CN112484541B - 一种旋转空间辐射换热器 - Google Patents

Abstract

一种旋转空间辐射换热器，包括集热板、可转动环路热管、辐射器支撑臂、转动机构、辐射器、流体回路、太阳敏感器，采用空间辐射器与转动机构及控制器相结合的设计方案，能够实现辐射器散热面对太阳的跟踪，大大提高辐射器的散热能力，解决了传统空间辐射换热器在星载产品大功率高热耗情况下散热能力不足的问题，应用场景灵活、传热效率高、可靠性强、适应性广。

Description

一种旋转空间辐射换热器

技术领域

本发明涉及一种旋转空间辐射换热器，属于卫星辐射换热处理技术领域。

背景技术

航天器在轨飞行中需要将内部发热量排到外部空间，这个过程通常以辐射的方式进行，因此空间辐射换热器成为了航天器热控系统的重要组成部分。目前大量应用于航天器的传统辐射器有被动辐射器、热管辐射器、可展开式辐射器、柔性辐射器等，出处为航天器热控制，作者为闵桂荣，郭舜。通常空间辐射换热器布置于航天器舱外，但是舱外空间热环境较为复杂，辐射器的散热能力会随着航天器飞行及姿态调整而产生较大变化。只有当辐射器散热面无外热流、直面冷空时，辐射器的散热能力才能达到最大。

随着近年来航天器上搭载的产品功率的持续增长，辐射器散热能力的大小对航天器控温系统的性能具有重要影响，出处为载人航天器辐射器面板布局对散热能力的影响分析，航天器工程第25卷第3期，作者为靳健；这就对空间辐射器的设计提出了更高的要求。中国专利CN101469914B名称为一种空间用辐射冷板，中国专利CN208832834U名称为一种空间用辐射冷板等专利均对辐射器进行了优化设计，但均未从改善辐射器散热条件角度对辐射器进行改进设计。因此，本专利从提高辐射器散热效率的角度提出了一种可旋转的空间辐射换热器。其基本原理是：将空间辐射器与可旋转环路热管、转动机构、太阳敏感器以及控制器相结合；通过太阳敏感器测量太阳与辐射器的相对位置关系，并应用伺服控制器及转动机构实现辐射器散热面对太阳的跟踪，确保工作时辐射器散热面与太阳光平行，达到辐射器散热能力最大化的目的。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统的空间辐射换热器在星载产品大功率高热耗时散热能力不足的问题，提出了一种旋转空间辐射换热器。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种旋转空间辐射换热器，包括集热板、可转动环路热管、辐射器支撑臂、转动机构、辐射器、流体回路、太阳敏感器，用于装载航天器元器件的集热板上表面设置有可转动环路热管，所述可转动环路热管底面涂覆有导热填料并固定于集热板上，转动机构的静子固定安装于集热板上，并设置于可转动环路热管内，转动机构的转子设置于静子外侧可转动环路热管与集热板连接处，并与可转动环路热管相连，支撑并稳定辐射器的辐射器支撑臂设置于转动机构的转子上，辐射器一端与辐射器支撑臂固定连接，流体回路设置于辐射板内，转动机构转子带动可转动环路热管、辐射器支撑臂、辐射器同步旋转，太阳敏感器安装于辐射器上。

所述可转动环路热管包括蒸发器腔体、蒸发器腔盖、储液器、连杆、蒸发段、冷凝段、O型旋转密封圈，蒸发器腔体固定安装于集热板上，所述转动机构静子设置于蒸发器腔体内侧，且紧贴集热板安装，转子设置于蒸发器腔体上，通过连杆与蒸发器腔盖相连，所述蒸发器腔体与蒸发器腔盖间设置有储液器及O型旋转密封圈，储液器与蒸发器腔体连通，所述辐射器支撑臂穿过蒸发器腔盖与转子相连，所述蒸发段、冷凝段分别设置于辐射器支撑臂两侧，连通辐射器与储液器。

所述冷凝段中设置有毛细芯，辅助液体工质进行输送。

所述蒸发器腔体不进行转动，所述蒸发器腔盖随转子进行转动，并带动辐射器支撑臂与辐射器转动，液体工质通过集热板加热后于开始转动时经由蒸发段进入辐射器进行散热，为辐射板散热后经由冷凝段输送至储液腔及蒸发器腔体。

所述O型旋转密封圈用于对蒸发器腔体、蒸发器腔盖进行密封，防止蒸发器腔体内的液体工质流出。

所述液体工质可选用氨或丙酮或甲烷或氮。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明提供的一种旋转空间辐射换热器，针对传统空间辐射换热器在星载产品大功率高热耗情况下散热能力不足的问题，采用空间辐射器与转动机构及控制器相结合的设计方案，能够实现辐射器散热面对太阳的跟踪，大大提高辐射器的散热能力，同时采用新型的可旋转环路热管设计方案，该产品具有应用场景灵活、传热效率高、可靠性强、适应性广的特点，可以作为未来航天器大功率转动部件散热的热控产品，能够加强高热耗情况下辐射换热器的散热能力。

