RU2746862C1 - Open-loop evaporative cooling system for thermostating space object equipment - Google Patents
Open-loop evaporative cooling system for thermostating space object equipment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746862C1 RU2746862C1 RU2020116081A RU2020116081A RU2746862C1 RU 2746862 C1 RU2746862 C1 RU 2746862C1 RU 2020116081 A RU2020116081 A RU 2020116081A RU 2020116081 A RU2020116081 A RU 2020116081A RU 2746862 C1 RU2746862 C1 RU 2746862C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- heat pipe
- reservoir
- equipment
- cooling system
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/46—Arrangements or adaptations of devices for control of environment or living conditions
- B64G1/50—Arrangements or adaptations of devices for control of environment or living conditions for temperature control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к космической технике и может быть использовано для обеспечения теплового режима бортового оборудования, служебных, научных или иных приборов космических объектов (КО), имеющих в своем составе блоки как с постоянным, так и с циклическим/импульсным характером тепловыделения, характеризующиеся относительно небольшим временем активного функционирования (от нескольких часов до нескольких суток) как, например, в разгонных блоках ракет-носителей, либо в космических аппаратах (КА), в частности, в посадочных КА, в которых после совершения посадки значительная часть оборудования, далее, не функционирует. При этом, предлагаемые системы испарительного охлаждения могут использоваться для снятия пиковых, циклических и нерегулярных тепловых нагрузок либо автономно, самостоятельно, либо как субсистемы, совместно с системами на тепловых трубах, замкнутыми циркуляционными системами и прочими системами терморегулирования.The proposed technical solution relates to space technology and can be used to ensure the thermal regime of on-board equipment, service, scientific or other devices of space objects (SO), which include blocks with both constant and cyclic / pulse nature of heat release, characterized by relatively a short time of active operation (from several hours to several days), such as in the upper stages of launch vehicles, or in spacecraft (SC), in particular, in landing spacecraft, in which, after landing, a significant part of the equipment, further, does not is functioning. At the same time, the proposed evaporative cooling systems can be used to remove peak, cyclic and irregular heat loads either autonomously, independently, or as subsystems, together with heat pipe systems, closed circulation systems and other thermal control systems.
Известна система терморегулирования оборудования космического аппарата, содержащая не менее двух термостатируемых панелей (ТСП) с встроенными тепловыми трубами и не менее двух радиаторов - охладителей. Каждая из панелей подключена к отдельному радиатору посредством регулируемых контурных тепловых труб (КТТ), испарители которых установлены на панелях, а конденсаторы встроены в радиаторы [Патент РФ 2585936, B64G 1/50]. Система снабжена резервным радиатором-охладителем, соединенным посредством дополнительных регулируемых контурных тепловых труб с не менее чем двумя термостатируемыми панелями, при этом испарители дополнительных регулируемых контурных тепловых труб установлены на панелях, а конденсаторы дополнительных регулируемых контурных тепловых труб встроены в резервный радиатор. В паропроводах дополнительных КТТ установлены управляемые клапаны для перекрытия, либо открытия циркуляции теплоносителя в этих КТТ. Данное техническое решение позволяет «сэкономить» излучающую площадь радиаторов-охладителей не «переразмеривая» ее под пиковые нагрузки отдельных панелей. Возможность (теплового) переключения резервного радиатора между панелями, с помощью КТТ, с целью подключить данный радиатор, в нужный момент, к «самой теплонапряженной панели», позволяет улучшить массогабаритные характеристики системы терморегулирования, повысить надежность и функциональность КА.Known system for thermal control of spacecraft equipment, containing at least two thermostatically controlled panels (TSP) with built-in heat pipes and at least two radiators - coolers. Each of the panels is connected to a separate radiator by means of adjustable loop heat pipes (CTT), the evaporators of which are installed on the panels, and the condensers are built into the radiators [RF Patent 2585936,
Однако наличие резервного радиатора-охладителя не позволяет, по месту, «снимать» пиковые тепловые нагрузки, поступающие от отдельных, периодически работающих блоков (установленных в отсеках, либо автономно), как это позволяют делать, например, тепловые аккумуляторы (ТА).However, the presence of a backup radiator-cooler does not allow, locally, to "remove" peak heat loads coming from separate, periodically operating units (installed in compartments, or autonomously), as, for example, heat accumulators (TA) allow.
Известны системы обеспечения теплового режима охлаждаемого оборудования КА, в которых для обеспечения заданного температурного режима блоков, имеющих импульсное/циклическое тепловыделение, применяются тепловые аккумуляторы, заправленные фазопереходным материалом (ФПМ). Высокая скрытая теплота плавления ФПМ позволяет компенсировать локальные по времени «мощные всплески» тепловыделения приборов. Для этого тепловой аккумулятор интегрируется в прибор, либо соединяется с ним теплопроводом. Примером такой системы является система терморегулирования приборного отсека КА с циклическим режимом работы приборов, содержащая источники тепла высокого и низкого температурного уровня, соединенные соответственно с радиационным теплообменником и с аккумулятором холода (тепловым аккумулятором) [Патент РФ 149197, B64G 1/50]. Радиационный теплообменник (РТО), который значительные отрезки времени бывает холоднее рабочей температуры аккумулятора холода, дополнительно соединен с ним при помощи диодной тепловой трубы. Такое решение позволяет использовать общий радиатор и для охлаждения источников тепла, и для «зарядки» аккумулятора холода (теплового аккумулятора), что способствует снижению массы системы терморегулирования и повышает ее надежность.There are known systems for ensuring the thermal regime of the spacecraft cooled equipment, in which heat accumulators filled with a phase transition material (FPM) are used to ensure a given temperature regime of blocks with a pulsed / cyclic heat release. The high latent heat of fusion of FPM makes it possible to compensate for local in time "powerful bursts" of heat release from devices. For this, the heat accumulator is integrated into the device, or connected to it with a heat conductor. An example of such a system is the thermal control system of the instrument compartment of a spacecraft with a cyclic mode of operation of devices, containing heat sources of high and low temperature levels, connected, respectively, with a radiation heat exchanger and with a cold accumulator (heat accumulator) [RF Patent 149197, B64G 1/50]. A radiation heat exchanger (RTO), which for significant periods of time is colder than the operating temperature of the cold accumulator, is additionally connected to it using a diode heat pipe. This solution makes it possible to use a common radiator both for cooling heat sources and for "charging" a cold accumulator (heat accumulator), which helps to reduce the mass of the thermal control system and increases its reliability.
