CN112229105A - 储液器、控温装置及泵驱两相流体回路系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及热控技术领域，具体而言，涉及一种储液器、控温装置及泵驱两相流体回路系统，包括壳体、换热件、加热件和测温件；所述壳体具有内腔，所述换热件、所述加热件和所述测温件安装于所述内腔中，所述换热件用于供工质流通和冷热工质换热；在所述壳体上还形成有与所述内腔连通的工质入口和工质出口。本申请的目的在于针对目前泵驱两相流体回路系统中需要储液器控温随目标温度的波动有快速响应的能力，提供一种储液器、控温装置及泵驱两相流体回路系统。

Description

储液器、控温装置及泵驱两相流体回路系统

技术领域

本申请涉及热控技术领域，具体而言，涉及一种储液器、控温装置及泵驱两相流体回路系统。

背景技术

泵驱两相流体回路系统是利用工质在循环流动过程中的蒸发吸热和冷凝放热过程，进行热量收集、输运的热控系统。工质在循环泵的驱动下流入蒸发器，在进入蒸发器后工质吸收热量由单相变成气液两相状态，两相流体经过冷凝器释放热量后由气液两相变为液态，再进入循环泵，形成吸热、输运和放热的整个循环。目前，泵驱两相流体回路系统仍存在一些稳定性和控制的难题。由于蒸发沸腾是一个非常剧烈的过程，会导致蒸发器的温度剧烈波动，乃至控温目标的剧烈波动。因此，对工质蒸发的进行合理设计和控制是泵驱两相流体回路技术的关键。这要求需通过一系列手段使蒸发器组件的入口温度等于目标温度，其中，蒸发器组件的入口温度，通过被动式回热和主动式预热两种手段进行控制，而目标温度则可通过储液器控制来调节，为保证储液器控温的稳定性，需要储液器控温应随目标温度的变化有快速的调节能力。

发明内容

本申请的目的在于针对目前泵驱两相流体回路系统中需要储液器控温随目标温度的变化有快速的调节能力，提供一种储液器、控温装置及泵驱两相流体回路系统。

为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

本申请的一个方面提供一种储液器，包括壳体、换热件、加热件和测温件；

所述壳体具有内腔，所述换热件、所述加热件和所述测温件安装于所述内腔中，所述换热件用于供冷热工质流通及换热；

在所述壳体上还形成有与所述内腔及所述换热件连通的工质入口和工质出口。

可选地，所述换热件为盘管，所述盘管沿所述壳体的轴向螺旋延伸，所述盘管的入口和所述盘管的出口均位于所述壳体定位外部，且所述盘管的入口位于所述盘管的出口的上方。

该技术方案的有益效果在于：这使得工质在换热件的内流动距离较长，盘管内的工质能够与盘管外的工质能够进行充分换热，盘管换热温和而且稳定，进而能够快速达到一个稳定的温度。

可选地，所述工质入口位于所述换热件的上方，所述工质出口位于所述换热件的下方。

该技术方案的有益效果在于：工质从工质入口喷入内腔，在下落的过程中与换热件充分接触，能够与换热件及储液器内温度较高的工质进行快速充分的换热，喷淋换热剧烈，进而使储液器内工质能够快速接近一个目标温度。

可选地，所述加热件位于所述换热件、所述工质入口和所述工质出口的下方。

该技术方案的有益效果在于：这样使加热件能够位于壳体的底部或靠近壳体的底部，进而使加热件能够较充分的与工质接触。

可选地，所述加热件包括第一外壳、加热芯和导热填料，所述第一外壳内形成有空腔；在所述壳体的壁上形成有与所述内腔连通的通孔，所述第一外壳的一端贯穿所述通孔伸入所述内腔中，所述第一外壳的另一端为连接端，所述连接端与所述通孔密封连接，所述连接端上形成有与所述空腔连通的第一安装孔，所述加热芯和所述导热填料均通过所述第一安装孔可拆卸地安装于所述空腔。

