[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于化學(xué)熱源的一次性主動(dòng)保溫組件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010111730.4
• 申請(qǐng)日: 2020-02-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111306405B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左易;王鑫劍;陳粵海;劉俊;錢(qián)成;鄭漢生;劉福東;徐小明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 四川航天系統(tǒng)工程研究所
• 主分類(lèi)號(hào): F16L59/02
• 分類(lèi)號(hào): F16L59/02;B01J19/00;F28D20/02
• 代理公司: 四川省成都市天策商標(biāo)專(zhuān)利事務(wù)所 51213
• 代理人: 張秀敏

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于化學(xué)熱源的一次性主動(dòng)保溫組件，屬于航天熱控技術(shù)領(lǐng)域。包括殼體，所述殼體內(nèi)填充有相變蓄熱基體，所述相變蓄熱基體內(nèi)分散有多個(gè)化學(xué)熱單元，所述化學(xué)熱單元固定在殼體內(nèi)，且每個(gè)化學(xué)熱單元分別通過(guò)輔助導(dǎo)線與被保溫的部件電性連接。本發(fā)明采用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱結(jié)合相變蓄熱的總體思路，通過(guò)引入具有較高能量的化學(xué)反應(yīng)熱源，使得主動(dòng)保溫組件的比能量超過(guò)了1800kJ/kg，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)保溫組件的高效率與輕量化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天熱控技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種在無(wú)太陽(yáng)輻射且極低溫度下提供高能量密度的一次性主動(dòng)保溫組件；更具體的說(shuō)是涉及一種基于化學(xué)熱源的一次性主動(dòng)保溫組件。

背景技術(shù)

在月球探測(cè)、小行星探測(cè)、行星探測(cè)等深空探測(cè)過(guò)程中，長(zhǎng)時(shí)間的極低溫度環(huán)境是探測(cè)設(shè)備必須面對(duì)的重要挑戰(zhàn)之一。以月球?yàn)槔嗟栏浇囊雇?長(zhǎng)度為14個(gè)地球日)和太陽(yáng)不能照射到的陰影區(qū)的溫度為-160℃到-180℃，極地永久陰影區(qū)溫度甚至低于-200℃。在類(lèi)似的極端溫度環(huán)境下，需要使用保溫裝置，保證探測(cè)設(shè)備的電氣通訊控制部件處于所需的溫度范圍以內(nèi)。航天保溫裝置一般由被動(dòng)保溫組件與主動(dòng)保溫組件組成，其中主動(dòng)保溫組件是熱量來(lái)源的主體。

通常的主動(dòng)保溫組件的能量來(lái)源一般有光伏電池的電能、同位素衰變的熱能、相變蓄熱以及化學(xué)電池的電能。光伏電池需要有太陽(yáng)輻射，不適用于本發(fā)明適用的背景場(chǎng)景；同位素衰變的熱能具有重量輕、能力高的優(yōu)點(diǎn)，售價(jià)昂貴且產(chǎn)量有限，不適合大面積應(yīng)用；相變蓄熱儲(chǔ)存的能量有限，相變溫度在常溫附近的相變材料相變潛熱在125-265kJ/kg之間；化學(xué)電池能夠儲(chǔ)存更多的能量，然而即使以250wh/kg的高比能量一次電池模組進(jìn)行估算，單位重量能夠提供的熱能也僅為900kJ/kg，且其放電性能在低溫條件下有著較大的衰減。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用在無(wú)太陽(yáng)輻射且極低溫度環(huán)境下的一種基于化學(xué)熱源的一次性主動(dòng)保溫組件，用以保證探測(cè)設(shè)備的電氣通訊控制部件處于所需的溫度范圍以內(nèi)，解決了現(xiàn)有技術(shù)條件下比能量不足的瓶頸，具有輕質(zhì)、高效、低成本的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于化學(xué)熱源的一次性主動(dòng)保溫組件，包括殼體，所述殼體內(nèi)填充有相變蓄熱基體，所述相變蓄熱基體內(nèi)分散有多個(gè)化學(xué)熱單元，所述化學(xué)熱單元固定在殼體內(nèi)，且每個(gè)化學(xué)熱單元分別通過(guò)輔助導(dǎo)線與被保溫的部件電性連接。

本發(fā)明采用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱結(jié)合相變蓄熱的總體思路，通過(guò)引入具有較高能量的化學(xué)反應(yīng)熱源，使得主動(dòng)保溫組件的比能量達(dá)到了1800kJ/kg，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)保溫組件的高效率與輕量化。

本發(fā)明由相變蓄熱基體、若干化學(xué)反應(yīng)熱單元以及輔助導(dǎo)線組成。當(dāng)保溫組件溫度降低至-20℃時(shí)，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)熱單元受控激發(fā)化學(xué)反應(yīng)并釋放熱量；釋放的熱量經(jīng)過(guò)耐高溫低導(dǎo)熱密封殼體緩慢向外傳遞，一部分被相變蓄熱基體存儲(chǔ)，另一部分對(duì)整個(gè)組件進(jìn)行加熱，但最終溫度不超過(guò)60℃；待組件溫度再次降至-20℃時(shí)，另一個(gè)化學(xué)反應(yīng)熱單元受控激發(fā)釋放熱量；如此往復(fù)，達(dá)到為探測(cè)設(shè)備的電氣通訊控制部件進(jìn)行保溫的目的。

進(jìn)一步的，所述化學(xué)熱單元包括化學(xué)熱藥劑、耐高溫低導(dǎo)熱密封殼體以及用于引發(fā)化學(xué)熱藥劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放熱量的點(diǎn)火元件，化學(xué)熱藥劑封裝在耐高溫低導(dǎo)熱密封殼體內(nèi)，點(diǎn)火元件通過(guò)輔助導(dǎo)線與被保溫的部件電性連接。點(diǎn)火元件的激活電流由被保溫的控制部件提供。

進(jìn)一步的，所述化學(xué)熱藥劑為選自硼系、鎢系、硅系、鋯系或錳系中且在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成物為無(wú)氣或少氣的藥劑。

進(jìn)一步的，所述化學(xué)熱藥劑為硼系無(wú)氣藥劑。

進(jìn)一步的，所述相變蓄熱基體由相變材料與導(dǎo)熱添加劑組成。

進(jìn)一步的，所述相變材料的相變溫度為20℃-40℃，且具有較大相變潛熱的相變材料。

進(jìn)一步的，所述相變材料為石蠟、二十烷、甘二烷中的一種或多種。