一种具有强迫对流换热的流体回路控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种具有强迫对流换热的流体回路控制装置，该装置包括有多个微槽道换热器、多段管道、分流管道、电动调节阀、微型泵和温差发电片。本实用新型专利技术装置采用了微槽道换热技术与热－电转换技术相结合，使得纳卫星热控系统流体回路形成强迫对流换热。本实用新型专利技术装置采用了主回路自驱动和旁路辅助控制的主动热控制方式，该方式将纳卫星废热转换为电能，从而驱动流体回路进行强迫对流换热，实现了热控系统的闭环控制，降低了纳卫星的电能消耗，可实现对纳卫星内部温度的控制。本实用新型专利技术装置是在现有纳卫星的星载设备上安装微槽道换热器，然后对每个微槽道换热器的两端分别连接上导管组成一个强迫对流的流体回路，该流体回路能够对星载设备工作时产生的热量进行再利用，节省了纳卫星的能量，为纳卫星的长时间服役提供了条件。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种适用于纳卫星热控系统用的流体回路控制装置。更特别地 说，是指一种基于干路自驱动和旁路辅助控制的、且具有强迫对流换热形式的流体回 路控制装置。
技术介绍
纳卫星是指质量在1《g io/:g之间的微型卫星，由于采用大规模集成电路的 设计思想和制造工艺，因而纳卫星具有体积小、质量轻、制造和发射成本低的优点， 在通信、军事、地质勘探、环境与灾害监测、交通运输、气象服务、科学实验、深空 探测等方面有着广泛应用。纳卫星所需电能通常由太阳帆板吸收太阳能转换获得。纳卫星在宇宙空间的服役 时间一方面也要考虑对电能的损耗。但由于纳卫星自身体积小限制了其能量的供应， 同时，纳卫星上的各子系统工作时会产生大量热量，这些热量形成了纳卫星热控系统， 这些热量如不及时散出就会造成纳卫星内部热环境的变化，从而影响各子系统的正常 工作。纳卫星的外部包覆有纳卫星蒙皮io，纳卫星的散热处理，是将工作时产生的 热量传导到其背离太阳的散热面ii上，该热量以辐射形式排散到宇宙空间(参见图 i所示)。依据纳卫星实现功能的不同，可以将纳卫星分为电源子系统、热控制子系统、结构子系统、姿态控制子系统12、通讯子系统13、计算子系统14和有效载荷 15等(参见图3所示)。微通道换热器是一种新兴的热设计技术，最早见诸于二十世纪八十年代初美国学 者Tuckerman和Pease介绍的一种用硅制造而成的水冷肋片式换热器。微通道换热器的特点是(1)结构简单，微通道换热器主要采用矩形、三角形、圆形肋片结 构，通道结构简单，采用线切割或化学腐蚀加工，加工方便；(2)体积小，微通道 微换热器的体积小，可以直接作用于亳米甚至微米级的热源位置；(3)具有很高的 换热效率。微通道换热器由于通道的尺寸效应，热阻很低，同时又可以直接作用于热 源位置，因此换热效率很高。如果采用微通道液体强迫对流形式，则可达到更好的散 热效果；(4)流体状态主要呈层流，对动力系统的要求低， 一般仅为几十毫米水头 的水柱压降；(5)能够在恶劣的工作环境下工作。传统的纳卫星热控系统以被动方式为主，整个过程热量传递不可控，当纳卫星各 子系统温度环境降低时，还需要通过电加热的方式为各子系统增温，从而增加了纳卫 星的电源子系统的负担，缩短了纳卫星的服役时间。 专利技术 内 容为了有效利用纳卫星在宇宙中工作时产生的热量，以及延长纳卫星的服役时间， 本技术提出了一种具有强迫对流换热的流体回路控制装置。