CN108253673B - 用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管及方法 - Google Patents

用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108253673B
CN108253673B CN201711362921.2A CN201711362921A CN108253673B CN 108253673 B CN108253673 B CN 108253673B CN 201711362921 A CN201711362921 A CN 201711362921A CN 108253673 B CN108253673 B CN 108253673B
Authority
CN
China
Prior art keywords
outer sleeve
liquid
capillary
liquid discharge
storage device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711362921.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108253673A (zh
Inventor
赵振明
张焕冬
孟庆亮
于峰
杨涛
夏晨晖
赵宇
颜吟雪
申春梅
朱许
崔进
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Original Assignee
Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity filed Critical Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Priority to CN201711362921.2A priority Critical patent/CN108253673B/zh
Publication of CN108253673A publication Critical patent/CN108253673A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108253673B publication Critical patent/CN108253673B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/006—Accumulators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管及方法，被动冷却毛细排液管穿过储液器壳体，与外部流体回路系统连通，待冷却液体通过储液器时，被动冷却毛细排液管进行冷却。本发明采用热交换方式对储液器内部冷却，仅通过调节加热功耗实现控温功能，使储液器结构显著简化，同时，可使排液管局部始终处于偏冷状态，有效防止排液管附近的气泡存在，确保储液器排出的为液相工质。

