[发明专利]一种星载复合散热系统及其控制方法

说明书

本发明公开一种星载复合散热系统及其控制方法，蒸发器通过制冷剂管路依次与气液分离器、压缩机、辐射散热器和节流支路连接，节流支路和旁通支路并联设置，节流支路上设置节流装置，旁通支路上设置旁通阀，压缩机为微型无油变频压缩机。控制器采集发热设备表面温度，控制压缩机、节流装置和旁通阀。在不同的太阳辐射和发热设备负荷情况下，根据发热设备表面温度，该系统可实现两种工作模式：当太阳辐射较强或电子设备散热负荷较大时，压缩机高速运转且节流装置工作，形成蒸气压缩循环，保障散热安全；当太阳辐射较弱且电子设备散热负荷较小时，压缩机低压低速运转，节流装置被旁通，构建动力热管循环，在节能基础上满足传热要求。

技术领域：

本发明涉及一种星载复合散热系统及其控制方法，适用于卫星上高热流密度设备散热，属于航天环控领域。

背景技术：

传统的星载高发热设备一般采用单相或两相流体(热管)循环通过辐射散热器向太空散热，但随着电子设备高频化、集成化、高功率的飞速发展，电子设备的发热功率呈几何倍数增大，传统的自然传热方式要求的辐射散热器面积越来越大，但当太阳辐射较强时仍然难以满足散热需求，给电子设备的安全可靠运行带来隐患。基于此，星载蒸气压缩循环逐渐成为一种可行的技术选项。但是如果太阳辐射较弱或设备散热较小时仍然运行在蒸气压缩循环，会带来耗电量过大的问题。如果采用蒸气压缩循环和自然传热设备两套系统散热又会带来重量大、系统复杂、卫星载荷不足的问题，各自的优缺点如表1所示。

表1已有散热系统优缺点对比

在地面暖通空调领域，1985年日本大金工业株式会社提出了将重力热管与蒸气压缩循环结合的机房空调器(参见：孙丽颖,马最良.冷剂自然循环空调机的特性与应用.哈尔滨商业大学学报2004,20:929-732)，在普通蒸气压缩循环基础上，通过增设压缩机旁通支路和节流装置旁通支路，形成重力热管循环。当室外空气温度较低时，机组运行于重力热管循环，节约了压缩机功耗；当室外空气温度较高时，机组运行于蒸气压缩制冷循环。该技术方案不仅可以节省制冷运行能耗，而且具有节材、节地、节省初投资和维护费用的优势。但是，在星载平台没有重力，热管循环缺乏驱动力难以运行，热管模式和蒸气压缩模式切换时压缩机频繁启停给机组可靠性带来隐患，而且没有针对太空环境具体的实施方案和控制方案。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提出了一种星载复合散热系统及其控制方法。采用可调压比和转速的微型无油变频压缩机当作动力源，且实现“一机两用”：当太阳辐射较强或电子设备负荷较大时，压缩机高速高压运转，节流装置工作，运行于蒸气压缩制冷模式，保障散热安全可靠；当太阳辐射较弱或电子设备负荷较小时，压缩机低速低压运转，节流装置被旁通，运行于动力热管循环模式，此时压缩机仅驱动工质循环，并不建立压差，耗电量极低，保障系统节能运行。

本发明采用如下技术方案：一种星载复合散热系统，包括卫星舱、气液分离器、压缩机、发热设备、蒸发器、旁通支路、节流支路、辐射散热器、控制器以及制冷剂管路，所述蒸发器通过制冷剂管路依次与气液分离器、压缩机、辐射散热器和节流支路连接，所述节流支路和旁通支路并联设置，节流支路上设置节流装置，旁通支路上设置旁通阀，所述控制器采集发热设备表面温度后控制压缩机、节流装置和旁通阀。

进一步地，所述压缩机为压比和转速可调的微型无油变频压缩机。

进一步地，所述气液分离器为折流分离或丝网分离型气液分离器。

进一步地，所述蒸发器为嵌入式蒸发器。

本发明还采用如下技术方案：一种星载复合散热系统的控制方法，在不同的太阳辐射和发热设备负荷情况下，根据发热设备表面温度，系统实现两种工作模式：

(a)当太阳辐射较强或发热设备负荷较大，发热设备表面温度T>a时，其中a为系统的预设温度值，控制器控制压缩机高压高速运转，节流装置工作，旁通阀关闭，蒸发器、气液分离器、压缩机、辐射散热器和节流支路构成蒸气压缩制冷循环；