[发明专利]一种次回路部分耦合式低温环路热管

说明书

本发明提供了一种次回路部分耦合式低温环路热管，包括主回路、次回路和冷凝器，主回路包括主蒸发器、主蒸汽管路、主冷凝管路、主液管路、主储液器和主气库，次回路包括次蒸发器、次蒸汽管路、次冷凝管路、次液管路、次储液器和次气库，主回路和次回路为两个独立回路，次液管路包括盘管，盘管与主储液器相耦合，主冷凝管路和次冷凝管路通过盘管结构固定在冷凝器上，次储液器与冷凝器相连接。其中本发明的有益效果是：主回路和次回路是两个独立两相回路，结构简单；独立回路的工质充装量设计简单，系统运行时更为稳定；两个独立回路有各自的气库，气库的体积小；测试可在常温下进行，测试成本低；通过不同工质的选择适用温度范围大。

技术领域

本发明涉及环路热管设计技术领域，特别涉及一种次回路部分耦合式低温环路热管。

背景技术

环路热管(LHP)是一种无源的气液两相传热装置，因其具有高效传热性、距离远热传输能力、系统热阻小、可靠性高等优势，使其在航天航空的热控系统中得到广泛的应用。随着对地探测和深空探测领域需求的不断增加，红外遥感探测系统广泛应用于各类卫星上，红外探测器在低温状态下工作时，响应时间缩短、灵敏度提高、响应波长展宽、受限背景噪声变小。因此开发被动式可远传的低温传热装置显得尤为重要。

常温环路热管由蒸发器、冷凝器、储液器、蒸汽管路和液管路组成。常温环路热管的工质在启动前通常处于两相饱和状态，蒸发器内的毛细芯应能被储液器提供的液态工质浸润，即储液器的液位没过毛细芯的中心孔位置即可。当蒸发器接受外部的热量后，液体通过毛细力在毛细芯的外表面蒸发，蒸汽由周向槽道汇集至轴向槽道后进入蒸汽管路，蒸汽经冷凝器冷凝成液态，通过液管路输送至储液罐，最终形成自循环的两相回路。

相对于常温环路热管而言，低温环路热管的工质在常温的状态下通常处于过热状态，是超临界温度低于常温的气体。如果将工质直接充装到环路热管内，会导致系统内的压力很高，可达到30-40MPa,此时需加大管路、蒸发器、储液器等壁厚以达到压力承受的强度，导致加工成本上涨的同时，也使设备的重量成倍增加，不利于环路热管的安装。此时通过添加一个气库，可以解决上述问题。

相较于常温环路热管，低温环路热管主要面临以下的技术难点：1)从超临界状态启动低温环路热管(CLHP)；2)管路内介质与环境温度存在着巨大的温差，管路的漏热相当严重。

国外的研究人员发明了一种低温环路热管(专利号：US6810946B2)，该低温环路热管在常温环路热管的基础上增加了一个次蒸发器和气库，可以有效地解决管路漏热问题以及从初始超临界状态启动回路的困难。然而该发明的主回路和次回路之间完全耦合，其缺点是结构复杂、运行波动大、工质充装量设计难、气库体积大及测试成本高。中国专利CN107144160A公开了一种适应160K至220K工作温区的双回路深冷环路热管，包括一套乙烷工质环路热管和一套丙烯工质的环路热管，其中乙烷工质环路热管设置有外置储液器，两套环路热管的蒸发器通过集热座耦合在一起并与热源贴合吸收热量，两套环路热管的冷凝器热耦合在一起并与热沉贴合释放热量。然而在超临界启动时，由于无法建立储液器与蒸发器之间的过热度，可能导致超临界启动失败；在运行过程中，外接储液器与储液器相连，会导致温度波动较大，影响环路热管的稳定运行；同时该系统的适用的温区范围较小。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种结构简单、运行稳定、气库工质充装量设计简单、气库体积小、测试成本低、通过不同工质的选择适用温度范围大的次回路部分耦合式低温环路热管，本发明的技术方案是这样实施的：