CN116591862A - 一种固体碘工质集成化储供装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种固体碘工质集成化储供装置。本发明的固体碘工质集成化储供装置包括集成化储箱箱体，在集成化储箱箱体的内部设有两个以上的小储箱，在每一小储箱的内部储存有固体碘工质，在每一小储箱的外部设有用于对该小储箱进行加热的加热部件，在每一小储箱上设有出口，每一小储箱的出口通过对应的分支管路与总管路的进口端连接，在总管路上设有总阀门，总管路的出口端与推力器连接。本发明的固体碘工质集成化储供装置大大节省了加热所需的时间和功率的输入，保持了推力的可持续性和无间断性，对大推力和电推进系统的长寿命运行提供了可能性，为后续卫星系统的各种任务需求提供了重要的推力与保障。

Description

一种固体碘工质集成化储供装置

技术领域

本发明涉及航天电推进技术领域，尤其是涉及一种固体碘工质集成化储供装置。

背景技术

目前，我国航天器工程已对应用电推进系统提出了迫切需求，特别是新一代地球同步轨道卫星平台、深空探测航天器等。如果不应用电推进系统，卫星平台可能无法满足用户的要求；此外，在现有的运载条件下，某些深空探测任务也将难以实现。

在电力推进系统中，相比以往航天器的推进方式，离子电推进技术具有大幅减少推进剂燃料、操控更灵活、定位更精准、推进速度增量更高等显著优势，特别是固态碘工质离子推进系统。碘是一种在大气压下熔点和沸点非常接近的物质。在加热时，碘很容易形成紫色气体；同时，在较低的压力下，碘能直接从固体升华为气体。基于上述特性，碘在一段时间以来一直被认为是推进器燃料的优选工质。

随着推力系统对大推力、高总冲、长寿命等的迫切需求，对于储供系统而言，就需要增加工质的质量，缩短加热时间，在短时间到达稳定的状态以供给推力器系统稳定以及长时间的推力。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固体碘工质集成化储供装置，大大节省了加热所需的时间和功率的输入，保持了推力的可持续性和无间断性。

本发明提供一种固体碘工质集成化储供装置，包括集成化储箱箱体，在集成化储箱箱体的内部设有两个以上的小储箱，在每一小储箱的内部储存有固体碘工质，在每一小储箱的外部设有用于对该小储箱进行加热的加热部件，在每一小储箱上设有出口，每一小储箱的出口通过对应的分支管路与总管路的进口端连接，在总管路上设有总阀门，总管路的出口端与推力器连接。

本发明的集成化储箱箱体为集成式结构，箱体内部含有至少两个独立设置且形状相同的小储箱，小储箱可以采用密封圈密封；可以理解，集成化储箱箱体的形状将限制小储箱的形状，对集成化储箱箱体的形状不作严格限制，例如可以为长方体、圆柱体等结构。此外，对两个以上的小储箱在集成化储箱箱体中的设置方式不作严格限制，既可以设置为单个小储箱的简单层叠(如上下层叠等)，也可以设置为多个小储箱之间的相互层叠。小储箱的出口可以通过焊接工艺焊接在集成化储箱箱体的不同适宜位置表面。小储箱的箱体材料为不与内部储存的固体碘工质发生化学反应的物质，如316L不锈钢或镍铬合金等导热性良好的耐腐蚀材料。

进一步地，本发明的固体碘工质集成化储供装置还包括控制器，在各分支管路上分别设有分阀门，控制器分别与加热部件、总阀门和各分阀门连接以对其进行控制。

可以理解，总阀门和各分阀门需具备耐腐蚀和耐高温等特性，其分别布置在总管路和各分支管路中，采用常规的通电开断电关的模式，主要用于气路的阻断和流通。控制器可以根据推力器的实际需求对各小储箱的加热部件和分阀门进行独立控制，在满足推力器使用需求的前提条件下，既可以避免固体碘工质的浪费，同时能够大大节省加热所需的时间和功率的输入，特别是还能够更换不同的小储箱进行点火，保持了推力的可持续性和无间断性。

进一步地，加热部件包括多个均匀贴设在小储箱外表面上的柔性加热片，在小储箱上设有测温电阻。

本发明对多个柔性加热片的设置方式不作严格限制，多个柔性加热片可以根据小储箱的形状和各管路的形状进行合理设计；可以理解，柔性加热片的功率将直接影响推力器推力产生的快慢，针对大流量短时间加热更加适合；此外，需要根据实际情况合理设置柔性加热片的功率，结合测温电阻(例如控温铂电阻等)的温度测量，对小储箱内部的温度进行控制。

