CN114165731A - 一种用于热控系统的微型集成模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于热控系统的微型集成模块，包括：基板、微型泵芯体、温控阀芯体、滤芯、补偿元件、加排阀芯和控制电路板；其中，微型泵芯体的前端通过第一管路与滤芯相连接；微型泵芯体的后端通过第二管路与温控阀芯体相连接；温控阀芯体的前端通过第二管路与微型泵芯体连接，温控阀芯体的后端通过第三管路与至冷端接口连接，温控阀芯体通过第四管路连接冷端回接口，温控阀芯体通过第五管路连接至热端接口；滤芯的上部前端通过第五管路与加排阀芯连接，滤芯的上部后端通过第六管路与热端回接口连接；滤芯的下部通过两条并联管路与补偿元件连接。本发明克服了常规流体回路系统尺寸较大集成程度低难以在小型航天器应用的问题。
Description
技术领域
本发明属于热控流体回路系统技术领域，尤其涉及一种用于热控系统的微型集成模块。
背景技术
空间流体回路热控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。随着卫星系统的小型化、载荷集成化要求。
空间热控系统主要部件包括泵、换热器、管路、工质、补偿器和必要的阀门和传感器组成。目前热控系统设计方式还是各单机单独设计，然后通过管路和接头完成集成，此种系统设计方案占用空间较大已经无法满足新型微型卫星任务集成化、标准化和模块化的设计需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于热控系统的微型集成模块，克服了常规流体回路系统尺寸较大集成程度低难以在小型航天器应用的问题。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种用于热控系统的微型集成模块，包括：基板、微型泵芯体、温控阀芯体、滤芯、补偿元件、加排阀芯和控制电路板；其中，微型泵芯体、温控阀芯体、滤芯、补偿元件、加排阀芯和控制电路板均设置于基板内部；微型泵芯体的前端通过第一管路与滤芯相连接；微型泵芯体的后端通过第二管路与温控阀芯体相连接；温控阀芯体的前端通过第二管路与微型泵芯体连接，温控阀芯体的后端通过第三管路与至冷端接口连接，温控阀芯体通过第四管路连接冷端回接口，温控阀芯体通过第五管路连接至热端接口；滤芯的上部前端通过第五管路与加排阀芯连接，滤芯的上部后端通过第六管路与热端回接口连接；滤芯的下部通过两条并联管路与补偿元件连接。
上述用于热控系统的微型集成模块中，第一管路的中心与第二管路的中心的距离为：h＝0.006a+0.24；其中，a为微型泵芯体的轴向角度尺寸。
上述用于热控系统的微型集成模块中，所述基板为一个铝合金板，铝合金板的内部加工形成第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路和第六管路；或者
通过D打印形成包含有第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路和第六管路的基板。
上述用于热控系统的微型集成模块中，所述微型泵芯体包括微型泵电机、旋转叶轮和轴端螺母；其中，所述微型泵芯体通过法兰与基板通过螺钉连接，所述微型泵芯体和所述基板中间采用密封圈进行密封；所述旋转叶轮装入微型泵电机后通过轴端螺母进行压紧。
上述用于热控系统的微型集成模块中，所述温控阀芯体包括温控阀芯、温控阀电机和微动开关；其中，温控阀芯和温控阀电机组装后构成温控阀芯体，温控阀芯体装入基板内部。
上述用于热控系统的微型集成模块中，所述控制电路板包括上电路板和下电路板；其中，所述上电路板通过线缆与微型泵电机相连接，所述下电路板通过线缆与温控阀电机相连接；所述控制电路板通过螺钉安装在基板内部，所述控制电路板的外侧安装控制器盖板。
