CN103591824A - 一种热量收集存储器 - Google Patents

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Abstract

一种热量收集存储器，涉及热控技术领域。它包括两个相变蓄热装置、仪器安装板、预埋热管和环路热管辐射器；所述仪器安装板的上表面的中间部位承载发出热量的仪器，所述预埋热管整体嵌入仪器安装板内部，预埋热管的两端分别靠近仪器安装板的两个相对的侧边；所述两个相变蓄热装置固定于仪器安装板的上表面且分别位于预埋热管的两端的正下方，用于吸收和存储预埋热管的两端传递的热量；所述环路热管辐射器固定连接于仪器安装板的下表面并位于预埋热管的端部的正下方，用于收集和排散预埋热管端部吸收的热量。本发明可以使仪器设备发出的热量及时有效的收集存储，同时收集的热量也可以高效的传递到远距离的热沉进行排散。

Description

一种热量收集存储器
技术领域
本发明涉及热控技术领域，特别是涉及真空条件下通过辐射方式进行热量收集和存储的仪器。
背景技术
航天器在轨运行期间，飞行器处于真空环境中，由于没有气体进行对流换热，航天器与外部环境的热交换主要是通过辐射的方式进行。目前，航天器对仪器设备热控设计中尚无方案可以使舱内仪器设备热量既能及时有效的收集存储，也能在条件允许的情况下，将收集的热量高效的传递到远距离的热沉进行排散。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种热量收集存储器，可以使舱内仪器设备发出的热量及时有效的收集存储，同时收集的热量也可以高效的传递到远距离的冷端进行排散。整个结构质量轻、体积小，强度满足使用要求。
本发明的技术解决方案是：一种热量收集存储器，包括两个相变蓄热装置、仪器安装板、预埋热管和环路热管辐射器；所述仪器安装板的上表面的中间部位承载发出热量的仪器，所述预埋热管整体嵌入仪器安装板内部，预埋热管的两端分别靠近仪器安装板的两个相对的侧边；所述两个相变蓄热装置固定于仪器安装板的上表面且分别位于预埋热管的两端的正下方，用于吸收和存储预埋热管的两端传递的热量；所述环路热管辐射器固定连接于仪器安装板的下表面并位于预埋热管的端部的正下方，用于收集和排散预埋热管端部吸收的热量。
所述环路热管辐射器包括辐射板、蒸汽管路、液体管路、蒸发器、冷凝器，所述冷凝器与辐射板为热耦合一体化结构，所述蒸发器固定于仪器安装板的下表面且并位于预埋热管的端部的正下方，用于收集和排散预埋热管端部吸收的热量；蒸汽管路的两端分别连接蒸发器的出口和冷凝器的入口，用于将蒸发器吸收的热量传输到冷凝器，并通过辐射板进行热量排散；液体管路的两端分别连接冷凝器的出口和蒸发器的入口，用于热量的循环吸收。
所述蒸发器的数量为两个，两个蒸发器并联，两个蒸发器分别位于预埋热管两端的正下方。
所述预埋热管由位于同一水平面的两根热管组成，所述两根热管的中部对应平行，每根热管的两个端部向另一跟热管所在的方向弯折°，两根热管的端部相互错开。
所述冷凝器由“S”型的柔性不锈钢管组成。
所述仪器安装板为蜂窝板结构，所述蜂窝板结构包括铝合金蒙皮和蜂窝芯，所述蜂窝芯的厚度为mm，蜂窝芯上的蜂窝孔的直径为mm，铝合金蒙皮包覆与蜂窝芯的外表面，铝合金蒙皮的厚度为.mm。
所述相变蓄热装置的相变温度为℃,相变蓄热装置的材料为十八烷。
所述两个相变蓄热装置固定通过高导热的粘结剂固定于仪器安装板的上表面，所述环路热管辐射器通过高导热的粘结剂固定于仪器安装板的下表面，用于使相变蓄热装置和环路热管辐射器形成热接触。
本发明与现有技术相比有益效果为：本发明利用相变蓄热进行热量收集存储，利用环路热管进行热量远距离传递，并通过相变蓄热和环路热管设计，使得该仪器安装板热控能够适应航天器在轨运行阶段环境变化，满足在轨运行过程中仪器设备热量的管理要求。本发明通过设计环路热管辐射器，在不扩大外形尺寸的条件下，提高了热量传输以及排散的效率。
附图说明
图1本发明的元件分解原理图；
