CN111397411A - 一种航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件 - Google Patents

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Abstract

一种航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件，包括：逆流补偿装置，蛇形管，测温管，逆流管，回液管，毛细芯、蒸发器、储液器；储液器与蒸发器相连，毛细芯一部分安装在储液器中，另一部分安装在蒸发器中；逆流补偿装置底部端口与回液管相接；逆流补偿装置的A端口与蛇形管一端连接，蛇形管处于储液器内部，围绕着毛细芯，蛇形管另一端伸入毛细芯内部；逆流补偿装置的B端口与逆流管一端相接；逆流管另一端开有若干通孔，插入储液器中并与储液器内部连通；测温管处于储液器内部。本发明具有防倒流结构，其具良好传热性能的同时，可以有效的防止液相工质的倒吸逆流，实现了储液器内部温度测量，储液器温度测量更加准确。

Description

一种航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件
技术领域
本发明涉及一种环路热管毛细泵组件属于航天器热控技术领域。
背景技术
环路热管(LHP)是利用毛细力驱动工质循环完成换热的两相流体回路系统，它通过柔韧管路快速将热源热量传送到热沉。当蒸发器受驱动热量加载后，内部液相工质变成气相工质，同时产生压力。压力推动气相工质进入气相管路，并沿气相管路进入散热面上冷凝管路，在冷凝管路内依次冷凝成气液两相工质、液相工质，液相工质沿液相管路进入蒸发器，为蒸发器提供液体补给。如此形成闭环的稳定流动。环路热管运行过程中，受散热面温度影响显著。当散热面温度较高时，冷凝管路内气液两相区长度较长，如图6所示；当散热面温度较低时，冷凝管路气液两相区长度较短，如图7所示。当散热面温度由高至低时，散热面上冷凝管路内汽液两相工质会冷却为液相工质，冷却过程中压力快速降低，从下游液相管路内抽吸工质，导致下游工质“倒流”。“倒流”时蒸发器内液体工质供液量减小，甚至会被液相管路抽吸至上游。如果“倒流”持续时间过长或过快，则会使得蒸发器内液体“干涸”，蒸发器温度上升。
环路热管在轨运行时，在整圈外热流的影响下，散热面温度高低波动，冷凝内汽液两相区会随之伸缩。若散热面整体偏温度高时，冷凝管路内气液两相工质长度越长，在轨散热面温度波动时，伸缩幅度更大，工质倒流质量及持续时间更长。这会导致蒸发器段内毛细芯有局部干涸的可能，这将使环路热管存在启动失败或运行中断的风险。
环路热管储液器内工质的温度决定了整个回路系统温度，储液器温度越高，整个回路系统温度越高，当储液器温度过高时，环路热管系统温度升高，热传递变差，造成环路热管的效率降低甚至失效。因此，传统方法是在储液器外壁粘贴制冷二极管，以降低储液器内工质的温度。
除此之外，传统的环路热管储液器测温传感器粘贴在储液器外壁，难以对储液器温度进行准确的检测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件，该组件具有防倒流结构，其具良好传热性能的同时，可以有效的防止液相工质的倒吸逆流；并增加了回流液体与储液器内工质的接触面积，降低储液器内工质温度，节约在轨资源；同时，实现了储液器内部温度测量，储液器温度测量更加准确。
本发明所采用的技术方案是：一种航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件，包括：逆流补偿装置，蛇形管，测温管，逆流管，回液管，毛细芯、蒸发器、储液器；
储液器与蒸发器相连，毛细芯一部分安装在储液器中，另一部分安装在蒸发器中；逆流补偿装置底部端口与回液管相接；逆流补偿装置的A端口与蛇形管一端连接，蛇形管处于储液器内部，围绕着毛细芯，蛇形管另一端伸入毛细芯内部；逆流补偿装置的B端口与逆流管一端相接；逆流管另一端开有若干通孔，插入储液器中并与储液器内部连通；测温管一端插入储液器内部。
逆流补偿装置包括逆流补偿装置外壳和两个垡头；逆流补偿装置包括三个端口，逆流补偿装置内部设置有相互连通的通道，工质在通道内部流动；逆流补偿装置的A端口和B端口各装有一个垡头，用于实现工质的单向流动；垡头底部具有多个通孔，用于工质流通。
液相工质通过回液管流入逆流补偿装置，进入逆流补偿装置的A端口和B端口，在液相工质压力作用下，B端口被垡头封死，液相工质通过A端口进入蛇形管，液相工质通过蛇形管与储液器内部工质实现热量交换，并进一步的进入毛细芯内，通过毛细芯进入蒸发器，为蒸发器提供液体补充。
当散热面温度由高至低时，液相工质发生逆流，回液管内部压力减小至负压，在压力作用下，逆流补偿装置的A端口被垡头封死，储液器内部工质通过B端口进入回液管，为环路热管内部补充工质，并平衡内部压力，直至环路热管内压力变为正压，液相工质通过回液管流入逆流补偿装置。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明所述的航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件，通过逆流补偿装置，防止工质回流所导致蒸发器段内毛细芯有局部干涸，提高了环路热管在航天领域散热面温度波动环境下稳定运行的可靠性。
(2)本发明液相工质通过蛇形管回流到毛细芯，通过蛇形管可增大蛇形管与储液器内工质的接触面积，因此提高了回流工质与储液器的换热量，降低了储液器内工质的温度，节约在轨资源。
(3)本发明所述测温管代替传统粘贴于储液器外壁的方式，将测温管伸入储液器内部，因此可提高储液器内温度检测精度。
(4)本发明所述逆流补偿装置具有三个端部，分别连接回液管、蛇形管以及逆流管，通过逆流补偿装置只能实现液相工质从回液管流向蛇形管，或从逆流管流向回液管，因此可实现工质的单向流动，可有效防止环路热管的逆流现象的发生。
(5)本发明所述逆流管端部具有多个小孔，增大了逆流管与储液器内部工质的接触面积，当环路热管发生逆流时，储液器内工质可通过逆流管迅速补充到回液管内，防止逆流的发生。
附图说明
图1为航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件截面示意图1。
图2为航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件截面示意图2。
图3为航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件示意图。
图4为逆流补偿装置截面示意图。
图5为航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件内部示意图
图6为环路热管系统正常工作示意图。
图7为散热面温度由高至低时，液相工质流动示意图。
具体实施方式
针对现有的空间环路热管系统散热面温度由高至低变化所造成的工质倒流等问题，提出了一种航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件，其具良好传热性能的同时，可以有效的防止液相工质的倒吸逆流。
如图1～图5所示，航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件包括：逆流补偿装置1，蛇形管5，测温管11，逆流管4，回液管10，毛细芯6、蒸发器7、储液器12；
储液器12与蒸发器7相连，毛细芯6一部分安装在储液器12中，另一部分安装在蒸发器7中；逆流补偿装置1底部端口与回液管10相接；逆流补偿装置A端口8与蛇形管5一端连接，蛇形管5处于储液器12内部，围绕着毛细芯6，蛇形管5另一端伸入毛细芯6内部；逆流补偿装置B端口3与逆流管4一端相接，逆流管4另一端开有数个小孔，与储液器12内部连通；测温管11一端插入储液器12内部；
逆流补偿装置1如图4所示，包括逆流补偿装置外壳9和两个垡头2；逆流补偿装置1具有三个端口，逆流补偿装置1内部具有通道且连通，工质可以在其内部流动；逆流补偿装置的A端口8和B端口3各装有一个垡头2，用于实现工质的单向流动；垡头2底部具有多个通孔，用于工质流通。
如图6所示，当散热面温度恒定时，液相工质通过回液管10流入逆流补偿装置1，进入A端口8和B端口3，在液相工质压力作用下，B端口3被垡头2封死，液相工质通过A端口8进入蛇形管5，液相工质通过蛇形管5与储液器12内部工质实现热量交换，并进一步的进入毛细芯6内，通过毛细芯6进入蒸发器7，为蒸发器7提供液体补充。
如图7所示，当散热面温度由高至低(降温速度≥5℃/min)时，液相工质发生逆流，回液管10内部压力减小至负压，在压力作用下，A端口8被垡头2封死，储液器12内部工质通过B端口3进入回液管10，为环路热管内部补充工质，并平衡内部压力，直至环路热管内压力变为正压，液相工质通过回液管10流入逆流补偿装置1，进而通过蛇形管5进入毛细芯6内，通过毛细芯6进入蒸发器7，为蒸发器7提供液体补充。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (5)