Однако температура плавления ФПМ, которым заправляют ТА, должна быть выше температуры РТО, чтобы аккумулятор тепла смог «зарядиться» для следующего применения и, одновременно с этим, температура ФПМ должна быть ниже максимально разрешенной рабочей температуры тепловыделяющего блока, что является существенным ограничением и осложняет выбор, подходящего для конкретной задачи, ФПМ. При этом, поскольку большинство известных ФПМ имеют низкую теплопроводность, эффективное тепловое соединение плавящегося вещества с тепловыделяющим оборудованием требует создания пространственно распределенных, достаточно массивных, теплопроводящих металлических конструкций ТА, в которые заправляют ФПМ.However, the melting point of the FPM, which is charged with the TA, must be higher than the temperature of the RTO so that the heat accumulator can “charge” for the next application and, at the same time, the temperature of the FPM must be lower than the maximum allowed operating temperature of the fuel block, which is a significant limitation and complicates the choice , suitable for a specific task, FPM. At the same time, since most of the known FPMs have low thermal conductivity, the effective thermal connection of the melting substance with the heat-generating equipment requires the creation of spatially distributed, rather massive, heat-conducting metal structures of TA, into which the FPM is filled.
Из вышеизложенного следует, что использование резервных радиаторов-охладителей, либо тепловых аккумуляторов для снятия пиковых и циклических тепловых нагрузок, вполне оправдано, расширяет функциональные возможности и позволяет улучшать характеристики СТР, в случаях длительного времени функционирования термостатируемых приборов и оборудования.From the above, it follows that the use of reserve radiators-coolers, or heat accumulators to remove peak and cyclic thermal loads, is quite justified, expands the functionality and allows you to improve the characteristics of the CTP, in cases of long-term operation of thermostatically controlled devices and equipment.
Однако при относительно небольшом суммарном времени активного функционирования оборудования, от нескольких часов до нескольких суток, например, в разгонных блоках ракет-носителей и/или в космических аппаратах (КА), имеющих подобное оборудование, желательно обойтись более универсальными и компактными техническими решениями, которые не предъявляют слишком высоких компоновочных и конструктивных требований к КА, и в конечном итоге, позволяют дополнительно снизить долю радиационных теплообменников в системах терморегулирования космических объектов.However, with a relatively short total time of active operation of equipment, from several hours to several days, for example, in the upper stages of launch vehicles and / or in spacecraft (SC) with such equipment, it is desirable to do with more universal and compact technical solutions that are not impose too high layout and design requirements for spacecraft, and ultimately, allow to further reduce the proportion of radiation heat exchangers in thermal control systems of space objects.
Известны системы, реализующие незамкнутый испарительный цикл для кондиционирования воздуха кабин КА, а также для термостатирования приборных отсеков. [Г.И. Воронин, Системы кондиционирования воздуха на летательных аппаратах, М. "Машиностроение", 1973, 444 стр.]. Через испарительный теплообменник «прогоняется» воздух (из приборного отсека), а пары хладагента, используемого для рекуперативного охлаждения этого воздуха, выбрасываются в космическое пространство. Данный способ охлаждения достаточно эффективен, поскольку для охлаждения используется высокая скрытая теплота парообразования, но связан с потерей значительной массы хладагента, поэтому используется при кратковременных режимах работы и в системах с ограниченным сроком действия. В отличие от радиаторов (радиационных теплообменников) испарительное охлаждение с разомкнутым контуром менее требовательно к пространственной ориентации КА и, в ряде случаев, позволяет создать более компактные и эффективные устройства для обеспечения теплового режима.There are known systems that implement an open evaporative cycle for air conditioning the spacecraft cabins, as well as for thermostating the instrument compartments. [G.I. Voronin, Air conditioning systems on aircraft, M. "Mechanical Engineering", 1973, 444 pages]. Air (from the instrument compartment) is "driven" through the evaporative heat exchanger, and the vapors of the refrigerant used for recuperative cooling of this air are discharged into outer space. This method of cooling is quite effective, since a high latent heat of vaporization is used for cooling, but it is associated with the loss of a significant mass of refrigerant, therefore it is used for short-term operation and in systems with a limited period of operation. In contrast to radiators (radiation heat exchangers), open-loop evaporative cooling is less demanding on the spatial orientation of the spacecraft and, in some cases, makes it possible to create more compact and efficient devices for ensuring the thermal regime.
Для оборудования КА с ограниченным сроком активного функционирования (служебные системы посадки КА, разгонные блоки и т.п.) применение систем испарительного охлаждения (СИО) с разомкнутым контуром может открыть следующие преимущества по отношению, например, к тепловым аккумуляторам (ТА), в работе которых также реализуется эффект скрытой теплоты фазового перехода.For spacecraft equipment with a limited period of active operation (service landing systems for spacecraft, upper stages, etc.), the use of evaporative cooling systems (SPC) with an open loop can open the following advantages in relation to, for example, thermal accumulators (TA), in operation which also implements the latent heat effect of the phase transition.
Во-первых, в конструкции СИО легче организовать эффективный тепловой контакт между зоной фазового перехода и охлаждаемым объектом, поскольку жидкий теплоноситель можно «доставить» в зону, которая «актуальна» для теплообмена. Для ТА, напротив, нужна разветвленная теплопроводящая система, с помощью которой необходимо развивать тепловой контакт между неподвижным плавящимся материалом и термостатируемым оборудованием.First, it is easier to organize effective thermal contact between the phase transition zone and the object to be cooled in the SPI design, since the coolant can be “delivered” to the zone that is “relevant” for heat exchange. For TA, on the contrary, a branched heat-conducting system is needed, with the help of which it is necessary to develop thermal contact between the stationary melting material and the thermostatted equipment.
Во-вторых, температурой стабилизации СИО можно управлять, поддерживая заданное давление насыщения в испарителе. Т.е. одну и ту же СИО можно применять для поддержания различных уровней температуры, изменяя расход выбрасываемого хладагента, что невозможно организовать в ТА.Second, the SPT stabilization temperature can be controlled by maintaining the desired saturation pressure in the evaporator. Those. one and the same SPM can be used to maintain different temperature levels by changing the flow rate of the discharged refrigerant, which is impossible to organize in a TA.
В-третьих, для применяемых в системах терморегулирования КА плавящихся веществ и испаряющихся жидкостей, соотношение массы к скрытой теплоте фазового перехода существенно лучше у испаряемых жидких хладагентов, чем у плавящихся ФПМ.Third, for melting substances and evaporating liquids used in spacecraft thermal control systems, the ratio of mass to latent heat of phase transition is much better for evaporated liquid refrigerants than for melting FPMs.
Наконец, в-четвертых, для СИО вообще не нужен РТО, а для ТА нужен радиационный теплообменник, хотя и существенно уменьшенный.Finally, fourthly, for SPI, an RTO is not needed at all, and for TA, a radiation heat exchanger is needed, albeit significantly reduced.
Наиболее близким аналогом к заявленной системе испарительного охлаждения, выбранной в качестве прототипа, является испарительная система, применяемая для термостатирования приборного отсека оборудования летательного аппарата, представленная в описании патента [Патент РФ 2622173, В64С 30/00, B64G 1/50, 2016].The closest analogue to the claimed evaporative cooling system, selected as a prototype, is the evaporative system used for thermostating the instrument compartment of the aircraft equipment, presented in the patent description [RF Patent 2622173, В64С 30/00, B64G 1/50, 2016].
