CN110410847A - 基于脉动热管相变储能的月球供暖装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于脉动热管相变储能的月球供暖装置，包括集热装置、储能装置以及输热装置，储能装置包括储能腔体、设置在储能箱体内的脉动热管及填充在脉动热管周边的相变储能材料；输热装置包括输热管道、控制阀、水泵及控制器，在输热管道中灌装有通过水泵在所述输热管道内循环流动的传热工质，输热管道包括吸热端和释热端，吸热端位于所述储能箱内；当月球处于白天高温，控制器控制水泵及控制阀使传热工质不流动；当月球处于夜间低温，控制器控制水泵及控制阀使传热工质在输热管道内流动，通过输热管道的释热端实现供暖。本发明可在月球微重力的环境中稳定高效的运行。同时用相变储能材料作为储能装置，有效地提高了装置储热能力。

Description

基于脉动热管相变储能的月球供暖装置
技术领域
本发明涉及一种月球供暖装置，具体涉及的一种基于脉动热管相变储能的月球供暖装置。
背景技术
随着地球资源的不断消耗，探索太空的可用能源是时下比较热门的话题。由于人类对太空的研究探索不断深入，未来人类在太空定居并开发逐渐成为可能。月球是地球的天然卫星，其上蕴藏丰富的矿产资源，具有很高的开发价值。但月球的表面温度为最低可达到-233℃，最高可达到127℃，且具有昼夜周期长的特点。目前，登陆者和漫游者探测器都依靠核电或电力供暖系统来保持电子产品的工作温度，但以核电或电力作为能源的供暖系统造价昂贵，不适宜大规模推广，同时探测器的核电不是可持续的热源，无法长时间提供热量。因此，亟需提出一种高效可持续的供暖方式来为月球开发做准备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种基于脉动热管相变储能的月球供暖装置，该系统可以在微重力条件下高效率地存储大量热能，大大提高能量的采集和利用效率，实现在月球高温时储能，低温时供能。
为解决传统月球供暖设备存在的上述问题，本发明采取的技术方案是：
一种基于脉动热管相变储能的月球供暖装置，其特征在于：包括集热装置、储能装置以及输热装置，所述集热装置为真空集热管，所述储能装置包括储能腔体、设置在储能箱体内的脉动热管及填充在脉动热管周边的相变储能材料；所述输热装置包括输热管道、控制阀、水泵及控制器，在输热管道中灌装有通过所述水泵在所述输热管道内循环流动的传热工质，所述输热管道包括吸热端和释热端，所述吸热端位于所述储能箱内；当月球处于白天高温，真空集热管采集太阳能，由脉动热管将热量传递给相变储能材料进行热量储存，所述控制器控制所述水泵及控制阀使所述传热工质不流动；当月球处于夜间低温，所述控制器控制所述水泵及控制阀使所述传热工质在输热管道内流动，通过输热管道的释热端实现供暖。
上述基于脉动热管相变储能的月球供暖装置，热能采集系统使用真空集热管收集太阳能作为能源，实现在月球上热能的有效收集和分配利用。真空集热管是由具有太阳选择性吸收涂层的内玻璃管和同轴的罩玻璃管构成的，内外管夹层之间抽成高真空的，用于收集太阳能热量以加热所述的脉动热管蒸发段的装置。脉动热管由于两端间存在压差以及相邻管子之间存在的压力不平衡，使得工质在蒸发端和冷凝端之间振荡流动，脉动热管由于其管径小，毛细力占主导作用，对其结构和设计参数进行优化后，其运行性能基本不受重力作用的影响，因此能在月球微重力环境下运行。相变储能材料具有在相变过程中将热量以潜热的形式储存于自身或释放给环境的性能，少量的材料可以储存大量的热量，可以供空间站在月球长达两周的黑夜中使用。所述的热能分配系统是通过水泵和控制阀调节热能分配速率的装置。
进一步地，所述脉动热管为反重力脉动热管。
进一步地，所述脉动热管工作液为氨水。
进一步地，所述相变储能材料为直接接触式相变储能材料。
进一步地，所述相变储能材料为石蜡。
进一步地，所述传热工质为乙二醇。
有益效果
(1)一种基于脉动热管相变储能的新型月球供暖装置，脉动热管由于其管径小，毛细力占主导作用，对其结构和设计参数进行优化后，基本不受重力的影响，在月球微重力的环境中，仍能够稳定高效的运行。在月球白天，该装置使用太阳能集热板收集热量并使用脉动热管将热量传递给月表下的储能系统，通过储能系统中相变材料的相变来储存能量。在月球黑夜，该装置通过储能系统中相变材料的相变释放热量，并且将热量传递给热能分配器中的管道，加热管道中的工质，利用热能分配器将热量分配到各个空间站，实现供暖。该装置使用太阳能作为能源，节能干净，安全可靠，取之不尽用之不竭，是可持续的热源；使用脉动热管作为传热装置，结构简单、高效传热，传热系数大、能够适应多种环境、尤其适用于太空中微重力甚至是逆重力的环境；使用固液相变材料储能，具有很高的相变潜热，少量的相变材料可以储存大量的热量，同时相变材料可重复利用且工作稳定。该装置充分利用了白天月球表面温度高的特点，将白天太阳辐射的能量储存起来，在夜晚时利用，提高了能量的利用率；该装置整体结构简单，只有太阳一个热量来源；同时该装置的供暖系统不需要电力，节约了电能，可以使空间站中的元器件工作的时间更长久。