进一步地，在总管路和各分支管路上贴设有多个柔性加热片和/或缠设有加热带。

具体地，在总管路、各分支管路的管路尺寸相同且管路中没有其它阀门等装置时，可以缠设加热带以便对管路进行加热，从而不必额外增加其它结构；加热带的功率可根据实际需要合理设计，例如可以根据加热对象热容以及管路尺度设计。此外，在管路中设有阀门等装置时，可以贴设多个柔性加热片的方式对管路进行加热。

进一步地，在每一小储箱的外表面设有保温隔热层和/或密封圈。

具体地，可以在每一小储箱的外表面包覆保温隔热材料从而形成保温隔热层，从而避免小储箱与外界交换热量以及维持恒定温度。同时，密封圈作为小储箱的密封零部件，漏率需要满足设计需求，固定方式可以采用施加外力使密封圈发生形变，材料可采用耐碘腐蚀的材料，如氟醚橡胶等。

进一步地，在每一小储箱的出口位置设有过滤器。过滤器的设置目的主要是过滤掉碘蒸气中的其它杂质。

进一步地，在每一小储箱上设有凸耳，每一小储箱通过凸耳进行固定。

对凸耳的具体设置方式不作严格限制，可以采用常规方式进行设置；具体地，相邻的小储箱之间可以在凸耳处采用螺钉通过隔热垫片进行固定。

进一步地，在相邻的小储箱之间设有隔热垫片。

隔热垫片用于热量散失，主要用于相邻小储箱之间的隔热，隔热垫片的形状可以根据小储箱的支撑面进行设计，应当保证较大的接触面，材料可以采用玻璃钢等隔热性能好的材料，耐温要求在100℃以上。

进一步地，在集成化储箱箱体的内部上下层叠设有三个以上的小储箱，位于中部的小储箱的出口位置通过快速接头与对应的分支管路连接。

具体地，在集成化储箱箱体的内部上下层叠设有三个以上的小储箱时，最上方的小储箱的出口位置可以设置在小储箱的上表面，最下方的小储箱的出口位置可以设置在小储箱的下表面，除最上方和最下方之外的其它小储箱(即位于中部的小储箱)的出口位置可以设置在小储箱的侧面；特别是，位于中部的小储箱的出口位置可以通过快速接头与对应的分支管路连接，既能够实现快速连接，同时有利于避免集成化储箱箱体的空间浪费以及侧面固定复杂等问题。

进一步地，在总管路上设有流量计和/或压力传感器。

总管路作为集成化储箱箱体与推力器的连通部件，形状可根据小储箱出口位置需求灵活布置，尺寸大小可根据流量要求确定，在总管路中可串联设置主阀门以及质量流量计、压力传感器等监测装置；总管路的材料可以采用316L不锈钢或镍铬合金等导热性良好的耐腐蚀材料。

本发明的固体碘工质集成化储供装置采用分段式加热的方式，在集成化储箱箱体内部布置若干小储箱，每个小储箱都能够实现单独加热并点火的功能，从而快速实现储箱加热点火供给，可携带更多燃料供给推进系统；同时，各个小储箱的出口在总管路的进口端汇聚为单一入口，解决了现有储箱加热时间久和所需加热功率高等问题，大大节省了加热所需的时间和功率的输入，同时可以轮流更换小储箱点火，实现稳定持续充足供气，保持了推力的可持续性和无间断性，对大推力和电推进系统的长寿命运行提供了可能性，为后续卫星系统的各种任务需求提供了重要的推力与保障。

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为本发明一实施方式的固体碘工质集成化储供装置的结构示意图；

图2为本发明一实施方式的小储箱的结构示意图；

图3为本发明另一实施方式的小储箱的结构示意图；

图4为本发明一实施方式的小储箱的布置示意图。

附图标记说明：

1：集成化储箱箱体；2：小储箱；21：第一小储箱；22：第二小储箱；3：分支管路；4：总管路；5：总阀门；6：柔性加热片；7：加热带；8：凸耳；9：推力器；10：固体碘工质；11：快速接头。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

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。

实施例1

结合图1至图4所示，本实施例的固体碘工质集成化储供装置包括集成化储箱箱体1，在集成化储箱箱体1的内部设有两个以上的小储箱2，在每一小储箱2的内部储存有固体碘工质10，在每一小储箱2的外部设有用于对该小储箱2进行加热的加热部件，在每一小储箱2上设有出口，每一小储箱2的出口通过对应的分支管路3与总管路4的进口端连接，在总管路4上设有总阀门5，总管路4的出口端与推力器9连接。

对集成化储箱箱体1的形状不作严格限制，例如可以为长方体、圆柱体等结构。同时，对小储箱2的设置数量不作严格限制，可根据实际需要合理设置，以满足推力器9的实际使用需求。可以理解，小储箱2的形状可依据集成化储箱箱体1的形状进行设置，小储箱2应当尽量占据集成化储箱箱体1的内部空间，以避免造成空间浪费。

