CN115352657B - 一种基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置，涉及机热设计领域，包括装在机箱内的阀块和流量调节阀，阀块总进流道的一端开设有总进口，总进流道间隔设有至少两个总进分配口，总进分配口与相应的流量调节阀进口连通，支进液流道的两端分别设有支进液进口和支进液出口，流量调节阀出口与相应支进液进口连通，总回液流道具有总出口并间隔设有至少两个支回液口，机箱固定设有与总进口、支进液出口、总出口和支回液口一一对应并与之连通的接头。有益效果是：阀块将复杂的管路结构集成到阀块内，具备对空间载荷提供至少两路冷却液体工质并汇总的能力。实现集成化、轻量化的一体设计，体积小、流阻小、泄漏点少，保证了密封舱的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及机热设计领域，具体涉及一种基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置。
背景技术
热控系统是空间产品设计的重要组成部分，其主要功能是通过合理的热设计，有效地组织热量收集和排散，将有效载荷的工作温度保持在允许的范围之内。
目前空间产品的热控主要分为主动热控、被动热控、主被动混合热控。本发明产品属于主动热控中的液体散热系统的一部分。当前的航天产品使用液体散热系统热控措施的较少，一方面受限于轨道环境要求，另一方面受限于发射资源(主要为重量资源)；轨道环境对液体工质的凝点、沸点等其他物性参数要求很高，工质与接触材料的相容性也会影响可靠性与寿命；受发射资源中的重量影响占比很高，一般航天器配备液体热控系统都预示着热控系统将要配备更多的配套产品，占用更多的资源。基于以上两点，当前航天器配备液体热控系统且长期在轨运行(可靠性与寿命要求高)的并不多，比如国际空间站、天宫二号、神舟飞船、未来中国空间站等。
国际空间站的液体流量分配装置，由于内部空间约束资源充足，重量资源充足，并没有做高度的集成化设计与预留接口设计，通过多方面的组合式遥测数据采集达到判断空间载荷的热控需求，再经过多级传递转换，最终完成液体流量控制，已达到载荷所需环境温度的控制。
神舟飞船是以载人为主要任务的航天器，其中液体回路热控系统分为外回路与内回路，两种回路以任务为导向，飞船内并没有像国际空间站那种功能密度特备高的科学载荷类空间产品，有热控需求的载荷比较分散，空间约束资源相对比较充足，通过多个分流阀分布在相应的有热控需求的设备附近即可完成热控措施，也没有做集成化设计，不具备多功能用途。
天宫二号空间实验室中科学载荷众多(空间探测、对地观测等14项空间应用载荷)，开始初步针对功能密度较为集中、热控需求变大的科学载荷展开液体流量分配装置的研制，但是还不系统，不集成，没有针对空间应用系统单独做二次流体回路设计，用的流体回路还属于环控生保分系统的温湿度控制子系统，采取的方式和神舟飞船类似，依然是通过管路与分流阀的连接完成了载荷热控措施。
到了中国空间站阶段，空间应用系统有上百种科学载荷有热控需求，需要针对高密度功能与热控需求研制专门的热控系统，由于应用系统的热控流体回路要与整舱的热控回路进行换热，一般称应用系统的热控回路为二次回路。
本发明涉及的流量分配装置属于二次流体回路的终端控制产品。
现有流量分配装置的缺点在于：采用管路配合阀门进行液体工质的导流，管路及阀门的接口多、泄漏点多，且布局分散不成体系；地面产品(船载、舰载、机载等)不适用于空间微重力环境，产品功能单一、利用率低下(支持工况较少)；已有的同类空间产品没有工效学与维修性(不可维修、人机交互界面差)，受限于材料相容性，所用液体工质单一，寿命短。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何使流量分配装置集成化以满足空间载荷热控需求。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置，包括机箱以及安装在机箱内的阀块和至少两个流量调节阀，
所述阀块内具有总进流道、总回液流道和至少两个支进液流道，所述总进流道的一端开设有总进口，所述总进流道的侧壁间隔设有至少两个总进分配口，所述总进分配口与相应的所述流量调节阀的进口连通，所述支进液流道的两端分别设有支进液进口和支进液出口，每个所述流量调节阀的出口与相应的所述支进液进口连通，所述总回液流道的一端具有总出口，所述总回液流道的侧壁间隔设有至少两个支回液口，
所述机箱固定设有与所述总进口、各所述支进液出口、所述总出口和各所述支回液口一一对应并与之连通的接头。