该技术方案的有益效果在于：这样，在更换或维修加热件时，无需从壳体内部拆装加热芯和导热填料，无需排除工质，而是可以从壳体外部，通过第一安装孔拆卸或安装所述加热芯和所述导热填料，使加热芯和导热填料的拆装维修更加方便，实现不停机状态的无缝维修。

可选地，所述加热件的个数为3-8个，各所述加热件沿所述壳体的横截面的周向均匀分布。

该技术方案的有益效果在于：这使得储液器内工质在上述周向上能够较均匀的受热。

可选地，所述测温件包括第二外壳和测温主体，所述第二外壳的一端贯穿所述壳体的壁伸入所述内腔中，所述第二外壳的另一端为安装端，所述安装端与所述壳体的壁密封连接，在所述安装端上形成有朝向所述壳体的外侧的第二安装孔，所述测温主体通过所述第二安装孔可拆卸地安装于所述第二外壳内。

本申请的另一个方面提供一种控温装置，包括主干管路、控温管路、制冷管路、换热件入口管路、第一阀门、第二阀门以及本申请提供的储液器；

所述制冷管路连接于所述工质入口，所述换热件入口管路与所述换热件的入口连通，所述第二阀门安装于所述制冷管路，所述制冷管路与所述换热件入口管路均与所述控温管路连通，且所述制冷管路与所述换热件入口管路并联，所述第一阀门安装于所述控温管路；所述换热件的出口和所述工质出口均与所述主干管路连通，且所述换热件的出口和所述工质出口与所述主干管路连接的位置位于所述控温管路与所述主干管路连接的位置的下游。

可选地，还包括安装于所述主干管路的流量调节阀，所述控温管路与所述主干管路连接的位置为第一位置，所述换热件的出口与所述主干管路连接的位置为第二位置，所述工质出口与所述主干管路连接的位置位第三位置，所述流量调节阀位于所述第一位置的下游，且所述流量调节阀位于所述第二位置和所述第三位置的上游。

该技术方案的有益效果在于：通入储液器内的冷量的大小可通过流量调节阀进行调节。

本申请的第三个方面提供一种泵驱两相流体回路系统，包括本申请所提供的控温装置。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请实施例所提供的储液器、控温装置及泵驱两相流体回路系统，能够通过测温件测得储液器内工质的温度，使人员或控制器针对储液器内工质的温度及目标温度之间的差异，通过加热件对储液器内工质进行加热，通过工质入口和换热件通入低温工质的量，进而控制储液器内工质的温度接近或达到目标温度，实现储液器随目标温度的改变进行快速调节控温的功能。

本申请的附加技术特征及其优点将在下面的描述内容中阐述地更加明显，或通过本申请的具体实践可以了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的储液器的一种实施方式的内部结构示意图；

图2为本申请实施例提供的加热件的一种实施方式的内部结构示意图；

图3为本申请实施例提供的控温装置的一种实施方式的结构示意图。

附图标记：

100-储液器；

110-压力计；

120-内腔；

130-换热件；

131-换热件的入口；

132-换热件的出口；

140-壳体；

141-工质出口；

142-工质入口；

150-加热件；

151-加热芯；

152-第一外壳；

153-导热填料；

154-第一安装孔；

160-测温件；

170-液位传感器；

200-主干管路出口；

300-流量调节阀；

400-主干管路；

500-主干管路入口；

600-第一阀门；

700-控温管路；

800-换热件入口管路；

900-第二阀门；

10a-制冷管路。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1至图3所示，本申请的一个方面提供一种储液器100，包括壳体140、换热件130、加热件150和测温件160；