图2本发明的组装结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括两个相变蓄热装置1、仪器安装板2、预埋热管3和环路热管辐射器4。仪器安装板2为蜂窝板结构，所述蜂窝板结构包括高导热的铝合金蒙皮和蜂窝芯，所述蜂窝芯的厚度为30mm，蜂窝芯上的蜂窝孔的直径为15mm，铝合金蒙皮包覆与蜂窝芯的外表面，铝合金蒙皮的厚度为0.5mm。仪器安装板2的上表面的中间部位承载发出热量的仪器。采用蜂窝板作为仪器安装板2结构的好处是在可以有效地减轻安装板质量的前提下，可以保持一定的结构的强度。预埋热管3整体嵌入仪器安装板2内部，预埋热管3的两端分别靠近仪器安装板2的两个相对的侧边。采用在蜂窝板中嵌入预埋热管3的好处是可以实现安装板结构设计的一体化，当仪器安装板2中间的发热仪器工作时，可以通过预埋的热管拉平仪器安装板2的温度分布，从而实现热量的排散或者收集。
如图1所示，为了使结构更为紧凑，同时起到更好的热量传导效果。预埋热管3可以由位于同一水平面的两根热管组成，两根热管的中部对应平行，每根热管的两个端部向另一跟热管所在的方向弯折90°，每根热管的形状类似于U型。两根热管的端部相互错开，避免热干涉。预埋热管3采用矩形截面铝氨热管，截面尺寸30mm×30mm，高效传导仪器产生的热量，并传送到仪器板两端的相变蓄热装置1或环路热管蒸发器8。两个相变蓄热装置1固定于仪器安装板2的上表面且分别位于预埋热管3的两端的正下方，用于吸收和存储预埋热管3的两端传递的热量。
如图2所示，两个相变蓄热装置1固定于仪器安装板2的上表面且分别位于预埋热管3的两端的正下方，用于吸收和存储预埋热管3的两端传递的热量；利用相变材料在相变温度点凝固/熔化的相交过程中，都要吸收或放出相变潜热的原理。潜热蓄热系统不仅能量密度较高，而且所有装置简单，体积小，设计灵活，使用方便且易于管理。另外，它最大的优点就是在相变吸热和放热的过程中，材料近似恒温，可以以此来控制仪器设备的工作温度。
环路热管是一种利用流体工质的蒸发和冷凝过程传热、以毛细力驱动流体循环和长距离定向传输热量的装置。如图2所示，环路热管辐射器4固定连接于仪器安装板2的下表面并位于预埋热管3的端部的正下方，用于收集和排散预埋热管3端部吸收的热量。环路热管辐射器4包括辐射板5、蒸汽管路6、液体管路7、蒸发器8、冷凝器9。辐射板5采用铝合金面板，厚度为3mm，面积0.5mm，冷凝器9由“S”型的柔性不锈钢管组成，“S”型的柔性不锈钢管组成的冷凝器9好处是可以有效的增大散热管路的距离，从而增大散热的面积。“S”型的柔性不锈钢管均匀分布于辐射器冷板上，与辐射板5为热耦合一体化结构，提高冷板等温性。蒸汽管路6的外径6mm，液体管路7的外径4mm，长4m，采用软态不锈钢管，并用多层隔热材料包扎。蒸发器8固定于仪器安装板2的下表面且并位于预埋热管3的端部的正下方，用于收集和排散预埋热管3端部吸收的热量。图1—2中所示的蒸发器8的数量为两个，两个蒸发器8并联，两个蒸发器8分别位于预埋热管3两端的正下方。两个蒸发器8的并联设计可有效的增加在安装板上热量收集的范围，提高了效率；同时，蒸发器8与预埋热管3的两端对应安装，为实现仪器发热量既可以被相变蓄热材料装置吸收收集，也可以通过蒸发器8实现热量的收集和转移。实际应用中，蒸发器8的数量可以为一个或若干个，只要保证蒸发器8可以吸收到相变蓄热装置1存储的热量即可。蒸汽管路6的两端分别连接蒸发器8的出口和冷凝器9的入口，用于将蒸发器8吸收的热量传输到冷凝器9，并通过辐射板5进行热量排散；液体管路7的两端分别连接冷凝器9的出口和蒸发器8的入口，用于热量的循环吸收。环路热管辐射器4的工作原理是热负荷施加到蒸发器8上时，蒸发器8吸收热负荷使工质汽化，蒸汽沿管道进入冷凝器9后通过与冷源或热沉的换热后冷凝，凝结液体经过冷凝器9过冷后在蒸发器8液体工质相变产生的毛细压差的作用下沿液体管道回流到蒸发器8，液体工质继续吸热、蒸发、流动，循环工作，连续有效地将热量传输到冷源。环路热管辐射器4的好处是实现了将仪器安装板2上的设备发热量进行长距离的热量传输，并通过辐射的方式进行排散。