Description

用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管及方法
技术领域
本发明涉及航天器热控技术领域，特别是用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管及方法。
背景技术
随着航天技术的飞速发展，高负荷、大热流密度、长距离热量传递及高精度温度控制的热控需求日益明显，机械泵驱动两相流体回路(简称泵驱流体回路)技术作为一种主动控温技术，其具有驱动功耗小、传输距离远、散热能力强、控温精度高等优点，是解决现有热控需求的最有力的手段之一，也是近年来国内外航天热控领域研究的热点。
泵驱流体回路系统主要由储液器、机械泵、预热器、蒸发器、冷凝器及连接管路组成，其工作原理是利用机械泵驱动工质在回路系统中循环，过冷工质首先流经预热器，被加热到饱和态，然后流经蒸发器，利用相变吸热带走蒸发器热量，进而流过冷凝器被冷凝至过冷态，最后工质又回到机械泵，这样就形成了一个完整循环，从而实现了热量的收集、运输和排散，在此循环中，储液器与系统相连，通过控制储液器温度来控制系统的饱和温度。
储液器是流体回路系统的核心部组件之一，其主要功能有：(1)与流体回路系统进行工质交换；(2)控制系统的饱和温度；(3)为系统提供液态工质，防止下游泵的汽蚀。
现阶段机械泵驱动两相流体回路技术成功在轨应用事例很少，仅有AMS-02中的TTCS采用了该项技术并已在轨运行数年。AMS-02的储液器制冷是采用半导体制冷片实现的，将半导体的制冷面导热安装于储液器壳体外表面，冷量通过储液器侧壁传递到储液器内部，该制冷方式输入功耗大，制冷效率低，冷量利用率低，且需控制电路进行调控，这使得储液器结构偏于复杂，大大降低了系统的可靠性，且半导体制冷片制冷同时会产生大量废热，仍需其他冷量冷却。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管及方法，该装置将过冷液直接引入储液器排液管内部，对排液管内部进行冷却，不仅起到为储液器内部制冷的作用，还能降低排液管内部温度，能有效防止排液管内部气泡的存在，进而防止下游泵的汽蚀。
本发明的技术解决方案是：用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管，其特征在于：被动冷却毛细排液管穿过储液器壳体，与外部流体回路系统连通，待冷却液体通过储液器时，被动冷却毛细排液管进行冷却。
所述的被动冷却毛细排液管结构包括外套管排液端、外套管毛细壁段、中心管、外套管盲端；外套管排液端、外套管毛细壁段、外套管盲端组成外套管，外套管与中心管连接，形成被动冷却毛细排液管结构，外套管排液端、外套管盲端外壁面分别与储液器壳体壁面固定连接，中心管两端开孔及外套管排液端位于储液器壳体外部，外套管毛细壁面位于储液器壳体内部，外部流体回路系统与中心管两端连接。
所述的排液管毛细壁面四周设有集液器，对待冷却液体进行收集。
所述的外套管排液端、外套管毛细壁段、外套管盲端通过焊接组成外套管。
所述的外套管与中心管通过焊接进行连接。
所述的外套管毛细壁面的孔径为1μm～20μm。
所述的被动冷却毛细排液管的材料为碳钢、不锈钢或者合金。
所述的外套管毛细壁段、外套管盲端与储液器壁面密封焊接。
用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管的冷却方法，包括如下：将流通在外部流体回路系统内的冷却液体通过送至排液管内，与排液管内部液体进行间壁式热交换。
用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管的装配方法，包括如下步骤：
(1)将外套管排液端(1)、外套管毛细壁段(2)、外套管盲端(4)组成外套管；
(2)将外套管与中心管(3)连接，形成被动冷却毛细排液管结构；
(3)将外套管排液端(1)、外套管盲端(4)外壁面分别与储液器壳体壁面固定连接，中心管(3)两端开孔及外套管排液端(1)位于储液器壳体外部，外套管毛细壁面(2)位于储液器壳体内部，外部流体回路系统与中心管(3)两端连接。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用热交换的方式来实现为储液器制冷的目的，属于被动制冷方式，冷量基本恒定，储液器的控温仅需调节加热功率即可，该制冷方式取代了半导体制冷片，同时，也无需控制电路对制冷进行调控，进而极大程度地简化了储液器结构，也显著提高了系统的可靠性；
(2)本发明中过冷液透过中心管管壁与外套管环形流道内工质进行冷量交换，可使得外套管环形流道为储液器内偏冷的区域，可有效防止外排工质中气泡的存在，确保储液器排出液相工质，同时，排液管局部低温有利于管外集液器液体的收集；
(3)本发明采用间壁式换热方式，两侧流体流动互无扰动，且中心管中流动与系统内状态一致，基本不影响系统流阻；
(4)本发明中根据换热量需求可设计矩形、欧米伽形、三角形翅片等增强换热的结构，亦可采用金、银、铜、铝等导热性能良好的材料；
(5)本发明不仅能够满足在轨微重力工况，还能满足地面测试工况，地面测试时，只需保证排液管装置始终液封即可；
(6)本发明中冷却液直接在储液器内部进行冷量交换，比侧壁换热方式更直接，冷量利用率更高；
(7)本发明中的结构既可单独使用，也可以串并联方式应用；换热形式可为逆流，也可为顺流，具有很好的使用价值。
附图说明
图1为被动冷却毛细排液管结构示意图。
具体实施方式
应用于机械泵驱动两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管装置，如附图1所示，由外套管排液端(含排液口)、外套管毛细壁段、中心管、外套管盲端四部分组成。其中，外套管排液端、外套管毛细壁段和外套管盲端三部分通过焊接组成外套管(又名排液管)，外套管与中心管同样采用焊接连接，共同形成被动冷却毛细排液管装置。该装置被应用于储液器时，外套管的排液端和盲端外壁面分别与储液器壁面密封焊接，这样使中心管两端开孔及排液口位于储液器外部，外套管毛细壁面位于储液器内部，而冷却液管路与中心管两端连接。
应用于机械泵驱动两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管装置，包括外套管排液端1、外套管毛细壁段2、中心管3、外套管盲端4，外套管排液端1、外套管毛细壁段2、外套管盲端4通过焊接组成外套管，外套管与中心管3通过焊接固定连接；
外套管排液端1和外套管盲端4外壁面分别与储液器壁面焊接，使中心管3两端开孔、外套管排液端1位于储液器外部，外套管毛细壁段2位于储液器内部，外部冷却液管路与中心管3连接；
当储液器正常工作时，中心管3为冷却液流道，外套管得到的环形流道为储液器内部工质与回路系统间工质交换的通道，液态工质透过外套管毛细壁面2渗透流经环形流道，环形流道内的工质通过外套管排液端1与回路系统进行交换，外套管的毛细壁面2能有效防止储液器内部的气相工质进入回路系统，实现储液器内部气液工质的分离，中心管3内冷却液与外套管环形流道内工质通过中心管壁面进行冷量交换，从而实现对储液器制冷。
外套管排液端1、外套管毛细壁段2、中心管3、外套管盲端4选用碳钢、不锈钢或合金。外套管毛细壁段2的毛细孔径d为1μm～50μm。
当储液器正常工作时，中心管内空间为冷却液流道，两端一进一出；中心管与外套管所围环形流道为储液器内部工质与回路系统间工质交换的通道(排液通道)，液态工质透过外套管毛细壁面渗透流经环形流道，环形流道内的工质通过排液口与系统间进行交换，此外，外套管的毛细壁面能有效防止储液器内部的气相工质进入排液管内，达到防止储液器内气相工质的外排的功能，实现储液器内部气液工质的分离。中心管内的冷却液与外套管环形流道内工质通过中心管壁面进行冷量交换，从而实现对储液器制冷的目的。
应用于机械泵驱动两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管装置，如附图1所示，由外套管排液端1、外套管毛细壁段2、中心管3、外套管盲端4四部分组成。其中，外套管排液端、外套管毛细壁段和外套管盲端三部分通过焊接组成外套管，外套管与中心管同样采用焊接连接，共同形成被动冷却毛细排液管装置。该装置被应用于储液器时，外套管的排液端和盲端外壁面分别与储液器壁面密封焊接，这样使中心管两端开孔及排液口位于储液器外部，外套管毛细壁段位于储液器内部，而冷却液管路与中心管两端连接。该装置中的各部分可选用碳钢、不锈钢和合金等材料。
当储液器正常工作时，中心管内空间为冷却液流道，两端一进一出；中心管与外套管所围环形流道为储液器内部工质与回路系统间工质交换的通道(排液通道)，液态工质透过外套管毛细壁面(毛细孔径d：1μm≤d≤50μm)渗透流经环形流道，环形流道内的工质通过排液口与系统间进行交换，此外，外套管的毛细壁面能有效防止储液器内部的气相工质进入排液管内，达到防止储液器内气相工质的外排的功能，实现储液器内部气液工质的分离。中心管内的冷却液与外套管环形流道内工质通过中心管壁面进行冷量交换，从而实现对储液器制冷的目的，其换热量计算过程如下：
Figure BDA0001512216280000051
其中，Re为雷诺数，ρ为液体密度，u为液体流速，D为管径，μ为液体动力粘度。
Figure BDA0001512216280000061
其中，Pr为普朗特数，u为液体流速，k为流体导热系数，cp为液体比热容。
Figure BDA0001512216280000062
Figure BDA0001512216280000063
其中，Nu为怒塞尔数，f为摩擦系数。
Figure BDA0001512216280000064
其中，h为对流换热系数。
Figure BDA0001512216280000065
其中，Q为换热量，A为换热表面积，ΔT为两侧流体温差，h1为冷却液侧流体对流换热系数，h2为排液管环形流道内流体对流换热系数，δ为中心管壁面厚度，λ为中心管壁材料的导热系数。
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 (3)

