RU2346862C2 - Теплопередающее устройство космического аппарата - Google Patents
Теплопередающее устройство космического аппарата Download PDFInfo
- Publication number
- RU2346862C2 RU2346862C2 RU2007108172/11A RU2007108172A RU2346862C2 RU 2346862 C2 RU2346862 C2 RU 2346862C2 RU 2007108172/11 A RU2007108172/11 A RU 2007108172/11A RU 2007108172 A RU2007108172 A RU 2007108172A RU 2346862 C2 RU2346862 C2 RU 2346862C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- evaporator
- accumulator
- condenser
- capillary structure
- hydraulic accumulator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к системам терморегулирования преимущественно телекоммуникационных спутников, использующим контурные тепловые трубы. Согласно изобретению устройство содержит замкнутый двухфазный контур, заправленный низкокипящим теплоносителем. Контур включает в себя сообщенные трубопроводами конденсатор и испаритель. Конденсатор встроен в конструкцию панели радиатора и имеет внутренний канал с гладкими стенками. Испаритель соединен с гидроаккумулятором, имеющим тепловую связь с термостатируемой поверхностью. Внутри испарителя установлен капиллярный насос, выполненный в виде основной капиллярной структуры, соприкасающейся внутри ее центральной зоны с выступающей из гидроаккумулятора концентрической вспомогательной капиллярной структурой. Вблизи внутренней поверхности данной вспомогательной структуры с зазором между ней и торцевой поверхностью основной капиллярной структуры расположена концевая часть трубопровода подачи жидкого теплоносителя из конденсатора в испаритель. Подача осуществляется через гидроаккумулятор, корпус которого с установленной в нем капиллярной системой соединен с корпусом испарителя через переходник. Внутренний объем гидроаккумулятора в зоне вспомогательной капиллярной структуры и вблизи его внутренней поверхности снабжен фитилем с более мелкими ячейками, чем ячейки в остальной зоне. В последней расположена часть трубопровода подачи теплоносителя из конденсатора в испаритель, выполненная в виде спирали. На наружной поверхности гидроаккумулятора, ближе к испарителю, установлен электрообогреватель переменной мощности. Техническим результатом изобретения является стабильность рабочих характеристик устройства в течение длительного времени его эксплуатации (типично, 15 лет) в условиях космического пространства. 2 ил.
Description
Изобретение относится к космической технике, в частности к системам обеспечения требуемого теплового режима телекоммуникационных спутников, и создано авторами в порядке выполнения служебного задания.
Известны теплопередающие устройства, описанные в авторском свидетельстве СССР №823811 [1] и в патенте США №6227288 [2]. В этих устройствах избыточное тепло от работающих приборов подводится к испарителю, к торцу корпуса которого непосредственно прикреплен корпус гидроаккумулятора.
В испарителях известных устройств происходит вскипание (испарение) низкокипящего теплоносителя (например, аммиака) и поглощение избыточного тепла. При этом пары теплоносителя в результате наличия напора капиллярного насоса испарителя движутся в каналы конденсатора, встроенного в конструкцию радиатора. Там они превращаются в жидкую фазу с выделением избыточного тепла, которое передается конструкции радиатора и излучается с его поверхности в космическое пространство. После этого жидкая фаза теплоносителя в результате наличия напора капиллярного насоса подается на вход его и пропитывает капиллярную структуру капиллярного насоса испарителя.
При работе устройства требуемая рабочая температура прибора определяет температуру кипения (испарения) теплоносителя в испарителе, в свою очередь определяющую давление паров теплоносителя на входе в капиллярный насос и, следовательно, давление в парогазовой зоне гидроаккумулятора. В известном устройстве [2] гидроаккумулятор гидравлически и в тепловом отношении непосредственно связан с испарителем и в начальный момент эксплуатации устройства в космическом пространстве давление паров в гидроаккумуляторе в результате соответствующей тепловой связи гидроаккумулятора с испарителем таково, что согласуется с требуемой рабочей температурой прибора.
Однако в процессе работы устройства в условиях космического пространства под воздействием ионизирующего излучения теплоноситель частично изменяет свою химическую структуру с выделением неконденсирующегося газа (например, водорода), который в известных устройствах постепенно накапливается в гидроаккумуляторе, в результате чего давление парогазовой смеси в гидроаккумуляторе будет повышаться и, следовательно, будет повышаться давление на входе в испаритель и температура испарения теплоносителя, обуславливающая возрастание температуры прибора выше требуемой рабочей температуры при выделении им избыточного тепла той же величины, что и было в начале эксплуатации (т.е. для использования известного устройства на начальном этапе эксплуатации температура прибора должна поддерживаться ниже требуемой рабочей температуры - это означает, что должен быть предусмотрен радиатор с увеличенной площадью с соответствующим повышением массы устройства).
