СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПАНЕЛЕЙ С ВСТРОЕННЫМИ ТЕПЛОВЫМИ ТРУБАМИ И/ИЛИ ВСТАВКАМИ, ПАНЕЛЬ С ВСТРОЕННЫМИ ТЕПЛОВЫМИ ТРУБАМИ И/ИЛИ ВСТАВКАМИ
METHOD TO MAKE PANELS WITH INBUILT HEAT PIPES AND/OR INSERTS, PANEL WITH INBUILT HEAT PIPES AND/OR INSERTS

Изобретение относится к панелям с встроенными тепловыми трубами и/или вставками, а именно к способам изготовления таких панелей.
Под «панелью с встроенными тепловыми трубами или вставками» подразумевается панель, содержащая плиты, называемые верхними и нижними, между которыми неподвижно установлены тепловые трубы и/или вставки (например, две или три, а также тридцать или сорок), разделенные между собой промежуточными структурами типа сот (или «Nida»). Впрочем, под «вставками» подразумевают блок, например из алюминия, служащий в дальнейшем для крепления устанавливаемого оборудования.
Специалисту в данной области техники известно, что изготовление таких панелей может осуществляться двумя способами, содержащими несколько этапов, начиная с плоского листа (или мраморной плиты), верхней и нижней плит, тепловой(ых) трубы(труб) и/или вставок, стержней и промежуточных структур.
Первый способ состоит, прежде всего, в обработке стержней, для их полного покрытия материалом, позволяющим осуществить их удаление из литьевой формы. Затем следует поместить нижнюю плиту на плоский лист и нанести на нее слой клея. Далее промежуточные структуры размещают в выбранных местах, чтобы определить зоны размещения тепловой трубы или вставки. Затем тепловые трубы и/или вставки помещают в зонах их размещения между промежуточными структурами. И, наконец, часть свободного пространства между тепловыми трубами и/или вставками и промежуточными структурами необходимо заполнить клеем набухающего типа. После этого верхняя плита (или дополнительный лист) располагают сверху тепловых труб и/или вставок и промежуточных структур до контакта с ними после обмазки нижней поверхности верхней плиты слоем клея. Затем обработанные стержни вводятся через верхнюю плиту (или дополнительный лист) таким образом, чтобы они разместились в пространстве, содержащем набухающий клей, с обеих боковых сторон тепловых труб и/или вставок. Далее весь комплекс (включая мраморную плиту) следует поместить в печь или автоклав на заданный отрезок времени для полимеризации панели. Затем ее следует удалить из формы. После этого стержни извлекаются из формы. Затем стержни необходимо очистить.
Следует отметить, что в случае использования дополнительного листа его следует удалить и приклеить окончательно верхнюю плиту, называемую «полетной плитой» (использование дополнительного листа позволяет выверить расширение набухающего клея без применения рентгенографического анализа).
Второй способ состоит, прежде всего, в обработке стержней так, чтобы полностью покрыть их материалом, позволяющим удалить их из формы. Затем следует расположить обработанные стержни в выбранных местах мраморной плиты, соответствующих зонам размещения тепловых труб или вставок на нижней плите. Далее нижнюю плиту, предварительно обмазанную клеем, следует поместить на плоский лист таким образом, чтобы через него можно было пропустить стержни. Затем промежуточные структуры располагаются между линиями стержней вне зон размещения тепловой трубы или вставки. После тепловые трубы или вставки необходимо помесить в зонах размещения между линиями стержней. После этого свободное пространство между тепловыми трубами и/или вставками и промежуточными структурами должно быть заполнено клеем набухающего типа. Затем тепловые трубы и/или вставки и промежуточные структуры следует накрыть сверху верхней плитой (или дополнительным листом) до контакта с последними, предварительно обмазав нижнюю поверхность верхней плиты слоем клея. Далее весь комплекс (включая мраморную плиту) помещают в печь или автоклав на заданное время для полимеризации панели. Затем панель с осторожностью вынимают из формы, освобождая от стержней, жестко соединенных с мраморной плитой. И, наконец, следует очистить стержни.
В настоящее время второй способ более предпочтителен, так как допуски для расположения тепловых труб и/или вставок малы (обычно порядка миллиметра). Но эти допуски быстро выбираются, как только количество тепловых труб и/или вставок становится значительным и размеры панели увеличиваются.