该流体回路控制装置 采用了微槽道换热技术与热-电转换技术相结合，使得纳卫星热控系统流体回路形成 强迫对流换热。该流体回路控制装置通过在现有纳卫星上的星载设备上安装微槽道换 热器，然后对每个微槽道换热器的两端分别连接上导管组成一个强迫对流的流体回 路，该流体回路能够对星载设备工作时产生的热量进行再利用，节省了纳卫星的能量， 为纳卫星的长时间服役提供了条件。在流体回路中釆用了主回路自驱动和旁路辅助控 制的主动热控制方式。自驱动设计将纳卫星废热转换为电能驱动流体回路散热，实现 了热控系统的闭环控制，降低了纳卫星的电能消耗，旁路辅助控制设计通过对纳卫星 向宇宙空间辐射热量的控制，可实现对纳卫星内部温度的控制。本技术的一种具有强迫对流换热的流体回路控制装置，包括有多个微槽道换热器、多段管道、分流管道、电动调节阀、微型泵和温差发电片； 多个微槽道换热器是指A微槽道换热器、B微槽道换热器、C微槽道换热器、D微 槽道换热器和E微槽道换热器；多段管道是指A管道、B管道、C管道、D管道、 E管道、F管道、G管道和H管道；A管道的A端连接在A微槽道换热器的输出端 上，A管道的B端连接在B微槽道换热器的输入端上；A微槽道换热器粘接在姿态 控制子系统上；B管道的A端连接在B微槽道换热器的输出端上，B管道的B端连 接在C微槽道换热器的输入端上；B微槽道换热器粘接在通讯子系统上；C管道的A 端连接在C微槽道换热器的输出端上，C管道的B端连接在D微槽道换热器的输入 端上；C微槽道换热器粘接在计算子系统上；D管道的A端连接在D微槽道换热器 的输出端上，D管道的B端连接在电动微型泵的入口上；D微槽道换热器上粘接有 温差发电片，温差发电片的另一端面粘接在有效载荷上；温差发电片的正极和负极分 别通过电导线与电动微型泵连接；E管道的A端连接在电机微型泵的出口上，E管 道的B端连接在A三通接头的第二接口上；F管道的A端连接在A三通接头的第三接口上，F管道的B端连接在E微槽道换热器的输入端上；G管道的A端连接在E 微槽道换热器的输出端上，G管道的B端连接在B三通接头的第三接口上；H管道 的A端连接在B三通接头的第二接口上，H管道的B端连接在A微槽道换热器的输 入端上。本技术的一种具有强迫对流换热的流体回路控制装置优点在于(1) 利用微槽道换热器吸收纳卫星各个子系统正常工作时产生的废热，并在每个子 系统上分别安装一个微槽道换热器，然后在微槽道换热器的输入端与输出端上 连接管道形成热量交换回路，利用该热量交换回路带走热量。(2) 釆用温差发电技术，将纳卫星产生的废热转换为电能，提高了纳卫星能量的利 用率。(3) 采用微槽道换热技术，由于微槽道低热阻、尺寸小的特点，几乎可以安装在纳 卫星任何可以散热的地方，提高了热量交换效率。(4) 釆用主回路自驱动换热，利用温差发电片产生的电能来驱动电动微型泵，实现 了纳卫星热控系统的闭环控制。(5) 在热量交换回路中采用电动调节阀和分流管道形成旁路流量的辅助控制，通过 调节电动调节阀的开度实现了对纳卫星辐射散热的控制，进而实现了纳卫星内 部温度控制。图说明附附图说明图1是纳卫星上散热面的设置位置简示图。图2是本技术流体回路控制装置的热量控制结构框图。图3是本技术流体回路控制装置的一种具体实施方案结构图'图中 5.温差发电片 13.通讯子系统l.分流管道IO.纳卫星蒙皮14.计算子系统2.电动调节阀ll.散热面15.有效载荷3.电动微型泵 4.导线12.姿态控制子系统22.A微槽道换热器23.B微槽道换热器 26.E微槽道换热器 34.D管道 35.E管道 51.热量收集模块 53.