[發明專利]一種內置儲液器球形蒸發器環路熱管實驗裝置

在審

• 申請號: 201710425799.2
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107767753A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 王煥發;林貴平;申曉斌;柏立戰;楊銳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種適應于地面重力場工作環境的環路熱管實驗裝置，其目的是保證環路熱管在較大的姿態變化范圍內仍然能夠正常運行且工作溫度不發生明顯變化，為環路熱管的地面高效應用提供新的思路與方法。本發明屬于高效傳熱技術領域。

背景技術

環路熱管技術是目前航天器上應用的最前沿的熱控制技術，作為毛細力驅動的兩相回路系統，具有傳熱溫差小、傳熱性能高、遠距離傳輸熱量和控溫特性良好的優點。

但是目前對環路熱管的應用主要集中在微重力空間環境中，原因在于重力場的存在使得環路熱管在不同姿態下的氣液分布狀況明顯不同，直接影響了蒸發器和儲液器內部的傳熱傳質過程，導致環路熱管控溫精度下降甚至無法運行。而目前在地面應用中采用的圓柱形蒸發器雙儲液器環路熱管雖然能夠保證在不利姿態下環路熱管不失效，但是姿態依然會對其控溫精度產生較大的影響。除此之外，常規環路熱管蒸發器與儲液器軸向布置的結構形式也會造成蒸發器沿著不銹鋼外殼向儲液器的軸向漏熱；而透過毛細芯的徑向漏熱則會造成液體干道和儲液器之間強烈的相變換熱，該相變換熱會使得液體干道和儲液器內的工質在壓差作用下循環流動，增加了環路熱管運行的不穩定性。

本發明通過對環路熱管的蒸發器-儲液器耦合結構進行結構設計，不僅保證了重力場中環路熱管蒸發器-儲液器內氣液分布不會隨姿態而改變，并且減小了蒸發器向儲液器的漏熱，因此本發明對進一步提高環路熱管地面應用的性能具有重要意義且國內外尚沒有相似的設計。

發明內容

本發明綜合考慮了上述技術研究背景，目的是發明一種能夠在地面重力場中高效運行的環路熱管試驗裝置，能夠保證環路熱管的在重力場中運行時不會因為姿態的改變而造成工作溫度的較大變化，并且能夠在一定程度上減小蒸發器向儲液器的漏熱，改善環路熱管的運行性能。

本發明基于地面應用的環路熱管回路，通過對蒸發器與儲液器進行結構設計，實現在環路熱管姿態改變時工作溫度基本不變的目的。實驗裝置主要包括蒸發器-儲液器、冷凝器、蒸氣管線和液體管線。

本發明采用的技術方案由如下兩部分構成：

1.內置儲液器球形蒸發器。蒸發器的主要組成部分包括儲液器(內置)、球形毛細芯和蒸發器外殼。為了保證蒸發器內的氣液分布不隨蒸發器所處姿態而變化，蒸發器被設計為球形，與之相應的蒸發器外殼、毛細芯和儲液器也均為球形，這樣便能保證重力場中儲液器內的氣液分布與蒸發器所處姿態無關。蒸發器由外至內的順序為蒸發器外殼、毛細芯、儲液器，而儲液器實際上是球形毛細芯內部加工出來的球形空間，即儲液器內置于蒸發器毛細芯內。而毛細芯外表面則加工有蒸氣槽道和螺紋，以保證蒸氣的流動。毛細芯外表面與蒸發器外殼采用過盈配合，保證蒸發器外殼上的熱量能夠傳遞到毛細芯外表面。這樣由于蒸發器的外殼與儲液器沒有直接的接觸，因此常規環路熱管中蒸發器向儲液器的軸向漏熱可以得到避免。

2.其余裝置部件。除了內置儲液器球形蒸發器，該環路熱管實驗裝置的其他部件包括：蒸氣管線、冷凝器和液體管線。其中蒸氣管線連接毛細芯外表面和蒸發器外殼之間的空間與冷凝器，作用是將毛細芯外表面受熱產生的工質蒸氣引入到冷凝器釋放熱量。冷凝器根據實際情況的不同有多種結構形式，其作用是將工質蒸氣冷凝，將熱量釋放到熱沉中。由于球形毛細芯外表面積大，蒸氣流動阻力不均勻，因此蒸氣管線與冷凝管線采用了并行結構。液體管線連接冷凝器出口與儲液器，作用是將回流液體引入儲液器，維持供液。

附圖說明

圖1是球形毛細芯內部結構示意圖

圖2是球形毛細芯三維示意圖

圖3是蒸發器裝配示意圖

圖4是本發明內置儲液器球形蒸發器環路熱管實驗裝置示意圖

具體實施方式

為了使本發明的特點和技術方案更加清楚，以下結合附圖對本發明的設計、加工及裝配過程作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

(1)工質選擇

環路熱管的工質決定了環路熱管的工作性能和運行溫區，同時也會造成后續部件設計的差異。工質的選擇可根據設計工作溫區內的Dunbar因數的相對大小來選擇，一般在-60～60℃溫度區間選擇氨作為工質，80～150℃可以選擇水或者丙酮作為工質。

(2)密封材料選擇

密封材料的選擇要考慮密封材料與工質的相容性以及對工作溫度的耐受性，通常情況下硅膠密封圈可以在較大溫度范圍內滿足密封要求。而當工質為氨時，應使用三元乙丙橡膠作為密封材料。

(3)傳輸管線設計