[发明专利]一种用于月球基地的自循环热管理及发电系统

说明书

本发明公开了一种用于月球基地的自循环热管理及发电系统，具体为：液体饱和有机工质，由工质泵送入冷板或定向式太阳能集热器中，加热至饱和或过热蒸汽状态，然后推动透平旋转，带动发电负载发电，出透平后气体工质流入喷射器，将制冷蒸发器出口侧气体引射至喷射器中，二者在喷射器中经过混合扩压进入定向式空间辐射器中，向空间释放热量，凝结为液态，液态工质一部分重新进入工质泵，完成发电循环，另一部分经节流阀降温降压，重新回到制冷蒸发器，完成制冷循环。本发明可以在月球白天或极昼和夜晚或极夜运行，在满足自身用电的同时，为基地提供额外的电力供应和冷量供应，有效节省月球基地电力需求。

技术领域

本发明涉及航天领域热管理和发电系统，尤其涉及一种用于月球基地的自循环热管理及发电系统。

背景技术

航天器热管理是随着空间飞行器大型化而提出的。它是从系统总体的角度对大型航天器中的热量进行统一分配管理，完成对航天器热量的收集、传输、利用和排散。一方面，保证了其结构部件、仪器设备在空间环境下处于一个合适的温度范围，使其能够正常工作。另一方面，保证舱内大气环境满足一定的温度条件，以供航天员正常的生活。此外，对航天器的热量作统一的调配和综合利用可以降低能源需求和系统重量，增加有效空间，简化系统，提高系统性能、可靠性和安全性。

未来的国际月球探测都将以“建立永久性月球基地、开发利用月球资源、以及月球为中转站走向深空”作为最终目标。月球基地建设是实现月球探测和月球资源利用的重要手段。月球的极端地理环境和月球基地的工作特点对热管理及能量供应系统提出了特殊要求。为了使月球基地设备在正常温度下运作，同时保障基地内工作人员的健康安全，需要针对月球热环境的特点进行热量管理和供能系统的设计，实现热量合理有效的收集、传输、利用和排散，保证结构、设备温度要求以及乘员舒适性。

用于月球基地的自循环热管理及发电系统不需要外部电力提供能量，可以独立运行，实现发电与制冷。其中，仪器设备的散热或太阳能是系统的两大高温热源。系统内的一部分的工质吸收高温热源传递的热量，通过发电设备可以提供系统运行所需电力，多余电力可以进行蓄电。另一部分工质通过蒸发器，吸收宇航员日常工作环境中的热量，达到制冷效果，多余冷量可以进行相变蓄冷。多余的热量通过空间辐射器向系统外部排出。通过对各点温度的监测，可以控制系统热量的收集与排散，形成一个自循环的系统，对热量进行科学管理和高效利用，保证基地设备的正常工作以及人员的健康安全所需的温度环境。

现有技术主要是应用于地面状态，冷却方式以水冷为主，不能适应空间真空状态换热，且现有专利采用低温余热超过了航天仪器设备工作温度范围，不能应用与月球基地等空间航天领域。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种用于月球基地的自循环热管理及发电系统，在满足航天仪器设备或人员热控管理需求的同时，实现发电和制冷，并能实现蓄电和蓄冷，不需要外部电力提供能量，可以独立运行，形成一个自循环的系统，对热量进行科学管理和高效利用。

本发明所采用的技术方案是：

一种用于月球基地的自循环热管理及发电系统，包括工质泵、定向式太阳能集热器、冷板、透平、发电负载、蓄电装置、断路器、喷射器、定向式空间辐射器、相变蓄冷装置、制冷蒸发器、储液器、三通阀和节流阀，该系统以月球基地设备发热、人员发热或太阳能作为热源，以空间4k真空低温冷背景作为冷源，选择适应设备工作温度范围和太阳能热源温度范围的有机物作为工质，形成封闭系统；

液体饱和有机工质，由所述工质泵送入所述冷板或所述定向式太阳能集热器中，加热至饱和或过热蒸汽状态，然后推动所述透平旋转，带动所述发电负载发电，出所述透平后气体工质流入喷射器，将所述制冷蒸发器出口侧气体引射至所述喷射器中，二者在所述喷射器中经过混合扩压进入所述定向式空间辐射器中，向空间释放热量，凝结为液态，液态工质一部分重新进入所述工质泵，完成发电循环，另一部分经节流阀降温降压，重新回到所述制冷蒸发器，完成制冷循环。