В любом используемом способе количество входящих в него этапов слишком велико, а удаление стержней из панели является затруднительным, а иногда почти невозможно из-за воздействия клея на стержни или на их местоположение, где защита может быть повреждена при совершении манипуляций и/или когда они плохо защищены. Ситуацию, конечно, можно улучшить, используя, например, конические стержни и/или отверстия, имеющие уплощения, но это увеличит стоимость и не сократит количество необходимых операций.
Ни один из известных способов не является полностью удовлетворительным, и изобретение, таким образом, имеет целью улучшить положение, предлагая такой способ изготовления, который не требует использования стержней при сохранении точности расположения тепловых труб и/или вставок (и даже увеличивая ее, так как она становится меньшей или равной 1 мм), предоставляя, таким образом, возможность объединить большое количество тепловых труб и/или вставок, обычно от тридцати до сорока, может быть, даже и больше.
Для достижения этой цели предлагается способ изготовления панели(ей) с встроенными тепловой(ыми) трубой(ами) и/или вставками, включающий этапы:
а) подготовки нижней плиты, содержащей, в выбранных местах, размещенных с обеих сторон зон размещения тепловой трубы и/или вставки, по существу плоские язычки, которые могут быть отогнуты наверх от верхней поверхности,
b) частичного выпрямления язычков в направлении зон размещения,
с) расположения тепловых труб и/или вставок в каждой зоне размещения между язычками и в контакте с внешней поверхностью нижней плиты,
d) окончания выпрямления язычков, чтобы они примыкали к боковым поверхностям тепловых труб и/или вставок,
е) нанесения первого слоя клея выбранной толщины на боковые поверхности тепловых труб и/или вставок,
f) расположения промежуточных структур по существу той же высоты, что и высота тепловых труб и/или вставок, с обеих сторон боковых поверхностей каждой тепловой трубы и/или вставки и в контакте с верхней поверхностью нижней плиты,
g) размещения верхней плиты над тепловыми трубами и/или вставками и промежуточными структурами в контакте с последними.
Способ по изобретению может содержать другие характеристики, которые могут быть взяты отдельно или в совокупности, и том числе:
- на этапе с) можно разместить нижнюю плиту на листе (или мраморной плите) выбранной плоскостности перед началом расположения тепловых труб и/или вставок;
- на этапе b) можно нанести на верхнюю поверхность нижней плиты один слой (второго) клея до или после частичного выпрямления язычков;
- на этапе g) перед размещением верхней плиты можно нанести на ее нижнюю поверхность (предназначенную для контактирования с тепловыми трубами и/или вставками и промежуточными структурами) один слой (второй) клея;
- на этапе b) можно частично отогнуть язычки, чтобы они образовали угол с верхней поверхностью нижней плиты, выбранный в интервале между примерно 15° и примерно 45°. Например, можно выбрать угол примерно в 30°;
- язычки могут быть выполнены в нижней плите известными средствами механической обработки, лазерной резкой, резкой струей жидкости, штамповкой;
- как вариант язычки могут быть дополнительно выполнены в верхней поверхности нижней плиты;
- на этапе с) на лист (или мраморную плиту) можно поместить бордюрную рамку, а затем разместить в ней нижнюю плиту;
- после этапа g) можно осуществить этап h), состоящий в размещении собранной панели в печи или автоклаве;
- после операции h) можно осуществить этап i), состоящий в вынимании из формы собранной панели для ее отделения от мраморной плиты;
- можно использовать промежуточные структуры типа сотовых структур;
- можно использовать один (первый) клей набухающего типа.
В изобретении предлагается также панель с встроенными тепловыми трубами(ой) и/или вставками(ой), выполненная по способу изготовления, представленному выше.
Изобретение, в частности, применимо, хотя и не ограничивающим образом, для изготовления панелей с встроенными тепловыми трубами и/или вставками, предназначенных для использования в космических летательных аппаратах, например спутниках. Оно может быть использовано и в других областях, как, например, в самолетостроении или автомобильной технике, как только возникнет необходимость встроить тепловую трубу или вставку в панель (или «металлический сандвич»).