所述壳体140具有内腔120，所述换热件130、所述加热件150和所述测温件160安装于所述内腔120中，所述换热件130用于供冷热工质流通及换热；

在所述壳体140上还形成有与所述内腔120及所述换热件130连通的工质入口142和工质出口141。

本申请实施例所提供的储液器100在使用时，当目标温度高于工质当前温度时，控温前期，停止通过换热件130和工质入口142向储液器100内通入工质，储液器100上的加热件150满负荷加热，使储液器100内工质温度迅速朝目标温度升温；当储液器100内工质实际温度接近目标温度时，仅通过换热件130向储液器100内通入工质，工质入口142仍停止通入工质，使过冷的工质带入一定的冷量进入储液器100；当目标温度低于当前工质温度时，控温前期，通过换热件130和工质入口142向储液器100内通入工质，使过冷的工质通过工资入口直接进入储液器100，迅速降低储液器100内部的工质温度。当储液器100内工质的温度大于新流入储液器100的工质的温度过冷度以上，或在储液器100内工质的温度达到目标温度之前，停止通过工质入口142向储液器100内通入工质。

本申请实施例所提供的储液器100，能够通过测温件160测得储液器100内工质的温度，使人员或控制器针对储液器100内工质的温度及目标温度之间的差异，通过加热件150对储液器100内工质进行加热，通过工质入口142和换热件130通入低温工质的量，进而控制储液器100内工质的温度接近或达到目标温度，实现储液器100随冷凝温度的波动进行控温的功能。

可选地，所述换热件130为盘管，所述盘管沿所述壳体140的轴向螺旋延伸，所述盘管的入口和所述盘管的出口均位于所述壳体140的外部，且所述盘管的入口位于所述盘管的出口的上方。这使得工质在换热件130的内流动距离较长，盘管内的工质能够与盘管外的工质能够进行充分换热，换热温和且稳定，进而盘管内外的工质能够快速达到一个稳定的温度。

可选地，所述工质入口142位于所述换热件130的上方，所述工质出口141位于所述换热件130的下方。工质从工质入口142喷入内腔120，在下落的过程中与换热件130充分接触，能够与换热件130及储液器100内温度较高的工质进行快速充分的换热，换热剧烈，进而使储液器100内工质能够快速接近一个目标温度。

可选地，所述加热件150位于所述换热件130、所述工质入口142和所述工质出口141的下方。这样使加热件150能够位于壳体140的底部或靠近壳体140的底部，进而使加热件150能够较充分的与工质接触。

可选地，所述加热件150包括第一外壳152、加热芯151和导热填料153，所述第一外壳152内形成有空腔；在所述壳体140的壁上形成有与所述内腔120连通的通孔，所述第一外壳152的一端贯穿所述通孔伸入所述内腔120中，所述第一外壳152的另一端为连接端，所述连接端与所述通孔密封连接，所述连接端上形成有与所述空腔连通的第一安装孔154，所述加热芯151和所述导热填料153均通过所述第一安装孔154可拆卸地安装于所述空腔。这样，在更换或维修加热件150时，无需从壳体140内部拆装加热芯151和导热填料153，无需排除工质，而是可以从壳体140外部，通过第一安装孔154拆卸或安装所述加热芯151和所述导热填料153，使加热芯151和导热填料153的拆装维修更加方便，实现不停机状态的无缝维修。

可选地，所述加热件150的个数为3-8个，各所述加热件150沿所述壳体140的横截面的周向均匀分布。这使得储液器100内工质在上述周向上能够较均匀的受热。

可选地，所述测温件160包括第二外壳和测温主体，所述第二外壳的一端贯穿所述壳体140的壁伸入所述内腔120中，所述第二外壳的另一端为安装端，所述安装端与所述壳体140的壁密封连接，在所述安装端上形成有朝向所述壳体140的外侧的第二安装孔，所述测温主体通过所述第二安装孔可拆卸地安装于所述第二外壳内。

本申请的另一个方面提供一种控温装置，包括主干管路400、控温管路700、制冷管路10a、换热件入口管路800、第一阀门600、第二阀门900以及本申请实施例所提供的储液器100；控温装置还包括安装在壳体140上的液位传感器170和压力计110。