Система выполнена в виде разомкнутого испарительного контура, содержащего мембранный клапан, который изолирует контур от связи с внешней средой, окружающей летательный аппарат, трубный теплообменник, соединенный трубопроводами с резервуаром с жидким теплоносителем (емкостью с хладагентом) через пусковой пироклапан и клапан, регулирующий подачу жидкого теплоносителя в контур.The system is made in the form of an open evaporative circuit containing a diaphragm valve that isolates the circuit from communication with the external environment surrounding the aircraft, a pipe heat exchanger connected by pipelines to a reservoir with a liquid heat carrier (a container with a refrigerant) through a starting pyrovalve and a valve that regulates the supply of a liquid heat carrier into the contour.
Данная система (которая в рассматриваемом авторами случае является субсистемой) применяется как внешний контур охлаждения в двухконтурной системе охлаждения, где внутренний контур охлаждения образован вертикальными тепловыми трубами, работающими в режиме термосифона и встроенными в вертикальные силовые панели, на которых установлено тепловыделяющее оборудование.This system (which in the case considered by the authors is a subsystem) is used as an external cooling circuit in a two-circuit cooling system, where the internal cooling circuit is formed by vertical heat pipes operating in the thermosyphon mode and built into the vertical power panels on which the heat-generating equipment is installed.
При разработке прототипа было принято решение исключить газовый циркуляционный контур из системы, а испарительный теплообменник использовать не для охлаждения газа, а для контактного охлаждения панели с оборудованием, установив испарительный (трубный) теплообменник непосредственно на панель. Таким образом, тепловой поток от оборудования к СИО стал передаваться кондуктивным способом, что позволило улучшить технические характеристики системы, в целом.When developing the prototype, it was decided to exclude the gas circulation loop from the system, and to use the evaporative heat exchanger not for cooling the gas, but for contact cooling of the panel with the equipment, by installing the evaporative (tube) heat exchanger directly on the panel. Thus, the heat flux from the equipment to the SPI began to be transmitted in a conductive way, which made it possible to improve the technical characteristics of the system as a whole.
Задействование внешнего испарительного контура в прототипе происходит подрывом пускового пироклапана, при этом жидкий хладагент из емкости (резервуара) поступает в регулирующий клапан и в трубный теплообменник, где происходит охлаждение конденсаторов тепловых труб (соединенных с охлаждаемым оборудованием). В процессе испарения хладагента, во внешнем испарительном контуре повышается давление, при достижении давления насыщенных паров кипения хладагента (очевидно, некоторого заданного давления) происходит прорыв мембранного клапана и пары хладагента выбрасываются в атмосферу.The activation of the external evaporation circuit in the prototype occurs by undermining the starting pyrovalve, while the liquid refrigerant from the container (reservoir) enters the control valve and into the pipe heat exchanger, where the condensers of the heat pipes (connected to the cooled equipment) are cooled. In the process of refrigerant evaporation, the pressure rises in the external evaporative circuit, when the pressure of the saturated vapor of the refrigerant boiling (obviously, a certain predetermined pressure) breaks through the diaphragm valve and the refrigerant vapor is released into the atmosphere.
Рассматривая возможности и перспективы применения испарительной системы охлаждения, используемой в прототипе, в составе СТР космического объекта, следует отметить некоторые недостатки подобной системы.Considering the possibilities and prospects of using the evaporative cooling system used in the prototype as part of the RTS of a space object, some disadvantages of such a system should be noted.
Во-первых, вытеснение жидкого теплоносителя из резервуара осуществляется с помощью эластичной мембраны, которая «поддавливается» сжатым газом [см. В.В. Малоземов и другие. Выбор проектных параметров перспективных систем обеспечения теплового режима летательных аппаратов. - М.: изд. МАИ, 1989 г., с. 14-37).]. Однако резевуары данного типа имеют относительно невысокую надежность.First, the displacement of the coolant from the reservoir is carried out using an elastic membrane, which is "pressed" by compressed gas [see. V.V. Malozemov and others. The choice of design parameters for promising systems for ensuring the thermal regime of aircraft. - M .: ed. MAI, 1989, p. 14-37).]. However, tanks of this type have relatively low reliability.
Во-вторых, по длине трубного теплообменника, достаточно сложно организовать стабильное равномерное испарение жидкого теплоносителя, что приводит к неравномерному отводу тепла от оборудования и возникновению соответствующих нежелательных, либо неприемлемых температурных градиентов.Secondly, along the length of the pipe heat exchanger, it is rather difficult to organize stable uniform evaporation of the heat transfer fluid, which leads to uneven heat removal from the equipment and the occurrence of corresponding undesirable or unacceptable temperature gradients.
В-третьих, до активации испарительной системы, ее испарительный теплообменник не способен выполнять каких-либо полезных функций в составе СТР, т.е. не работает как теплопередающий агрегат.Third, before the activation of the evaporative system, its evaporative heat exchanger is not capable of performing any useful functions as part of the CTP, i.e. does not work as a heat transfer unit.
Технической проблемой, решаемой предлагаемым изобретением, является обеспечение надежного, качественного, имеющего расширенные функциональные возможности, эффективного термостатирования бортового оборудования, работа которого в составе КО характеризуется относительно небольшим суммарным временем активного функционирования (от нескольких часов до нескольких суток) и может сопровождаться как постоянным, так и импульсным характером тепловыделения.The technical problem solved by the proposed invention is to provide reliable, high-quality, with expanded functionality, effective thermostating of on-board equipment, the operation of which as part of the spacecraft is characterized by a relatively small total time of active functioning (from several hours to several days) and can be accompanied by both constant and and the impulsive nature of heat release.
Указанная техническая проблема решается за счет того, что в отличие от известной испарительной системы охлаждения с разомкнутым контуром, содержащей испарительный теплообменник, резервуар с жидким теплоносителем, регулятор расхода теплоносителя и изолирующий клапан запуска системы, новым является то, что испарительный теплообменник выполнен в виде тепловой трубы, а регулятор расхода теплоносителя - в виде последовательно установленных на выходе тепловой трубы втулки с калиброванными отверстиями и тарельчатого клапана с сильфоном, заполненным инертным газом с заданным давлением, а запуск системы осуществляется открытием изолирующего клапана, при этом, внутренняя полость тепловой трубы с одной стороны подсоединена к резервуару с жидким теплоносителем, а с другой стороны через регулятор расхода теплоносителя и изолирующий клапан с окружающей космический объект внешней средой.This technical problem is solved due to the fact that, in contrast to the known evaporative cooling system with an open loop, containing an evaporative heat exchanger, a reservoir with a liquid coolant, a coolant flow regulator and an isolating valve for starting the system, the new one is that the evaporative heat exchanger is made in the form of a heat pipe , and the coolant flow regulator is in the form of bushings with calibrated holes installed in series at the outlet of the heat pipe and a poppet valve with a bellows filled with an inert gas at a given pressure, and the system is started by opening the isolating valve, while the inner cavity of the heat pipe is connected on one side to the reservoir with the liquid coolant, and on the other hand through the coolant flow regulator and the isolating valve with the external environment surrounding the space object.