如图2所示，相变蓄热装置1和环路热管辐射器4分别位于预埋热管3两端的正上方和正下方，在纵向位置上处于上下对应的位置。相变蓄热装置1和环路热管辐射器4之间的仪器安装板2采用高导热的铝合金材料且二者均采用高导热的粘胶固定于仪器安装板2上，所以，相变蓄热装置1和环路热管辐射器4形成热接触。当环境温度高于或等于相变蓄热装置1的相变温度时，仪器发出的热量主要由相变蓄热装置1吸收。相变蓄热装置1的相变温度可以通过选择不同的相变蓄热装置1的相变材料来实现。例如，根据航天器舱内在常温附近工作的仪器设备温控需求，仪器设备需要控温在28°C时，选择由十八烷制成的相变蓄热装置1即可实现。当环境温度高于或等于相变蓄热装置1的相变温度时，仪器发出的热量主要由相变装置吸收。当环境温度低于相变点温度时，通过相变蓄热装置1和环路热管辐射器4之间的热接触，将相变蓄热装置1中存储的热量传输到环路热管辐射器4中进行热量的排散。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种热量收集存储器，其特征在于：包括两个相变蓄热装置（1）、仪器安装板（2）、预埋热管（3）和环路热管辐射器（4）；所述仪器安装板（2）的上表面的中间部位承载发出热量的仪器，所述预埋热管（3）整体嵌入仪器安装板（2）内部，预埋热管（3）的两端分别靠近仪器安装板（2）的两个相对的侧边；所述两个相变蓄热装置（1）固定于仪器安装板（2）的上表面且分别位于预埋热管（3）的两端的正下方，用于吸收和存储预埋热管（3）的两端传递的热量；所述环路热管辐射器（4）固定连接于仪器安装板（2）的下表面并位于预埋热管（3）的端部的正下方，用于收集和排散预埋热管（3）端部吸收的热量。
2.根据权利要求1所述的一种热量收集存储器，其特征在于：所述环路热管辐射器（4）包括辐射板（5）、蒸汽管路（6）、液体管路（7）、蒸发器（8）、冷凝器（9），所述冷凝器（9）与辐射板（5）为热耦合一体化结构，所述蒸发器（8）固定于仪器安装板（2）的下表面且并位于预埋热管（3）的端部的正下方，用于收集和排散预埋热管（3）端部吸收的热量；蒸汽管路（6）的两端分别连接蒸发器（8）的出口和冷凝器（9）的入口，用于将蒸发器（8）吸收的热量传输到冷凝器（9），并通过辐射板（5）进行热量排散；液体管路（7）的两端分别连接冷凝器（9）的出口和蒸发器（8）的入口，用于热量的循环吸收。
3.根据权利要求2所述的一种热量收集存储器，其特征在于：所述蒸发器（8）的数量为两个，两个蒸发器（8）并联，两个蒸发器（8）分别位于预埋热管（3）两端的正下方。
4.根据权利要求1所述的一种热量收集存储器，其特征在于：所述预埋热管（3）由位于同一水平面的两根热管组成，所述两根热管的中部对应平行，每根热管的两个端部向另一跟热管所在的方向弯折90°，两根热管的端部相互错开。
5.根据权利要求1所述的一种热量收集存储器，其特征在于：所述冷凝器（9）由“S”型的柔性不锈钢管组成。
6.根据权利要求1所述的一种热量收集存储器，其特征在于：所述仪器安装板（2）为蜂窝板结构，所述蜂窝板结构包括铝合金蒙皮和蜂窝芯，所述蜂窝芯的厚度为30mm，蜂窝芯上的蜂窝孔的直径为15mm，铝合金蒙皮包覆与蜂窝芯的外表面，铝合金蒙皮的厚度为0.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种热量收集存储器，其特征在于：所述相变蓄热装置（1）的相变温度为28℃,相变蓄热装置（1）的材料为十八烷。
8.根据权利要求1所述的一种热量收集存储器，其特征在于：所述两个相变蓄热装置（1）固定通过高导热的粘结剂固定于仪器安装板（2）的上表面，所述环路热管辐射器（4）通过高导热的粘结剂固定于仪器安装板（2）的下表面，用于使相变蓄热装置（1）和环路热管辐射器（4）形成热接触。
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