CN116280282B - 基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，涉及航天器热控制技术领域，包括：相变储能均温板和可展开式辐射器；相变储能均温板包括均温板和相变储能管，相变储能管设置于均温板的内部；可展开式辐射器包括辐射器板和流体回路管路；第一流体回路管路预埋在均温板内部，且第一流体回路管路与相变储能管连接，第二流体回路管路预埋在辐射器板内部，第三流体回路管路分别与第一流体回路管路的出口段、第二流体回路管路的入口段连接。本发明不仅可以满足瞬时大热耗设备温度稳定需求和显著提高温度均匀性，以及可以提升航天器整体散热能力，还有效缓解了现有均温板因面积受限难以满足不同热耗设备的散热需求的问题。
Description
技术领域
本发明涉及航天器热控制技术领域，尤其是涉及一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置。
背景技术
随着空间探测任务对电子设备功能和性能要求的不断提高，设备输出功率迅速增加，一方面因设备集成度高，热流密度大，设备极易超温；另一方面，受限于航天器结构、设备布局和运载包络，航天器尺寸有限，导致航天器本体散热面积有限。如何有效解决瞬时大热耗设备温度飙升及散热问题，对航天器热控系统在热量收集、传输和排散能力提出了更高的要求。
目前，对于大热耗、高热流密度设备的散热手段主要有两种：一是利用星体本体散热面，即设备首先安装在均温板(Vapor Chamber，VC)上将其热量进行扩散，VC板安装在舱板内表面，热量通过舱板外表面的散热面以辐射形式最终排散至冷黑空间，另外，通过在舱板内部预埋热管或舱板外部外贴热管的形式，进一步增大散热面面积和散热面的温度均匀性，以提高散热面的散热能力，但由于星体本体散热面面积有限，总的散热能力基本确定，当设备热量进一步提升时，将无法满足设备散热需求。二是利用基于环路热管的可展开式辐射器或流体回路的可展开式辐射器，即设备热量首先通过环路热管蒸发器或流体回路冷板中的工质进行收集，工质通过管路将热量传输至辐射器，管路与辐射器耦合换热，热量通过辐射器排散至冷空间，冷凝后的工质再次进入蒸发器或者冷板形成循环，利用可展开式辐射器能够有效提升航天器的总散热能力，适应性强，但如果设计不当，有可能导致设备温度波动大或辐射面积大的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，不仅可以满足瞬时大热耗设备温度稳定需求和显著提高温度均匀性，以及可以提升航天器整体散热能力，还有效缓解了现有均温板因面积受限难以满足不同热耗设备的散热需求的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，包括：相变储能均温板和可展开式辐射器；其中，
所述相变储能均温板包括均温板和相变储能管，所述相变储能管设置于所述均温板的内部；
所述可展开式辐射器包括辐射器板和流体回路管路；其中，
所述流体回路管路包括第一流体回路管路、第二流体回路管路和第三流体回路管路；所述第一流体回路管路预埋在所述均温板内部，且所述第一流体回路管路与所述相变储能管连接，所述第二流体回路管路预埋在所述辐射器板内部，所述第三流体回路管路的一端与所述第一流体回路管路的出口段连接，所述第三流体回路管路的另一端与所述第二流体回路管路的入口段连接。
在一种实施方式中，所述均温板为外壳、毛细结构、支撑柱和工质组成的封闭结构腔体。
在一种实施方式中，所述外壳包括上盖板和下盖板，所述毛细结构包括上层毛细结构和下层毛细结构，所述支撑柱包括上支撑柱和下支撑柱；其中，
所述上层毛细结构与所述上支撑柱之间通过真空扩散焊与所述上盖板连接，所述下层毛细结构与所述下支撑柱之间通过真空扩散焊与所述下盖板连接，所述上支撑柱和所述下支撑柱设置于所述上层毛细结构和所述下层毛细结构之间构成蒸汽腔。
在一种实施方式中，所述均温板设置有传热工质充注口，所述传热工质充注口用于将传热工质填充至所述上层毛细结构和所述下层毛细结构之间。
在一种实施方式中，所述上层毛细结构和所述下层毛细结构均设置有若干通孔。
在一种实施方式中，所述相变储能管的管体、所述上支撑柱和所述下支撑柱是三维点阵结构制造技术一体成型的。
在一种实施方式中，所述相变储能管的管体采用S形方管，所述相变储能管的管体与所述均温板内部的所述蒸汽腔隔离。
在一种实施方式中，所述可展开式辐射器还包括柔性关节，所述柔性关节设置于所述第三流体回路管路的一端与所述第一流体回路管路的出口段处，用于连接所述第三流体回路管路的一端与所述第一流体回路管路的出口段；
