[實(shí)用新型]一種單元熱管吸熱器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220147498.0
• 申請(qǐng)日: 2012-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN202562106U
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 桂小紅;唐大偉;邢玉明;袁修干
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): F24J2/46
• 分類(lèi)號(hào): F24J2/46;F24J2/32
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種單元熱管吸熱器，更具體地，涉及一種空間站太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)的單元熱管吸熱器。

技術(shù)背景

航天技術(shù)是人類(lèi)開(kāi)展空間活動(dòng)，探索、開(kāi)發(fā)和利用外層空間的綜合性工程技術(shù)，是當(dāng)今世界高科技群體中最具影響力的科學(xué)技術(shù)之一，它使人類(lèi)活動(dòng)范圍從地面擴(kuò)展到太空，從根本上改變了人們的思維方式、生產(chǎn)方式和生活方式。自第一顆人造衛(wèi)星上天以來(lái)，空間技術(shù)不斷滲透到人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域，而空間科學(xué)的發(fā)展則帶給世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展以嶄新的視角。空間站作為空間探索的太空基地和航天員的空間活動(dòng)平臺(tái)，必將成為下一階段的航天發(fā)展目標(biāo)，而電力供應(yīng)則是維持空間站正常運(yùn)行和其它航天活動(dòng)的基礎(chǔ)。

目前，航天器普遍采用太陽(yáng)能光伏電池陣與化學(xué)蓄電池組合的供電方式。太陽(yáng)能光伏電池陣發(fā)電系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換效率較低，如硅電池的效率約15％，砷化鎵光電池的轉(zhuǎn)換效率雖然達(dá)到了18.5％，但成本卻是硅電池的近兩倍。隨著功率的增加，光伏電池陣迎風(fēng)面積將顯著增大，使得發(fā)射成本和軌道維護(hù)成本大大增加；此外，蓄電池的壽命較短，在空間站運(yùn)行期間需經(jīng)常更換，增加了總的運(yùn)行成本。太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)是一種新型空間太陽(yáng)能/電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，它首先把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，然后通過(guò)一種熱力循環(huán)把熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。它的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)質(zhì)量和迎風(fēng)面積小、能量轉(zhuǎn)換效率較高，總效率可達(dá)20.8％左右。較高的熱效率意味著較小的截取陽(yáng)光面積，也就意味著氣動(dòng)阻力的降低，這可以減少近地軌道長(zhǎng)壽命航天器軌道再提升的次數(shù)，有利于在較低軌道工作，可以使航天飛機(jī)往來(lái)飛行時(shí)，有較大的裝載能力，較低的單位質(zhì)量發(fā)射成本。

圖1所示為空間站太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)的工作原理，它利用拋物型的聚能器截取太陽(yáng)能，并將其聚集到吸熱器的圓柱形腔內(nèi)，被吸收轉(zhuǎn)換成熱能，其中一部分熱能傳遞給循環(huán)工質(zhì)，另一部分熱量則被封裝在多個(gè)小容器內(nèi)的PCM(相變材料，Phase?Change?Material)通過(guò)熔化而吸收儲(chǔ)存起來(lái)。吸熱后的循環(huán)工質(zhì)在渦輪內(nèi)膨脹做功，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。膨脹做功后的循環(huán)工質(zhì)經(jīng)過(guò)回?zé)崞髋c由壓縮機(jī)出來(lái)的高壓工質(zhì)進(jìn)行換熱，再經(jīng)過(guò)工質(zhì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步排熱降溫，進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮，經(jīng)過(guò)回?zé)崞黝A(yù)熱，再次進(jìn)入吸熱器，完成一個(gè)循環(huán)過(guò)程。工質(zhì)冷卻系統(tǒng)由工質(zhì)冷卻器、泵和輻射器組成，廢熱主要通過(guò)輻射器釋放到宇宙空間。在軌道陰影期，PCM在相變點(diǎn)附近凝固釋熱，充當(dāng)熱機(jī)熱源來(lái)加熱循環(huán)工質(zhì)，使得空間站處于陰影期時(shí)仍能連續(xù)工作發(fā)電。

空間站在軌道運(yùn)行時(shí)，必然經(jīng)過(guò)太陽(yáng)陰影期。要保證發(fā)電系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、連續(xù)供電，必須采用蓄熱裝置。在太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)中，將吸熱、蓄熱、與工質(zhì)換熱三項(xiàng)功能集合在一起的部件稱(chēng)為吸熱器。當(dāng)航天器處于日照區(qū)時(shí)，反射器收集太陽(yáng)能并將太陽(yáng)能聚集到位于拋物面焦點(diǎn)的吸熱器腔口。進(jìn)入腔體后，其中一部分能量用來(lái)加熱循環(huán)工質(zhì)，另一部分被蓄熱介質(zhì)吸收儲(chǔ)存起來(lái)。當(dāng)航天器進(jìn)入陰影區(qū)后，蓄熱介質(zhì)釋放出能量給循環(huán)工質(zhì)，維持其出口溫度在循環(huán)所要求的最低峰值溫度以上，使動(dòng)力系統(tǒng)在陰影區(qū)與日照區(qū)一樣運(yùn)行發(fā)電。吸熱器的質(zhì)量大約占發(fā)電系統(tǒng)總系統(tǒng)質(zhì)量的1/3，減少吸熱器的質(zhì)量對(duì)于減少發(fā)電系統(tǒng)的成本有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有空間站太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)的吸熱器的缺點(diǎn)和不足，提供一種新型的單元熱管吸熱器，該熱管吸熱器不僅能改善溫度均勻性，而且能充分有效利用相變材料，這使得吸熱器變得質(zhì)量輕，體積小，效率高。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，提供了一種單元熱管吸熱器，包括單元熱管和多個(gè)PCM容器，所述單元熱管包括吸熱段、蓄熱段和冷凝段，其特征在于，所述多個(gè)PCM容器層疊套裝在單元熱管蓄熱段的外壁上，單元熱管蓄熱段的外壁上設(shè)置微型槽，微型槽中填加有焊料，所述多個(gè)PCM容器和單元熱管通過(guò)所述微型槽焊接成一體，所述多個(gè)PCM容器之間用陶瓷纖維墊片隔開(kāi)。

進(jìn)一步地，所述單元熱管吸熱器還包括熱源熱交換器，所述熱源熱交換器套裝在單元熱管冷凝段的外壁上，在單元熱管冷凝段的外壁上也加工有微型槽，在該微型槽中也填加有焊料，所述熱源熱交換器和單元熱管通過(guò)所述微型槽焊接成一體。

優(yōu)選地，所述陶瓷纖維墊片為厚度為0.51mm的碳化硅陶瓷纖維墊片。

進(jìn)一步地，所述PCM容器的殼體包括內(nèi)環(huán)、外環(huán)、底蓋、頂蓋，這些部件之間通過(guò)電子束焊接在一起。

優(yōu)選地，所述PCM為摩爾百分比為80.5∶19.5的LiF和CaF₂組成的80.5LiF-19.5CaF₂氟鹽。