Кроме того, полость резервуара заполнена капиллярно-пористым материалом, капилляры которого обеспечивают подпитку капиллярной структуры тепловой трубы жидким теплоносителем из резервуара.In addition, the cavity of the reservoir is filled with a capillary-porous material, the capillaries of which provide replenishment of the capillary structure of the heat pipe with a liquid coolant from the reservoir.
Кроме того, резервуар выполнен в виде цилиндра, продольная ось которого параллельна продольной оси тепловой трубы.In addition, the reservoir is made in the form of a cylinder, the longitudinal axis of which is parallel to the longitudinal axis of the heat pipe.
Кроме того, резервуар и тепловая труба заправляются аммиаком или пропиленом, а сильфон тарельчатого клапана - аргоном.In addition, the reservoir and heat pipe are charged with ammonia or propylene, and the poppet bellows is charged with argon.
Кроме того, количество калиброванных отверстий во втулке регулятора расхода теплоносителя делают с запасом, а часть из них закрывают (например, заглушками) в зависимости от планируемой длительности применения испарительной системы.In addition, the number of calibrated holes in the sleeve of the coolant flow regulator is made with a margin, and some of them are closed (for example, with plugs), depending on the planned duration of the evaporation system.
Кроме того, часть пористого материала резервуара размещена во внутреннем пространстве тепловой трубы, и имеет дополнительные капиллярные соединения с капиллярной структурой тепловой трубы, при сохранении единого связанного свободного пространства, необходимого для перемещения и перераспределения паров теплоносителя внутри тепловой трубы.In addition, a part of the porous material of the reservoir is located in the inner space of the heat pipe, and has additional capillary connections with the capillary structure of the heat pipe, while maintaining a single connected free space necessary for the movement and redistribution of heat carrier vapors inside the heat pipe.
Кроме того, на внешней части тепловой трубы установлено, по меньшей мере, два отдельных тепловых контактных фланца для соединения с термостатируемым оборудованием.In addition, at least two separate thermal contact flanges are installed on the outer part of the heat pipe for connection to the thermostatted equipment.
Улучшение качества обеспечения теплового режима охлаждаемого оборудования достигается за счет применения, в качестве испарительного теплообменника, тепловой трубы, являющейся «изотермичным» устройством, а также тарельчатого клапана с сильфоном, заполненным инертным газом, с помощью которых процесс испарения поддерживается при стабилизировавшемся давлении, что приводит к стабилизации температуры. «Температура настройки» клапана определяется давлением инертного газа в сильфоне [Патент РФ2474780, F28D 15/02]. Надежность и стабильность подпитки испарительного теплообменника жидким теплоносителем обеспечивается за счет капиллярных сил, благодаря созданию связанной капиллярной системы, состоящей из капиллярной структуры тепловой трубы и пористого материала, которым заполнен резервуар.Improving the quality of ensuring the thermal regime of the cooled equipment is achieved through the use, as an evaporative heat exchanger, of a heat pipe, which is an "isothermal" device, as well as a poppet valve with a bellows filled with an inert gas, with the help of which the evaporation process is maintained at a stabilized pressure, which leads to temperature stabilization. The "setting temperature" of the valve is determined by the pressure of the inert gas in the bellows [RF Patent 2474780, F28D 15/02]. Reliability and stability of feeding the evaporative heat exchanger with a liquid heat carrier is ensured by capillary forces, due to the creation of a connected capillary system consisting of a capillary structure of a heat pipe and a porous material, which is filled with a reservoir.
Установка втулки с калиброванными отверстиями, диаметр которых обеспечивает критическое истечение пара, позволяет ограничивать максимальный расход испаряемого теплоносителя заданной величиной, даже при постоянно открытом тарельчатом клапане. Так достигается некоторое гарантированное минимальное время продолжительности работы испарительной системы. Количество калиброванных отверстий во втулке можно выполнить с запасом. Устанавливая втулку в испарительную систему перед заправкойтеплоносителем, можно «оставить рабочими» лишь часть калиброванных отверстий (ненужные «заглушить»), т.е. задействовать отверстия в том количестве, которое гарантирует минимальную длительности применения испарительной системы.The installation of a sleeve with calibrated holes, the diameter of which ensures the critical outflow of steam, makes it possible to limit the maximum flow rate of the evaporated heat carrier to a given value, even with a constantly open poppet valve. This achieves a certain guaranteed minimum runtime of the evaporator system. The number of calibrated holes in the sleeve can be made with a margin. By installing the bushing into the evaporating system before filling with the heat carrier, it is possible to "leave working" only a part of the calibrated holes (unnecessary "plugging"), i.e. use the holes in the amount that guarantees the minimum duration of the use of the evaporation system.
Активация испарительной системы происходит в результате открытия изолирующего клапана. В активированной системе, если давление в тепловой трубе выше давления настройки тарельчатого клапана, последний открывается и соединяет испаритель (т.е. тепловую трубу) с окружающей средой. Если же изолирующий клапан закрыт (т.е. давление в ТТ ниже давления настройки), испарительная система не работает, однако тепловая труба, все равно, обладает всеми присущими ей характеристиками, т.е. способна выравнивать температуру и перераспределять тепло по длине ТТ, пока в системе есть теплоноситель.The evaporation system is activated by opening the isolation valve. In an activated system, if the pressure in the heat pipe is higher than the setting pressure of the poppet valve, the poppet valve opens and connects the evaporator (i.e. heat pipe) to the environment. If the isolation valve is closed (i.e. the pressure in the TT is lower than the set pressure), the evaporator system does not work, however, the heat pipe still has all its inherent characteristics, i.e. is able to equalize the temperature and redistribute heat along the length of the TT, as long as there is a coolant in the system.
Заполнение пористым материалом внутренней полости резервуара позволяет удерживать в нем жидкий теплоноситель и расходовать его, по мере необходимости, замещая испарившийся теплоноситель, который уходит, в виде пара, из ТТ в окружающее пространство.Filling the inner cavity of the reservoir with a porous material makes it possible to retain the liquid heat carrier in it and consume it, as necessary, replacing the evaporated heat carrier, which leaves, in the form of steam, from the TT into the surrounding space.
Форма резервуара, как и ТТ, может быть цилиндрической, однако при оптимизации массогабаритных характеристик СИО диаметр резервуара логично увеличить по отношению к диаметру ТТ. В случае если конфигурация и положение резервуара препятствуют контактному соединению ТТ с тепловыделяющим оборудованием, ось симметрии резервуара может быть смещена относительно продольной оси ТТ, при этом оси могут оставаться параллельными (для удобства создания объединенной капиллярной системы и контроля ее работы).The shape of the tank, like the TT, can be cylindrical, however, when optimizing the mass and size characteristics of the SPI, it is logical to increase the diameter of the tank in relation to the diameter of the TT. If the configuration and position of the tank impede the contact connection of the TT with the fuel-generating equipment, the axis of symmetry of the reservoir can be displaced relative to the longitudinal axis of the TT, while the axes can remain parallel (for the convenience of creating a combined capillary system and monitoring its operation).