以及，所述柔性关节设置于所述第三流体回路管路的另一端与所述第二流体回路管路的入口段处，用于连接第三流体回路管路的另一端与所述第二流体回路管路的入口段。
在一种实施方式中，所述可展开式辐射器还包括相变热管，所述相变热管的一端与所述第二流体回路管路的翅片胶接，所述相变热管的另一端与所述辐射器板的内蒙皮胶接。
第二方面，本发明实施例还提供一种航天器，包括：第一方面提供的所述的基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置和航天器本体，所述基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置设置于所述航天器本体上。
本发明实施例提供的一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，包括：相变储能均温板和可展开式辐射器；其中，相变储能均温板包括均温板和相变储能管，相变储能管设置于均温板的内部；可展开式辐射器包括辐射器板和流体回路管路；其中，流体回路管路包括第一流体回路管路、第二流体回路管路和第三流体回路管路；第一流体回路管路预埋在均温板内部，且第一流体回路管路与相变储能管连接，第二流体回路管路预埋在辐射器板内部，第三流体回路管路的一端与第一流体回路管路的出口段连接，第三流体回路管路的另一端与第二流体回路管路的入口段连接。本发明实施例提供的相变储能均温板兼具储热控温和扩热传热功能，解决了普通均温板难以满足瞬时大热耗设备温度稳定需求和普通相变装置温度均匀性差的问题，通过不同相变材料配合使用，可使设备的温度保持在合适的范围内；另外，可展开式辐射器提升了航天器整体散热能力，根据实际散热需求，调整辐射器板的尺寸，适应能力更强；再者，相变储能均温板集成部分流体回路管路，提升了均温板的传热能力，减小了相变材料的温度梯度，提高了相变材料的利用率，同时还具有热收集和热传输的功能，通过流体回路管路将收集的热量传输至辐射器板，增加了散热面积，解决了普通均温板因面积受限难以满足不同热耗设备的散热需求。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术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发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种相变储能均温板示意图；
图5为本发明实施例提供的一种相变储能均温板爆炸示意图；
图6为本发明实施例提供的一种带支撑柱和流体回路管路的相变储能管示意图；
图7为本发明实施例提供的一种相变储能均温板截面剖视图；
图8为本发明实施例提供的一种相变工质的工作原理图；
图9为本发明实施例提供的一种辐射器板示意图；
图10为本发明实施例提供的一种辐射器板截面剖视图；
图11为本发明实施例提供的一种柔性关节与流体回路管路焊接示意图；
图12为本发明实施例提供的一种相变热管截面剖视图。
图标：1-均温板；11-上盖板；12-上层毛细结构；121-上层毛细结构的通孔；13-下层毛细结构；131-下层毛细结构的通孔；14-下盖板；15-蒸汽腔；16-传热工质充注口；2-相变储能管；21-相变储能管体；22-上支撑柱；23-下支撑柱；24-相变工质；25-相变工质充注口；31-辐射器板；311-内蒙皮；312-外蒙皮；313-铝蜂窝；314-胶接填料；32-流体回路管路；321-第一流体回路管路；3211-第一流体回路管路的入口段；3212-第一流体回路管路的中间段；3213-第一流体回路管路的出口段；322-第二流体回路管路；3221-第二流体回路管路的入口段；3222-第二流体回路管路的中间段；3223-第二流体回路管路的出口段；3224-第二流体回路管路的翅片；323-第三流体回路管路；33-柔性关节；34-流体回路工质；35-相变热管；350-热管壳体；351-热管腔体；352-相变材料腔体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
经对现有技术检索，相关技术提出了一种相变储能均温板，涉及航天热控产品制造，相变储能均温板包括均温板和相变储能管，相变储能管通过扩散焊焊接在均温板壳体内表面，通过该相变储能均温板解决了普通均温板难以满足瞬时大热耗设备的稳定控温需求，兼具扩热和控温能力。相关技术还提出了一种基于平板环路热管的均温板，与普通均温板相比，该装置可提供均温板的传热能力，同时可减小均温板的厚度。另外，相关技术还提出了一种基于单项流体回路的可展开式热辐射器，有效提升了星体的总散热能力，适应性强。
