[發明專利]一種自冷卻自潤滑的封閉式熱泵/制冷系統

在審

• 申請號: 201711203776.3
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN109838940A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 李育隆;吳宏
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F25B1/00
• 分類號: F25B1/00;F25B31/02;F25B41/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種自冷卻自潤滑的封閉式熱泵/制冷系統，該發明主要包括氣浮軸承式離心壓縮機總成、冷凝器/輻射器、加熱器、第一膨脹閥、第二膨脹閥、蒸發器/冷板、啟動閥、壓縮機出口引氣口、引氣閥、氣浮軸承引氣管路。所述的自冷卻自潤滑的封閉式熱泵/制冷系統利用自身工質實現潤滑及冷卻。本發明具有結構簡單、無需其他冷卻工質、啟動適應性強的特點。

技術領域

本發明涉及制冷壓縮機領域以及航天器、飛行器熱控制領域，特別是涉及一種自冷卻自潤滑的封閉式熱泵/制冷系統。

背景技術

隨著現代技術的飛速發展，未來航天器、飛行器的設計對熱控制問題的需求與日俱增。未來航天器、飛行器將面臨熱功耗增大、傳統機載熱沉能力不足、熱流密度增強等新的熱控問題，這些問題對熱控設計的要求越來越嚴苛，新的熱控技術將成為研究熱點。

在第3代戰斗機中，SU-27的電子艙熱載荷為18kW，F-18的電子艙熱載荷為19kW。在第4代戰斗機中，F-22的電子艙熱載荷達到了55kW。可以預見，相控陣雷達等新一代電子設備的應用必將使未來飛行器的熱載荷數量級的增加，預計可以達到幾百千瓦的量級。隨著熱載荷的增加，傳統的飛機熱控手段例如空氣循環制冷系統ACS(Air Cycle System)等將很難提供足夠的冷量來冷卻這些電子設備。因此，為滿足未來飛行器的熱控需求，需發展能承擔大功率散熱的熱控系統，而熱泵技術卻是解決未來飛行器超大功率熱排散問題的重要技術途徑。

此外，對于地外星球宇航任務，發射重量是一個重要考慮因素。在利用輻射器對外散熱的航天器熱控系統中，輻射器質量通常占整個系統的50％～60％。根據斯忒蕃—波爾茲曼定理，輻射器表面散熱量正比于其表面溫度的4次方，同樣散熱量前提下能夠通過提高輻射器表面溫度達到顯著減小輻射器表面積的目的，熱泵系統能實現這一功能。國外的研究表明，系統散熱量在10kW時，熱泵相對于直接采用單向流體回路質量能夠減輕27％，當系統散熱量達到100kW時，熱泵系統減輕的質量約為39％。從中可以看出隨著排散功率的不斷增大，熱泵系統在減輕重量方面的優勢越來越明顯。

可以看出，熱泵技術具有提高輻射散熱溫度，減小輻射器面積、提高向陽面和極端環境下的散熱能力、以及調節能力強等特點，是解決未來飛行器、航天器超大功率熱排散問題的重要技術途徑，然而空間微重力及變重力條件下熱泵系統制冷壓縮機技術是熱泵技術與航天工程應用結合的瓶頸。

常規壓縮機在地面常規重力環境下依靠重力進行潤滑及冷卻，因此，在空間微重力及變重力條件下，地面的常規壓縮機則無法使用。為解決微重力及變重力條件下壓縮機的潤滑問題，目前常用的方法包括無油潤滑壓縮機、潤滑油制冷劑共循環壓縮機、磁力軸承壓縮機等。在無油潤滑中最常用的方式又是氣體潤滑的方式，因此本發明采用的是氣浮軸承式的壓縮機。

綜上，為開發出能實現潤滑、冷卻以及密封一體化的熱泵系統，本發明提出一種自冷卻自潤滑的封閉式熱泵/制冷系統，該系統同樣也適用于地面的制冷和熱泵應用的需求。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的是提供一種可利用自身工質實現冷卻及密封的，能同時滿足空間以及地面熱泵和制冷系統使用條件的自冷卻自潤滑的封閉式熱泵/制冷系統。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種自冷卻自潤滑的封閉式熱泵/制冷系統，其特征在于，包括氣浮軸承式離心壓縮機總成、冷凝器/輻射器、加熱器、第一膨脹閥、第二膨脹閥、蒸發器/冷板、啟動閥。

其中，所述的氣浮軸承式離心壓縮機總成包括離心葉輪、壓縮機吸氣口、壓縮機排氣口、氣浮軸承、電機、壓縮機機殼、離心葉輪進氣口、引氣閥、氣浮軸承引氣管路。

其中，工質在所述的自冷卻自潤滑的封閉式熱泵/制冷系統中的流動的過程為：