[發明專利]一種空間用衰變熱斯特林轉換裝置

在審

• 申請號: 202310471487.0
• 申請日: 2023-04-27
• 公開（公告）號: CN116591853A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 田文喜;李潘瀟;王成龍;蘇光輝;郭凱倫;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043;F02G1/053;F02G1/055
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種空間用衰變熱斯特林轉換裝置，其特征在于，包括：雙端對置自由活塞式斯特林電機(1)、空間用扇形液滴輻射散熱系統(2)、斯特林膨脹腔(3)、钚-238燃料環(4)、絕熱層(5)、屏蔽層(6)、控制及電力輸配系統(7)；所述雙端對置自由活塞式斯特林電機(1)為兩個，將兩臺斯特林轉換器對置布置，兩個雙端對置自由活塞式斯特林電機(1)共用一個斯特林膨脹腔(3)，且通過控制及電力輸配系統(7)控制兩臺斯特林轉換器活塞有相同的運行狀態，以最大程度的消除斯特林轉換器運行時的振動，降低運行噪音；為斯特林熱電轉換裝置提供足夠的裕量，即使單臺斯特林轉換器失效依舊能夠通過另外一臺穩定工作；空間用扇形液滴輻射散熱系統(2)設置在雙端對置自由活塞式斯特林電機(1)的冷卻器上將廢熱導出，钚-238燃料環(4)布置在斯特林膨脹腔(3)外側，絕熱層(5)布置在钚-238燃料環(4)外側，屏蔽層(6)布置在絕熱層(5)外側；

所述雙端對置自由活塞式斯特林電機(1)，用于吸收钚-238燃料環(4)產生的衰變熱，將衰變熱高效地轉換為電能；

所述空間用扇形液滴輻射散熱系統(2)，用于導出雙端對置自由活塞式斯特林電機(1)產生的廢熱，保障熱電轉換效率；

所述斯特林膨脹腔(3)與钚-238燃料環(4)連接，做功工質在斯特林膨脹腔(3)受熱膨脹；

所述钚-238燃料環(4)，用于源源不斷地產生熱量；

所述絕熱層(5)，用于降低钚-238燃料環(4)的散熱損失；

所述屏蔽層(6)，用于輻射防護，防止周圍的工作人員和公眾受到放射性輻射的危害；

所述控制及電力輸配系統(7)，用于雙端對置自由活塞式斯特林電機(1)及空間用扇形液滴輻射散熱系統(2)的控制及系統電力儲存輸配；

所述環形翅片(8)，用于增強雙端對置自由活塞式斯特林電機(1)冷凝段與空間用扇形液滴輻射散熱系統(2)內冷卻工質的流動換熱；

所述液滴發射級(9)，用于將來自管束通道(12)的換熱工質分散成足夠小的液滴；

所述輻射散熱腔體(10)，用于容納液滴發射級(9)產生的液滴，讓其與空間環境進行輻射換熱；

所述液滴收集級(11)，用于收集在輻射散熱腔體(10)換熱后的工質；

所述管束通道(12)，用于連接液滴發射級(9)及液滴收集級(11)，構成流動回路；

所述液滴電磁泵(13)，用于驅動空間用扇形液滴輻射散熱系統(2)內冷卻工質。

2.根據權利要求1所述的一種空間用衰變熱斯特林轉換裝置，其特征在于，所述雙端對置自由活塞式斯特林電機(1)材料選擇鈦金屬以滿足空間任務對質量的限制。

3.根據權利要求1所述的一種空間用衰變熱斯特林轉換裝置，其特征在于，所述空間用扇形液滴輻射散熱系統(2)由環形翅片(8)、液滴發射級(9)、輻射散熱腔體(10)、液滴收集級(11)、管束通道(12)及電磁泵(13)組成，環形翅片(8)底部與雙端對置自由活塞式斯特林電機(1)冷卻器外側相連，翅片端與液滴發射極(9)相連，輻射散熱腔體(10)兩側分別與液滴發射極(9)發射表面及液滴收集級(11)收集表面相連，管束通道(12)分別與液滴發射極(9)入口及液滴收集級(11)出口相連，電磁泵(13)布置在管束通道(12)外側，通過控制及電力輸配系統(7)控制；空間用扇形液滴輻射散熱系統內換熱工質為導電液體，在電磁泵(13)的驅動下與環形翅片(8)換熱，并通過液滴發射級(9)噴射成細小的液滴在輻射散熱腔體(10)內與空間環境進行輻射換熱，換熱后液滴在在液滴收集級(11)聚合成流束，通過管束通道(12)再次與環形翅片(8)換熱；空間用扇形液滴輻射散熱系統(2)根據不同的散熱需求，選擇兩套對稱布置或者四套組成環形液滴輻射散熱系統。

4.根據權利要求3所述的一種空間用衰變熱斯特林轉換裝置，其特征在于，所述液滴發射級(9)孔徑小于1mm，霧化液滴直徑小于100微米。

5.根據權利要求3所述的一種空間用衰變熱斯特林轉換裝置，其特征在于，所述管束通道(12)沿斯特林膨脹腔(3)軸向并列布置，管徑小于1cm，每個管束通道均帶有一套微型電磁泵系統。