现有技术虽然对航天器瞬时大热耗设备的散热进行了设计，但并不是最优方案。相变储能均温板利用相变材料储能原理，可解决大功耗设备瞬时工作引起的温度波动问题，同时散热面面积可按设备的平均功率设计，减小了散热面面积，但均温板最大面积有限，当设备热耗进一步增加时，将无法满足设备散热需求。环路热管均温板虽可提升均温板的传热能力，但不具备控温能力。对于基于单相流体回路的可展开式辐射器，虽提升了航天器总的散热能力，但存在两点问题，一是若系统按照设备平均功率设计，可减小散热面面积，但设备会产生较大的温度波动，若按照峰值功率设计，设备温度波动减小，但会导致散热面面积增加，系统重量增加。
基于此，本发明实施提供了一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，不仅可以满足瞬时大热耗设备温度稳定需求和显著提高温度均匀性，以及可以提升航天器整体散热能力，还有效缓解了现有均温板因面积受限难以满足不同热耗设备的散热需求的问题。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置进行详细介绍，参见图1所示的一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置的结构示意图，包括：相变储能均温板和可展开式辐射器。
在一种实施方式中，相变储能均温板包括均温板1和相变储能管2，相变储能管2设置于均温板1的内部。其中，相变储能管的管体两侧设有支撑柱，支撑柱与相变储能管的管体通过三维点阵结构制造技术(3D打印)一体成型，均温板1为外壳、毛细结构、支撑柱和工质组成的封闭结构腔体。
在一种实施方式中，可展开式辐射器包括辐射器板31和流体回路管路32。具体的，流体回路管路32包括第一流体回路管路321、第二流体回路管路322和第三流体回路管路323。第一流体回路管路321预埋在均温板1内部，且第一流体回路管路321与相变储能管2连接，第二流体回路管路322预埋在辐射器板31内部，第三流体回路管路323的一端与第一流体回路管路321的出口段连接，第三流体回路管路323的另一端与第二流体回路管路322的入口段连接。在具体实现时，流体回路管路32内的流体回路工质34为液氨，利用预埋在相变储能均温板内的第一流体回路管路321进行热量收集，通过第三流体回路管路323传递至辐射器板31内的第二流体回路管路322，最终通过辐射器板31的热控涂层将热量排散至冷空间，另外预埋在均温板1内的第一流体回路管路321，可提升均温板1的传热能力。
本发明实施例提供的基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，其中相变储能均温板兼具储热控温和扩热传热功能，解决了普通均温板难以满足瞬时大热耗设备温度稳定需求和普通相变装置温度均匀性差的问题，通过不同相变材料配合使用，可使设备的温度保持在合适的范围内；另外，可展开式辐射器提升了航天器整体散热能力，根据实际散热需求，调整辐射器板的尺寸，适应能力更强；再者，相变储能均温板集成部分流体回路管路，提升了均温板的传热能力，减小了相变材料的温度梯度，提高了相变材料的利用率，同时还具有热收集和热传输的功能，通过流体回路管路将收集的热量传输至辐射器板，增加了散热面积，解决了普通均温板因面积受限难以满足不同热耗设备的散热需求。
在一种可选的实施方式中，参见图2所示的另一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置的结构示意图，第三流体回路管路323可以设置流量调节阀，流量调节阀可以调节通过第三流体回路管路323传递至辐射器板31内的第二流体回路管路322的流体流量，从而满足不同热耗设备的散热需求。
为便于对前述实施例进行理解，本发明实施例提供了一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置的具体结构，参见图3所示的另一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置的结构示意图，图3示意出均温板1设置有传热工质充注口16，用于将传热工质填充至均温板1的毛细结构内；图3还示意出均温板1壁面上留有相变工质(也可称之为，相变材料)24充注口25，相变工质24通过充注口进行充装，依靠固-液相变过程的吸热特性，将瞬时工作设备的热量进行高效储存，实现温度抑制。请继续参见图3，图3还示意出第三流体回路管路323的一端与第一流体回路管路321的出口段3213连接，第三流体回路管路323的另一端与第二流体回路管路322的入口段3221连接。