本发明的有益效果是：阀块为一体成型的块状结构，内设供液体工质流动的流道，从而将复杂的管路结构集成到阀块内，具备对空间载荷提供至少两路冷却液体工质并汇总的能力。阀块实现集成化、轻量化的一体设计，代替了原有的管路、接头和焊缝等复杂的管道结构，阀块体积小、流阻小、泄漏点少，漏率可以达到10-8量级，保证了密封舱的安全性。
液体工质经至少两个总进分配口流至至少两个的所述流量调节阀，流量调节阀对各路的液体工质流量进行调节并从支进液流道分配给相应的空间载荷，合理控制热控系统液体回路工质流量，对系统各支路流量按照热控需求进行调节，在航天器内通过液体循环带走电子设备和各科学模块的产热、并为各科学模块提供较快响应的温控能力，为实验及任务的顺利稳定进行提供环境与安全性保障。
多功能流量分配装置对整机进行了集成式一体化设计，结构轻巧、集中、空间利用率高，支持至少两路液体工质流量分配，各路流量可通过流量调节阀单独调节，由此可支持不同温度、压力、流阻、热耗下的多种工况空间载荷。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，还包括储液器，所述储液器与所述阀块固定连接，所述总进流道具有储液器接口，所述储液器与所述储液器接口连通。
采用上述进一步方案的有益效果是：为了应对密闭流体会在发射阶段、交会对接阶段、维修操作时插拔快速断接器等阶段因外部环境变化引起的内部液体压力变化、波动，不同空间载荷的不同热耗引起的内部流体热膨胀变化导致的内部压力不稳定，在总进流道设置了储液器进行压力调节与压力补偿，同时起到了热膨胀节(缓解热膨胀压力与应力)的作用。
进一步，还包括与所述阀块固定连接的总进液检测组件和总回液检测组件，所述总进液检测组件用于检测所述总进流道的温度和压力，所述总回液检测组件用于检测所述总回液流道的温度和压力。
采用上述进一步方案的有益效果是：根据总进流道和总回液流道检测到的压力值可得知液体工质在流动过程中压降。同时总进液检测组件和总回液检测组件还可检测总进流道和总回液流道的液体工质温度。
进一步，所述总进液检测组件包括第一温度传感器和第一压力传感器，所述总进流道具有第一温测接口和第一压测接口，所述第一温度传感器与所述第一温测接口连通，所述第一压力传感器与所述第一压测接口连通，所述第一压测接口或所述第一温测接口与所述总进口相对的设置于所述阀块的两侧；
所述总回液检测组件包括第二温度传感器和第二压力传感器，所述总回液流道具有第二温测接口和第二压测接口，所述第二温度传感器与所述第二温测接口连通，所述第二压力传感器与所述第二压测接口连通，所述第二温测接口或所述第二压测接口与所述总出口相对的设置于所述阀块的两侧。
采用上述进一步方案的有益效果是：第一温度传感器和第一压力传感器分别用于检测所述总进流道的温度和压力。第一压测接口或所述第一温测接口与总进口相对设置，一方面可准确检测流进总进口的液体工质压力或温度，另一方面，只需要在阀块上开设一个贯穿相对两侧的通孔即可完成加工，简化了加工工艺，提高加工效率。
第二温度传感器和第二压力传感器分别用于检测所述总回液流道的温度和压力。所述第二温测接口或第二压测接口与总出口相对设置，一方面可准确检测要流出总出口的液体工质温度或压力，另一方面，只需要在阀块上开设一个贯穿相对两侧的通孔即可完成加工，简化了加工工艺，提高加工效率。
进一步，还包括至少两个支回液温度传感器，所述总回液流道具有至少两个支回液温测接口，所述支回液温测接口与所述支回液口一一对应的相对设置于所述阀块的两侧，所述支回液温度传感器与所述支回液温测接口一一对应连接并连通。
采用上述进一步方案的有益效果是：支回液温度传感器用于检测相应的支回液口流回阀块的液体工质温度，流量调节阀可根据相应支路的液体工质温度调整液体工质的流量。支回液温测接口与支回液口相对设置，所以只需要在阀块上开设一个贯穿相对两侧的通孔即可完成加工，简化了加工工艺。
进一步，所述阀块与所述机箱的前面板抵靠并固定连接，所述接头均与所述前面板固定连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：前面板的接头具有自密封功能，可方便外部的管路与阀块快速连接或断开，便于维修更换操作。
进一步，所述总进流道包括总进主流道段和总进进液段，所述总进主流道段水平横向设置，所述总进进液段竖直设置，其上端与所述总进主流道段的一端连接，所述总进口设于所述总进进液段的下端或中部，至少两个所述总进分配口沿所述总进主流道段均匀间隔设置。
采用上述进一步方案的有益效果是：从阀块外部看，至少两个总进分配口排布整齐、美观，便于进行外部的管路连接和布置。
进一步，所述总回液流道包括总回主流道段和总回支段，所述总回主流道段水平横向设置于所述总进主流道段的下方，且与所述总进主流道段前后错开，所述总回支段设有至少两个且沿所述总回主流道段均匀间隔设置，每个所述总回支段的一端与所述总进主流道段连接，另一端设有一个所述支回液口，所述总出口设于所述总回主流道段上，至少两个所述支回液口与至少两个所述总进分配口横向交错设置。