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 схематично изображает верхнюю поверхность нижней плиты панели с встроенными тепловыми трубами,
фиг.2 схематично изображает в поперечном разрезе нижнюю плиту по фиг.1 после частичного выпрямления язычков,
фиг.3 схематично изображает в поперечном разрезе нижнюю плиту по фиг.2 после расположения на мраморной плите и после установки тепловых труб в их зонах размещения,
фиг.4 схематично изображает в поперечном разрезе нижнюю плиту по фиг.2 после расположения на мраморной плите, после установки тепловых труб в их зонах размещения и после полного выпрямления язычков,
фиг.5 схематично изображает в поперечном разрезе нижнюю плиту по фиг.2 после расположения на мраморной плите, после установки тепловых труб в их зонах размещения, после полного выпрямления язычков и нанесения набухающего клея на боковые поверхности тепловых труб,
фиг.6 схематично изображает в поперечном разрезе нижнюю плиту по фиг.2 после расположения на мраморной плите, после установки тепловых труб в их зонах размещения, после полного выпрямления язычков, после нанесения набухающего клея на боковые поверхности тепловых труб и размещения промежуточных структур,
фиг.7 схематично изображает в поперечном разрезе нижнюю плиту по фиг.2 после расположения на мраморной плите, после установки тепловых труб в их зонах размещения, после полного выпрямления язычков, после нанесения набухающего клея на боковые поверхности тепловых труб, после размещения промежуточных структур и установки верхней плиты.
Приложенные чертежи служат не только для комплектации изобретения, но и в необходимом случае для его определения. Важно отметить, что на фиг.1-7 соответствующие размеры различных элементов являются относительными и не дают представления об их реальных размерах.
Целью изобретения является упрощенное изготовление панелей с встроенными тепловыми трубами и/или вставками без использования фиксирующих стержней.
Ниже в качестве неограничивающего примера будут представлены панели с встроенными тепловыми трубами, предназначенные для установки на космических летательных аппаратах, например спутниках. Но такие панели могут содержать только вставки (вместо тепловых труб) или объединение тепловых труб(ы) и вставок(ки). Кроме того, эти панели могут быть установлены в другом оборудовании или системах, в частности в области самолетостроения или автомобильной технике, при необходимости введения тепловой трубы или вставки в панель. Такие панели могут иметь любой размер, например 6 м ×5 м (ограничение размера зависит, например, от размеров автоклава, в котором происходит полимеризация).
Для осуществления способа по изобретению нужно, прежде всего, обеспечить наличие на первом этапе (а), по меньшей мере, одной нижней плиты SI, например, из алюминия, верхней плиты SS, например, из алюминия, тепловых труб Ci (и/или вставки), обычно линейной формы (но которые могут принимать любую другую геометрическую форму, как, например, L-, U-, V- или S-образную), и промежуточных структур Nj, например, сотового типа (или «Nida») из алюминия, имеющих высоту, по существу, равную высоте тепловых труб Ci. Предпочтительно также иметь плоскую поверхность (обычно называемую мраморной плитой) МС, имеющую необходимую плоскостность (типично порядка 0,1 мм на 100 мм при общей плоскостности в 2 мм).
В нижеследующем понятия нижний(яя) и верхний(яя) обозначают систематически или положение относительно мраморной плиты (МС), или ориентацию соответственно к (верхней) несущей поверхности мраморной плиты (МС) и идентично этой (верхней) несущей поверхности (и, таким образом, оппозитной ей).
В соответствии с изобретением и, как изображено на фиг.1, нижняя плита SI содержит язычки (или «стопоры») L, по существу, плоские, которые первоначально являются по существу параллельными своей верхней поверхности и могут быть отогнуты от нее вверх.
Под язычком здесь понимается любой элемент (или лапка, или зажим), выполненный заодно с плитой SI и который может быть отогнут примерно на 90° относительно верхней поверхности упомянутой нижней плиты SI.
ых
Эти язычки могут быть изготовлены любым известным специалисту в данной области способом. Например, как изображено на фиг.1, они могут быть выполнены в нижней плите SI механической обработкой, лазерной резкой, резкой струей жидкости либо штамповкой. Например, в случае механической обработки они могут быть выполнены фрезой в 5/10 миллиметра в диаметре. В этом случае язычки L первоначально расположены в зонах разреза ZD нижней плиты SI.