Кроме того, возрастание температуры испарения (кипения) в испарителе само по себе дополнительно увеличивает давление парциальных паров теплоносителя в парогазовой зоне гидроаккумулятора и, следовательно, на входе в капиллярный насос испарителя.
Таким образом, общим существенным недостатком известных устройств является постепенное с течением времени постоянное возрастание температуры прибора до предельной рабочей температуры и выше в результате постепенного во времени постоянного возрастания давления парогазовой смеси в полости гидроаккумулятора в условиях эксплуатации космического пространства. Кроме того, в известных устройствах конденсация поступающих из испарителя в полость гидроаккумулятора паров теплоносителя и концентрация выделившихся неконденсирующих газов осуществляется в капиллярной системе - в системе фитилей сложной конструкции.
Анализ источников информации по патентной и научно-технической литературе показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемого технического решения является теплопередающее устройство на основе патента США №6227288.
Теплопередающее устройство на основе известного патента представляет собой замкнутый двухфазный контур (см. фиг.2), заправленный низкокипящим теплоносителем - аммиаком, и включает в себя следующие элементы:
- соединительные трубопроводы 1;
- конденсатор 2, имеющий внутри канал с гладкими стенками, встроенный в конструкцию панели радиатора 3;
- гидроаккумулятор 4, во внутренней полости которого установлена капиллярная система (фитили) 4.1;
- испаритель 5, имеющий тепловую связь с термостатируемой поверхностью прибора 6; внутри испарителя 5 установлен капиллярный насос 5.1, выполненный из основной капиллярной структуры (например, из пористого никеля), соприкасающейся внутри ее центральной зоны с идущей из полости гидроаккумулятора 4 концентрической вспомогательной капиллярной структурой 5.2; вблизи внутренней поверхности вспомогательной капиллярной структуры 5.2 с зазором между ней и торцевой поверхностью основной капиллярной структуры 5.1 расположена концевая часть трубопровода 1.1 подачи жидкой фазы из конденсатора 2 в испаритель 5 через гидроаккумулятор 4, корпус 4.2 которого непосредственно соединен с корпусом 5.3 испарителя 5.
В процессе функционирования устройства в космическом пространстве образующиеся в результате стока тепла через капиллярный насос 5.1 пары теплоносителя и выделившиеся при этом неконденсирующие газы по вышеуказанному зазору транспортируются в полость гидроаккумулятора 4, где пары теплоносителя конденсируются, а неконденсирующиеся газы постепенно с течением эксплуатации превращаются в газовые пузыри; движение парогазовых пузырей из зазора в полость гидроаккумулятора 4 обусловлено тем, что температура и давление теплоносителя в вышеуказанном зазоре всегда несколько выше температуры и давления в парогазовой зоне полости гидроаккумулятора 4.
Как показано выше, существенными недостатками вышеуказанного известного устройства являются постепенное с течением времени постоянное возрастание температуры термостатируемой поверхности (температуры прибора) до предельной рабочей температуры и выше в результате постепенного во времени постоянного возрастания давления парогазовой смеси в полости гидроаккумулятора в условиях эксплуатации космического пространства, а также сложность конструкции капиллярной системы - системы фитилей, расположенных в полости гидроаккумулятора.
Целью предлагаемого авторами технического решения является устранение вышеперечисленных существенных недостатков.
Поставленная цель достигается выполнением теплопередающего устройства таким образом, что корпус гидроаккумулятора соединен с корпусом испарителя через переходник заранее определенной длины, а внутренний объем гидроаккумулятора в зоне между вспомогательной капиллярной структурой и его внутренней поверхностью, расположенной ближе к испарителю, и вблизи остальной его внутренней поверхности снабжен фитилем с более мелкими ячейками, чем фитиль в остальной зоне, в которой расположена часть трубопровода подачи жидкого теплоносителя из конденсатора в испаритель, выполненная в виде спирали, а на наружной поверхности корпуса гидроаккумулятора, расположенной ближе к испарителю, установлен электрообогреватель переменной мощности, что и является по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.
В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемом теплопередающем устройстве.
