mission Mars 96. Proceedings of the 26th International Conference on Environmental Systems, Monterey, the USA, 1996, SAE technical paper № 961602.
3. Baker C. L., Grob E. W., McCarthy T. V., et al. Geoscience laser altimetry system (GLAS) on-orbit flight report on the propylene loop heat pipes (LHPs). Proceedings of International Two-Phase Thermal-Control Technology Workshop, Noordwijk, the Netherlands, 2003.
4. Nikitkin M. Loop heat pipes in the USA, from inception to flight. Proceedings of the 2th International Con-
ference "Heat Pipes for Space Application", Moscow, Russia, 2014, paper № 3.1.
5. Goncharov K., Golikov A., Basov A., Elchin A., Prokhorov Yu., Ovchinnikov B. 10-years experience of operation of loop heat pipes mounted on board "Yamal-200" satellite. Proceedings of the 17th International Heat Pipe Conference, Kanpur, India, 2013, paper № 30.
6. Pastukhov V. G., Maidanik Yu. F., Vershinin S. V., Korukov M. A. Miniature loop heat pipes for electronics cooling. Applied Thermal Engineering. 2003, vol. 23, № 9, p. 1125-1135.
7. Maydanik Yu. F. Miniature loop heat pipes. Proceedings of the 13th International Heat Pipe Conference, Shanghai, China, 2004, p. 24-37.
8. Maydanik Yu. F., Vershinin S. V., Korukov M. A., Ochterbeck J. M. Miniature loop heat pipes - a promising means for cooling electronics. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies. 2005, vol. 28, № 2, p. 290-296.
9. Maydanik Yu., Vershinin S. Development and results of testing miniature LHPs with cylindrical evaporators. Proceedings of the 14th International Heat Pipe Conference, Florianopolis, Brazil, 2007, p. 305-310.
© Майданик Ю. Ф., Пастухов В. Г., Вершинин С. В., 2014