Как вариант, язычки L могут быть наложены на верхнюю поверхность нижней плиты SI. В этом случае они изготавливаются отдельно, затем жестко закрепляются на уровне выбранных участков на верхней поверхности нижней плиты SI, например, путем сварки или приклеивания.
В примере, схематично изображенном на фиг.1, язычки L имеют, по существу, треугольную (или V-образную) форму. Но это не является обязательным. Приемлема любая форма фиксации (или подклинивания) при однократном сгибании, при этом часть, примыкающая к тепловой трубе С, может быть полукруглой или серповидной.
Эти язычки L расположены в выбранных местах нижней плиты SI с обеих сторон зон размещения ZCi, в которые должны быть установлены тепловые трубы Ci. Язычки L, можно сказать, установлены в ряды, которые ограничивают боковые края зон размещения тепловой трубы ZCi. Зоны ZNj верхней поверхности нижней плиты SI, которые размещены с обеих сторон зон размещения ZCi тепловых труб, предназначены для установки промежуточных структур (или Nida) Nj. В схематичном и не ограничивающем примере, изображенном на фиг.1-7, нижняя плита SI содержит две зоны размещения тепловых труб ZC1 и ZC2 (i=1 и 2) и три зоны установки промежуточных структур ZN1-ZN3 (j=1-3). Однако число зон размещения тепловых труб ZCi и зон установки промежуточных структур ZNj может значительно превышать 2 и, при необходимости, например, 30 или 40, даже 60.
Количество язычков L, ограничивающих каждую зону размещения тепловых труб ZCi, изменяется в зависимости от размеров и геометрии (или формы) тепловых труб. Например, можно предусмотреть их количество от 6 до 8 и больше для каждой тепловой трубы Ci.
Как только язычки L установлены, нижняя плита SI, по меньшей мере, может быть обработана для увеличения адгезии клея.
На втором этапе (b), изображенном на фиг.2, язычки L нижней плиты SI частично отогнуты в направлении зон размещения тепловой трубы ZCi.
Такое частичное отгибание позволяет размещать тепловые трубы Ci в их зонах размещения ZCi. Оно осуществляется легким поворотом всех язычков L, чтобы они образовали заданный угол относительно верхней поверхности нижней плиты SI. Когда язычки L не являются накладными, они отведены от зоны разреза ZD.
Угол поворота составляет, например, от примерно 15° до примерно 45°. Можно, например, выбрать угол отгибания примерно в 30°, как схематично изображено на фиг.2.
2
На этом втором этапе (b) верхняя поверхность нижней плиты SI может быть, в случае необходимости, покрыта слоем (второго) клея СЕ2, до или после частичного выпрямления язычков. Слой клея СЕ2 может быть нанесен, например, на верхнюю поверхность в виде пленки малой толщины, обычно 100-150 г на 1 м, или толщиной примерно 0,1 мм. Этот клей СЕ2 взят, например, типа redux 312.
На третьем этапе (с), схематично изображенном на фиг.3, тепловые трубы Ci располагают в соответствующих зонах размещения ZCi, то есть между парами рядов язычков L, ограничивающих зоны размещения ZCi. Такое расположение предназначено для обеспечения контакта нижней поверхности тепловых труб Ci с верхней поверхностью нижней плиты SI для их неподвижного закрепления на последней с помощью слоя (второго) клея СЕ2.
Для улучшения приклеивания тепловых труб Ci к верхней поверхности нижней плиты SI на тепловые трубы Ci можно также нанести слой (второго) клея СЕ2 перед их установкой в зоны размещения ZCi.
Впрочем, как показано на фиг.3, для облегчения изготовления панели Р нижняя плита SI может быть помещена на плоскую поверхность (или мраморную плиту) МС перед расположением тепловых труб Ci в их зонах размещения ZCi. В этом случае нижняя поверхность нижней плиты SI размещается на верхней поверхности мраморной плиты МС.
Изготовление панели Р может быть еще более упрощено путем размещения нижней плиты SI внутри бордюрной рамки СВ, помещаемой на верхнюю поверхность мраморной плиты МС.