Предлагаемое теплопередающее устройство (см. фиг.1, где изображена его принципиальная схема) включает в себя следующие элементы:
- соединительные трубопроводы 1, выполненные с разным проходным сечением: например, от конденсатора до испарителя внутренний диаметр равен 3 мм, а от испарителя до входа в конденсатор внутренний диаметр - 5 мм;
- конденсатор 2, встроенный в конструкцию панели радиатора 3; каналы конденсатора выполнены, например, с гладкими стенками и имеют внутренний диаметр 3 мм;
- гидроаккумулятор 4; выполнен в виде цилиндрической емкости; во внутренней полости гидроаккумулятора 4 установлена капиллярная система - система фитилей с разными ячейками: в зоне между вспомогательной капиллярной структурой 5.2 и внутренней поверхностью гидроаккумулятора 4, расположенной ближе к испарителю 5, и вблизи остальной его внутренней поверхности снабжен фитилем 4.3 с более мелкими ячейками, чем фитиль 4.4 в остальной зоне, в которой расположена часть трубопровода 1.1 подачи жидкой фазы из конденсатора в испаритель, выполненного в виде спирали 1.1.1;
- испаритель 5, имеющий тепловую связь с термостатируемой поверхностью прибора 6; внутри испарителя 5 установлен капиллярный насос 5.1, выполненный из основной капиллярной структуры (например, из пористого никеля), соприкасающейся внутри ее центральной зоны с идущей из полости гидроаккумулятора 4 концентрической вспомогательной капиллярной структурой 5.2; вблизи внутренней поверхности вспомогательной капиллярной структуры 5.2 с зазором между ней и торцевой поверхностью основной капиллярной структуры 5.1 расположена концевая часть трубопровода 1.1 подачи жидкой фазы из конденсатора 2 в испаритель 5 через гидроаккумулятор 4, корпус 4.2 которого соединен с корпусом 5.3 испарителя 5 через вновь введенный переходник 7 заранее определенной длины: длина этого переходника выполнена с таким термическим сопротивлением (с учетом площади поперечного сечения его стенки), что на начальном этапе эксплуатации, когда в полости гидроаккумулятора отсутствуют пузыри неконденсирующегося газа, при максимальной мощности электрообогревателя переменной мощности 8, установленного на наружной поверхности корпуса гидроаккумулятора 4 ближе к испарителю 5 (9 - теплоизоляция), в зоне расположения спирального трубопровода 1.1.1 поддерживается давление паров теплоносителя таким, что обеспечивается работа прибора при требуемой рабочей температуре;
- электрообогреватель переменной мощности 8: в начале эксплуатации включается в работу с максимальной мощностью, а с течением времени по мере накопления неконденсирующихся газов в гидроаккумуляторе 4 его мощность уменьшается, а в конце срока эксплуатации - электрообогреватель 8 обесточен.
Работа предложенного теплопередающего устройства происходит следующим образом. Включаются в работу электрообогреватель 8 устройства на максимальную мощность, а затем через определенное время - прибор 6, установленный на испарителе 5.
Тепло, выделяющееся при работе прибора 6, теплопроводностью передается к корпусу 5.3 испарителя 5, далее - непосредственно к пористой структуре капиллярного насоса 5.1, при этом определенная небольшая часть тепла передается через переходник 7 к корпусу 4.2 гидроаккумулятора 4 и фитилю 4.3 с более мелкими ячейками.
В пористой структуре капиллярного насоса 5.1 происходит прогрев теплоносителя - аммиака и испарение его вблизи наружных поверхностей 5.1.1 капиллярного насоса 5.1. В то же время под воздействием теплопритока от испарителя 5 и теплопритока от работающего электрообогревателя 8 происходит испарение теплоносителя, находящегося в гидроаккумуляторе 4, и создается определенное давление паров теплоносителя в зоне расположения фитиля 4.4 с крупными ячейками - в районе расположения спирали 1.1.1 трубопровода подачи жидкой фазы теплоносителя; вышеуказанное давление определяет величину давления теплоносителя на входе в испаритель 5 и, следовательно, температуры испарения теплоносителя на наружных поверхностях капиллярного насоса 5.1: это давление таково, что оно соответствует определенной температуре испарения, согласующейся с рабочей температурой прибора 6.
