[发明专利]一种基于月壤3D打印的聚光熔融原位资源储能装置

说明书

本发明公开了一种基于月壤3D打印的聚光熔融原位资源储能装置，涉及太阳能蓄热装置技术领域，包括蓄热块、翅片高温热管、保温容器；翅片高温热管包括翅片、光热腔、工质腔体、热输出接口，光热腔位于翅片高温热管的中央，翅片位于翅片高温热管的外周，工质腔体位于光热腔和翅片之间，热输出接口位于翅片的一端；蓄热块与翅片吻合连接，保温容器包裹在蓄热块的外侧。本发明针对地外环境的特殊条件，采用原位资源月壤作为蓄热材料，从而避免了传统流体工质在真空环境的挥发问题。

技术领域

本发明涉及小型太阳能蓄热装置技术领域，尤其涉及一种基于月壤3D打印的聚光熔融原位资源储能装置。

背景技术

载人登月等短期或长期地外基地建设是当前空间探索活动的热点领域，为乘员或设备提供昼夜不间断的电能和热能是实现深空探测的重要保障。目前已经提出的地外基地能源方案主要包括化学蓄电池方案与核反应堆电源方案，但都存在发射质量过大、寿命有限、安全性等问题。为了实现长期的深空探测活动，必须对星表原位资源加以有效和充分的利用，来减少航天器必须携带的物质，从而减少发射质量，并能够满足能源供应等要求。

地面环境中的蓄热系统主要可以分为相变潜热蓄热系统、非相变显热蓄热系统、化学能蓄热系统，在各个领域内已经具有了极其广泛的应用。但是这些方案由于在地面使用，受到大气环境的保护，其在地外环境中的应用受到极大限制。地外环境如月面上的高真空环境决定了蓄热系统只能采用显热蓄能，而为了增大储热密度，需要尽量提高蓄热块密度和温度。

在地面环境中，由于存在大气环境，允许空气或导热油等换热工质的存在，使得蓄热系统易于实现蓄热材料与发电机构之间的热交换。但是对于地外环境，在真空环境中不允许气体或液体工质暴露在开放体系中，因此地面技术中常用的流体工质已经不满足地外环境的使用要求，需要寻找依靠稳定固体传热的蓄热体系解决方案。

在地面上蓄热材料种类丰富，而在地外环境中，特别是月面环境中，可利用的蓄热资源只有月壤，且月壤的导热性能较差，其导热性能远低于地面蓄热材料，因此按传统的蓄热模式已经不能满足地外环境中的蓄热发电系统，特别是温度往往较低达不到发电机工作的温度，或难以转化为足够功率的电能输出。因此亟需克服由于月壤自身性质局限性带来的技术难题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够利用月壤原位资源作为蓄热材料的储能装置，解决传统流体工质在真空环境的挥发问题。

发明内容

有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能利用月壤原位资源作为蓄热材料的储能装置，使蓄热系统能够适应地外环境。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于月壤3D打印的聚光熔融原位资源储能装置，包括蓄热块、翅片高温热管、保温容器；所述翅片高温热管包括翅片、光热腔、工质腔体、热输出接口，所述光热腔位于所述翅片高温热管的中央，所述翅片位于所述翅片高温热管的外周，所述工质腔体位于所述光热腔和所述翅片之间，所述热输出接口位于所述翅片的一端；所述蓄热块与所述翅片吻合连接，所述保温容器包裹在所述蓄热块的外侧。

进一步地，所述蓄热块以月壤粉末为原料，通过激光3D打印技术加工制成。

进一步地，所述蓄热块使用全固态结构设计，以激光3D打印技术加工制成的致密的月壤块体作为蓄热单元，月壤块体之间无流动工质。

进一步地，所述保温容器以月壤粉末为原料，通过激光3D打印技术加工制成。

进一步地，所述翅片高温热管的工质密封在所述工质腔体内部。

优选地，所述翅片高温热管的工作温度为300～650℃，工质为钾。

优选地，所述翅片高温热管的工作温度大于650℃，工质为钠。

优选地，所述翅片的材料是不锈钢。

进一步地，所述翅片的延伸方向为径向，所述翅片与所述光热腔同轴设置。