采用上述进一步方案的有益效果是：总回主流道段与总进主流道段以及支回液口与总进分配口布置紧凑，使得阀块的尺寸可以尽量减小，节省空间。
进一步，所述阀块的下部向后延伸形成后部平台，至少两个所述支进液流道均布置于所述后部平台内，至少两个所述支进液流道水平间隔设置且沿前后方向贯穿所述后部平台。
采用上述进一步方案的有益效果是：后部平台使得阀块的下部结构稳定，具有较优的结构强度。
进一步，还包括流量传感器组件，所述流量传感器组件与所述后部平台的顶面固定连接，每个所述支进液流道均具有与所述流量传感器组件连通的流量传感进口和流量传感出口。
采用上述进一步方案的有益效果是：流量传感器组件将多个流量传感器集成到一个矩形壳体内，用于检测各个支进液流道的流量。流量传感器组件安装在后部平台的顶面，结构紧凑，空间利用率高。
本发明的基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置可以应用在太空中、低轨道微重力环境下密闭流体回路中，在有限空间尺寸约束和重量约束条件下，实现在空间载荷多种热控需求(单套能力：空间载荷总热耗最大1500W，空间载荷支路调节流量最大170L/h)下，多路液体工质流量按需分配。并且阀块实现了流量分配装置各个功能模块的集成化、组合化、模块化，结构轻巧。兼具调、测、自适应、自闭环等功能，功能多样，可靠性高，满足航天员维修性要求与人机交互界面的工效学、安全性要求的装置。
本装置可以满足不同热耗、不同工作模式的科学模块的温控需求(在热控算法上以接入载荷的热控需求为目标，自调整、自闭环)，对周边环境变化的适应性也较强。针对航天员维修更换时的人机交互界面的安全性、工效学做了特殊设计，其前面板的结构整洁、便于操作。
附图说明
图1为本发明基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置的前侧视角下的三维图；
图2为本发明基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置的左侧视角下的三维图；
图3为本发明基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置的内部结构图；
图4为本发明分配组件的三维图；
图5为图4的分配组件后侧视角的三维图；
图6为图4的分配组件的俯视图；
图7为图6的分配组件的A-A向剖视图；
图8为本发明阀块后侧视角的三维图；
图9为本发明阀块的主视图；
图10为图9阀块的左视图；
图11为图10阀块的B-B向剖视图；
图12为图10阀块的C-C向剖视图；
图13为图9阀块的D-D向剖视图；
图14为图11阀块的E-E向剖视图；
图15为图11阀块的F-F向剖视图；
图16为其中一个具体实施例的基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置的尺寸设计图；
图17为图16基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置的左视图；
图18为本发明基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置的使用原理图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、机箱；101、前面板；
2、阀块；201、总进流道；2011、总进主流道段；2012、总进进液段；2013、总进储液段；202、总回液流道；2021、总回主流道段；2022、总回支段；203、支进液流道；2031、流量传感进口；2032、流量传感出口；204、总进口；205、总进分配口；206、支进液进口；207、支进液出口；208、总出口；209、支回液口；210、储液器接口；211、第一温测接口；212、第一压测接口；213、第二温测接口；214、第二压测接口；215、支回液温测接口；
3、流量调节阀；4、接头；5、储液器；6、第一温度传感器；7、第一压力传感器；8、第二温度传感器；9、第二压力传感器；10、流量传感器组件；11、支回液温度传感器；12、控制器；13、控制器盖板；14、把手。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
需要说明的是，本发明图4-图7所示的分配组件包括阀块2、流量调节阀3、接头4、储液器5、第一温度传感器6、第一压力传感器7、第二温度传感器8、第二压力传感器9、流量传感器组件10和支回液温度传感器11，即多功能流量分配装置去除机箱1、控制器12和把手14后的结构图。
