[发明专利]一种空间相变储热结构及储热装置

说明书

本发明公开了一种空间相变储热结构及储热装置，储热装置是由多个可独立工作的储热结构组合而成，所述的储热结构为液桥结构，由导热板、外壳、泡沫金属、相变材料和饱和相变材料蒸汽层组成；壳体呈圆柱形，具有内部空腔；以储热壳体中心为中心，放置圆柱形泡沫金属；所述的相变材料填充在泡沫金属之中，周围被饱和相变材料蒸汽所包围，界面热毛细效应强化对流，同时，相变区域为相变材料与泡沫金属耦合的复合介质。在太空微重力环境下，本发明的装置能够快速相变储热，并克服相变过程中的空穴效应。

技术领域

本发明公开了一种空间相变储热结构及储热装置，涉及于空间相变储热领域。

背景技术

航天器在空间轨道运行时，轨道外热流密度的周期性变化会引起航天器内部仪器热负荷呈现周期性变化，而电子元器件等仪器通常需要保持恒定的工作温度。鉴于相变储热材料在固液相变过程中具有吸收和放出大量潜热而温度几乎不发生变化的特点，将相变储热材料用于航天器热控系统能够维持仪器的工作温度稳定。

相变储热材料在相变过程中体积会发生变化，导致相变装置内不可避免地产生空穴。空穴的产生使相变装置内相变储热材料分布不均匀，局部传热热阻和热应力增大，将直接影响相变装置的性能和寿命。微重力条件下，空穴分布规律将更加复杂。航天器运行所处微重力环境下，自然对流被抑制，相变储热材料融化速率减慢。为了使相变储热材料能够及时吸收和储存热量，避免航天器电子元器件局部过热导致烧毁，有必要寻求提升微重力环境下相变储热材料融化速率的措施。如何强化相变储热材料的相变过程，并克服相变过程中由于体积变化影响换热（空穴效应），是空间变形储热效应解决的难题。

发明内容

本发明针对上述背景技术中的缺陷，提供一种空间相变储热结构及储热装置，能够有效减弱相变过程中产生的空穴效应，同时强化相变和控制对流不稳定性的产生。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种空间相变储热结构，包括：第一导热板、储热单元和第二导热板，所述的储热单元包括：储热外壳和泡沫金属，所述的储热外壳内设空腔，储热外壳的两端分别连接第一导热板和第二导热板，所述的储热外壳内设所述泡沫金属，泡沫金属的孔隙中填充相变储热材料，相变储热材料与泡沫金属耦合的复合介质为本结构的相变区域，能够克服相变过程中产生的空穴效应，泡沫金属的金属骨架方便强化相变。

进一步的，所述的储热外壳包括：空心圆柱型的外壳结构。

进一步的，所述的泡沫金属的孔隙由第一导热板向第二导热板呈梯度变化，由第一导热板侧向第二导热板侧逐渐减小，设计其孔隙率呈梯度变化，在第一导热板处孔隙率最大，向内侧的第二导热板逐渐减少，以适应两侧不同的热流密度，此设计强化相变的同时控制对流不稳定的产生。

进一步的，所述的泡沫金属的孔隙率控制在75%～97%，第一导热板侧的泡沫金属采用97%左右的孔隙率，以保证填充足够的相变材料，而向第二导热板方向延申，泡沫金属孔隙率程梯度降低，最终第二导热板侧的泡沫金属孔隙率控制在75%左右。

进一步的，所述相变储热材料包括：有机相变材料，所述有机相变材料包括：正十八烷，具有高单位体积相变潜热和表面张力温度系数。

进一步的，所述的泡沫金属与储热外壳之间设置相变储热材料蒸汽层，泡沫金属周围被饱和相变储热材料蒸汽层所包围，气液界面处产生的热毛细力可以强化相变材料的对流换热能力。

一种空间相变储热装置，采用所述的一种空间相变储热装置，若干个所述的空间相变储热结构平行设置，其中，多个储热单元采用阵列式分布于第一导热板和第二导热板之间；通过焊接的方式，将储热壳体和泡沫金属连接到两侧的导热板上，实现储热单元的连接和排列。