附图说明

图1为发明提供的旋转辐射器结构示意图；

图2为发明提供的可转动环路热管示意图；

图3为发明提供的可转动环路热管剖面图；

图4为发明提供的O型旋转密封圈的结构示意图；

具体实施方式

一种旋转空间辐射换热器，针对传统空间辐射换热器在星载产品大功率高热耗情况下散热能力不足的问题，如图1所示，通过设计包括集热板、可转动环路热管、辐射器支撑臂、转动机构、辐射器、流体回路、太阳敏感器的辐射换热器，克服了换热能力差的问题，以集热板为卫星等航天器大功率元器件的安装板，本发明提出的新型可转动环路热管安装于集热板上，作为液体工质循环的起点，通过设置转动机构的静子与转子，利用转子带动辐射器及辐射器支撑臂，按照控制器的驱动信号进行转动，再通过太阳敏感器进行辅助，保证转动机构开始转动的同时，实现液体工质的循环，加强了辐射板的散热能力。

其中，如图2、图3所示，可转动环路热管包括蒸发器腔体、蒸发器腔盖、储液器、连杆、蒸发段、冷凝段、O型旋转密封圈，转子与定子也与可转动环路热管在相同位置安装或连接，蒸发器腔体为不转动固定元器件，蒸发器腔盖靠转动机构转子及连杆驱动，带动辐射器共同转动，蒸发器腔体、蒸发器腔盖靠O型旋转密封圈紧密连接，保证在转动时蒸发器内内工质不会泄露，蒸发器腔体内的液体工质受热蒸发，通过蒸发段进入流体回路，储液器与蒸发器腔盖结构上相连接，同样在转动机构的驱动下转动，从冷凝段回流的液体工质通过冷凝段内部的毛细芯输送至储液器及蒸发器腔体内，完成工质在环路热管内的循环。

下面结合具体实施例进行进一步说明：

在本实施例中，旋转空间辐射换热器由集热板、可转动环路热管、辐射器支撑臂、转动机构、辐射器、流体回路、太阳敏感器组成，用于装载航天器元器件的集热板上表面设置有可转动环路热管，所述可转动环路热管底面涂覆有导热填料并固定于集热板上，转动机构的静子固定安装于集热板上，并设置于可转动环路热管内，转动机构的转子设置于静子外侧可转动环路热管与集热板连接处，并与可转动环路热管相连，支撑并稳定辐射器的辐射器支撑臂设置于转动机构的转子上，辐射器一端与辐射器支撑臂固定连接，流体回路设置于辐射板内，转动机构转子带动可转动环路热管、辐射器支撑臂、辐射器同步旋转，太阳敏感器安装于辐射器上；

其中，可转动环路热管包括蒸发器腔体、蒸发器腔盖、储液器、连杆、蒸发段、冷凝段、O型旋转密封圈，冷凝段中设置有毛细芯，辅助液体工质进行输送，蒸发器腔体、蒸发器腔盖、储液器、连杆、蒸发段、冷凝段、O型旋转密封圈，蒸发器腔体固定安装于集热板上，所述转动机构静子设置于蒸发器腔体内侧，且紧贴集热板安装，转子设置于蒸发器腔体上，通过连杆与蒸发器腔盖相连，所述蒸发器腔体与蒸发器腔盖间设置有储液器及O型旋转密封圈，储液器与蒸发器腔体连通，所述辐射器支撑臂穿过蒸发器腔盖与转子相连，所述蒸发段、冷凝段分别设置于辐射器支撑臂两侧，连通辐射器与储液器；

如图4所示，O型密封圈对储液腔及蒸发器腔体进行密封。

液体工质选用氨。

开始转动后，蒸发器腔体不进行转动，所述蒸发器腔盖随转子进行转动，并带动辐射器支撑臂与辐射器转动，液体工质通过集热板加热后于开始转动时经由蒸发段进入辐射器进行散热，为辐射板散热后经由冷凝段输送至储液腔及蒸发器腔体。

发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.一种旋转空间辐射换热器，其特征在于：包括集热板、可转动环路热管、辐射器支撑臂、转动机构、辐射器、流体回路、太阳敏感器，用于装载航天器元器件的集热板上表面设置有可转动环路热管，所述可转动环路热管底面涂覆有导热填料并固定于集热板上，转动机构的静子固定安装于集热板上，并设置于可转动环路热管内，转动机构的转子设置于静子外侧可转动环路热管与集热板连接处，并与可转动环路热管相连，支撑并稳定辐射器的辐射器支撑臂设置于转动机构的转子上，辐射器一端与辐射器支撑臂固定连接，流体回路设置于辐射板内，转动机构转子带动可转动环路热管、辐射器支撑臂、辐射器同步旋转，太阳敏感器安装于辐射器上；

所述可转动环路热管包括蒸发器腔体、蒸发器腔盖、储液器、连杆、蒸发段、冷凝段、O型旋转密封圈，蒸发器腔体固定安装于集热板上，所述转动机构静子设置于蒸发器腔体内侧，且紧贴集热板安装，转子设置于蒸发器腔体上，通过连杆与蒸发器腔盖相连，所述蒸发器腔体与蒸发器腔盖间设置有储液器及O型旋转密封圈，储液器与蒸发器腔体连通，所述辐射器支撑臂穿过蒸发器腔盖与转子相连，所述蒸发段、冷凝段分别设置于辐射器支撑臂两侧，连通辐射器与储液器；

所述冷凝段中设置有毛细芯，辅助液体工质进行输送；

所述蒸发器腔体不进行转动，所述蒸发器腔盖随转子进行转动，并带动辐射器支撑臂与辐射器转动，液体工质通过集热板加热后于开始转动时经由蒸发段进入辐射器进行散热，为辐射板散热后经由冷凝段输送至储液腔及蒸发器腔体；

所述O型旋转密封圈用于对蒸发器腔体、蒸发器腔盖进行密封，防止蒸发器腔体内的液体工质流出；

所述液体工质选用氨或丙酮或甲烷或氮。

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