在一种实施方式中，相变储能均温板包括均温板1、相变储能管2、部分第一流体回路管路321。
为便于对上述均温板1进行理解，本发明实施例还提供了一种均温板1的具体结构，均温板为外壳、毛细结构、支撑柱和工质组成的封闭结构腔体。具体包括上盖板11、上层毛细结构12、下层毛细结构13、下盖板14、上支撑柱22和下支撑柱23、蒸汽腔15、传热工质和传热工质充注口16。
具体的，参见图4所示的一种相变储能均温板示意图，以及参见图5所示的一种相变储能均温板爆炸示意图，示意出外壳包括上盖板11和下盖板14，毛细结构包括上层毛细结构12和下层毛细结构13，支撑柱包括上支撑柱22和下支撑柱23。在一种实施方式中，上层毛细结构12与上支撑柱22之间通过真空扩散焊与上盖板11连接，下层毛细结构13与下支撑柱23之间通过真空扩散焊与下盖板14连接，上支撑柱22和下支撑柱23设置于上层毛细结构12和下层毛细结构13之间构成蒸汽腔15，不影响气液传热工质的循环。
在一例中，均温板1外壳材料为铝合金，包括上盖板11、下盖板14和周边框体，上盖板11和下盖板14均为6063系铝合金材料。
在一例中，上层毛细结构12和下层毛细结构13为金属丝网烧结毛细芯，材料为不锈钢，两层毛细结构通过扩散焊分别布置上盖板11和下盖板14。另外毛细结构上设有若干通孔，通孔与支撑柱相匹配。具体的，上层毛细结构12和下层毛细结构13均设置有若干通孔，上层毛细结构12设有若干通孔121，下层毛细结构13设有与通孔121相同大小的通孔131，通孔121和通孔131与上支撑柱22和下支撑柱23相匹配。
进一步的，均温板1设置有传热工质充注口16，传热工质充注口16用于将传热工质填充至上层毛细结构12和下层毛细结构13之间。在实际应用中，上层毛细结构12和下层毛细结构13内填充传热工质，工质为液氨，均温板1加工完成后通过预留的传热工质充注口16进行填充，工质填充完毕后对传热工质充注口16进行焊接密封。本发明实施例提供的均温板1内工质为高纯度液氨，通过传热工质充注口16填充在毛细结构内，局部受热时工质沸腾汽化，蒸汽通过蒸汽腔迅速扩展至整个腔体，在冷凝面放热后，经毛细结构的毛细抽吸作用回流到热源区域，完成工质的循环与热量扩散。
在一种实施方式中，参见图6所示的一种带支撑柱和流体回路管路的相变储能管示意图，相变储能管2包括相变储能管体21、上支撑柱22、下支撑柱23、相变工质24。
请继续参见图6，图6还示意出相变储能管体21采用S形方管。在具体实现时，相变储能管体21为铝合金，通过封闭形式与均温板1的蒸汽腔15隔离，另外相变储能管体21采用S形方管，能够增大与传热工质的接触面积，提高相变工质的传热能力，根据储能需求，调整相变储能管体21的尺寸。
参见图7所示的一种相变储能均温板截面剖视图，相变储能管的管体与均温板内部的蒸汽腔隔离。
进一步的，相变储能管体21、上支撑柱22和下支撑柱23是三维点阵结构制造技术一体成型的。请继续参见图7，因上支撑柱22和下支撑柱23分别与上盖板11和下盖板14连接，能够起到固定相变储能管的作用，同时增大相变储能管体21与均温板1的接触面积，减小相变工质的温度梯度，提高相变材料的利用率。本发明实施例提供的相变储能管体21两侧设有支撑柱，支撑柱与相变储能管体21通过三维点阵结构制造技术(3D打印)一体成型，支撑柱两端通过真空扩散焊分别与均温板1的上盖板11和下盖板14连接，中间支撑出蒸汽腔15，同时起到固定相变储能管体21的作用。
进一步的，相变储能管2在均温板1壁面上留有相变工质充注口25，均温板1加工完成后，相变工质24通过相变工质充注口25进行填充，相变工质24类型固-液相变材料，相变工质24为石蜡类相变材料，根据具体指标要求，可选择正十四烷、正十六烷、正十八烷、正二十烷的一种或多种组合，填充完毕后对相变工质充注口25进行焊接密封，其中，相变工质的工作原理图如图8所示。本发明实施例中，相变工质24通过相变工质充注口25进行充装，依靠固-液相变过程的吸热特性，将瞬时工作设备的热量进行高效储存，实现温度抑制。
为便于对上述单相流体回路可展开式辐射器(简称，可展开式辐射器)进行理解，本发明实施例还提供了一种单相流体回路可展开式辐射器的具体结构，诸如图9所示的一种辐射器板示意图，以及参见图10所示的一种辐射器板截面剖视图。在一种实施方式中，单相流体回路可展开式辐射器包括辐射器板31、流体回路管路32、柔性关节33、流体回路工质34和相变热管35。