所述制冷管路10a连接于所述工质入口142，所述换热件入口管路800与所述换热件的入口131连通，所述第二阀门900安装于所述制冷管路10a，所述制冷管路10a与所述换热件入口管路800均与所述控温管路700连通，且所述制冷管路10a与所述换热件入口管路800并联，所述第一阀门600安装于所述控温管路700；所述换热件的出口132和所述工质出口141均与所述主干管路400连通，且所述换热件的出口132和所述工质出口141与所述主干管路400连接的位置位于所述控温管路700与所述主干管路400连接的位置的下游。

本申请实施例所提供的控温装置在使用时，当目标温度高于当前储液器100内工质的温度时，控温前期，关闭储液器100上游的第一阀门600和第二阀门900，储液器100加热件150满负荷加热，使储液器100内工质的温度迅速朝目标温度升温。当储液器100内工质的实际温度接近目标温度时，打开第一阀门600，第二阀门900仍关闭，使过冷工质通过储液器100内的换热件130，带入一定的冷量进入储液器100，同时储液器100加热器控温调整为PID控温模式。当目标温度低于当前储液器100内工质的温度时，控温前期，打开第一阀门600以及第二阀门900，使过冷的工质通过第二阀门900直接喷入储液器100，迅速降低储液器100内部的工质温度。当储液器100内工质的温度大于新流入储液器100的工质的温度过冷度以上，或在储液器100内工质的温度接近目标温度时，关闭第二阀门900，同时开启储液器100的PID控温。本申请实施例中，储液器100的温度控制，可以通过人员观察采集到的储液器100内工质的温度与目标温度之间的比较进行手动控制，也可以通过控制器进行控制。主干管路400具有主干管路入口500和主干管路出口200。

本申请实施例所提供的控温装置，通过采用本申请实施例所提供的储液器100，能够通过测温件160测得储液器100内工质的温度，使人员或控制器针对储液器100内工质的温度及目标温度之间的差异，通过加热件150对储液器100内工质进行加热，通过工质入口142和换热件130通入低温工质的量，进而控制储液器100内工质的温度接近或达到目标温度，实现储液器100随冷凝温度的波动进行控温的功能。

可选地，本申请实施例所提供的控温装置，还包括安装于所述主干管路400的流量调节阀300，所述控温管路700与所述主干管路400连接的位置为第一位置，所述换热件的出口132与所述主干管路400连接的位置为第二位置，所述工质出口141与所述主干管路400连接的位置位第三位置，所述流量调节阀300位于所述第一位置的下游，且所述流量调节阀300位于所述第二位置和所述第三位置的上游。通入储液器100内的冷量的大小可通过流量调节阀300进行调节。

本申请的第三个方面提供一种泵驱两相流体回路系统，包括本申请实施例所提供的控温装置。

本申请实施例所提供的泵驱两相流体回路系统，通过采用本申请实施例所提供的控温装置，能够通过测温件160测得储液器100内工质的温度，使人员或控制器针对储液器100内工质的温度及目标温度之间的差异，通过加热件150对储液器100内工质进行加热，通过工质入口142和换热件130通入低温工质的量，进而控制储液器100内工质的温度接近或达到目标温度，实现储液器100随冷凝温度的波动进行控温的功能。

为更好的说明本方案，本申请还提供一种储液器100、控温装置及泵驱两相流体回路系统的具体应用实例。在该应用实例中，第一阀门可为主控温电磁阀，第二阀门可为快速制冷电磁阀，工质入口可为喷液口，测温件可为插入式温度计，加热件可为加热器，工质出口可为液路出口，第一外壳还可称为插入式壳体，加热芯可为加热棒。

针对月面真空和重力环境，结合探测器流体回路系统布局结构，提出一种适用于月面工质排放的试验方法，利用试验探索月面工质排放过程，对工质排放速度，排放量和排放影响因素进行摸底，获得月面工质排放的试验数据，为月面工质排放设计提供依据。

