一种用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统，包括多孔介质载体、复合相变材料、微通道、纳米流体介质、电极板和储液箱，复合相变材料填充于多孔介质载体的孔隙内；微通道设于多孔介质载体的内部，微通道内设有纳米流体介质，且微通道与两端通过管道与储液箱连通；通过温度传感器检测多孔介质载体内的相应位置上的温度，以控制电极板、加热装置和冷却装置的工作状态，使电极板产生电场；电场作用于复合相变系统，以控制纳米流体在微通道内的流动速度和复合相变材料的状态。还公开一种控制方法。本发明专利技术通过在电场作用下可在温度较高时不断吸收存储热量，在温度较低时释放储存热量，缓解航天器高热流密度与热不均匀分布问题。分布问题。分布问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及相变控制方法和系统，尤其是指一种用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]深空探测领域的重大突破推动着空间科学探索向多任务化、高集成化与大功耗化方向发展，使航天器设备面临安装密度高、功率消耗大、散热空间不足、热环境复杂等问题。热控系统作为保障仪器正常工作和宇航员生存的基本组成部分，主要分为被动散热技术，如热控涂层、绝热部件等，与主动热控技术，如百叶窗、流体回路等。但目前这些技术存在响应环境变化能力差、存在活动部件、无法精准调控等问题。
[0003]因此，为满足我国未来深空探测任务需求，需要设计一种可对太空热环境实时反应、自主调节、精确控制的热控系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有热控系统存在响应环境变化能力差，存在活动部件和无法精准调控的问题，提供一种用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统。该系统在相变材料中设置通有换热流体的微通道，并且在微通道上设置可控电场。在电场作用下，形成电渗流带动微通道内的流体运动，同时相变材料受到电场作用，在电场力驱动下产生电对流现象，从而通过调节电场参数实现主动调控电渗速率与固液相变强度，具有精确、可控和高效的优点。
[0005]本专利技术的目的可采用以下技术方案来达到：
[0006]一种用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统，包括多孔介质载体、复合相变材料、微通道、纳米流体介质、电极板和储液箱，所述复合相变材料填充于多孔介质载体的孔隙内；所述微通道设于多孔介质载体的内部，所述微通道内设有纳米流体介质，且微通道与两端通过管道与储液箱连通；所述电极板设于多孔介质载体的外表面上；所述多孔介质载体内部设有温度传感器，所述储液箱内分别设有用于加热和冷却纳米流体介质的加热装置和冷却装置；通过温度传感器检测多孔介质载体内的相应位置上的温度，以控制电极板、加热装置和冷却装置的工作状态，使电极板产生电场；电场作用于复合相变系统，以控制纳米流体在微通道内的流动速度和调控多孔介质内复合相变材料的状态。
[0007]作为一种优选的方案，所述微通道通过集液板与储液箱连通，所述集液板内部设有密闭空腔，所述集液板设为多块，且集液板包覆多孔介质载体的外表面，形成相变储热箱体，使多孔介质载体储存在相变储热箱体内。
[0008]作为一种优选的方案，所述电极板设于集液板与多孔介质载体的外表面之间。
[0009]作为一种优选的方案，所述管道上串接有开关阀。
[0010]作为一种优选的方案，所述电极板与直流电源连接。
[0011]作为一种优选的方案，所述温度传感器设为多个，且采用矩阵式排列分布在多孔介质载体内部。
[0012]一种用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统的控制方法，包括以下步骤：
[0013]S1：空间热流与航天器元件热流通过壁面传递至多孔介质载体，相变材料吸收热量而开始熔化，同时温度传感器检测到温度上升；
[0014]S2：控制直流电源的输出电压的大小和方向(正/负)而产生相应的电场，若存在多孔介质载体内部多个区域的温度升高，则启动多个电极板而产生多向电场，最大程度实现电场的可控性与灵活性。
[0015]S3：在电场驱动下，微通道内的纳米流体通过电渗流进行流动换热；复合相变材料在电场力作用下产生电对流，实现传热储热的强化。
[0016]S4：如温度传感器检测到温度超过设定警戒值，提高直流电源的电压输出大小，强化电渗流速率与固液相变强度，同时控制冷却装置的工作功率，提高换热强度；如果温度传感器监测到的多孔介质载体内部的温度小于警戒值，则重复步骤S3和步骤S4；
[0017]S5：当航天器元器件恢复正常工作温度或元器件工作强度低时，关闭或减小直流电源的电压输出大小；