如图1-图18所示，本实施例提供一种基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置，包括机箱1以及安装在机箱1内的阀块2和至少两个流量调节阀3，
所述阀块2内具有总进流道201、总回液流道202和至少两个支进液流道203，所述总进流道201的一端开设有总进口204，所述总进流道201的侧壁间隔设有至少两个总进分配口205，所述总进分配口205与相应的所述流量调节阀3的进口连通，所述支进液流道203的两端分别设有支进液进口206和支进液出口207，每个所述流量调节阀3的出口与相应的所述支进液进口206连通，所述总回液流道202的一端具有总出口208，所述总回液流道202的侧壁间隔设有至少两个支回液口209，
所述机箱1固定设有与所述总进口204、各所述支进液出口207、所述总出口208和各所述支回液口209一一对应并与之连通的接头4。
阀块2为一体成型的块状结构，内设供液体工质流动的流道，从而将复杂的管路结构集成到阀块2内，具备对空间载荷提供至少两路冷却液体工质并汇总的能力。阀块2实现集成化、轻量化的一体设计，代替了原有的管路、接头和焊缝等复杂的管道结构，阀块2体积小、流阻小、泄漏点少，漏率可以达到10-8量级，保证了密封舱的安全性。
液体工质经至少两个总进分配口205流至至少两个的所述流量调节阀3，流量调节阀3对各路的液体工质流量进行调节并从支进液流道203分配给相应的空间载荷，合理控制热控系统液体回路工质流量，对系统各支路流量按照热控需求进行调节，在航天器内通过液体循环带走电子设备和各科学模块的产热、并为各科学模块提供较快响应的温控能力，为实验及任务的顺利稳定进行提供环境与安全性保障。
多功能流量分配装置对整机进行了集成式一体化设计，结构轻巧、集中、空间利用率高，支持至少两路液体工质流量分配，各路流量可通过流量调节阀3单独调节，由此可支持不同温度、压力、流阻、热耗下的多种工况空间载荷。
优选的，所述接头4选用快速断接器，快速断接器也称为快换接头，快换接头为管路连接的常见部件。
至少两个的流量调节阀3可以沿水平方向或竖直方向依次设置，或以其他形式排布，对于流量调节阀3的排布方式，优选的，如图3、5和6所示，流量调节阀3均位于阀块2的后侧，至少两个的流量调节阀3均固定于机箱1底面且前后交错设置，机箱1内排布结构紧凑。
阀块2内部的流道结构可以通过钻孔的方式形成，也可以在阀块2一体成型时预留出流道所需的孔洞。优选的，在阀块2一体成型时先预留流道的孔洞，再通过机加工对流道的内壁进行精加工。
本实施例中液体工质流向为：低温的液体工质从总进口204的接头4流入阀块2，经总进流道201分别从至少两个总进分配口205流向相应的流量调节阀3，从而分成至少两个支路，经过流量调节后流出，从支进液进口206进入阀块2，经过支进液流道203后，从支进液出口207流出，通过机箱1上安装的接头4流出多功能流量分配装置，完成流量分配任务。
之后的液体工质会通过外部连接的管路流到有散热需求的空间载荷的冷板入口中，在冷板中对空间载荷电子学模块的产热进行换热，换完热后的热工质从冷板出口流出，流入到外部连接的回液管路中。再经过多功能流量分配装置的接头4，从各个支回液口209回到阀块2中，回来后至少两条支路的流体进入阀块2后，汇合至一路总回液流道202，之后经过总出口208及对应的接头4流出多功能流量分配装置，通过外接管路及流体回路驱动组件(例如泵)连接至总进口204形成封闭回路，总进口204和总出口208之间的管路与外部的平台液液换热器进行工质换热(即与航天器整舱的热控回路进行换热)。
在上述技术方案的基础上，机箱1内的后部固定安装有控制器12，控制器12与各个流量调节阀3通讯连接，以控制各个支路的流量。优选的机箱1侧壁对应控制器12处开设有维修口，维修口处可拆卸连接有控制器盖板13，便于控制器12内部电子学板卡维修、更换，满足工效学。控制器盖板13优选采用快拆松不脱螺钉与维修口处的机箱1连接。
在上述技术方案的基础上，还包括储液器5，所述储液器5与所述阀块2固定连接，所述总进流道201具有储液器接口210，所述储液器5与所述储液器接口210连通。
为了应对密闭流体会在发射阶段、交会对接阶段、维修操作时插拔快速断接器等阶段因外部环境变化引起的内部液体压力变化、波动，不同空间载荷的不同热耗引起的内部流体热膨胀变化导致的内部压力不稳定，在总进流道201设置了储液器5，依靠储液器5自身特性进行压力调节与压力补偿，总进流道201压力降低时，储液器5内液体因压力而进入到总进流道201，总进流道201压力升高时，总进流道201内液体被压入储液器5，储液器5同时起到了热膨胀节(缓解热膨胀压力与应力)的作用。
