一种新型超轻高效的空间粒子辐射器系统技术方案

一种基于固液两相流混合换热分离的超轻高效型空间粒子辐射器方法，包括：固体粒子与液流体的混合及换热；固液两相混合流的分离及固体粒子的干燥；固体粒子的喷射；固体粒子在外空间的辐射散热；固体粒子的收集。本发明专利技术利用混合式换热增强中间的换热量，并利用固体粒子进行辐射散热，从而克服了现有空间辐射器在应用于大结构航天器和强动力空间能源系统时，不能在保证散热需求的基础上，有效减少空间辐射器质量的问题，同时消除了辐射散热时，对周围空间环境的破坏和污染，以及蒸发损失所带来的工作时间问题，提高了控制的可预测性与稳定性，拓展了应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于空间热控系统的基于固液两相流混合换热分离的超轻高效型空间粒子辐射器系统，用于将大结构航天器与空间能源动力系统产生的大量废热在有效减轻辐射器质量的基础上，高效地排散到太空中。
技术介绍
航天器的热控制技术主要是控制航天器内部及内部与外部太空环境之间的热交换过程，使航天器内部的热状态(温度、湿度等)处于要求范围内，保证航天员及设备能够正常工作。在太空微重力环境下，航天器内部的仪器设备及航天员产生的热量通过热控制循环回路传递到空间辐射器，最后以辐射方式散发到太空中去。空间辐射器作为航天器和太空环境之间进行热量交换的主要装置，通常占整个热控系统质量的50% 60%左右。近年来，随着大型航天器、空间站的迅速发展，其耗电功率会愈来愈大，必然导致其热功耗也随之增大，使传统的热控技术面临新的挑战，难以适应新的发展。据文献记载， 现有的空间发展计划，选择用同位素动力(其供电功率在IOkw以上)、太阳能动力(其供电功率在IOOkw以上)和核能热动力(其供电功率在IOOkw以上)等大型供电系统，为大型航天器提供能源，它们主要拟定应用于顶监测航天器、空间雷达站、空间化学激光平台和空间武器平台，它们的耗电功率大都是在IOkw IOOkw范围。自由号空间站耗电功率更大，拟议中的第一期工程耗电功率为lOOkw，第二期工程耗电功率为300kw。然而，这些空间平台或空间站，能源转换的效率都极低，通常低于10%，大量的能源都要转化成耗散热，必须排向宇宙空间。如果简单的沿用现有的空间辐射器技术，必然会导致空间辐射器十分庞大，此外，驱动热控制循环回路中载热体流动的动力也是有限的。因此在满足热控能力和强度的条件下，设计高效的空间辐射器对航天器热控系统的轻量化设计是非常重要的。就目前应用于空间热辐射器的设计技术而言，主要包括直接利用航天器结构表面本身的被动结构辐射器；利用热管高导热性能的热管辐射器；体装式辐射器；可展开式辐射器和一些新型的辐射器类型。在现有空间热辐射器的设计中，使用比较多的是由一系列热管和管翘结构组成，冷冻剂流动在管翘结构中。对这些管的要求是要足够的结实，以保证最小化微型流体的渗透；除此以外，流体长距离的传输也是必须的。而如果将这种相对质量比较重的热管循环流辐射器的设计技术应用于未来的大结构空间航天器和空间能源动力系统中，发射质量和所占空间将大幅度的增加，同时需要的成本费用也是十分庞大的。而现正处于实验阶段的液滴式辐射器和液膜式辐射器尽管在质量上占有很大的优势，但其在工作时间上，对周围空间环境的污染上，工作流的蒸发损失上都存在着一定的问题。所以研究和开发质量更轻，占用空间更小，效率更高以及成本费用更低，抗干扰性更强和对周围空间环境不会形成污染的新型空间辐射器是十分必要的。对于所有的空间系统，空间中的散热问题均是一个关键性的难题，从空间飞行器， 同步卫星，空间站再到月球或行星基地等，它们的散热问题都将直接影响这些系统设备的工作安全性，高效型和可靠性。对于这些设备而言，如果没有合适的工作温度，即舒适的工作环境，在空间中这些设备的工作效率就会效率降低甚至会彻底报废，成为宇宙垃圾。因此，研究和发展先进的空间热辐射器，是空间各种系统更好进行有效工作的有效手段。鉴于空间飞行器，卫星，空间站等空间设备热控系统的重要性和必要性，为了能够在降低整体空间热控系统质量的基础上，有效提高换热效率和降低制造成本，以及为将来研制大结构空间设备和深空探测设备做必要的技术储备，迫切需要对超轻高效型的空间热辐射器进行详细而深入的研究，发展先进的空间系统设备的热控新技术。