1.用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管，其特征在于：被动冷却毛细排液管穿过储液器壳体，与外部流体回路系统连通，待冷却液体通过储液器时，被动冷却毛细排液管进行冷却；其中，
所述被动冷却毛细排液管结构包括外套管排液端(1)、外套管毛细壁段(2)、中心管(3)、外套管盲端(4)；外套管排液端(1)、外套管毛细壁段(2)、外套管盲端(4)组成外套管，外套管与中心管(3)连接，形成被动冷却毛细排液管结构，外套管排液端(1)、外套管盲端(4)外壁面分别与储液器壳体壁面固定连接，中心管(3)两端开孔及外套管排液端(1)位于储液器壳体外部，外套管毛细壁面(2)位于储液器壳体内部，外部流体回路系统与中心管(3)两端连接；
所述排液管毛细壁面(2)四周设有集液器，对待冷却液体进行收集；
所述外套管排液端(1)、外套管毛细壁段(2)、外套管盲端(4)通过焊接组成外套管；
所述外套管与中心管(3)通过焊接进行连接；
所述外套管毛细壁面(2)的孔径为1μm～20μm；
所述被动冷却毛细排液管的材料为碳钢、不锈钢或者合金；
所述外套管毛细壁段(2)、外套管盲端(4)与储液器壁面密封焊接。
2.用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管的冷却方法，其特征在于包括如下：将流通在外部流体回路系统内的冷却液体通过送至排液管内，与排液管内部液体进行间壁式热交换。
3.用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管的装配方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将外套管排液端(1)、外套管毛细壁段(2)、外套管盲端(4)组成外套管；
(2)将外套管与中心管(3)连接，形成被动冷却毛细排液管结构；
(3)将外套管排液端(1)、外套管盲端(4)外壁面分别与储液器壳体壁面固定连接，中心管(3)两端开孔及外套管排液端(1)位于储液器壳体外部，外套管毛细壁面(2)位于储液器壳体内部，外部流体回路系统与中心管(3)两端连接。
CN201711362921.2A 2017-12-18 2017-12-18 用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管及方法 Active CN108253673B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711362921.2A CN108253673B (zh) 2017-12-18 2017-12-18 用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711362921.2A CN108253673B (zh) 2017-12-18 2017-12-18 用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108253673A CN108253673A (zh) 2018-07-06
CN108253673B true CN108253673B (zh) 2020-12-18