储液器5可以为任意型号的储液器，在其中一个具体的实施例中，储液器5采用隔膜式储液器。
具体的，储液器接口210开设在阀块2的后侧。
在上述技术方案的基础上，还包括与所述阀块2固定连接的总进液检测组件和总回液检测组件，所述总进液检测组件用于检测所述总进流道201的温度和压力，所述总回液检测组件用于检测所述总回液流道202的温度和压力。
根据总进流道201和总回液流道202检测到的压力值可得知液体工质在流动过程中压降。同时总进液检测组件和总回液检测组件还可检测总进流道201和总回液流道202的液体工质温度。
在上述技术方案的基础上，所述总进液检测组件包括第一温度传感器6和第一压力传感器7，所述总进流道201具有第一温测接口211和第一压测接口212，所述第一温度传感器6与所述第一温测接口211连通，所述第一压力传感器7与所述第一压测接口212连通，所述第一压测接口212或所述第一温测接口211与所述总进口204相对的设置于所述阀块2的两侧；
所述总回液检测组件包括第二温度传感器8和第二压力传感器9，所述总回液流道202具有第二温测接口213和第二压测接口214，所述第二温度传感器8与所述第二温测接口213连通，所述第二压力传感器9与所述第二压测接口214连通，所述第二温测接口213或所述第二压测接口214与所述总出口208相对的设置于所述阀块2的两侧。
在其中一个具体的实施例中，所述第一压测接口212与所述总进口204相对的设置于所述阀块2的两侧，所述第二压测接口214与所述总出口208相对的设置于所述阀块2的两侧。
第一温度传感器6和第一压力传感器7分别用于检测所述总进流道201的温度和压力。第一压测接口212与总进口204相对设置，一方面可准确检测流进总进口204的液体工质压力，另一方面，只需要在阀块2上开设一个贯穿相对两侧的通孔即可完成加工，简化了加工工艺，提高加工效率。
第二温度传感器8和第二压力传感器9分别用于检测所述总回液流道202的温度和压力。第二压测接口214与总出口208相对设置，一方面可准确检测要流出总出口208的液体工质压力，另一方面，只需要在阀块2上开设一个贯穿相对两侧的通孔即可完成加工，简化了加工工艺，提高加工效率。
具体的，第一温度传感器6、第一压力传感器7、第二温度传感器8和第二压力传感器9均安装于阀块2的后侧，且均与控制器12通讯连接，并将检测得到的压力或温度信号传输给控制器12。
在上述技术方案的基础上，还包括至少两个支回液温度传感器11，所述总回液流道202具有至少两个支回液温测接口215，所述支回液温测接口215与所述支回液口209一一对应的相对设置于所述阀块2的两侧，所述支回液温度传感器11与所述支回液温测接口215一一对应连接并连通。
支回液温度传感器11用于检测相应的支回液口209流回阀块2的液体工质温度，流量调节阀3可根据相应支路的液体工质温度调整液体工质的流量。支回液温测接口215与支回液口209相对设置，所以只需要在阀块2上开设一个贯穿相对两侧的通孔即可完成加工，简化了加工工艺。
具体的，各个支回液温度传感器11均安装于阀块2的后侧，且均与控制器12通讯连接，并将检测得到的各个支路的温度信号传输给控制器12。
在上述技术方案的基础上，所述阀块2与所述机箱1的前面板101抵靠并固定连接，所述接头4均与所述前面板101固定连接。
前面板101的接头4具有自密封功能，可方便外部的管路与阀块2快速连接或断开，便于维修更换操作。
进一步，前面板101前侧的两端分别固定有把手14。
在其中一个具体的实施例中，如图16和图17所示，为基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置的尺寸设计图，前面板101只留供液体工质出入的接头4以及用于连接电源和传输数据的电连接器接口。接头4的布局满足界面安全性，布局设计满足维修工效学要求，电连接器接口用于与机箱1内的控制器12连接，进行供电与通信数据采集，供电电压为28V，最大供电电压36V，满足界面安全性，插拔操作也满足维修工效学要求。图1和图16中，各个接头4用Y1至Y10进行标记，以便于区分，Y1对应与总进口204连接，Y2对应与总出口208连接，Y3、Y5、Y7和Y9均为支回液口209，Y4、Y6、Y8和Y10均为支进液出口207。图1和图16中，电连接器接口用X1、X2、X3和X4进行标记。
在上述技术方案的基础上，如图11所示，所述总进流道201包括总进主流道段2011和总进进液段2012，所述总进主流道段2011水平横向设置，所述总进进液段2012竖直设置，其上端与所述总进主流道段2011的一端连接，所述总进口204设于所述总进进液段2012的下端或中部，至少两个所述总进分配口205沿所述总进主流道段2011均匀间隔设置。