热一电转换模块24.C微槽道换热器 31.A管道 32.B管道 36.F管道 37.G管道 52.流体回路驱动模块 54.旁路流量控制模块25.D微槽道换热器 33.C管道 38.H管道具体实施方式下面将结合附图对本技术做进一步的详细说明。本技术的一种具有强迫对流换热的流体回路控制装置，在纳卫星中的姿态控 制子系统12、通讯子系统13、计算子系统14和有效载荷15形成纳卫星的热控系 统，根据能量的转换关系本技术可以分为热量收集+莫块51、流体回路驱动模块 52、热一 电转换模块53和旁路流量控制模块54。 (一)热量收集模块51热量收集模块51用于将姿态控制子系统12、通讯子系统13、计算子系统14 和有效载荷15工作时产生的废热进行汇集，对于废热汇集本技术采用微槽道换 热器与管道组合模式，通过管道内存在的冷却介质，将废热传导至散热面ll释放出 去，以保证纳卫星在高温环境下的正常工作。根据物质吸放热量的关系Q-cmAr， 其中2为物质吸放热量，c为比热容，w为冷却介质的质量，Ar本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有强迫对流换热的流体回路控制装置，其特征在于该流体回路控制装置包括有：　多个微槽道换热器、多段管道、分流管道（１）、电动调节阀（２）、微型泵（３）和温差发电片（５）；　多个微槽道换热器是指Ａ微槽道换热器（２２）、Ｂ微槽道换 热器（２３）、Ｃ微槽道换热器（２４）、Ｄ微槽道换热器（２５）和Ｅ微槽道换热器（２６）；　多段管道是指Ａ管道（３１）、Ｂ管道（３２）、Ｃ管道（３３）、Ｄ管道（３４）、Ｅ管道（３５）、Ｆ管道（３６）、Ｇ管道（３７）和Ｈ管道（３８）；　 　Ａ管道（３１）的Ａ端连接在Ａ微槽道换热器（２２）的输出端上，Ａ管道（３１）的Ｂ端连接在Ｂ微槽道换热器（２３）的输入端上；Ａ微槽道换热器（２２）粘接在姿态控制子系统（１２）上；　Ｂ管道（３２）的Ａ端连接在Ｂ微槽道换热器（２３）的输出端 上，Ｂ管道（３２）的Ｂ端连接在Ｃ微槽道换热器（２４）的输入端上；Ｂ微槽道换热器（２３）粘接在通讯子系统（１３）上；　Ｃ管道（３３）的Ａ端连接在Ｃ微槽道换热器（２４）的输出端上，Ｃ管道（２３）的Ｂ端连接在Ｄ微槽道换热器（２５）的输入端上 ；Ｃ微槽道换热器（２４）粘接在计算子系统（１４）上；　Ｄ管道（３４）的Ａ端连接在Ｄ微槽道换热器（２５）的输出端上，Ｄ管道（３４）的Ｂ端连接在电动微型泵（３）的入口上；Ｄ微槽道换热器（２５）上粘接有温差发电片（５），温差发电片（５）的另 一端面粘接在有效载荷（１５）上；温差发电片（５）的正极和负极分别通过电导线（４）与电动微型泵（３）连接；　Ｅ管道（３５）的Ａ端连接在电机微型泵（３）的出口上，Ｅ管道（３５）的Ｂ端连接在Ａ三通接头（６）的第二接口上；　Ｆ管道（３６ ）的Ａ端连接在Ａ三通接头（６）的第三接口上，Ｆ管道（３６）的Ｂ端连接在Ｅ微槽道换热器（２６）的输入端上；　Ｇ管道（３７）的Ａ端连接在Ｅ微槽道换热器（２６）的输出端上，Ｇ管道（３７）的Ｂ端连接在Ｂ三通接头（７）的第三接口上；　Ｈ管 道（３８）的Ａ端连接在Ｂ三通接头（７）的第二接口上，Ｈ管道（３８）的Ｂ端连接在Ａ微槽道换热器（２２）的输入端上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李运泽，刘东晓，王玉莹，刘佳，李运华，王浚，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]