上述用于热控系统的微型集成模块中，所述滤芯包括过滤网和骨架；其中，所述过滤网设置于所述骨架的内部。
上述用于热控系统的微型集成模块中，所述补偿元件为气囊结构，气囊结构内部充入预设量的气体然后将其装入基板的内部。
上述用于热控系统的微型集成模块中，所述加排阀芯包括弹簧和加排阀芯体；其中，所述基板的内部加工形成加排阀壳体，弹簧和加排阀芯体设置于加排阀壳体内部，弹簧和加排阀芯体相压接。
上述用于热控系统的微型集成模块中，还包括：电连接器；其中，所述电连接器安装于基板壳体上，通过电缆线与控制器电路板连接实现外部供电和信号传输的功能。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明改变传统热控系统的所有单机产品单独研制，然后通过管路连接的方式。采用一体式基板代替所有单机壳体和管路连接。所有单机芯体卡版式组装，实现模块化、标准化设计；
(2)本发明采用机械泵和温控阀作为配合实现热控流体的驱动和线性调节，系统可实现性较强；
(3)本发明采用气囊式补偿单元，相比于传统的波纹管金属补偿器，具有简单可靠、重量轻等优点；
(4)本发明采用微型泵与温控阀芯体管路相对位置的尺寸之间采用公式控制，达到效果精确控制尺寸保证流动效果的作用。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的用于热控系统的微型集成模块的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的微型泵芯体示意图；
图3是本发明实施例提供的滤芯示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的用于热控系统的微型集成模块的结构示意图。如图1所示，该用于热控系统的微型集成模块包括基板1、微型泵芯体2、温控阀芯体3、滤芯4、补偿元件5、加排阀芯6和控制电路板7；其中，
微型泵芯体2、温控阀芯体3、滤芯4、补偿元件5、加排阀芯6和控制电路板7均设置于基板1内部。
微型泵芯体2的前端通过第一管路110与滤芯4相连接；微型泵芯体2的后端通过第二管路120与温控阀芯体3相连接；温控阀芯体3的前端通过第二管路120与微型泵芯体2连接，温控阀芯体3的后端通过第三管路130与至冷端接口14连接，温控阀芯体3通过第四管路140连接冷端回接口15，温控阀芯体3通过第五管路150连接至热端接口16；滤芯4的上部前端通过第五管路160与加排阀芯6连接，滤芯4的上部后端通过第六管路170与热端回接口17连接；滤芯4的下部通过两条并联管路180与补偿元件5连接。
为保证微型泵芯体与温控阀芯体内部流动性能，必须保证微型泵进口管路110与出口第二管路120与温控阀芯体之间位置满足公式：h＝0.006a+0.24。其中a为微型泵轴向角度尺寸。h为温控阀管路120中心距微型泵管路110中心的距离。
基板1采用一整块铝合金加工或者3D打印形成内部各部件的安装和工质循环的第一至第六管路。所有部件高度集成化设计，均安装在基板内部，基板代替各单机部件的壳体又可以通过内部流道连接各个部件同时起到对外接口的作用。所有部件集装在基板内部行程具备独立功能的标准化热控模块。这种模块完全代替传统各单机部件通过管路和接头连接。这种设计方式高度集成和简化，可以提高系统的可靠性和标准化程度。
如图2所示，微型泵芯体2包括电机20和旋转叶轮19和轴端螺母18三部分，微型泵芯体2通过法兰与基板1通过螺钉连接，微型泵芯体2和基板1中间采用密封圈进行密封。旋转叶轮19装入电机20后通过轴端螺母18进行压紧。微型泵芯体2装入基板1后通过基板第一流到110与前端过流芯4和第二管路120后端温控阀3连通。微型泵启动后形成流体循环。