从阀块2外部看，至少两个总进分配口205排布整齐、美观，便于进行外部的管路连接和布置。
具体的，总进流道201还包括总进储液段2013，总进储液段2013竖直设置，其上端与总进主流道段2011的一端端部连接，储液器接口210设于总进储液段2013。
具体的，所述第一压测接口212和所述第一温测接口211均设置于总进进液段2012，液体工质先经过第一温度传感器6和第一压力传感器7检测温度和压力，随后通过总进分配口205分流。
在上述技术方案的基础上，如图12所示，所述总回液流道202包括总回主流道段2021和总回支段2022，所述总回主流道段2021水平横向设置于所述总进主流道段2011的下方，且与所述总进主流道段2011前后错开，所述总回支段2022设有至少两个且沿所述总回主流道段2021均匀间隔设置，每个所述总回支段2022的一端与所述总进主流道段2011连接，另一端设有一个所述支回液口209，所述总出口208设于所述总回主流道段2021上，至少两个所述支回液口209与至少两个所述总进分配口205横向交错设置。
总回主流道段2021与总进主流道段2011以及支回液口209与总进分配口205布置紧凑，使得阀块2的尺寸可以尽量减小，节省空间。
具体的，总进主流道段2011和总回主流道段2021均为水平的沿左右方向延伸。
具体的，第二温测接口213和第二压测接口214设置于总回主流道段2021靠近总出口208的位置，液体工质经支回液口209进入总回主流道段2021并汇合后，经过第二温度传感器8和第二压力传感器9检测温度和压力，再从总出口208排出。
在上述技术方案的基础上，如图5、7、8、10和13所示，所述阀块2的下部向后延伸形成后部平台，至少两个所述支进液流道203均布置于所述后部平台内，至少两个所述支进液流道203水平间隔设置且沿前后方向贯穿所述后部平台。
后部平台使得阀块2的下部结构稳定，具有较优的结构强度。阀块2形成纵截面近似字母L形的块状。
在上述技术方案的基础上，还包括流量传感器组件10，所述流量传感器组件10与所述后部平台的顶面固定连接，每个所述支进液流道203均具有与所述流量传感器组件10连通的流量传感进口2031和流量传感出口2032。
流量传感器组件10将多个流量传感器(也称为流量计)集成到一个矩形壳体内，用于检测各个支进液流道203的流量。流量传感器组件10安装在后部平台的顶面，结构紧凑，空间利用率高。
具体的，多个流量传感器均与控制器12通讯连接，并将测得的流量数据传输至控制器12。流量传感器组件10包括至少两个流量传感器，至少两个流量传感器与至少两个支进液流道203一一对应设置，并与相应支进液流道203的流量传感进口2031和流量传感出口2032连通。
基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置工作原理为：
二次流体回路的液体工质进入科学实验装载空间后首先流入多功能流量分配装置，在多功能流量分配装置内分为至少两路，每路均配有流量传感器(至少两路流量传感器集成为一个流量传感器组件10)监测支路液体流量，并通过流量调节阀3调节各支路流量。
以设有四条支路(即如图1-图18所示，总进分配口205、流量调节阀3、支进液出口207和支回液口209均设有四个，支回液温度传感器11也相应的设有四个)的多功能流量分配装置为例，一条支路流出多功能流量分配装置后，流入装载空间控制器冷板冷却其控制器内部电子器件，并对后续串联的科学载荷进行散热，其余三条支路流出多功能流量分配装置后，流经具有热控需求的高功耗空间科学载荷。最后四条支路吸热后，液体工质在多功能流量分配装置内部汇总后，流出多功能流量分配装置，通过二次液体回路的液液换热器对液体工质进行冷却。
多功能流量分配装置内部总路上设有第一压力传感器7和第二压力传感器9这两个压力传感器，用来测量液体工质在流动过程中压降。在多功能流量分配装置的前部共有十个接头4，其中总流路上两个接头4、四条支路上有八个接头4(每条支路有2个接头4)；机箱1内有六支液体温度传感器，其中两支为第一温度传感器6和第二温度传感器8，分别测试总进流道201和总回液流道202的液体工质温度，有四支测试支回液口209回液温度的支回液温度传感器11。通过流量传感器组件10检测每条支路上的液体工质流量。四个流量调节阀3根据空间载荷的热控需求对每条支路的液体工质进行流量调节。多功能流量分配装置内部设计了一个储液器5，用于维持管路系统压力平衡和补充回路液体工质。控制器12可以通过与外部有热控需求的空间载荷通信，根据外部空间载荷的热控需求对流量调节阀3进行控制，通过各传感器的检测数据进行反馈闭环控制，达到精确温控的目的，前面板101的电连接器接口用于供电和通信。快速断接器(接头4)具有自密封功能，方便管路快速连接或断开，便于维修更换操作，在前面板101上的布局满足工效学要求。多功能流量分配装置所选用的液体工质为乙二醇水溶液，液体工质接触的材料均是相容性目录内的，满足材料相容性要求。