1.一种航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件，其特征在于，包括：逆流补偿装置(1)，蛇形管(5)，逆流管(4)，回液管(10)，毛细芯(6)、蒸发器(7)、储液器(12)；
储液器(12)与蒸发器(7)相连，毛细芯(6)一部分安装在储液器(12)中，另一部分安装在蒸发器(7)中；逆流补偿装置(1)底部端口与回液管(10)相接；逆流补偿装置的A端口(8)与蛇形管(5)一端连接，蛇形管(5)处于储液器(12)内部，围绕着毛细芯(6)，蛇形管(5)另一端伸入毛细芯(6)内部；逆流补偿装置的B端口(3)与逆流管(4)一端相接；逆流管(4)另一端开有若干通孔，插入储液器(12)中并与储液器(12)内部连通。
2.根据权利要求1所述的一种航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件，其特征在于，逆流补偿装置(1)包括逆流补偿装置外壳(9)和两个垡头(2)；逆流补偿装置(1)包括三个端口，逆流补偿装置(1)内部设置有相互连通的通道，工质在通道内部流动；逆流补偿装置的A端口(8)和B端口(3)各装有一个垡头(2)，用于实现工质的单向流动；垡头(2)底部具有多个通孔，用于工质流通。
3.根据权利要求1或2所述的一种航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件，其特征在于，还包括测温管(11)，测温管(11)插入储液器(12)内部。
4.根据权利要求3所述的一种航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件，其特征在于，液相工质通过回液管(10)流入逆流补偿装置(1)，进入逆流补偿装置的A端口(8)和B端口(3)，在液相工质压力作用下，B端口(3)被垡头(2)封死，液相工质通过A端口(8)进入蛇形管(5)，液相工质通过蛇形管(5)与储液器(12)内部工质实现热量交换，并进一步的进入毛细芯(6)内，通过毛细芯(6)进入蒸发器(7)，为蒸发器(7)提供液体补充。
5.根据权利要求4所述的一种航天器用圆柱型防逆流环路热管毛细泵组件，其特征在于，当散热面温度由高至低时，液相工质发生逆流，回液管(10)内部压力减小至负压，在压力作用下，逆流补偿装置的A端口(8)被垡头(2)封死，储液器(12)内部工质通过B端口(3)进入回液管(10)，为环路热管内部补充工质，并平衡内部压力，直至环路热管内压力变为正压，液相工质通过回液管(10)流入逆流补偿装置(1)。
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