[发明专利]一种内置储液器球形蒸发器环路热管实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种适应于地面重力场工作环境的环路热管实验装置，其目的是保证环路热管在较大的姿态变化范围内仍然能够正常运行且工作温度不发生明显变化，为环路热管的地面高效应用提供新的思路与方法。本发明属于高效传热技术领域。

背景技术

环路热管技术是目前航天器上应用的最前沿的热控制技术，作为毛细力驱动的两相回路系统，具有传热温差小、传热性能高、远距离传输热量和控温特性良好的优点。

但是目前对环路热管的应用主要集中在微重力空间环境中，原因在于重力场的存在使得环路热管在不同姿态下的气液分布状况明显不同，直接影响了蒸发器和储液器内部的传热传质过程，导致环路热管控温精度下降甚至无法运行。而目前在地面应用中采用的圆柱形蒸发器双储液器环路热管虽然能够保证在不利姿态下环路热管不失效，但是姿态依然会对其控温精度产生较大的影响。除此之外，常规环路热管蒸发器与储液器轴向布置的结构形式也会造成蒸发器沿着不锈钢外壳向储液器的轴向漏热；而透过毛细芯的径向漏热则会造成液体干道和储液器之间强烈的相变换热，该相变换热会使得液体干道和储液器内的工质在压差作用下循环流动，增加了环路热管运行的不稳定性。

本发明通过对环路热管的蒸发器-储液器耦合结构进行结构设计，不仅保证了重力场中环路热管蒸发器-储液器内气液分布不会随姿态而改变，并且减小了蒸发器向储液器的漏热，因此本发明对进一步提高环路热管地面应用的性能具有重要意义且国内外尚没有相似的设计。

发明内容

本发明综合考虑了上述技术研究背景，目的是发明一种能够在地面重力场中高效运行的环路热管试验装置，能够保证环路热管的在重力场中运行时不会因为姿态的改变而造成工作温度的较大变化，并且能够在一定程度上减小蒸发器向储液器的漏热，改善环路热管的运行性能。

本发明基于地面应用的环路热管回路，通过对蒸发器与储液器进行结构设计，实现在环路热管姿态改变时工作温度基本不变的目的。实验装置主要包括蒸发器-储液器、冷凝器、蒸气管线和液体管线。

本发明采用的技术方案由如下两部分构成：

1.内置储液器球形蒸发器。蒸发器的主要组成部分包括储液器(内置)、球形毛细芯和蒸发器外壳。为了保证蒸发器内的气液分布不随蒸发器所处姿态而变化，蒸发器被设计为球形，与之相应的蒸发器外壳、毛细芯和储液器也均为球形，这样便能保证重力场中储液器内的气液分布与蒸发器所处姿态无关。蒸发器由外至内的顺序为蒸发器外壳、毛细芯、储液器，而储液器实际上是球形毛细芯内部加工出来的球形空间，即储液器内置于蒸发器毛细芯内。而毛细芯外表面则加工有蒸气槽道和螺纹，以保证蒸气的流动。毛细芯外表面与蒸发器外壳采用过盈配合，保证蒸发器外壳上的热量能够传递到毛细芯外表面。这样由于蒸发器的外壳与储液器没有直接的接触，因此常规环路热管中蒸发器向储液器的轴向漏热可以得到避免。

2.其余装置部件。除了内置储液器球形蒸发器，该环路热管实验装置的其他部件包括：蒸气管线、冷凝器和液体管线。其中蒸气管线连接毛细芯外表面和蒸发器外壳之间的空间与冷凝器，作用是将毛细芯外表面受热产生的工质蒸气引入到冷凝器释放热量。冷凝器根据实际情况的不同有多种结构形式，其作用是将工质蒸气冷凝，将热量释放到热沉中。由于球形毛细芯外表面积大，蒸气流动阻力不均匀，因此蒸气管线与冷凝管线采用了并行结构。液体管线连接冷凝器出口与储液器，作用是将回流液体引入储液器，维持供液。

附图说明

图1是球形毛细芯内部结构示意图

图2是球形毛细芯三维示意图

图3是蒸发器装配示意图

图4是本发明内置储液器球形蒸发器环路热管实验装置示意图

具体实施方式

为了使本发明的特点和技术方案更加清楚，以下结合附图对本发明的设计、加工及装配过程作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

(1)工质选择

环路热管的工质决定了环路热管的工作性能和运行温区，同时也会造成后续部件设计的差异。工质的选择可根据设计工作温区内的Dunbar因数的相对大小来选择，一般在-60～60℃温度区间选择氨作为工质，80～150℃可以选择水或者丙酮作为工质。

(2)密封材料选择

密封材料的选择要考虑密封材料与工质的相容性以及对工作温度的耐受性，通常情况下硅胶密封圈可以在较大温度范围内满足密封要求。而当工质为氨时，应使用三元乙丙橡胶作为密封材料。

(3)传输管线设计