叶轮装入电机轴内部通过轴肩定位，轴端螺母18通过螺纹安装在电机轴上并压紧叶轮19，起到防止叶轮松动的作用。微型泵芯体2组装完成后整体装入基板1螺钉固定，通过电机止口与基板壳体之间密封圈形成密封。微型泵通过电机带动叶轮高速旋转实现流体在模块内部流动循环。
温控阀芯体3由阀芯21、温控阀电机22和微动开关8组成，温控阀芯和电机组装后构成温控阀芯体，温控阀芯体3装入基板内部，通过法兰固定，密封圈实现密封。温控阀通过微动开关控制阀芯移动从而实现将上游微型泵来流量的分配功能，最终达到系统的控温目的。
温控阀芯体3安装在微型泵芯体2出口处，通过电机带动阀芯前后移动调整分配流量。温控阀芯体3电机后部安装8微动开关，微动开关用于感应轴位置。
控制电路板7包括上电路板和下电路板；其中，所述上电路板通过线缆与微型泵电机20相连接，所述下电路板通过线缆与温控阀电机22相连接；电路板通过螺钉安装在基板内部，电路板与电机之间通过线缆连接。电路板7外侧安装控制器盖板12。
如图3所示，滤芯4由过滤网23和骨架24组成，滤芯插入基板内部，通过两端密封圈与基板壳体实现密封。滤芯上游加通过加注和循环回流的工质进入滤芯与基板壳体空间。然后通过滤网过滤后进入骨架中心孔后进入下游微型泵进行循环。滤网起到过滤杂质保护微型泵的作用。滤芯另外一侧安装密封接头10，起到密封作用。
补偿元件5是一种气囊结构，内部充入一定量的气体然后将其装入基板，补偿元件与基板组成后，依靠气囊气体可压缩和变形能力起到补偿管路压力的作用。补偿元件外部通过补偿元件密封接头9密封。
加排阀芯6是弹簧25和加排阀芯体26组成。加注过程中通过加注器打开加排阀，加注完成后，通过弹簧压缩阀芯自行回位实现自密封。加注完成后，加排阀外部安装加注接头实现密封。
电连接器13安装在基板上，通过线束与控制器电路板连接，起到供电和信号传输的功能。
基板还有四处对外接口，分别是至冷端接口14、冷端回接口15、至热端接口16、热端回接口17。工作介质从温控阀芯体3一侧流出通过第三管路130连接至冷端接口14、介质从外部返回至冷端回接口15连接第四管路140在与温控阀另一接口流出的工作介质混合后通过第五管路150回到至热端接口16，这样就形成连接系统的热端和冷端形成循环散热。
微型集成模块工作原理是通过加排阀进行工质加注后，通过微型循环泵2旋转驱动模块内部工质流动。工质流动顺序是经过滤芯4过滤后，进入循环泵2内部，经过泵叶轮19旋转对工质做功，增压后，工作通过叶轮出口进入温控阀芯体3进行流量分配。一部分流体通过至系统冷端接口14进入冷端换热，然后通过冷端回接口15回来后与剩余一部分工质混合后通过至热端接口16去热端完成换热后通过热端回接口17回到滤芯2入口形成循环。过程中工质内部温度变化会引起内部压力变化，此部分压力变化通过补偿元件5的弹性变形进行压力补充和平衡。
本实施例将热控系统中所有关键单机设备一体式设计，统一封装集成在一块基板内部。所有单机采用板卡是插装式设计，单机芯体与基板组装集成后形成具备独立功能和标注化接口的集成模块。此种微型集成热控模块可解决小型化航天器热控系统无法实现设计的难题。
本发明改变传统热控系统的所有单机产品单独研制，然后通过管路连接的方式，采用一体式基板代替所有单机壳体和管路连接，所有单机芯体卡版式组装，实现模块化、标准化设计；本发明采用机械泵和温控阀作为配合实现热控流体的驱动和线性调节，系统可实现性较强；本发明采用气囊式补偿单元，相比于传统的波纹管金属补偿器，具有简单可靠、重量轻等优点；本发明采用微型泵与温控阀芯体管路相对位置的尺寸之间采用公式控制，达到效果精确控制尺寸保证流动效果的作用。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于热控系统的微型集成模块，其特征在于包括：基板(1)、微型泵芯体(2)、温控阀芯体(3)、滤芯(4)、补偿元件(5)、加排阀芯(6)和控制电路板(7)；其中，