对两个以上的小储箱2在集成化储箱箱体1中的设置方式不作严格限制，可根据实际情况合理设置，既可以设置为单个小储箱2的上下层叠设置(如图1)，也可以设置为多个小储箱2之间的相互层叠(如图4)。可以理解，集成化储箱箱体1的出口位置应当与各个小储箱2的出口位置对应设置，小储箱2的出口可以通过焊接工艺焊接在集成化储箱箱体1的对应位置上。此外，小储箱2的箱体材料为不与内部储存的固体碘工质10发生化学反应的物质，如316L不锈钢或镍铬合金等导热性良好的耐腐蚀材料。

本实施例的固体碘工质集成化储供装置还包括控制器，在各分支管路3上分别设有分阀门，控制器分别与加热部件、总阀门5和各分阀门连接以对其进行控制，进而对各小储箱2的工作状态进行独立控制。总阀门5和各分阀门具备耐腐蚀和耐高温等特性，采用常规的通电开断电关的模式，主要用于气路的阻断和流通。控制器根据推力器9的实际需求对各小储箱2的加热部件和分阀门进行独立控制，在推力器9的初始工作状态下可以启动所需数量的小储箱2进行工作，在后续工作状态下可以根据推力器9的实际需求依次启动下一小储箱2进行工作，以实现稳定持续充足供气。上述设置方式在满足推力器9使用需求的前提条件下，既可以避免造成固体碘工质10的浪费，同时能够大大节省加热所需的时间和功率的输入，特别是还能够更换不同的小储箱2进行点火工作，保持了推力的可持续性和无间断性。

加热部件主要用于对小储箱2内部的固体碘工质10进行加热，对加热部件的具体结构及设置方式不作严格限制，可根据实际情况合理设置。在本实施例中，加热部件包括多个均匀贴设在小储箱2外表面上的柔性加热片6，同时在小储箱2上设置测温电阻。多个柔性加热片6根据小储箱2的形状和各管路的形状合理设计，同时根据实际情况合理设置柔性加热片6的功率，结合测温电阻(例如控温铂电阻等)进行温度测量，从而对小储箱2内部的温度进行控制。

此外，在各分支管路3和总管路4上贴设有多个柔性加热片6和/或缠设有加热带7。具体地，在各分支管路3、总管路4的管路尺寸相同且管路中没有其它阀门等装置时，可以缠设加热带7以便对管路进行加热，加热带7的功率可根据加热对象热容以及管路尺度设计；同时，在管路中设有阀门等装置时，可以贴设多个柔性加热片6的方式对管路进行加热。

进一步地，在每一小储箱2的外表面设有保温隔热层和/或密封圈以对小储箱2进行保温和/或密封。具体地，在每一小储箱2的外表面包覆保温隔热材料以形成保温隔热层，从而避免小储箱2与外界交换热量以及维持恒定温度；同时，密封圈的漏率需要满足设计需求，固定方式可以采用施加外力使密封圈发生形变，材料可采用耐碘腐蚀的材料，如氟醚橡胶等。

在每一小储箱2的出口位置设有过滤器，其主要是过滤掉碘蒸气中的其它杂质。

此外，在每一小储箱2上设有凸耳8，每一小储箱2通过凸耳8进行固定。对凸耳8的具体设置方式不作严格限制，可以采用常规方式进行设置；在组装时，相邻的小储箱2之间可以在凸耳8处采用螺钉通过隔热垫片进行固定。

进一步地，在相邻的小储箱2之间设有隔热垫片。隔热垫片主要用于相邻小储箱2之间的隔热，隔热垫片的形状可以根据小储箱2的支撑面进行设计，应当保证较大的接触面，材料可以采用玻璃钢等隔热性能好的材料，耐温要求在100℃以上。

此外，在总管路4上设有流量计和/或压力传感器。总管路4作为集成化储箱箱体1与推力器9的连通部件，形状可根据小储箱2的出口位置需求灵活布置，尺寸大小可根据流量要求确定，在总管路4中可串联设置主阀门以及质量流量计、压力传感器等监测装置；总管路4的材料可以采用316L不锈钢或镍铬合金等导热性良好的耐腐蚀材料。

本实施例的固体碘工质集成化储供装置采用分段式加热的方式，在集成化储箱箱体1内部布置若干小储箱2，每个小储箱2都能够实现单独加热并点火的功能，从而快速实现储箱加热点火供给，可携带更多燃料供给推进系统；同时，各个小储箱2的出口在总管路4的进口端汇聚为单一入口，解决了现有储箱加热时间久和所需加热功率高等问题，大大节省了加热所需的时间和功率的输入，同时可以轮流更换小储箱2点火，实现稳定持续充足供气，保持了推力的可持续性和无间断性，对大推力和电推进系统的长寿命运行提供了可能性，为后续卫星系统的各种任务需求提供了重要的推力与保障。