В практике производства агрегатов СТР КА НПОЛ тепловые трубы чаще всего заправляют аммиаком, либо пропиленом. Сильфон тарельчатого клапана - аргоном. Для предлагаемой испарительной системы охлаждения с прогнозируемым положительным результатом могут быть использованы указанные теплоносители и инертный газ. Одним из проверенных на практике вариантов температурной настройки клапана является значение 9±3°C.In the practice of production of STR KA NPOL units, heat pipes are most often filled with ammonia or propylene. Poppet bellows - argon. For the proposed evaporative cooling system with a predictable positive result, the indicated heat transfer fluids and inert gas can be used. One proven valve temperature setting is 9 ± 3 ° C.
В порядке повышения эффективности использования внутреннего пространства испарительной системы, для размещения в нем запасов жидкого теплоносителя, может быть задействовано, также, внутреннее пространство тепловой трубы, но без нарушения ее полноценной работоспособности. Часть пористого материала, содержащего «запасы» жидкого теплоносителя для работы испарительной системы можно разместить внутри тепловой трубы, сохранив целостность и необходимое проходное сечение ее парового канала. Фактически, данная часть пористого материала (или фитиля) может быть выполнена наподобие артерии тепловой трубы (в общей практике создания ТТ разработано и внедрено множество конструкций артерий) и иметь дополнительные капиллярные соединения с капиллярной структурой тепловой трубы по ее длине. Капиллярно-пористый материал, размещенный внутри ТТ, в любом случае, образует единую капиллярную систему с пористым материалом, размещенным резервуаре. Такое решение, применительно к длинным тепловым трубам, позволит не только «сэкономить» габариты резервуара, но также обеспечит более эффективную доставку и раздачу жидкого теплоносителя по всем зонам тепловой трубы, и в случае, когда ТТ работает как испарительный теплообменник, и для любых других сопутствующих режимов ее применения.In order to increase the efficiency of using the internal space of the evaporation system, to accommodate stocks of liquid coolant in it, the internal space of the heat pipe can also be used, but without disrupting its full performance. Part of the porous material containing the "reserves" of the liquid heat carrier for the operation of the evaporation system can be placed inside the heat pipe, while maintaining the integrity and the required flow area of its steam channel. In fact, this part of the porous material (or wick) can be made like an artery of a heat pipe (in the general practice of creating TT, many designs of arteries have been developed and implemented) and have additional capillary connections with the capillary structure of the heat pipe along its length. The capillary-porous material placed inside the TT, in any case, forms a single capillary system with the porous material placed in the reservoir. Such a solution, as applied to long heat pipes, will allow not only to "save" the dimensions of the tank, but will also ensure more efficient delivery and distribution of the liquid heat carrier in all zones of the heat pipe, and in the case when the TT works as an evaporative heat exchanger, and for any other accompanying modes of its application.
Тепловой контакт тепловой трубы, т.е. испарительного теплообменника СИО, с оборудованием может быть организован либо через внешнюю боковую цилиндрическую стенку (ТТ, например, м.б. уложена на пасту в ответное цилиндрическое углубление в корпусе оборудования), либо через плоскую «полку», которую часто уже имеют экструдированные аксиальные тепловые трубы с алюминиевым корпусом. Однако ТТ может быть, также, снабжена специальными контактными фланцами. В последнем случае с помощью ТТ можно соединять разные элементы оборудования (даже относительно удаленные), между которыми, в целях решения общей задачи терморегулирования, целесообразно организовать эффективный теплообмен, причем, не только во время работы испарительной системы, но и в периоды ожидания ее активации. Это значительно расширит функциональные возможности заявляемой СИО.Thermal contact of the heat pipe, i.e. evaporative heat exchanger SIO, with the equipment can be organized either through the external lateral cylindrical wall (TT, for example, can be laid on the paste in the corresponding cylindrical recess in the equipment case), or through a flat "shelf", which often already have extruded axial thermal pipes with an aluminum body. However, the TT can also be fitted with special contact flanges. In the latter case, with the help of TT, it is possible to connect different elements of equipment (even relatively remote ones), between which, in order to solve the general problem of thermal control, it is advisable to organize effective heat exchange, moreover, not only during the operation of the evaporation system, but also during periods of waiting for its activation. This will significantly expand the functionality of the claimed SPI.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The essence of the invention is illustrated by drawings, where:
Фиг. 1 - Система испарительного охлаждения с разомкнутым контуром для термостатирования оборудования космического объекта;FIG. 1 - An open-loop evaporative cooling system for thermostating the equipment of a space object;
Фиг. 2 - Система испарительного охлаждения с разомкнутым контуром, в которой часть капиллярно-пористого материала резервуара размещена во внутренней полости тепловой трубы;FIG. 2 - An open-loop evaporative cooling system, in which a part of the capillary-porous material of the reservoir is located in the inner cavity of the heat pipe;
Фиг. 3 - Система испарительного охлаждения с разомкнутым контуром с испарительным теплообменником в виде тепловой трубы, имеющей тепловые контактные фланцы;FIG. 3 - An open loop evaporative cooling system with an evaporative heat exchanger in the form of a heat pipe having thermal contact flanges;
Фиг. 4 - Пример применяемых в испарительной системе охлаждения профилей тепловой трубы: а) - экструдированный с полками, б) - цилиндрический с контактными основаниями.FIG. 4 - An example of heat pipe profiles used in an evaporative cooling system: a) - extruded with shelves, b) - cylindrical with contact bases.
В соответствии с Фиг. 1 заявляемая система испарительного охлаждения с разомкнутым контуром для термостатирования оборудования КО содержит резервуар (1) для хранения жидкого теплоносителя и тепловую трубу (2), имеющую капиллярную структуру (3) и выполняющую функции испарительного теплообменника. Регулируемый выход пара из тепловой трубы в окружающее пространство обеспечивает тарельчатый клапан (4), установленный на выходе (в торце) тепловой трубы. Данный торец тепловой трубы (выход из СИО) через изолирующий клапан (5) соединен с окружающей средой. Если клапан (5) закрыт СИО находится в режиме ожидания, если клапан (5) открыт СИО работает (активирована). Для выхода из испарительного теплообменника в окружающую среду пары теплоносителя последовательно дожны пройти через втулку (6) с калиброванными отверстиями, тарельчатый клапан (4) и изолирующий клапан (5), если он открыт.Referring to FIG. 1, the inventive open-loop evaporative cooling system for thermostating the KO equipment contains a tank (1) for storing a liquid heat carrier and a heat pipe (2) having a capillary structure (3) and performing the functions of an evaporative heat exchanger. Adjustable steam outlet from the heat pipe to the surrounding space is provided by a poppet valve (4) installed at the outlet (at the end) of the heat pipe. This end of the heat pipe (outlet from the SPI) is connected to the environment through an isolating valve (5). If the valve (5) is closed the SPI is in standby mode, if the valve (5) is open the SPI is working (activated). To exit the evaporative heat exchanger into the environment, the coolant vapor must pass sequentially through the bushing (6) with calibrated holes, the poppet valve (4) and the isolating valve (5), if it is open.