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种热辐射设备，其特征在于包括粒子喷射器， 用于将粒子发射到空间中；粒子收集器，用于收集所述粒子喷射器发射的粒子；热交换器， 用于与所述粒子进行热交换。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种热辐射方法，其特征在于包括用粒子喷射器将粒子发射到空间中；用粒子收集器收集所述粒子喷射器发射的粒子；用热交换器进行所述粒子的热交换。附图说明图1为根据本专利技术的一个实施例的空间粒子辐射器的示意图。图2为根据本专利技术的一个实施例的空间粒子辐射器的工作流程图。图3为根据本专利技术的一个实施例的空间粒子辐射器的示意结构图。附图标号101粒子收集器102固液两相混合式热交換器103固液两相流体泵104固液两相旋流分离器105粒子喷射器106航天器空间系统201粒子收集202中间混合换热203固液流体传输204固液旋流分离205粒子喷射206工作流吸收废热301辐射器系统混合化302辐射器混合换热303分离304吸收废热305辐射器系统混合化306辐射器混合换热307分离干燥308粒子的收集309辐射散热310粒子的喷射具体实施例方式本专利技术的一个目的，是克服现有空间辐射器结构设计技术在大结构航天器和空间能源动力系统中散热率方面，占用空间体积方面，造价方面和对周围空间环境污染方面存在的不足，提出一整套新型的在空间环境下基于固液两相流混合换热分离的超轻高效型空间粒子辐射器系统。该系统实现了在高效辐射废热量的同时，能够有效地降低辐射器系统的质量和减少对周围环境的污染，而且拓展了其应用范围，简单，易于实现。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于固液两相流混合换热分离的超轻高效型空间粒子辐射器系统，其中本空间粒子辐射器系统包括固液两相混合式热交换器，固液两相旋流分离器，粒子喷射器，粒子收集器，固液两相流体泵和管道。首先，如图1所示，在包括根据本专利技术的一个实施例的空间粒子辐射器系统的整个空间系统中，热边工作流将空间系统产生的废热带走，在粒子收集器(101)出口处与收集到的粒子汇合，固体粒子在工作流的传动作用下进入固液两相混合式热交换器(102)， 在混合式热交换器(10 的作用下进行导热和对流传热的作用，使粒子的温度和工作流 FC50(氟碳类聚合物)的温度相应地升高和降低。之后，将经过混合换热处理的固液两相流送入固液两相流体泵(103)，使固液两相流达到一定的压力值，进入固液两相旋流分离器 (104)，在固液两相旋流分离器(104)内经过一系列的变换分离操作和干燥操作，最终得到相应的粒子和流体分离。最后，将被分离出的工作流体FC50(氟碳类聚合物)送回空间系统(106)中，吸收空间系统在工作中产生的废热，继续循环流动；将被分离出的粒子直接送入粒子喷射器(105)中，结合粒子自身的动能和粒子喷射器(105)的作用将粒子按照预先设计的轨迹喷射到宇宙空间中，粒子在宇宙空间的飞行过程中，通过辐射换热，将自身所带的热量排散。粒子在外空间按照既定飞行轨迹飞行一定距离后，将通过带有旋转离心力的粒子收集器(101)进行收集，收集后的粒子将和循环工作流相混合，继续前面的工作步骤。 如图(1)所示。根据本专利技术的上述新型空间粒子辐射器系统，相对于传统的热管式空间辐射器等，能够满足更多的实际应用要求，包括-它能够在具有很小辐射器质量的条件下，在空间中排散大量的废热；-它能够在有限的空间中易于传输，安装和收缩；-它能够在使用非常少的电力的条件下有效的、稳定的、长时间的持续工作。所有这些本质上的特点将通过5个参数进行表示，它们分别为辐射器单位质量的辐射散热量， 辐射器单位质量的辐射散热面积，辐射器单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄勇，赵晨，王浚，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：