在一例中，辐射器板31为铝蒙皮铝蜂窝板，包括内蒙皮311、外蒙皮312和铝蜂窝313，内蒙皮311和外蒙皮312厚度为0.3mm，铝蜂窝313的厚度根据具体需求进行设计；内蒙皮311和外蒙皮312外表面设置低太阳吸收比、高红外发射率的热控涂层，将收集的热量通过辐射排散至冷空间，热控涂层可选择KS-ZA白漆或铈玻璃镀银二次表面镜(OSR)，另外根据设备热耗、结构布局和外热流特点，调整热控涂层的面积。
在一例中，流体回路管路32一部分预埋在相变储能均温板1内，另一部分预埋在辐射器板31内，其余流体回路管路根据结构布局进行盘绕。其中预埋在相变储能均温板1内的流体回路管路材质为铝合金，通过扩散焊焊接在相变储能管2的一侧；预埋在辐射器板31的流体回路管路材质为铝合金，通过管路上的翅片与辐射器板31的外蒙皮312胶接，其余管路材质为不锈钢。在具体实现时，流体回路管路32包括预埋在相变储能均温板1内第一流体回路管路321、预埋在辐射器板31内部的第二流体回路管路322及第三流体回路管路323，第一流体回路管路321和第二流体回路管路322材质为铝合金，第三流体回路管路323材质为不锈钢，且第一流体回路管路321、第二流体回路管路322和第三流体回路管路323管路直径相等，并且根据具体需求进行扩大或减小。
进一步的，第一流体回路管路321采用S形布置规律与相变储能管体21通过扩散焊连接，第一流体回路管路321包括入口段3211、中间段3212和出口段3213；第二流体回路管路322采用S形布置规律预埋在辐射器板31内部，通过第二流体回路管路322上的翅片3224与外蒙皮312胶接，胶接填料314为结构胶J-47，第二流体回路管路322包括入口段3221、中间段3222和出口段3223；第三流体回路管路323根据结构布局进行设计。
进一步的，参见图11所示的一种柔性关节与流体回路管路焊接示意图，可展开式辐射器还包括柔性关节33，柔性关节33设置于第三流体回路管路323的一端与第一流体回路管路321的出口段3213处，用于连接第三流体回路管路323的一端与第一流体回路管路321的出口段3213；以及，柔性关节33设置于第三流体回路管路323的另一端与第二流体回路管路322的入口段3221处，用于连接第三流体回路管路323的另一端与第二流体回路管路322的入口段3221。其中，柔性关节33为不锈钢波纹管，与流体回路管路32之间采用铝不锈钢接头焊接。
在具体实现时，在辐射器板31相对航天器结构板折叠收拢处即第一流体回路管路321的入口段3211和出口段3213及第二流体回路管路322入口段3221和出口段3223设置柔性关节33，将第一流体回路管路321和第二流体回路管路322分别与第三流体回路管路323连接，柔性关节33为牌号1Cr18Ni9Ti不锈钢波纹管，与流体回路管路32间采用铝不锈钢接头焊接。本发明实施例通过设置若干根柔性关节，将预埋在相变储能均温板内的第一流体回路管路321及预埋在辐射器板31内的第二流体回路管路322与外部的第三流体回路管路323进行连接，一方面可实现相变储能均温板模块化设计，便于总装，另一方面，能够适应辐射器板31在轨展开过程的轨迹变化。
在一例中，流体回路工质34为液氨，利用预埋在相变储能均温板1内的第一流体回路管路321进行热量收集，通过第三流体回路管路323传递至辐射器板31内的第二流体回路管路322，最终通过辐射器板31的热控涂层将热量排散至冷空间，另外预埋在均温板1内的第一流体回路管路321，可提升均温板1的传热能力。
在一种实施方式中，可展开式辐射器还包括相变热管35，相变热管35的一端与第二流体回路管路322的翅片胶接，相变热管35的另一端与辐射器板31的内蒙皮311胶接。具体的，参见图12所示的一种相变热管截面剖视图，相变热管35管材为铝合金，包括热管壳体350、热管腔体351、相变材料腔体352、传热工质和相变工质，兼具热管均温功能和相变材料储能功能。传热工质为液氨，填充在热管腔体351内；相变工质选用正十四烷、正十六烷、正十八烷、正二十烷的一种或多种组合，填充在相变材料腔体352内。
进一步的，相变热管35预埋在辐射器板31内，一面与第二流体回路管路322的翅片3224胶接，另一面与辐射器板31的内蒙皮311胶接，胶接填料为结构胶J-47，一方面利用热管均温性能提高辐射器表面温度的均匀性，另一方面利用相变材料吸热特性，可减小辐射器板的温度波动，从而优化辐射器总体排散能力。
本发明实施例提供的基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，一方面利用相变技术解决瞬时大热耗设备温度波动和热量扩散问题，利用基于流体回路的可展式辐射器解决热量收集、传输和排散问题。另一方面，利用基于流体回路的可展式辐射器，可提升航天器总的散热能力，同时利用相变储能原理，散热面面积可按设备平均功率进行设计，减小了散热面面积，优化了系统重量，当设备热耗进一步增加时，可相应增加辐射器面积和相变储能管的管径，适应性更改强。