Каждое отверстие во втулке (6) настолько мало, что не может пропускать пар с расходом выше заданного, поскольку достигается критический режим истечения, поэтому в случае, когда клапан (4) находится в постоянно открытом состоянии (в силу любых причин) - суммарная продолжительность работы СИО будет не менее расчетной. Такое решение не позволит переохладить оборудование, а в энергетическом балансе КА позволит сэкономить жидкий теплоноситель (хладагент), поскольку стоки тепла от оборудования могут происходить не только благодаря работе СИО (и в этом случае, предпочтителен более высокий уровень рабочей температуры оборудования). Если же изолирующий клапан (5) позволяет многократно активировать и деактивировать СИО, тогда втулка (6) будет служить дополнительным средством защиты СИО от преждевременной «растраты» теплоносителя.Each hole in the sleeve (6) is so small that it cannot pass steam with a flow rate higher than the specified one, since the critical flow regime is reached, therefore, in the case when the valve (4) is in a constantly open state (for any reason), the total operating time SPI will be no less calculated. Such a solution will not allow the equipment to be overcooled, and in the spacecraft energy balance it will save a liquid coolant (coolant), since heat sinks from equipment can occur not only due to the operation of the SPI (and in this case, a higher level of the equipment operating temperature is preferable). If the isolating valve (5) allows you to repeatedly activate and deactivate the SPM, then the sleeve (6) will serve as an additional means of protecting the SPM from premature "waste" of the coolant.
Клапан (4) как и втулка (6) является пассивным устройством, но предназначен для поддержания заданной температуры процесса испарения в ТТ. Для этой цели сильфон (7) заполнен инертным газом, имеющим заданное давление. В случае, когда давление паров теплоносителя в ТТ превышает заданное значение, клапан (4) должен открывать выходное отверстие, в противном - закрывать.The valve (4), like the sleeve (6), is a passive device, but it is designed to maintain a given temperature of the evaporation process in the TT. For this purpose, the bellows (7) is filled with an inert gas at a predetermined pressure. In the case when the vapor pressure of the coolant in the TT exceeds the set value, the valve (4) must open the outlet, otherwise it must close.
Как показывает Фиг. 1 противоположный торец тепловой трубы (2) соединен с резервуаром (1), который с помощью объединенной капиллярной структуры (3) должен восполнять «потери» жидкого теплоносителя в ТТ, возникающие при работе СИО. Для удержания (прежде всего, в невесомости) запасов жидкого теплоносителя внутри резервуара (1), последний заполнен пористым материалом.As FIG. 1, the opposite end of the heat pipe (2) is connected to the reservoir (1), which, with the help of the combined capillary structure (3), must compensate for the “losses” of the heat transfer fluid in the heat transfer tube that occur during the operation of the SPM. To keep (first of all, in zero gravity) stocks of liquid heat carrier inside the reservoir (1), the latter is filled with a porous material.
Фиг. 2 показывает, как капиллярная система СИО может быть модифицирована. Часть пористого материала (9) (или капиллярной структуры) для удержания жидкого теплоносителя может быть размещена внутри ТТ. Решение предусматривает капиллярное соединение пористого материала (9) с капиллярной структурой ТТ и капиллярно-пористым материалом резервуара (1).FIG. 2 shows how the SPI capillary system can be modified. Part of the porous material (9) (or capillary structure) for retaining the heat transfer fluid can be placed inside the TT. The solution provides for the capillary connection of the porous material (9) with the capillary structure of the TT and the capillary-porous material of the reservoir (1).
Для размещения нужного количества жидкого теплоносителя внутри СИО, связанные внутренние поры капиллярной структуры испарительной системы должны иметь соответствующий суммарный объем. Если количество тепла, которое планируется отвести с помощью СИО от оборудования равно Q, то масса заправляемой жидкости, приблизительно, без учета пара, составит m=Q/r, где r - скрытая теплота испарения, Дж/кг. Соответственно, объем капиллярной структуры СИО можно связать с массой заправляемой жидкости следующим соотношением:To accommodate the required amount of liquid heat carrier inside the SPM, the connected internal pores of the capillary structure of the evaporation system must have an appropriate total volume. If the amount of heat that is planned to be removed from the equipment using the SPI is equal to Q, then the mass of the filled liquid, approximately, excluding steam, will be m = Q / r, where r is the latent heat of vaporization, J / kg. Accordingly, the volume of the capillary structure of the SPI can be related to the mass of the filled liquid by the following ratio:
m=ρ⋅(ξ1⋅V1⋅K+ξ2⋅V2+ξ3⋅V3),m = ρ⋅ (ξ 1 ⋅V 1 ⋅K + ξ 2 ⋅V 2 + ξ 3 ⋅V 3 ),
здесь ξ - пористость связанных пор, %; ρ - плотность теплоносителя, кг/м3; V объем пористой структуры, м3; индексы: 1 - тепловая труба, 2 - резервуар, 3 - артерия. Если V1 - объем канавок, то пористость принимают 100%. К - эмпирический коэффициент, имеющий значение от 0 до 1, который определяет ту долю заправки тепловой трубы, которая участвует в работе СИО, т.е. в итоге, будет дренирована в окружающую среду.here ξ - porosity of connected pores,%; ρ is the density of the coolant, kg / m 3 ; V is the volume of the porous structure, m 3 ; indices: 1 - heat pipe, 2 - reservoir, 3 - artery. If V 1 is the volume of the grooves, then the porosity is taken to be 100%. K is an empirical coefficient, which has a value from 0 to 1, which determines the fraction of the heat pipe filling that participates in the SPI operation, i.e. eventually, it will be drained into the environment.
Внешней частью испарительного теплообменника для обеспечения теплового контакта с термостатируемым оборудованием, фактически, служит внешняя стенка тепловой трубы (8). Т.е. СИО осуществляет рекуперативный отвод тепла от оборудования с помощью тепловой трубы.In fact, the outer wall of the heat pipe (8) serves as the outer part of the evaporative heat exchanger to ensure thermal contact with the thermostated equipment. Those. SPI carries out recuperative heat removal from equipment using a heat pipe.