微型泵芯体(2)、温控阀芯体(3)、滤芯(4)、补偿元件(5)、加排阀芯(6)和控制电路板(7)均设置于基板(1)内部；
微型泵芯体(2)的前端通过第一管路(110)与滤芯(4)相连接；微型泵芯体(2)的后端通过第二管路(120)与温控阀芯体(3)相连接；
温控阀芯体(3)的前端通过第二管路(120)与微型泵芯体(2)连接，温控阀芯体(3)的后端通过第三管路(130)与至冷端接口(14)连接，温控阀芯体(3)通过第四管路(140)连接冷端回接口(15)，温控阀芯体(3)通过第五管路(150)连接至热端接口(16)；
滤芯(4)的上部前端通过第五管路(160)与加排阀芯(6)连接，滤芯(4)的上部后端通过第六管路(170)与热端回接口(17)连接；滤芯(4)的下部通过两条并联管路(180)与补偿元件(5)连接。
2.根据权利要求1所述的用于热控系统的微型集成模块，其特征在于：第一管路(110)的中心与第二管路(120)的中心的距离为：
h＝0.006a+0.24；
其中，a为微型泵芯体(2)的轴向角度尺寸。
3.根据权利要求1所述的用于热控系统的微型集成模块，其特征在于：所述基板(1)为一个铝合金板，铝合金板的内部加工形成第一管路(110)、第二管路(120)、第三管路(130)、第四管路(140)、第五管路(150)和第六管路(170)；或者
通过3D打印形成包含有第一管路(110)、第二管路(120)、第三管路(130)、第四管路(140)、第五管路(150)和第六管路(170)的基板。
4.根据权利要求1所述的用于热控系统的微型集成模块，其特征在于：所述微型泵芯体(2)包括微型泵电机(20)、旋转叶轮(19)和轴端螺母(18)；其中，
所述微型泵芯体(2)通过法兰与基板(1)通过螺钉连接，所述微型泵芯体(2)和所述基板(1)中间采用密封圈进行密封；
所述旋转叶轮(19)装入微型泵电机(20)后通过轴端螺母(18)进行压紧。
5.根据权利要求1所述的用于热控系统的微型集成模块，其特征在于：所述温控阀芯体(3)包括温控阀芯(21)、温控阀电机(22)和微动开关(8)；其中，
温控阀芯(21)和温控阀电机(22)组装后构成温控阀芯体(3)，温控阀芯体(3)装入基板内部。
6.根据权利要求1所述的用于热控系统的微型集成模块，其特征在于：所述控制电路板(7)包括上电路板和下电路板；其中，
所述上电路板通过线缆与微型泵电机(20)相连接，所述下电路板通过线缆与温控阀电机(22)相连接；
所述控制电路板(7)通过螺钉安装在基板内部，所述控制电路板(7)的外侧安装控制器盖板(12)。
7.根据权利要求1所述的用于热控系统的微型集成模块，其特征在于：所述滤芯(4)包括过滤网(23)和骨架(24)；其中，所述过滤网(23)设置于所述骨架(24)的内部。
8.根据权利要求1所述的用于热控系统的微型集成模块，其特征在于：所述补偿元件(5)为气囊结构，气囊结构内部充入预设量的气体然后将其装入基板的内部。
9.根据权利要求1所述的用于热控系统的微型集成模块，其特征在于：所述加排阀芯(6)包括弹簧(25)和加排阀芯体(26)；其中，
所述基板(1)的内部加工形成加排阀壳体，弹簧(25)和加排阀芯体(26)设置于加排阀壳体内部，弹簧(25)和加排阀芯体(26)相压接。
10.根据权利要求1所述的用于热控系统的微型集成模块，其特征在于还包括：电连接器(13)；其中，所述电连接器(13)安装于基板(1)壳体上，通过电缆线与控制器电路板连接实现外部供电和信号传输的功能。
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