综上所述，本发明实施例提供的基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，也即一种基于固液相变储能原理、气液相变均温原理和单相流体回路可展开式辐射器进行热收集、传输及排散原理的一体化热控装置，关键点在于：(1)相变储能均温板集成了均温板、相变储能管和流体回路管路，三者一体化设计；(2)均温板支撑柱和相变储能管通过3D打印技术一体成型；(3)辐射器板内预埋流体回路管路和相变热管，两者一体化设计；(4)相变储能均温板和单相流体回路可展开式辐射器一体化设计。基于此，上述一体化热控装置至少具有以下特点：
(1)本发明提供的相变储能均温板兼具储热控温和扩热传热功能，解决了普通均温板难以满足瞬时大热耗设备温度稳定需求和普通相变装置温度均匀性差的问题，通过不同相变材料配合使用，可使设备的温度保持在合适的范围内；
(2)单相流体回路展开式辐射器提升了航天器整体散热能力，根据实际散热需求，调整辐射器板的尺寸，适应能力更强；
(3)相变储能均温板集成部分流体回路管路，提升了均温板的传热能力，减小了相变材料的温度梯度，提高了相变材料的利用率，同时还具有热收集和热传输的功能，通过流体回路管路将收集的热量传输至辐射器，增加了散热面积，解决了普通均温板因面积受限难以满足不同热耗设备的散热需求；
(4)预埋在辐射器板的相变热管，提升了辐射器板的温度均匀性和温度稳定性，优化了辐射器排散能力；
(5)利用相变储能原理，辐射器面积可按设备的平均热耗进行设计，从而减小了辐射器面积，优化了系统重量；
(6)均温板、相变储能管和流体回路管路一体化设计，降低了各传热路径的接触热阻，能够快速完成相变储能均温板和辐射器板间的热量传递。
进一步的，本发明实施例还提供了一种航天器，包括签署实施例提供的基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置和航天器本体，基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置设置于航天器本体上。
本发明实施例提供的航天器，包括基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，其中的相变储能均温板兼具储热控温和扩热传热功能，解决了普通均温板难以满足瞬时大热耗设备温度稳定需求和普通相变装置温度均匀性差的问题，通过不同相变材料配合使用，可使设备的温度保持在合适的范围内；另外，可展开式辐射器提升了航天器整体散热能力，根据实际散热需求，调整辐射器板的尺寸，适应能力更强；再者，相变储能均温板集成部分流体回路管路，提升了均温板的传热能力，减小了相变材料的温度梯度，提高了相变材料的利用率，同时还具有热收集和热传输的功能，通过流体回路管路将收集的热量传输至辐射器板，增加了散热面积，解决了普通均温板因面积受限难以满足不同热耗设备的散热需求。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的航天器的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明实施例的描述中，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。
在本发明的描述中，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”、“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。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，其特征在于，包括：相变储能均温板和可展开式辐射器；其中，
所述相变储能均温板包括均温板和相变储能管，所述相变储能管设置于所述均温板的内部；
所述可展开式辐射器包括辐射器板和流体回路管路；其中，
所述流体回路管路包括第一流体回路管路、第二流体回路管路和第三流体回路管路；所述第一流体回路管路预埋在所述均温板内部，且所述第一流体回路管路通过扩散焊焊接在相变储能管的一侧，所述第二流体回路管路预埋在所述辐射器板内部，所述第三流体回路管路的一端与所述第一流体回路管路的出口段连接，所述第三流体回路管路的另一端与所述第二流体回路管路的入口段连接；