针对载荷工作模式的变化，为了获得均匀的温度分布，需提高泵驱两相流体回路系统稳定运行的控制，如下图所示，通过一系列手段使T_入口＝T_饱和，T_入口为蒸发器组件的入口温度，通过被动式回热和主动式预热两种手段进行控制。而T饱和为目标温度，目标温度可通过储液器控制来调节。储液器控温目标温度为：

T_储液器＝T_饱和-ΔP·dt/dp；

T_储液器＝T_冷凝+T_过冷度。

其中，ΔP是蒸发器出口到储液器的流阻，dt/dp为工质的固有属性。在系统冷凝度不足或冷凝温度波动较大的情况下，储液器控温既要保证足够的过冷度，又要保证目标温度T饱和的稳定性，设计应降低蒸发出口到储液之间的流阻，从控制方面说，储液器控温应随冷凝温度的波动有足够的调节能力，才能保证控温的稳定性。储液器为金属外壳，内部为气液两相的工质，气液两相的比例随工质温度和回路中气液两相的比例而变化。储液器控温的措施是通过电加热实现温度升高，降温则通过与过冷的来流进行换热而实现。

对泵驱两相流体回路进行控温，泵驱两相流体回路的蒸发温度为工质的饱和温度T_饱和，通过储液器控温来实现蒸发温度的控制。其控温的响应速率，取决于储液器热容和制冷/加热措施的能力。通过引入来流的过冷工质，可以使目标控温温度在5分钟之内实现从高蒸发温度到低蒸发温度，50℃以上的目标温度变化。通过插入式加热器，也可实现目标温度快速升温，从而满足系统对控温响应速率的要求。

储液器包括插入式加热器可实现储液器目标温度的快速变换。储液器制冷引入来流过冷液体进行冷却，包括两方面制冷，其中一方面为喷射制冷，来流过冷液体直接喷射入储液器，可实现储液器内快速降温，可实现目标温度从高到低的快速切换；另一方面为管壳式换热制冷，储液器内置管壳式换热器，过冷液体流经盘管，对储液器进行换热制冷，可以实现储液器精确制冷的效果，以达到两相控温回路的快速稳定。储液器的液体区域设计插入式壳体，加热器可置入壳体内，加热器可在不泄出工质的情况下进行维修更换，也可以实现不同功率需求，以满足控温目标温度从低温到高温的快速切换。

控温装置工作原理，具体控温方式如下：

(1)当目标温度高于当前温度，控温前期，关闭储液器上游的主控电磁阀和快速制冷电磁阀，储液器加热器满负荷加热，使储液器迅速朝目标温度升温。

(2)当储液实际温度接近目标温度时，打开主控电磁阀，快速制冷电磁阀仍关闭，使过冷的来流痛过储液器内盘管，带入一定的冷量，冷量的大小可通过流量调节阀进行调节；同时储液器加热器控温调整为PID控温模式。

(3)当目标温度低于当前温度时，控温前期，打开主控电磁阀以及快速制冷电磁阀，使过冷的来流痛过快速制冷电磁阀直接喷入储液器，迅速降低储液器内部的工质温度。

(4)当储液器温度大于来流温度T过冷度以上或达到目标温度之前，关闭快速制冷电磁阀，同时开启储液器的PID控温。

储液器是控温的核心部件，储液器是压力容器，其容量根据泵驱两相流体回路的总工质量和工作温区进行设计。储液器外壳为焊接的金属结构，其主要功能是承压和密封。储液器上安装压力传感器和液位传感器。

储液器控温措施的具体实施方式如下：

(1)储液器加热是通过插入式加热器来实现的，在储液器内焊接可植入加热棒的壳体，壳体应焊接在有液态工质的部位，保证与液态工质的充分完全接触，在储液器底部周向平均分布3～8个。