На четвертом этапе (d), схематично изображенном на фиг.4, вновь отгибают язычки L до их примыкания к боковым поверхностям тепловых труб Ci. В конце окончательного отгибания угол между язычками L и нижней поверхностью SI становится по существу равным 90°. Тепловые трубы Ci, таким образом, хорошо позиционированы и закреплены в их соответствующих зонах размещения ZCi.
На пятом этапе (е), схематично изображенном на фиг.5, наносят слой (первого) клея СЕ1 на боковые поверхности тепловых труб Ci, а также на полностью отогнутые язычки L. Этот слой (первого) клея имеет заданную толщину. Например, выбирают толщину примерно 2 мм (но она может быть меньше или больше в зависимости от типа (первого) слоя СЕ1 используемого клея).
Этот (первый) клей СЕ1 является предпочтительно набухающим, то есть он трансформируется в липкую пену и заполняет все пустоты, образованные Nida Nj с боковыми поверхностями тепловых труб Ci. Например, можно использовать клей СЕ1 типа redux 206.
На шестом этапе (f), схематично изображенном на фиг.6, размещают промежуточные структуры (или Nida) Hj в соответствующих зонах установки ZNj, то есть с обеих боковых сторон тепловых труб Ci.
Такое размещение предназначено для обеспечения контакта внутренней поверхности промежуточных структур Nj с верхней поверхностью нижней плиты SI для их иммобилизации на последней благодаря слою (второго) клея, на которую он был нанесен.
Для улучшения приклеивания промежуточных структур Nj к верхней поверхности нижней плиты SI промежуточные структуры Nj могут также, в случае необходимости, быть обмазаны слоем (второго) клея перед размещением их в зоны установки ZNj.
Важно отметить, что пятый (е) и шестой (f) этапы можно поменять местами. В этом случае вначале размещают промежуточные структуры Nj в их соответствующих зонах установки ZNj, затем наносят слой (первого) клея СЕ1 между боковыми поверхностями тепловых труб Ci и расположенных рядом промежуточных структур Nj.
На седьмом этапе (g), схематично изображенном на фиг.7, верхнюю плиту SS размещают над верхними поверхностями тепловых труб Ci и промежуточных структур Nj, чтобы ее нижняя поверхность находилась в контакте с упомянутыми верхними поверхностями.
Для улучшения иммобилизации верхней плиты SS относительно тепловых труб Ci и промежуточных структур Nj ее нижнюю поверхность покрывают слоем (второго) клея перед установкой на место.
На этой стадии различные элементы (SI, Ci, L, Nj и SS), образующие панель P, уже соединены.
Способ может содержать восьмой этап (h), в котором панель Р с встроенными тепловыми трубами, предпочтительно размещенную на мраморной плите МС, вводят в печь или автоклав на определенное время и под определенным давлением. Это размещение в печи предназначено для полимеризации первого и второго типов клея (когда они для этого используются) и, следовательно, окончательного закрепления различных элементов (SI, Ci, L, Nj и SS) в собранной панели Р относительно друг друга.
В этом случае способ завершается девятым этапом (i) вынимания из формы, предназначенным для отделения собранной панели Р от мраморной плиты МС.
Способ по изобретению дает большие преимущества по сравнению с известными способами, в частности:
- исключение использования стержней и, следовательно, первоначального извлечения из формы и их очистки в заключении, а также экономию на их изготовлении,
- исключение выполнения отверстий в верхней плите, а также в мраморной плите для прохода стержней,
- исключение выполнения отверстий в сопутствующих предметах (как, например, покрытая тефлоном стеклоткань), используемых для исключения прилипания,
- исключение операции удаления стержней, являющейся весьма деликатной,
- автоматическая и очень точная установка тепловых труб и/или вставок и промежуточных структур,
- отсутствие резервирования зон размещения (первого) набухающего клея,
- использование единой полимеризационной плиты независимо от типа панели,
- один этап полимеризации вместо двух,
- исключение риска невозможности вынимания из формы.
Изобретение не ограничивается вариантами осуществления способа изготовления панелей с встроенными тепловыми трубами и/или вставками, описанными выше в качестве примера, но оно охватывает все варианты, с которыми может столкнуться специалист в данной области в рамках нижеследующей формулы изобретения.