(2)本发明采用脉动热管作为传热装置，传热系数远远大于传统金属材料，以此增强传热效率。采用相变储能材料作为储能装置，有效地提高了装置储热能力。
附图说明
图1为一种基于脉动热管相变储能的新型月球供暖装置工作示意图
图2为一种基于脉动热管相变储能的新型月球供暖装置工作系统图
图中：1-热能采集器；2-热能分配器；3-真空集热管；4-脉动热管；5-相变储能材料；6-水泵；7-控制阀；8-空间站。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明
本发明基于脉动热管的相变储能的供暖装置由热能采集器1和热能分配器2组成。热能采集器1由相变储能装置4、集热管3、脉动热管5组成；相变储能装置4填充有相变储能材料石蜡；脉动热管由蒸发段、绝热段和冷凝段组成，相变储能材料填充变储能装置4的部分高度，包裹冷凝段即可。脉动热管5由铝制成，填充液为氨水；热能分配器由空间站8和泵6和控制阀7组成；运输管中填充有传热工质乙二醇。
真空集热管3采集太阳能温度升高，以导热和辐射传热的方式加热脉动热管的蒸发段，由脉动热管4将热量传递给相变储能材料5，在月球白天、黑夜不同温度情况，调节控制阀7及水泵6，实现两种工作模式：
(a)当月球处于白天高温，真空集热管3采集太阳能，由脉动热管4将热量传递给相变储能材料5，相变储能材料5吸收热量发生相变储存大量热量；
(b)当月球处于夜间高低温，水泵6将传热工质输运到空间站，控制阀7根据需求调节运输。
白天月球表面温度高，热能分配器2关闭，热能采集器1开启。当真空集热管3吸收太阳能后温度升高，将热量传递到脉动热管4的蒸发段，脉动热管4中的氨水吸收热量升温后产生气泡并升压，推动氨水流向冷凝段，在冷凝段气泡破裂压力下降，将热量传递给相变储能材料石蜡，石蜡吸收热量由固体变为液体，储存热量。
夜晚月球表面温度低，热能采集器1关闭，热能分配器2开启。相变储能装置5中的石蜡从液体变为固体发生相变放出热量加热运输管中的乙二醇，通过水泵6将乙二醇送到空间站8为宇航员和电子仪器件供暖；供暖后回流重新吸收热量并通过控制阀7控制功率大小，完成一个循环。
以上所述仅是本发明的优选实施方案，其他有效实施方案均可。对于相同技术领域的其他技术人员，若基于本发明提出有效的改进，这些改进也应当视为本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于脉动热管相变储能的月球供暖装置，其特征在于：包括集热装置、储能装置以及输热装置，所述集热装置为真空集热管(3)，所述储能装置包括储能腔体、设置在储能箱体内的脉动热管(4)，及填充在脉动热管周边的相变储能材料(5)；所述的真空集热管(3)与所述的脉动热管(4)的蒸发段；所述输热装置包括输热管道、控制阀(5)、水泵(6)及控制器，在输热管道中灌装有通过所述水泵在所述输热管道内循环流动的传热工质，所述输热管道包括吸热端和释热端，所述吸热端位于所述储能箱内；当月球处于白天高温，真空集热管(3)采集太阳能，由脉动热管(4)将热量传递给相变储能材料(5)进行热量储存，所述控制器控制所述水泵及控制阀使所述传热工质不流动；当月球处于夜间低温，所述控制器控制所述水泵(6)及控制阀使所述传热工质在输热管道内流动，通过输热管道的释热端实现供暖。
2.如权利要求1所述的基于脉动热管相变储能的月球供暖装置，其特征在于：所述脉动热管(4)为反重力脉动热管。
3.如权利要求2所述的基于脉动热管相变储能的月球供暖装置，其特征在于：所述脉动热管工作液为氨水。
4.如权利要求1所述的基于脉动热管相变储能的月球供暖装置，其特征在于：所述相变储能材料(5)为直接接触式相变储能材料。
5.如权利要求4所述的基于脉动热管相变储能的月球供暖装置，其特征在于：所述相变储能材料为石蜡。
6.如权利要求1所述的基于脉动热管相变储能的月球供暖装置，其特征在于：所述传热工质为乙二醇。
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