[发明专利]一种航天器自驱动两相循环热控制系统

说明书

本发明提出一种航天器自驱动两相循环热控制系统，包括与蒸发器顺次相连的膨胀机、冷凝器、储液罐，所述的膨胀机同轴连接有泵，所述冷凝器的出液管道连接于所述储液罐，储液罐的出液管道连接所述蒸发器，在储液罐的出液管道上设置所述泵。本发明提供的航天器自驱动两相循环热控制系统，利用设备废热做功，不需要消耗电能而实现流体循环，节约能量；该系统继承了两相流体循环热控技术的优点，温度均匀性好，换热效率高；膨胀机和泵一体化设计，完全密封，不存在泄露问题，转动位置都有工质进行润滑并带走摩擦产热，可靠性高。

技术领域

本发明属于航天设备的热控制领域，具体涉及一种自驱动循环的热控制系统及其应用。

背景技术

航天器运行于真空、低温、强辐射的空间中，必须有热控制系统维持设备温度，保证系统安全可靠的运行。热控制技术包括被动热控制技术和主动热控制技术。随着航天器热负荷的增加、功能和任务的复杂化，被动热控制技术无法满足温度控制要求，必须结合主动热控制技术。

常见的用于航天器整体热控制的主动热控制技术主要是流体回路热控制系统。根据流体工质是否发生相变可分为单相流体回路和两相流体回路；根据流体的驱动方式可分为泵驱动流体回路和毛细驱动两相回路。泵驱动单相流体回路的技术成熟度高，已在众多大型航天器，如美国的“双子座”飞船、航天飞机，美俄等国合作的“国际空间站”，中国的“神舟”飞船上得到了成功的应用。相比单相回路，两相回路热控制技术具有温度均匀性好、换热系数高、所需功耗低等优点，但其技术复杂，微重力条件下的两相换热规律研究得还不够充分。泵驱动两相回路只在“AMS02”磁谱仪上得到应用。毛细驱动的两相回路，如CPL(毛细抽吸两相回路)、LHP(回路热管)，应用稍多，但主要用作个别设备的热控制，一般不作为航天器整体的热控制技术。

泵驱动单相流体回路虽然应用比较成熟，但毕竟其性能不如两相回路。另外制约其可靠性和寿命的重要因素在于泵。泵作为高速转动部件，其寿命有限且可靠性较低。目前泵驱动单相流体回路一般只用于载人航天器，在泵出现故障时由航天员进行更换备份。泵驱动两相回路也有同样的问题，而且两相回路中必须保证泵前的流体过冷，不含气体，否则容易引起泵的阻塞、气蚀等严重问题。泵驱动流体回路都需要用电机驱动，消耗电能(参见图2，泵5的动力为电)。而电能是航天器上非常宝贵的能源。毛细驱动的两相回路不需要消耗能源，可靠性也更高，但毛细驱动的能力有限，限制了热量传输能力和传输距离。另外，毛细驱动两相回路稳定性差，尤其是启动和变负荷时容易引起压力振荡，严重时导致无法启动工作。有的设计将毛细驱动两相回路和泵驱动两相回路相结合，用泵改善启动和特殊情况下的运行稳定性，但又增大了系统的复杂性，降低了可靠性。

热控制系统的目的之一是将设备工作产生的废热排出，维持设备的温度，这也是流体回路的主要功能。根据热力学和传热学，排出设备废热依靠的是设备与环境之间的温差。太空中有温度很低的背景热沉，可利用辐射器将热量辐射到太空背景中。设备与辐射器之间通过导热、对流或辐射传递热量。根据热力学，热量具有做功能力，热量从高温传到低温的过程中可以对外做功。但目前的热控制技术基本上都没有利用废热的做功能力，泵驱动流体回路反而要对其输入功。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对本领域存在的问题，本发明的目的是为航天器热控制提供一种不消耗外部能源、自驱动、高可靠性、高效率的两相热控制回路系统。

本发明的第二个目的是提出一种利用设备废热做功，再利用该输出功驱动流体循环，实现自驱动的两相流体循环回路热控制方法。

(二)技术方案

实现本发明目的的技术方案为：

一种航天器自驱动两相循环热控制系统，包括与蒸发器顺次相连的膨胀机、冷凝器、储液罐，所述的膨胀机同轴连接有泵，

所述冷凝器的出液管道连接于所述储液罐，储液罐的出液管道连接所述蒸发器，在储液罐的出液管道上设置所述泵。