整个产品集成在机箱1中，占用空间非常小、集成度高、空间利用率极高，在图16和图17的其中一个具体实施例中，能够在有限的空间尺寸下布局近32个零部件。材料选型时选择了密度小，刚度大的材料(例如镁合金与铝合金)，满足了轻量化。阀块2既具备一定的结构力学支撑能力(环境力学适应性)和传热能力，又具备流道，在阀块2中完成了分流、合流、测温、测压、测流量、补偿与流量调节等功能，通过控制器进行数据传输、存储、驱动，落实了空间载荷热控需求的流量分配措施。本装置支持多路具有热控需求的空间载荷，支持多种工况；本装置集成在一个机箱1中，总重量不到12kg，与现有地面设备或空间设备相比较，重量都大大减小了(相比于现有空间设备的流量分配设备，重量减轻了20％)。机箱1为长方体，整个装置外形规则、轻量便携，空间利用率极高。
基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置的液体工质流向具体为：
低温的液体工质从总进口204的Y1接头流入阀块2，经过第一压力传感器7测量入口总压力，第一温度传感器6测量入口总温度，然后在阀块2流道内开始分流，分成两路，一路作为末梢安装储液器5，对整个回路进行液体和压力补偿；另外一路分成四个支路分别从四个总进分配口205流向相应的四个流量调节阀3，经过流量调节后流出，从支进液进口206进入阀块2，经过支进液流道203，流向流量传感器组件10(分别测量四个支路调节后的流量)，然后又回到支进液流道203内，从支进液出口207流出，通过机箱1上安装的接头4(Y4、Y6、Y8和Y10接头)流出多功能流量分配装置，完成流量分配任务。
之后的液体工质会通过外部连接的管路流到有散热需求的空间科学载荷的冷板入口中，在冷板中对空间载荷电子学模块的产热进行换热，换完热后的热工质从冷板出口流出，流入到外部连接的回液管路中。再经过多功能流量分配装置前面板101的接头4(Y3、Y5、Y7和Y9接头)，从各个支回液口209回到阀块2中，回来后四条支路的流体进入阀块2后，先后通过各自支路的支回液温度传感器11，然后四路汇合成一路总回液流道202，之后依次经过第二温度传感器8测量总回液温度，第二压力传感器9测量总回液压力，随后经过总出口208及对应的接头4(Y2接头)流出流量分配装置，通过外接管路及流体回路驱动组件(例如泵)连接至总进口204形成封闭回路，总进口204和总出口208之间的管路与外部的平台液液换热器进行工质换热(即与航天器整舱的热控回路进行换热)。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“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发明和简化描述，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发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本发明的描述中，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发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置，其特征在于，包括机箱(1)以及安装在所述机箱(1)内的阀块(2)和至少两个流量调节阀(3)，
所述阀块(2)内具有总进流道(201)、总回液流道(202)和至少两个支进液流道(203)，所述总进流道(201)的一端开设有总进口(204)，所述总进流道(201)的侧壁间隔设有至少两个总进分配口(205)，所述总进分配口(205)与相应的所述流量调节阀(3)的进口连通，所述支进液流道(203)的两端分别设有支进液进口(206)和支进液出口(207)，每个所述流量调节阀(3)的出口与相应的所述支进液进口(206)连通，所述总回液流道(202)的一端具有总出口(208)，所述总回液流道(202)的侧壁间隔设有至少两个支回液口(209)，
