[發明專利]一種半導體預冷的稀薄氣體捕集裝置及實現方法

在審

• 申請號: 202110480091.3
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113048033A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 肖雅彬;李騰;楊超;劉洪偉;黃河激;岳連捷
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00;F25B21/02
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

1.一種半導體預冷的稀薄氣體捕集裝置，包括：

捕集進氣道(3)，為飛行器的吸氣式電推進系統收集空氣顆粒，所述空氣顆粒碰撞所述捕集進氣道(3)的壁面以形成反彈粒子并從所述捕集進氣道(2)逃逸；

制冷機構(1)，設置于所述捕集進氣道(2)壁面上用于降溫的目標區域，且所述制冷機構(1)用于在所述捕集進氣道(2)進行氣體捕集過程中對所述目標區域的壁面溫度降溫至目標溫度，所述反彈粒子在降溫后的所述目標區域的反射速度降低以減小所述反彈粒子的逃逸量；

所述飛行器的處理系統根據所述飛行器所在高度的空氣顆粒密度調控所述制冷機構(1)的開啟；

其中，所述目標溫度根據所述反彈粒子的種類和所述反彈粒子的目標速度設定，所述制冷機構(1)通過將所述反彈粒子降至目標溫度以將所述反射粒子的流動方式轉化為滑移流；

所述制冷機構(1)包括但不限于半導體制冷裝置，所述半導體制冷裝置利用至少一組半導體制冷片組件與所述目標區域的外側表面周向均勻連接。

2.根據權利要求1所述的一種半導體預冷的稀薄氣體捕集裝置，其特征在于：每組所述半導體制冷片組件包括至少一個半導體制冷片(11)，且每個所述半導體制冷片(11)分為半導體制冷片冷端(111)和半導體制冷片熱端(112)，每個半導體制冷片冷端(111)均與所述目標區域的外側表面相抵接，每個所述半導體制冷片熱端(112)連接有熱端散熱組件(12)，所有組半導體制冷片組件的所述半導體制冷片(11)在所述目標區域的外側表面相抵接部位的面積之和不小于所述目標區域的面積；

所述半導體制冷片(11)包括至少一個由N型半導體以及P型半導體聯結形成的電偶對。

3.根據權利要求2所述的一種半導體預冷的稀薄氣體捕集裝置，其特征在于：所述半導體制冷片(11)包括至少一個由N型半導體以及P型半導體疊加安裝的電偶對。

4.根據權利要求2所述的一種半導體預冷的稀薄氣體捕集裝置，其特征在于：所述飛行器在飛行過程中的軌道分為朝向恒星軌道和背向恒星軌道以分別形成朝向背向恒星熱輻射來流側和朝向恒星熱輻射來流側；

所述捕集進氣道(3)包括收縮通道以及位于所述收縮通道下游的平直通道，所述收縮通道包括部分背向恒星熱輻射來流的通道表面，所述目標區域為所述收縮通道背向恒星熱輻射來流的通道的內壁面，且所有半導體制冷片組件抵接在所述收縮通道上的背向恒星熱輻射來流的外側表面。

5.根據權利要求2所述的一種半導體預冷的稀薄氣體捕集裝置，其特征在于：所述捕集進氣道(3)包括收縮通道以及位于所述收縮通道下游的平直通道，所述目標區域包括所述收縮通道的所有壁面以及所述收縮通道下游的至少部分通道，所有半導體制冷片組件分別沿所述收縮通道的外側表面的周向以及所述收縮通道下游的至少部分通道的周向均勻布置。

6.根據權利要求2所述的一種半導體預冷的稀薄氣體捕集裝置，其特征在于：朝向恒星熱輻射來流側的所述熱端散熱組件(12)的外表面還設有與所述捕集進氣道(3)相連的熱輻射屏蔽罩(2)，所述熱輻射屏蔽罩(2)對朝向恒星熱輻射來流的所述熱端散熱組件(12)所在區域形成遮擋，且所述熱輻射屏蔽罩(2)的表面形成有反光材料涂層。

7.根據權利要求1所述的一種半導體預冷的稀薄氣體捕集裝置，其特征在于：所述捕集進氣道(3)內還沒有氣體密度檢測機構(5)，所述氣體密度檢測機構(5)用于對所述飛行環境中的氣體密度進行檢測；

所述制冷機構(1)還包括開關機構(4)，所述開關機構(4)用于在所述氣體密度低于目標閾值時開啟所述制冷機構(1)，且所述開關機構(4)用于在所述氣體密度大于等于目標閾值時關閉所述制冷機構(1)。

8.根據權利要求1所述的一種半導體預冷的稀薄氣體捕集裝置，其特征在于：所述制冷機構(1)還包括調節機構(8)，所述調節機構(8)用于根據所述飛行器的飛行位置對應的飛行環境變化對所述制冷機構(1)的制冷能力進行調節以將所述目標區域的壁面溫度降溫至目標溫度。