(2)在壳体内可植入加热棒，加热棒与壳体之间填充导热填料。

(3)储液器制冷依赖过冷的来流。储液器顶部布置了两路过冷来流的入口，其中喷液口是将一部分过冷来流直接喷入饱和或者过热的储液罐内，混合后通过液路出口回到流体回路主路，即实现了储液器降温，又保证了主路的过冷度。

(4)盘管入口是另一路制冷回路，过冷的来流流经盘绕在储液器内壁的盘管，盘管与储液器内部工质进行换热，降低内部工质的温度，然后从盘管出口流出，盘管内部工质仅与储液器内部工质发生热交换。盘管的冷量是维持储液器稳定控温的必要条件，冷量的大小取决于周围热环境向储液器泄露的热量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.储液器，其特征在于，包括壳体、换热件、加热件和测温件；

所述壳体具有内腔，所述换热件、所述加热件和所述测温件安装于所述内腔中，所述换热件用于供冷热工质流通及换热；

在所述壳体上还形成有与所述内腔及所述换热件连通的工质入口和工质出口。

2.根据权利要求1所述的储液器，其特征在于，所述换热件为盘管，所述盘管沿所述壳体的轴向螺旋延伸，所述盘管的入口和所述盘管的出口均位于所述壳体的外部，且所述盘管的入口位于所述盘管的出口的上方。

3.根据权利要求1所述的储液器，其特征在于，所述工质入口位于所述换热件的上方，所述工质出口位于所述换热件的下方。

4.根据权利要求1所述的储液器，其特征在于，所述加热件位于所述换热件、所述工质入口和所述工质出口的下方。

5.根据权利要求1所述的储液器，其特征在于，所述加热件包括第一外壳、加热芯和导热填料，所述第一外壳内形成有空腔；在所述壳体的壁上形成有与所述内腔连通的通孔，所述第一外壳的一端贯穿所述通孔伸入所述内腔中，所述第一外壳的另一端为连接端，所述连接端与所述通孔密封连接，所述连接端上形成有与所述空腔连通的第一安装孔，所述加热芯和所述导热填料均通过所述第一安装孔可拆卸地安装于所述空腔。

6.根据权利要求1所述的储液器，其特征在于，所述加热件的个数为3-8个，各所述加热件沿所述壳体的横截面的周向均匀分布。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的储液器，其特征在于，所述测温件包括第二外壳和测温主体，所述第二外壳的一端贯穿所述壳体的壁伸入所述内腔中，所述第二外壳的另一端为安装端，所述安装端与所述壳体的壁密封连接，在所述安装端上形成有朝向所述壳体的外侧的第二安装孔，所述测温主体通过所述第二安装孔可拆卸地安装于所述第二外壳内。

8.控温装置，其特征在于，包括主干管路、控温管路、制冷管路、换热件入口管路、第一阀门、第二阀门以及如权利要求1-7中任意一项所述的储液器；

所述制冷管路连接于所述工质入口，所述换热件入口管路与所述换热件的入口连通，所述第二阀门安装于所述制冷管路，所述制冷管路与所述换热件入口管路均与所述控温管路连通，且所述制冷管路与所述换热件入口管路并联，所述第一阀门安装于所述控温管路；所述换热件的出口和所述工质出口均与所述主干管路连通，且所述换热件的出口和所述工质出口与所述主干管路连接的位置位于所述控温管路与所述主干管路连接的位置的下游。

9.根据权利要求8所述的控温装置，其特征在于，还包括安装于所述主干管路的流量调节阀，所述控温管路与所述主干管路连接的位置为第一位置，所述换热件的出口与所述主干管路连接的位置为第二位置，所述工质出口与所述主干管路连接的位置位第三位置，所述流量调节阀位于所述第一位置的下游，且所述流量调节阀位于所述第二位置和所述第三位置的上游。

10.泵驱两相流体回路系统，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的控温装置。

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