Для того чтобы обеспечить качественное тепловое соединение между оборудованием и испарительной системой, либо соединить ее с разными участками или элементами оборудования КО, тепловую трубу, являющуюся испарительным теплообменником, можно снабдить контактными фланцами (10), как это реализуется в обычных тепловых трубах, см. Фиг. 3. На этом же рисунке показано, что для удобства монтажа СИО на КО, резервуар (1) системы можно сместить в сторону от плоскости рабочих поверхностей контактных оснований (10). Это позволит устанавливать СИО на большие плоские поверхности, которые часто применяют в СТР КА.In order to ensure a high-quality thermal connection between the equipment and the evaporative system, or to connect it to different sections or elements of the KO equipment, the heat pipe, which is an evaporative heat exchanger, can be equipped with contact flanges (10), as is done in conventional heat pipes, see Fig. ... 3. The same figure shows that for the convenience of mounting the SPL on the KO, the reservoir (1) of the system can be shifted away from the plane of the working surfaces of the contact bases (10). This will allow the SPI to be installed on large flat surfaces, which are often used in STR spacecraft.
На Фиг. 4. изображены типовые профили ТТ, которые могут быть использованы в качестве испарителей в СИО. Принципиальных ограничений на применение канавчатых, сетчатых и прочих ТТ постоянной проводимости - нет. Требования к теплопередающим характеристикам ТТ для СИО определяются в соответствии с задачами термостатирования конкретного оборудования КО.FIG. 4. Shown are typical TT profiles that can be used as evaporators in SPI. There are no fundamental restrictions on the use of grooved, mesh and other CTs of constant conductivity. Requirements for the heat transfer characteristics of TT for SPI are determined in accordance with the tasks of thermostating of specific KO equipment.
Работает предлагаемая система следующим образом. Тепло, выделяемое оборудованием КО через контактную стенку (8) поступает к капиллярной структуре (3) тепловой трубы (2). Далее, за счет испарения и конденсации теплоносителя, тепло перераспределяется по длине тепловой трубы: температура ТТ, а также всей испарительной системы начинает расти, что вызывает соответствующий рост давления насыщенного пара. В заданный момент времени система активируется (оператором, либо бортовой автоматикой) для чего открывается изолирующий клапан (5). Изолирующий клапан может иметь однократную активацию с помощью приросредств, либо неоднократную, с помощью соленоида или иного управляемого исполнительного механизма.The proposed system works as follows. The heat released by the KO equipment through the contact wall (8) is supplied to the capillary structure (3) of the heat pipe (2). Further, due to the evaporation and condensation of the coolant, the heat is redistributed along the length of the heat pipe: the temperature of the TT, as well as the entire evaporative system, begins to rise, which causes a corresponding increase in the saturated vapor pressure. At a given time, the system is activated (by the operator or on-board automation) for which the isolating valve (5) opens. The isolation valve can be actuated once by means of a device, or repeatedly by means of a solenoid or other controlled actuator.
После открытия клапана (5) из системы становится возможным дренировать пар, за счет чего будет охлаждаться присоединенное к тепловой трубе СИО бортовое оборудование КО. В случае, если давление насыщенного пара в ТТ (2) выше давления сильфона (7) клапан (4) выпустит порцию пара в окружающую среду. Однако перед тем как пар пройдет через отверстие клапана (4) ему необходимо пройти через втулку (6) с калиброванными отверстиями. Если расход пара через отверстия втулки не достигает значения соответствующего критическому истечению, то температура насыщения в ТТ (2), в результате испарения жидкости, будет падать до тех пор, пока давление в ТТ не упадет ниже давления газа в сильфоне (7) (жесткостью сильфона при качественном описании работы системы пренебрегаем). После того как клапан (4) закроется, по мере поступления тепла от оборудования к ТТ и роста давления в ней, цикл может повторяться, вплоть до полного расхода (выброса в окружающую среду) теплоносителя из СИО.After opening the valve (5), it becomes possible to drain steam from the system, due to which the on-board equipment KO connected to the heat pipe of the SPI will be cooled. If the pressure of saturated steam in the TT (2) is higher than the pressure of the bellows (7), the valve (4) will release a portion of steam into the environment. However, before steam can pass through the valve opening (4), it must pass through the bored sleeve (6). If the steam flow through the bushing holes does not reach the value corresponding to the critical outflow, then the saturation temperature in the TT (2), as a result of liquid evaporation, will drop until the pressure in the TT drops below the gas pressure in the bellows (7) (the stiffness of the bellows we neglect in the qualitative description of the system operation). After the valve (4) closes, as heat flows from the equipment to the TT and the pressure in it rises, the cycle can be repeated, up to the full consumption (release into the environment) of the coolant from the SPI.
Жидкость, испаряемая в ТТ выбрасывается в окружающую среду, последовательно, через втулку (6), клапаны (4) и (5), а на смену ей, за счет капиллярных сил, из резервуара (1) поступает новая жидкость, которая заполняет капиллярную структуру (3) ТТ. Каждый выброс пара через клапан (4) будет сопровождаться поступлением новой жидкости из резервуара (1) в ТТ(2).The liquid evaporated in the TT is discharged into the environment, sequentially, through the sleeve (6), valves (4) and (5), and to replace it, due to capillary forces, a new liquid comes from the reservoir (1), which fills the capillary structure (3) TT. Each steam release through the valve (4) will be accompanied by the flow of new liquid from the reservoir (1) to the TT (2).
Если клапан (4) открыт длительное время, жидкость из СИО может достаточно быстро, полностью испариться. Длительное открытие клапана (4) может иметь место, например, вследствие его отказа и тогда оборудование КО может даже переохладиться. Естественно, что испарение всей массы теплоносителя СИО обеспечит отведение расчетного количества тепла Q от оборудования КО. Однако досрочный полный расход теплоносителя из СИО может привести к перегреву оборудования в дальнейшем, поскольку во многих циклограммах работы оборудования наиболее мощные «всплески» тепловыделения могут возникнуть на финальных стадиях его работы. Для учета этого обстоятельства, в системе присутствует втулка (6). С ее помощью ограничивается не давление в ТТ, а расход теплоносителя из СИО наружу. Если расход пара через отверстия втулки достигнет значения соответствующего критическому истечению, то температуре насыщения в ТТ (2) допускается беспрепятственно расти. В этом случае расчетный тепловой баланс оборудования должен проектироваться исходя из максимально разрешенной хладопроизводительности СИО. Т.е., например, когда одновременно с СИО конкретное оборудование охлаждается с помощью небольшого радиатора, или через крепежные элементы тепло от этого оборудования уходит в конструкцию КО, на долю СИО придется меньший поток тепла для диссипации, если средняя по времени температура функционирующего оборудования будет выше, а это позволит «сэкономить» определенное количество жидкого теплоносителя, для более «уверенного» применения СИО на финальных этапах.If the valve (4) is open for a long time, the liquid from the SPI can quickly enough, completely evaporate. Long-term opening of the valve (4) may occur, for example, due to its failure, and then the equipment of the KO may even be overcooled. Naturally, the evaporation of the entire mass of the SPT coolant will ensure the removal of the calculated amount of heat Q from the KO equipment. However, an early full flow rate of the coolant from the SPI can lead to overheating of the equipment in the future, since in many cyclograms of equipment operation, the most powerful "bursts" of heat release can occur at the final stages of its operation. To take this into account, the system has a bushing (6). With its help, not the pressure in the TT is limited, but the flow rate of the coolant from the SPM to the outside. If the steam flow through the bushing holes reaches a value corresponding to the critical outflow, then the saturation temperature in the TT (2) is allowed to rise unhindered. In this case, the calculated heat balance of the equipment should be designed based on the maximum allowed cooling capacity of the SPI. That is, for example, when, simultaneously with the SPM, a specific equipment is cooled using a small radiator, or through the fasteners, heat from this equipment goes into the KO structure, the SPI will have a lower heat flux for dissipation if the time-average temperature of the operating equipment is higher, and this will allow to "save" a certain amount of liquid coolant, for a more "confident" use of SPI at the final stages.