[0018]S6：当航天器处于较低工作温度时，温度传感器检测到多孔介质载体内部的较低温度区域，启动相应方向的电极板而产生电场，控制储液箱的加热装置启动，使电渗驱动纳米流体运动，相变复合材料凝固放热，以保持航天器元件正常工作。
[0019]实施本专利技术，具有如下有益效果：
[0020]1、本专利技术通过在电场作用下可在温度较高时不断吸收存储热量，在温度较低时释放储存热量，以改善热环境复杂的影响，并且微通道输送/释放热量，以缓解航天器高热流密度与热不均匀分布问题，在时空上建立热储存
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热传递
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热排散机制，从而解决热失控的问题，保证航天器元件的安全运行。本系统能提高航天器元件热控效率，改善能量利用效率，具有制造简单、成本低、结构紧凑的优点。
[0021]2、本专利技术的各个集液板之间相互独立，且不直接连通，在不同平面内分别形成三对电极板。各个集液板之间围成箱体结构，起到储存多孔介质载体、复合相变材料和微通道的作用，并且各个集液板同时能起到收集从微通道内流入和流出的纳米流体介质的作用，极大地简化了整个复合相变系统的结构，使得结构更加紧凑和轻便。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是本专利技术用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统的结构示意图。
[0024]图2是本专利技术用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统的爆炸图。
[0025]图3是本专利技术用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统的多孔介质载体、复合相变材料、微通道和纳米流体介质的连接结构示意图。
[0026]图4是图3的侧视图。
[0027]图5是本专利技术用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统的控制方法的控制框图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]实施例
[0030]参照图1至图4，本实施例涉及复合相变系统，包括多孔介质载体1、复合相变材料2、微通道3、纳米流体介质4、电极板5和储液箱6，所述复合相变材料2填充于多孔介质载体1的孔隙内；所述微通道3设于多孔介质载体1的内部，所述微通道3内设有纳米流体介质4，且微通道3与两端通过管道7与储液箱6的连通；所述电极板5设于多孔介质载体1的外表面上；所述多孔介质载体1内部设有温度传感器8，所述储液箱6内分别设有用于加热和冷却纳米流体介质4的加热装置和冷却装置；通过温度传感器8检测多孔介质载体1内的相应位置上的温度，以控制电极板5、加热装置和冷却装置的工作状态，使电极板5产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统，其特征在于，包括多孔介质载体、复合相变材料、微通道、纳米流体介质、电极板和储液箱，所述复合相变材料填充于多孔介质载体的孔隙内；所述微通道设于多孔介质载体的内部，所述微通道内设有纳米流体介质，且微通道与两端通过管道与储液箱连通；所述电极板设于多孔介质载体的外表面上；所述多孔介质载体内部设有温度传感器，所述储液箱内分别设有用于加热和冷却纳米流体介质的加热装置和冷却装置；通过温度传感器检测多孔介质载体内的相应位置上的温度，以控制电极板、加热装置和冷却装置的工作状态，使电极板产生电场；电场作用于复合相变系统，以控制纳米流体在微通道内的流动速度和调控多孔介质内复合相变材料的状态。2.根据权利要求1所述的一种用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统，其特征在于，所述微通道通过集液板与储液箱连通，所述集液板内部设有密闭空腔，所述集液板设为多块，且集液板包覆多孔介质载体的外表面，形成相变储热箱体，使多孔介质载体储存在相变储热箱体内。3.根据权利要求2所述的一种用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统，其特征在于，所述电极板设于集液板与多孔介质载体的外表面之间。4.根据权利要求1所述的一种用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统，其特征在于，所述管道上串接有开关阀。5.根据权利要求1所述的一种用于航天器热控领域的电场调控复合相变系统，其特征在于，所述电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄依杰，李和鑫，陈映娜，黄子昊，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：