所述第三流体回路管路设置流量调节阀，流量调节阀调节通过第三流体回路管路传递至辐射器板内的第二流体回路管路的流体流量，从而满足不同热耗设备的散热需求；
所述可展开式辐射器还包括柔性关节，所述柔性关节设置于所述第三流体回路管路的一端与所述第一流体回路管路的出口段处，用于连接所述第三流体回路管路的一端与所述第一流体回路管路的出口段；
以及，所述柔性关节设置于所述第三流体回路管路的另一端与所述第二流体回路管路的入口段处，用于连接第三流体回路管路的另一端与所述第二流体回路管路的入口段，以实现相变储能均温板模块化设计，便于总装，以及适应辐射器板在轨展开过程的轨迹变化。
2.根据权利要求1所述的基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，其特征在于，所述均温板为外壳、毛细结构、支撑柱和工质组成的封闭结构腔体。
3.根据权利要求2所述的基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，其特征在于，所述外壳包括上盖板和下盖板，所述毛细结构包括上层毛细结构和下层毛细结构，所述支撑柱包括上支撑柱和下支撑柱；其中，
所述上层毛细结构与所述上支撑柱之间通过真空扩散焊与所述上盖板连接，所述下层毛细结构与所述下支撑柱之间通过真空扩散焊与所述下盖板连接，所述上支撑柱和所述下支撑柱设置于所述上层毛细结构和所述下层毛细结构之间构成蒸汽腔。
4.根据权利要求3所述的基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，其特征在于，所述均温板设置有传热工质充注口，所述传热工质充注口用于将传热工质填充至所述上层毛细结构和所述下层毛细结构之间。
5.根据权利要求3所述的基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，其特征在于，所述上层毛细结构和所述下层毛细结构均设置有若干通孔。
6.根据权利要求3所述的基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，其特征在于，所述相变储能管的管体、所述上支撑柱和所述下支撑柱是三维点阵结构制造技术一体成型的。
7.根据权利要求6所述的基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，其特征在于，所述相变储能管的管体采用S形方管，所述相变储能管的管体与所述均温板内部的所述蒸汽腔隔离。
8.根据权利要求1所述的基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置，其特征在于，所述可展开式辐射器还包括相变热管，所述相变热管的一端与所述第二流体回路管路的翅片胶接，所述相变热管的另一端与所述辐射器板的内蒙皮胶接。
9.一种航天器，其特征在于，包括：权利要求1-8任一项所述的基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置和航天器本体，所述基于相变储能均温板和可展开式辐射器的一体化热控装置设置于所述航天器本体上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240624 Address after: Room 601, Floor 6, Maker Building, No. 1288, Yunlong Avenue, Yunlong Demonstration Zone, Zhuzhou City, Hunan Province, 412000 Patentee after: Zhuzhou Space Interstellar Satellite Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Patentee after: Aerospace Hongtu Information Technology Co.,Ltd. Address before: Room 601, Floor 6, Maker Building, No. 1288, Yunlong Avenue, Yunlong Demonstration Zone, Zhuzhou City, Hunan Province, 412000 Patentee before: Zhuzhou Space Interstellar Satellite Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| TR01 | Transfer of patent right |