实施例2

本实施例的固体碘工质集成化储供装置是在实施例1的基础上进行具体化。

结合图1至图3所示，本实施例的固体碘工质集成化储供装置的具体结构包括：集成化储箱箱体1，在集成化储箱箱体1的内部设有三个上下层叠设置的小储箱2，三个小储箱2从上至下依次为第一小储箱21、第二小储箱22、第三小储箱，在三个小储箱2的内部分别储存有固体碘工质10，在三个小储箱2的外部均匀贴设多个柔性加热片6并设置测温电阻，在三个小储箱2上分别设有出口，三个小储箱2的出口通过对应的分支管路3与总管路4的进口端连接，在总管路4上设有总阀门5，总管路4的出口端与推力器9连接。

集成化储箱箱体1和小储箱2均设置为圆柱体，在干燥及洁净的环境中将准备好的固体碘工质10填充在各小储箱2内部，压实并固定好固体碘工质10。第一小储箱21的出口位置设置在上表面，第三小储箱的出口位置设置下表面，位于中部的第二小储箱22的出口位置设置在侧面，第二小储箱22的出口位置通过快速接头11与分支管路3连接，既实现了快速连接，同时有利于避免集成化储箱箱体1的空间浪费以及侧面固定复杂等问题。

在各小储箱2的出口位置分别设有配置过滤器的过滤装置，目的是过滤掉碘蒸气中的其它杂质；在各小储箱2的外表面包覆保温隔热材料，避免与外界交换热量以及维持恒定温度；同时，在各小储箱2的外表面设置密封圈，以实现小储箱2的密封。

组装时，将三个小储箱2上下层叠设置，相邻的小储箱2之间设置隔热垫片，相邻的小储箱2在在凸耳8处采用螺钉通过隔热垫片进行固定；待三个小储箱2组装完成后，再与集成化储箱箱体1进行装配。

在集成化储箱箱体1的外部可根据空间布置各分支管路3和总管路4，三个小储箱2的出口通过对应的分支管路3汇聚在总管路4，在总管路4装有总阀门5，用于气体的通断。连接好各管路后，根据实际情况在各分支管路3和总管路4上贴设有多个柔性加热片6和/或缠设有加热带7。

在固体碘工质集成化储供装置组装完成后，将总管路4的出口端与推力器9连接，在真空舱内进行点火测试以及参数标定等一系列实验，为后续作为产品奠定理论和试验基础。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：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发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种固体碘工质集成化储供装置，其特征在于，包括集成化储箱箱体，在集成化储箱箱体的内部设有两个以上的小储箱，在每一小储箱的内部储存有固体碘工质，在每一小储箱的外部设有用于对该小储箱进行加热的加热部件，在每一小储箱上设有出口，每一小储箱的出口通过对应的分支管路与总管路的进口端连接，在总管路上设有总阀门，总管路的出口端与推力器连接。

2.根据权利要求1所述的固体碘工质集成化储供装置，其特征在于，还包括控制器，在各分支管路上分别设有分阀门，控制器分别与加热部件、总阀门和各分阀门连接以对其进行控制。

3.根据权利要求1所述的固体碘工质集成化储供装置，其特征在于，加热部件包括多个均匀贴设在小储箱外表面上的柔性加热片，在小储箱上设有测温电阻。

4.根据权利要求1所述的固体碘工质集成化储供装置，其特征在于，在总管路和各分支管路上贴设有多个柔性加热片和/或缠设有加热带。

5.根据权利要求1所述的固体碘工质集成化储供装置，其特征在于，在每一小储箱的外表面设有保温隔热层和/或密封圈。

6.根据权利要求1所述的固体碘工质集成化储供装置，其特征在于，在每一小储箱的出口位置设有过滤器。

7.根据权利要求1所述的固体碘工质集成化储供装置，其特征在于，在每一小储箱上设有凸耳，每一小储箱通过凸耳进行固定。

8.根据权利要求1所述的固体碘工质集成化储供装置，其特征在于，在相邻的小储箱之间设有隔热垫片。

9.根据权利要求1所述的固体碘工质集成化储供装置，其特征在于，在集成化储箱箱体的内部上下层叠设有三个以上的小储箱，位于中部的小储箱的出口位置通过快速接头与对应的分支管路连接。

10.根据权利要求1所述的固体碘工质集成化储供装置，其特征在于，在总管路上设有流量计和/或压力传感器。