Испарившиеся с наружных поверхностей 5.1.1 капиллярного насоса 5 пары теплоносителя, воспринявшие избыточное тепло работающего прибора 6, поступают на выход испарителя 5, далее по соединительному трубопроводу-паропроводу 1 - на вход конденсатора 2; и в каналах конденсатора 2 по мере движения к его выходу постепенно - в результате излучения избыточного тепла с поверхности радиатора 3 в космическое пространство (или в окружающее пространство в наземных условиях) - превращаются в жидкую фазу; ближе к выходу теплоноситель полностью превращается в жидкую фазу и на заключительном участке конденсатора 2 происходит требуемое переохлаждение жидкого теплоносителя, необходимое для исключения вскипания теплоносителя в центральной зоне капиллярного насоса 5.1 с целью обеспечения его высоконадежной работы. Далее жидкий теплоноситель по соединительному трубопроводу 1 движется к входу в гидроаккумулятор 4 и подается в концевую часть 1.1 подачи жидкого теплоносителя из конденсатора 2 в испаритель 5 через гидроаккумулятор 4, из которой жидкий теплоноситель поступает в зазор между вспомогательной капиллярной структурой 5.2 и между ней. Поступивший в зазор жидкий теплоноситель движется в сторону гидроаккумулятора 4, одновременно пропитывая вспомогательную капиллярную структуру 5.2 жидким теплоносителем и несколько (но не до кипения) прогревается в результате поглощения стока тепла через основную капиллярную структуру 5.1.
При этом небольшая часть жидкого теплоносителя и выделившиеся пузырьки неконденсировшегося газа, в случае образования - и пары испарившегося теплоносителя, поступают в зону гидроаккумулятора 4, где расположены фитиль 4.4 с крупными ячейками и спираль 1.1.1 трубопровода. В этой зоне в результате теплообмена между парами теплоносителя и с поверхностями элементов фитиля 4.4 с крупными ячейками и поверхностью спирали 1.1.1, имеющей развитую площадь теплообмена, происходит конденсация паров теплоносителя, образование капель жидкости и под воздействием всегда имеющихся на космическом аппарате микровибраций (например, в результате работы приборов системы ориентации, а также функционирования-слежения (поворота) солнечных батарей на Солнце) контакт этих капель с поверхностью фитиля 4.3 с мелкими ячейками и поглощение им этих капель. (В то же время часть жидкой фазы из фитиля 4.3 с мелкими ячейками поступает через вспомогательную капиллярную структуру 5.2 к основной капиллярной структуре 5.1 капиллярного насоса.)
Одновременно с этим происходит концентрация неконденсировавшихся пузырей газа в зоне расположения фильтра 4.4 с крупными ячейками.
С течением эксплуатации космического аппарата давление неконденсировавшихся газов в этой зоне постепенно возрастает и соответственно уменьшают мощность электрообогревателя 8, поддерживая тем самым необходимое давление в полости гидроаккумулятора 4 и практически постоянную рабочую температуру работающего прибора 6.
Как видно из вышеизложенного, в результате выполнения теплопередающего устройства согласно предложенному авторами техническому решению обеспечивается работа устройства со стабильными требуемыми выходными рабочими характеристиками в течение длительного времени (например, 15 лет) эксплуатации в условиях космического пространства, т.е. тем самым достигаются цели изобретения.
В настоящее время предложенное авторами техническое решение отражено в технической документации.
Предложенное авторами теплопередающее устройство в дальнейшем предполагается использовать в перспективных телекоммуникационных спутниках.
Claims (1)
- Теплопередающее устройство космического аппарата, содержащее замкнутый двухфазный контур, заправленный низкокипящим теплоносителем и включающий в себя сообщенные между собой трубопроводами конденсатор, имеющий внутренний канал и встроенный в конструкцию панели радиатора, и соединенный с гидроаккумулятором испаритель, имеющий тепловую связь с термостатируемой поверхностью, внутри которого установлен капиллярный насос, выполненный в виде основной капиллярной структуры, соприкасающейся внутри ее центральной зоны с выступающей из гидроаккумулятора концентрической вспомогательной капиллярной структурой, вблизи внутренней поверхности которой с зазором между ней и торцевой поверхностью основной капиллярной структуры расположена концевая часть трубопровода подачи жидкого теплоносителя из конденсатора в испаритель через гидроаккумулятор, внутри корпуса которого установлена капиллярная система и корпус которого соединен с корпусом испарителя, отличающееся тем, что корпус гидроаккумулятора соединен с корпусом испарителя через переходник заранее определенной длины, а внутренний объем гидроаккумулятора в зоне между вспомогательной капиллярной структурой и его внутренней поверхностью, расположенной ближе к испарителю, и вблизи остальной его внутренней поверхности снабжен фитилем с более мелкими ячейками, чем ячейки фитиля в остальной его зоне, в которой расположена выполненная в виде спирали часть трубопровода подачи жидкого теплоносителя из конденсатора в испаритель, а на наружной поверхности корпуса гидроаккумулятора, расположенной ближе к испарителю, установлен электрообогреватель переменной мощности.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007108172/11A RU2346862C2 (ru) | 2007-03-05 | 2007-03-05 | Теплопередающее устройство космического аппарата |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007108172/11A RU2346862C2 (ru) | 2007-03-05 | 2007-03-05 | Теплопередающее устройство космического аппарата |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007108172A RU2007108172A (ru) | 2008-09-10 |