所述机箱(1)固定设有与所述总进口(204)、各所述支进液出口(207)、所述总出口(208)和各所述支回液口(209)一一对应并与之连通的接头(4)；所述总进流道(201)包括总进主流道段(2011)和总进进液段(2012)，所述总进主流道段(2011)水平横向设置，所述总进进液段(2012)竖直设置，其上端与所述总进主流道段(2011)的一端连接，所述总进口(204)设于所述总进进液段(2012)的下端或中部，至少两个所述总进分配口(205)沿所述总进主流道段(2011)均匀间隔设置；所述总回液流道(202)包括总回主流道段(2021)和总回支段(2022)，所述总回主流道段(2021)水平横向设置于所述总进主流道段(2011)的下方，且与所述总进主流道段(2011)前后错开，所述总回支段(2022)设有至少两个且沿所述总回主流道段(2021)均匀间隔设置，每个所述总回支段(2022)的一端与所述总进主流道段(2011)连接，另一端设有一个所述支回液口(209)，所述总出口(208)设于所述总回主流道段(2021)上，至少两个所述支回液口(209)与至少两个所述总进分配口(205)横向交错设置。
2.根据权利要求1所述的一种基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置，其特征在于，还包括储液器(5)，所述储液器(5)与所述阀块(2)固定连接，所述总进流道(201)具有储液器接口(210)，所述储液器(5)与所述储液器接口(210)连通。
3.根据权利要求1所述的一种基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置，其特征在于，还包括与所述阀块(2)固定连接的总进液检测组件和总回液检测组件，所述总进液检测组件用于检测所述总进流道(201)的温度和压力，所述总回液检测组件用于检测所述总回液流道(202)的温度和压力。
4.根据权利要求3所述的一种基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置，其特征在于，所述总进液检测组件包括第一温度传感器(6)和第一压力传感器(7)，所述总进流道(201)具有第一温测接口(211)和第一压测接口(212)，所述第一温度传感器(6)与所述第一温测接口(211)连通，所述第一压力传感器(7)与所述第一压测接口(212)连通，所述第一压测接口(212)或所述第一温测接口(211)与所述总进口(204)相对的设置于所述阀块(2)的两侧；
所述总回液检测组件包括第二温度传感器(8)和第二压力传感器(9)，所述总回液流道(202)具有第二温测接口(213)和第二压测接口(214)，所述第二温度传感器(8)与所述第二温测接口(213)连通，所述第二压力传感器(9)与所述第二压测接口(214)连通，所述第二温测接口(213)或所述第二压测接口(214)与所述总出口(208)相对的设置于所述阀块(2)的两侧。
5.根据权利要求1所述的一种基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置，其特征在于，还包括至少两个支回液温度传感器(11)，所述总回液流道(202)具有至少两个支回液温测接口(215)，所述支回液温测接口(215)与所述支回液口(209)一一对应的相对设置于所述阀块(2)的两侧，所述支回液温度传感器(11)与所述支回液温测接口(215)一一对应连接并连通。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置，其特征在于，所述阀块(2)与所述机箱(1)的前面板(101)抵靠并固定连接，所述接头(4)均与所述前面板(101)固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置，其特征在于，所述阀块(2)的下部向后延伸形成后部平台，至少两个所述支进液流道(203)均布置于所述后部平台内，至少两个所述支进液流道(203)水平间隔设置且沿前后方向贯穿所述后部平台。
8.根据权利要求7所述的一种基于空间载荷热控需求的多功能流量分配装置，其特征在于，还包括流量传感器组件(10)，所述流量传感器组件(10)与所述后部平台的顶面固定连接，每个所述支进液流道(203)均具有与所述流量传感器组件(10)连通的流量传感进口(2031)和流量传感出口(2032)。
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2022
- 2022-08-08 CN CN202210945036.1A patent/CN115352657B/zh active Active
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| Publication number | Publication date |
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