[發明專利]一種月球基地用儲熱裝置

有效

• 申請號: 202110475346.7
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113310337B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 張程賓;孫帥杰;郭孟月
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F28D20/02
• 分類號: F28D20/02;G06F17/11
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 王斌

本發明公開了一種月球基地用儲熱裝置，包括螺旋式蒸發器、保溫管、板式蒸發器、針肋冷凝器和熱力膨脹閥；所述板式蒸發器包括變溫材料層、液體腔、燒結芯管道以及氣體通道；所述熱力膨脹閥位于螺旋式蒸發器、板式蒸發器以及針肋冷凝器通路交匯處；所述螺旋式蒸發器與所述針肋冷凝器由所述保溫管連接；所述螺旋式蒸發器埋置于月壤恒溫層，在月夜低溫時進行工作；所述板式蒸發器設在月球表面，在月晝高溫時進行工作。本發明裝置利用月球月壤的恒溫層與月晝月夜均具有較大溫差的特點，在充分利用月晝豐富的太陽輻射能進行儲熱以外，還可在長達16天的月夜中依舊可以進行熱量儲存，為人類探索太空提供了可持續、更經濟、更安全的能源保障。

技術領域

本發明涉及儲熱技術領域，具體涉及的是一種月球基地使用的儲存熱量的裝置。

背景技術

航天探索研究實力在各國綜合國力的對比中占有很大比重，各國在航天探索領域也取得了很大的成就。各國對于月球的探索已經進行了很多的工作。目前，登陸月球對人類來說已經不是難事，但是成本還很高，如果所有的能源、材料、工具都要從地球搬上去，就更困難。月球上雖然“白天”很長，持續十幾天，但是“夜晚”也很長，可長達16天。由于月球上沒有大氣，再加上月面物質的熱容量和導熱率又很低，因而月球表面晝夜的溫差很大。白天，在陽光垂直照射的地方溫度高達127℃；夜晚，溫度可降低到-183℃。因此，多數太空任務都使用太陽能發電。如何利用這樣大的溫差，在溫度高時把能量存儲起來，一直是研究者研究的重點。

目前有研究者研究出儲能磚。白天，它們與安裝在月球表面的太陽能電池相連，利用電池釋放的電流加熱并存儲能量；夜晚，這些磚塊將被連接到熱發動機，釋放能量進行發電。因此，它們可以保護基地設備免受低溫損毀。但對于月球基地使用的儲熱裝置的研究還遠遠不夠。因此本發明把在地面使用成熟的兩相系統運用到月球基地，同時利用月球月壤的恒溫層在長達16天的夜晚依舊可以進行熱量儲存，便于能量的儲存以及設備體積的減小。研究發現，月表以下1m深度處的溫度常年處于-23℃左右，且由于月壤的熱擴散率很小，月層的溫度波動隨深度的增加迅速減小，波動不到0.01K，1.3m深度處溫度波動幅度近似為0，可以看作為恒溫層。可以看到，恒溫層溫度與月球白天溫差可達150℃，與月球夜晚溫差可達160℃，無論白天夜晚均具有較大溫差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，利用月球晝夜的大溫差，而提供了一種月球基地晝夜連續儲熱裝置。該裝置利用工作液體在蒸發器蒸發吸熱、在冷凝器冷凝同時將熱量釋放給儲熱材料，實現能量的存儲。這些儲存起來的能量可以為其他設備提供電能等能源，而且可以減小裝置的體積，為人類探索太空提供了可持續、更經濟、更安全的能源保障。

為解決月球儲熱困難的技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種月球基地用儲熱裝置，其特征在于：包括螺旋式蒸發器、保溫管、板式蒸發器、針肋冷凝器和熱力膨脹閥；所述板式蒸發器包括變溫材料層、蒸發腔體、燒結芯管道以及氣體通道；所述針肋冷凝器包括針肋陣列、冷凝腔體以及球形蓄熱器，所述蓄熱容器用于實現熱量的儲存；所述熱力膨脹閥位于螺旋式蒸發器、板式蒸發器以及針肋冷凝器通路交匯處；所述螺旋式蒸發器與所述針肋冷凝器由所述保溫管連接；所述螺旋式蒸發器埋置于月壤恒溫層，在月夜低溫時進行工作；所述板式蒸發器設在月球表面，在月晝高溫時進行工作；所述熱力膨脹閥根據環境溫度變化控制所述螺旋式蒸發器及所述板式蒸發器的工作與否。

螺旋式蒸發器埋置于月壤恒溫層，在月夜低溫時進行工作；板式蒸發器設在月球表面，在月晝高溫時進行工作；保溫管外包裹有保溫材料，保證工作液體從所述的螺旋式蒸發器出來后，到達針肋冷凝器前處于絕熱狀態；針肋冷凝器外的蓄熱容器用于實現熱量的儲存。熱力膨脹閥根據環境溫度變化控制螺旋式蒸發器及板式蒸發器的工作與否。