RU2346862C2 true RU2346862C2 (ru) | 2009-02-20 |
Family
ID=39866621
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007108172/11A RU2346862C2 (ru) | 2007-03-05 | 2007-03-05 | Теплопередающее устройство космического аппарата |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2346862C2 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104500902A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-08 | 无锡福镁轻合金科技有限公司 | 一种铝镁合金管道散热装置 |
RU2574499C1 (ru) * | 2014-07-03 | 2016-02-10 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Система терморегулирования космического аппарата |
RU2585936C1 (ru) * | 2015-02-19 | 2016-06-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное космическое агентство | Система терморегулирования оборудования космического аппарата |
RU2675977C1 (ru) * | 2017-12-18 | 2018-12-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Способ передачи тепла и теплопередающее устройство для его осуществления |
US10330361B2 (en) | 2017-01-26 | 2019-06-25 | Hamilton Sundstrand Corporation | Passive liquid collecting device |
RU2757740C1 (ru) * | 2021-03-19 | 2021-10-21 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" (АО "НПО Лавочкина") | Регулируемая контурная тепловая труба |
-
2007
- 2007-03-05 RU RU2007108172/11A patent/RU2346862C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2574499C1 (ru) * | 2014-07-03 | 2016-02-10 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Система терморегулирования космического аппарата |
CN104500902A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-08 | 无锡福镁轻合金科技有限公司 | 一种铝镁合金管道散热装置 |
RU2585936C1 (ru) * | 2015-02-19 | 2016-06-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное космическое агентство | Система терморегулирования оборудования космического аппарата |
US10330361B2 (en) | 2017-01-26 | 2019-06-25 | Hamilton Sundstrand Corporation | Passive liquid collecting device |
RU2675977C1 (ru) * | 2017-12-18 | 2018-12-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Способ передачи тепла и теплопередающее устройство для его осуществления |
RU2757740C1 (ru) * | 2021-03-19 | 2021-10-21 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" (АО "НПО Лавочкина") | Регулируемая контурная тепловая труба |
RU213247U1 (ru) * | 2022-03-18 | 2022-08-31 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" | Терморегулирующее нагревательное устройство на базе контурной тепловой трубы |
RU215443U1 (ru) * | 2022-05-31 | 2022-12-13 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" | Регулируемая контурная тепловая труба |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007108172A (ru) | 2008-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2346862C2 (ru) | Теплопередающее устройство космического аппарата | |
Wang et al. | Experimental study of the loop heat pipe with a flat disk-shaped evaporator | |
US6810946B2 (en) | Loop heat pipe method and apparatus | |
KR101109536B1 (ko) | 상변화 매체를 이용한 증발식 해수 담수화 장치 | |
CN104040280B (zh) | 冷却装置 | |
CN108286911B (zh) | 低温回路热管 | |
JPH10503580A (ja) | 温熱源、冷熱源間エネルギー移動システム | |
CN108253830A (zh) | 具有辅助输液管路的回路热管 | |
Bai et al. | Quiet power-free cooling system enabled by loop heat pipe | |
GB2099980A (en) | Heat transfer panels | |
US20070204974A1 (en) | Heat pipe with controlled fluid charge | |
CN108253829A (zh) | 微通道阵列辅助驱动的回路热管 | |
US6397625B1 (en) | Absorption refrigeration machine | |
JP5664107B2 (ja) | ループ型ヒートパイプ及びそのようなループ型ヒートパイプを備えた電子機器 | |
CN112432532B (zh) | 蒸发器组件及环路热管 | |
Bai et al. | Startup characteristics of an ammonia loop heat pipe with a rectangular evaporator | |
KR100820448B1 (ko) | 고분자 전해질 연료전지의 모세관력 구동 열순환장치 | |
WO2010067359A2 (en) | Closed loop solar energy system with a push-pull electric generator | |
Zhang et al. | Performance characteristics of a two-phase pump-assisted loop heat pipe with dual-evaporators in parallel | |
RU2641775C1 (ru) | Система подогрева установки с тепловым двигателем | |
KR20190081999A (ko) | 루프형 히트 파이프 | |
RU2362711C1 (ru) | Система терморегулирования космического аппарата | |
CN102721307A (zh) | 内分隔重力热管传热机构 | |
RU2058616C1 (ru) | Источник паров цезия | |
EP3415439B1 (en) | Method and apparatus for fuel vaporising in catalytic fuel tank inerting |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140306 |