Таким образом, предлагаемая система испарительного охлаждения с разомкнутым контуром является компактной, универсальной, в необходимых случаях автономной системой терморегулирования, которая позволяет обеспечить надежное, качественное, эффективное термостатирование бортового оборудования КО, имеющего непродолжительное суммарное время активного функционирования, характеризующегося импульсным, нерегулярным и/или постоянным характером тепловыделения.Thus, the proposed system of evaporative cooling with an open loop is a compact, versatile, in necessary cases, an autonomous thermal control system, which allows for reliable, high-quality, effective thermostating of the on-board equipment of the KO, which has a short total time of active operation, characterized by pulsed, irregular and / or constant the nature of heat generation.
Предлагаемое изобретение, в частности, позволяет:The proposed invention, in particular, allows:
- организовать эффективный тепловой контакт между охлаждаемым объектом и тепловой трубой СИО;- to organize an effective thermal contact between the cooled object and the SPI heat pipe;
- уменьшить долю радиационных поверхностей, применяемых для термостатирования оборудования КО;- to reduce the proportion of radiation surfaces used for thermostating of the KO equipment;
- выбирать различный уровень температуры, при котором будет стабилизироваться работа СИО (однократно, перед установкой СИО на КО);- choose a different temperature level at which the operation of the SPI will stabilize (once, before installing the SPI on the KO);
- снизить градиенты температуры по длине испарительного теплообменника во время его работы;- to reduce the temperature gradients along the length of the evaporative heat exchanger during its operation;
- снизить градиенты температуры и обеспечить эффективный теплообмен между отдельными элементами охлаждаемого оборудования, в периоды, когда СИО неактивна;- to reduce temperature gradients and ensure effective heat exchange between individual elements of the cooled equipment, during periods when the SPI is inactive;
- не применять резервуар с разделительной мембраной, (что упростит конструкцию и повысит надежность СИО).- do not use a tank with a separating membrane (which will simplify the design and increase the reliability of the SPI).
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020116081A RU2746862C1 (en) | 2020-04-27 | 2020-04-27 | Open-loop evaporative cooling system for thermostating space object equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020116081A RU2746862C1 (en) | 2020-04-27 | 2020-04-27 | Open-loop evaporative cooling system for thermostating space object equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2746862C1 true RU2746862C1 (en) | 2021-04-21 |
Family
ID=75584787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020116081A RU2746862C1 (en) | 2020-04-27 | 2020-04-27 | Open-loop evaporative cooling system for thermostating space object equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2746862C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2796552C1 (en) * | 2022-05-30 | 2023-05-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Thermal stabilization system of the fiber circuit of a fiber-optic gyroscope of a space vehicle |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3613802C2 (en) * | 1986-04-24 | 1989-11-23 | Dornier Gmbh, 7990 Friedrichshafen, De | |
| RU2494933C1 (en) * | 2012-02-06 | 2013-10-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Spacecraft equipment thermal control system |
| RU2531210C1 (en) * | 2013-05-30 | 2014-10-20 | Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Method of providing thermal regime of instrument compartment of aircraft |
| RU2622173C1 (en) * | 2016-04-26 | 2017-06-13 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Method of ensuring thermal regime of the instrument compartment of aircraft |
-
2020
- 2020-04-27 RU RU2020116081A patent/RU2746862C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3613802C2 (en) * | 1986-04-24 | 1989-11-23 | Dornier Gmbh, 7990 Friedrichshafen, De | |
| RU2494933C1 (en) * | 2012-02-06 | 2013-10-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Spacecraft equipment thermal control system |
| RU2531210C1 (en) * | 2013-05-30 | 2014-10-20 | Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Method of providing thermal regime of instrument compartment of aircraft |
| RU2622173C1 (en) * | 2016-04-26 | 2017-06-13 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Method of ensuring thermal regime of the instrument compartment of aircraft |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2796552C1 (en) * | 2022-05-30 | 2023-05-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Thermal stabilization system of the fiber circuit of a fiber-optic gyroscope of a space vehicle |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ku | Operating characteristics of loop heat pipes | |
| EP2985556B1 (en) | Advanced control two phase heat transfer loop | |
| Nikitkin et al. | CPL and LHP Technologies: What are the Differences, What are the Similarities? | |
| US5816313A (en) | Pump, and earth-testable spacecraft capillary heat transport loop using augmentation pump and check valves | |
| EP2940416B1 (en) | Loop heat pipe apparatus for heat transfer and thermal control | |
| KR20100073204A (en) | Chiller for high energy solid state laser device | |
| Ku et al. | Recent advances in capillary pumped loop technology | |
| RU2746862C1 (en) | Open-loop evaporative cooling system for thermostating space object equipment | |
| CN102092481A (en) | Blocking device for loop heat pipe of satellite borne equipment | |
| Ku et al. | Capillary pumped loop GAS and Hitchhiker flight experiments | |
| Ku | Loop heat pipe startup behaviors | |
| Delil et al. | TPX for In-Orbit Demonstration of Two-Phase Heat Transport Technology-Evaluation of Flight and Post-Flight Experiment Results | |
| Ababneh et al. | Hybrid heat pipes for lunar and martian surface and high heat flux space applications | |
| RU2585936C1 (en) | Thermal control system for spacecraft equipment | |
| Fourgeaud et al. | Experimental investigations of a Multi-Source Loop Heat Pipe for electronics cooling | |
| RU2196079C2 (en) | Spacecraft | |
| Hoang et al. | Multiple-evaporator loop heat pipe | |
| RU2661178C1 (en) | System of maintenance thermal regime of instrument compartment of flighting unit | |
| RU162862U1 (en) | SPACE EQUIPMENT THERMAL CONTROL SYSTEM | |
| RU2737752C1 (en) | System for providing a thermal mode of spacecraft instruments | |
| Nason et al. | Challenges in the development of the orbiter active thermal control subsystem | |
| Mishkinis et al. | Experimental Investigation of Advanced Control Heat Transfer Loop with Remote Compensation Chamber | |
| US12031753B2 (en) | Evaporative thermal management systems and methods | |
| US20230395343A1 (en) | Heat switch device using cryogenic loop heat pipe and method therefor | |
| Holman et al. | Operational Principles of a Pump-Augmented Loop Heat Pipe with Auxiliary Evaporators |