Family

ID=62723074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711362921.2A Active CN108253673B (zh) 2017-12-18 2017-12-18 用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108253673B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH061300A (ja) * 1992-06-24 1994-01-11 Natl Space Dev Agency Japan<Nasda> 二相流体ループ式熱輸送装置
JP2003185370A (ja) * 2001-12-18 2003-07-03 Mitsubishi Electric Corp 毛細管力駆動型二相流体ループ、その蒸発器及び熱輸送方法
JP2003279277A (ja) * 2002-03-22 2003-10-02 Mitsubishi Electric Corp 毛細管力駆動型二相流体ループ、蒸発器及び熱輸送方法
CN1719183A (zh) * 2005-07-18 2006-01-11 华中科技大学 一种用于cpl的平面式毛细芯冷凝器
CN1725946A (zh) * 2005-07-18 2006-01-25 华中科技大学 一种用于cpl的平面式毛细芯蒸发器
CN201867102U (zh) * 2010-10-19 2011-06-15 中山大学 具备汽泡注入功能的自适应储液器及具有该储液器的两相回路散热系统
CN107529365B (zh) * 2008-09-27 2013-01-02 北京空间飞行器总体设计部 重力辅助多蒸发器两相流体回路装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH061300A (ja) * 1992-06-24 1994-01-11 Natl Space Dev Agency Japan<Nasda> 二相流体ループ式熱輸送装置
JP2003185370A (ja) * 2001-12-18 2003-07-03 Mitsubishi Electric Corp 毛細管力駆動型二相流体ループ、その蒸発器及び熱輸送方法
JP2003279277A (ja) * 2002-03-22 2003-10-02 Mitsubishi Electric Corp 毛細管力駆動型二相流体ループ、蒸発器及び熱輸送方法
CN1719183A (zh) * 2005-07-18 2006-01-11 华中科技大学 一种用于cpl的平面式毛细芯冷凝器
CN1725946A (zh) * 2005-07-18 2006-01-25 华中科技大学 一种用于cpl的平面式毛细芯蒸发器
CN107529365B (zh) * 2008-09-27 2013-01-02 北京空间飞行器总体设计部 重力辅助多蒸发器两相流体回路装置
CN201867102U (zh) * 2010-10-19 2011-06-15 中山大学 具备汽泡注入功能的自适应储液器及具有该储液器的两相回路散热系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN108253673A (zh) 2018-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1328566C (zh) 一种深冷回路热管
CN103200803B (zh) 一种有池沸腾的环路热管散热装置
CN103069245A (zh) 热交换器及制冷空调装置
CN109870053B (zh) 一种用于空间站科学载荷柜的多柔性蒸发器环路热管控温系统和方法
CN107039370B (zh) 一种由气泡微泵驱动的微流道散热系统
CN110030860B (zh) 一种双引管型双储液器环路热管
CN106813517A (zh) 一种换热器及具有该换热器的换热系统
CN104930893A (zh) 一种喷射器辅助式平板型环路热管
WO2022036835A1 (zh) 一种空调器
CN112146310A (zh) 一种扁管微通道双液体换热器及其换热方法
CN101738119A (zh) 热管嵌合槽道吸液芯
CN113959244B (zh) 一种双蒸发器冷凝器环路热管
CN2788115Y (zh) 一种用于低温集成系统中的深冷回路热管
CN102032822A (zh) 一种利用气泡泵效应的环路热管
CN108253673B (zh) 用于两相流体回路储液器的被动冷却毛细排液管及方法
CN107062947A (zh) 一种微通道换热器及带有该微通道换热器的脉管制冷机
CN112432391A (zh) 一种低温满液式蒸发器及使用方法
CN108266929B (zh) 用于机械泵驱动两相流体回路的精密控温型储液器及装配方法
CN111059943A (zh) 一种内套换热可制冷、热的回路热管
CN116858004B (zh) 一种余热系统储液器及其余热回收系统
CN102401506A (zh) 热管与tec的组合散热装置
CN112367805B (zh) 一种双循环削峰相变换热器
CN108426476A (zh) 一种微孔阵列回路热管
CN208171078U (zh) 一种微孔阵列回路热管
CN113624047A (zh) 一种内嵌辐射状微通道的冷凝器及环路热管

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhao Zhenming

Inventor after: Zhu Xu

Inventor after: Cui Jin

Inventor after: Zhang Huandong

Inventor after: Meng Qingliang

Inventor after: Yu Feng

Inventor after: Yang Tao

Inventor after: Xia Chenhui

Inventor after: Zhao Yu

Inventor after: Yan Yinxue

Inventor after: Shen Chunmei

Inventor before: Zhang Huandong

Inventor before: Zhao Zhenming

Inventor before: Meng Qingliang

Inventor before: Yu Feng

Inventor before: Yan Yinxue

Inventor before: Shen Chunmei

Inventor before: Zhu Xu

Inventor before: Cui Jin

Inventor before: Xia Chenhui

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant