專利名稱：一種毛細(xì)材料蓄液制冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種毛細(xì)多孔材料蓄液制冷裝置，適用于各類航天器表面 制冷，以便實(shí)現(xiàn)其在空間飛行時(shí)的特定功能。
背景技術(shù)：
航天器在空間飛行時(shí)，由于其某些特定功能的需求，必須滿足其表面溫度 的有效降溫及冷卻。當(dāng)前的空間制冷技術(shù)方法主要有機(jī)械式制冷器及輻射式制 冷器兩種方法，然而上述兩種制冷方法技術(shù)難度大，成本要求高，且難以實(shí)現(xiàn) 航天器表面的大面積冷卻和降溫?？紤]到技術(shù)難點(diǎn)及技術(shù)實(shí)施成本，本實(shí)用新 型提出了一種利用毛細(xì)多孔材料蓄液和傳冷特性的制冷方法，利用制冷劑的蒸 發(fā)潛熱所吸收的大量熱量，從而有效實(shí)現(xiàn)航天器表面的大面積制冷。該方法具 有冷卻溫度低、效果好、方便、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，能夠全面冷卻航天器表面溫度用 以實(shí)現(xiàn)其某種特定功能。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服傳統(tǒng)空間制冷技術(shù)的限制與不足，提供一種結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、無功耗、重量輕、可有效大面積制冷的毛細(xì)材料蓄液制冷裝置。 本實(shí)用新型的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本實(shí)用新型由殼體、排液出氣口、冷卻劑加注口、毛細(xì)多孔材料組成，其 外形可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)為任意形，殼體為夾層結(jié)構(gòu)。殼體與排液出氣口、冷卻 劑加注口焊接在一起，夾層空間內(nèi)充填毛細(xì)多孔材料。所用的毛細(xì)多孔材料主 要考慮其結(jié)構(gòu)特征，而不限于一種材料，只要材料具有較大的孔隙率和比表面 積以及纖維半徑小等可以滿足制冷裝置要求的結(jié)構(gòu)特征即可選用。充填毛細(xì)多
孔材料應(yīng)緊貼于殼體的內(nèi)層，材料充填孔隙率為0.85 0.95。本裝置冷卻劑加 注口的開口大小為O 20mm O30mm,排液出氣口的開口大小為①30mm O 50mm, 具體尺寸根據(jù)制冷裝置要求確定。
本實(shí)用新型的原理是通過冷卻劑加注口向其內(nèi)部夾層加注足量冷卻劑(液 氮)，夾層內(nèi)填充有多孔毛細(xì)材料。由于毛細(xì)多孔材料具有較大的孔隙率及比表 面積，加上其內(nèi)部結(jié)構(gòu)通道的隨機(jī)無序性，使得多孔毛細(xì)材料具有較大的吸附 蓄液特性。再加上毛細(xì)通道內(nèi)的孔隙半徑微小，大多在微米量級(jí)，會(huì)因此而產(chǎn) 生巨大的毛細(xì)作用力使得低溫冷卻劑可以在多孔毛細(xì)材料內(nèi)持續(xù)供給。加注完 成后，封閉冷卻劑加注口，多余的氣液即可通過排液出氣口排于裝置之外。利 用毛細(xì)多孔材料的結(jié)構(gòu)特征吸附和蓄集低溫制冷劑，結(jié)合毛細(xì)作用現(xiàn)象使得低 溫制冷劑能有效貯存于制冷裝置內(nèi)，利用低溫制冷劑的蒸發(fā)潛熱所吸收的大量 熱量，從而有效實(shí)現(xiàn)航天器表面大面積的降溫和冷卻，實(shí)現(xiàn)其在空間飛行時(shí)的 特定功能。
本實(shí)用新型采用了毛細(xì)多孔材料吸附及蓄液作用實(shí)現(xiàn)了航天器表面大幅 度、大面積制冷和降溫，避免了使用機(jī)械式制冷器所需的外接電源，不存在功 耗及二次電源供給問題，大大減少了航天器飛行重量及能源供給量，具有結(jié)構(gòu)
簡(jiǎn)單無功耗、重量輕、大面積制冷等顯著優(yōu)點(diǎn)。在空間優(yōu)于lX10-2Pa的真空
度及微重力等條件下，該裝置的制冷效果會(huì)更佳且優(yōu)勢(shì)會(huì)更明顯。因?yàn)榭臻g的 高真空環(huán)境及微重力等環(huán)境，會(huì)使毛細(xì)作用現(xiàn)象加劇，低溫制冷劑的供給更能 得到有效保證，因而其制冷效果也會(huì)更佳。在當(dāng)前空間設(shè)備及航天器溫控技術(shù) 中，各種熱管和類似熱管的毛細(xì)多孔介質(zhì)換熱裝置是航天航空熱控領(lǐng)域的首選 設(shè)備。因?yàn)樵诳臻g高真空度和微重力等條件下，蒸發(fā)冷卻不但是最佳方法而且 是唯一可能的方法。在空間條件下，蒸發(fā)冷卻的優(yōu)點(diǎn)得到充分體現(xiàn)，例如在真 空下的高蒸發(fā)率，由于相變的強(qiáng)烈吸熱效率而帶來的高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)系數(shù)，對(duì)溫控 的制冷劑沒有嚴(yán)格要求，不需要特殊的系統(tǒng)來提供制冷劑。因?yàn)樵跓o重力條件 下，為需冷卻表面提供液體制冷劑的毛細(xì)勢(shì)在理論上為無窮大，而且通過對(duì)制 冷劑流量的控制很容易實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)冷卻的自動(dòng)控制。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是
(1) 本實(shí)用新型采用開式制冷方法，沒有功耗及電源供給問題，節(jié)約了寶 貴的空間能源；
(2) 本實(shí)用新型技術(shù)成本相對(duì)較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，易于裝配，同時(shí)可以有效 實(shí)現(xiàn)大面積制冷和降溫；
(3) 根據(jù)航天器具體尺寸及其制冷要求，本實(shí)用新型可以調(diào)整和確定制冷
裝置的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，適用性強(qiáng)。
(4)通過試驗(yàn)證明，本實(shí)用新型裝置能夠在地面滿足航天器不同制冷溫度 的要求且溫度穩(wěn)定性好。


圖1為本實(shí)用新型的制冷原理應(yīng)用裝置示意圖。，
圖中1—?dú)んw、2—排液出氣口、 3—冷卻劑加注口、 4一毛細(xì)多孔材料。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例
如圖1所示，本實(shí)用新型主要由鋁合金殼體1、排液出氣口 2、冷卻劑加注 口 3、毛細(xì)多孔材料4組成，其外形為拋物線形狀。鋁合金殼體1與排液出氣 口 2、冷卻劑加注口 3采用氬弧焊方法焊接在一起，夾層空間內(nèi)充填毛細(xì)多孔 材料4。所用的毛細(xì)多孔材料4選用玻璃微細(xì)纖維棉作為毛細(xì)多孔材料進(jìn)行充 填。確保毛細(xì)多孔材料4緊貼于鋁合金殼體1的外殼內(nèi)壁，材料充填孔隙率為 0.85 0.95。本裝置冷卻劑加注口 3的開口大小為0)25mm，排液出氣口 2的開 口大小為0D50mm。
制冷裝置工作時(shí)，通過冷卻劑加注口 3向其內(nèi)部夾層加注冷卻劑(液氮)， 夾層內(nèi)填充有多孔毛細(xì)材料4。由于毛細(xì)多孔材料具有較大的孔隙率及比表面 積，加上其內(nèi)部結(jié)構(gòu)通道的隨機(jī)無序性，使得多孔毛細(xì)材料4具有較大的吸附 蓄液特性。再加上毛細(xì)通道內(nèi)的孔隙半徑微小，大多在微米量級(jí)，會(huì)因此而產(chǎn) 生巨大的毛細(xì)作用力使得低溫冷卻劑可以在多孔毛細(xì)材料4內(nèi)持續(xù)供給。加注 完成后，封閉冷卻劑加注口 3，多余的氣液即可通過排液出氣口 2排于裝置之 外。利用低溫冷卻劑(液氮)的蒸發(fā)潛熱所吸收的熱量，即可有效實(shí)現(xiàn)制冷。
權(quán)利要求1.一種毛細(xì)多孔材料蓄液制冷裝置，其特征在于它是由殼體(1)、排液出氣口(2)、冷卻劑加注口(3)、毛細(xì)多孔材料(4)組成；殼體(1)與排液出氣口(2)、冷卻劑加注口(3)采用氬弧焊方法焊接在一起，夾層空間內(nèi)充填毛細(xì)多孔材料(4)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種毛細(xì)多孔材料蓄液制冷裝置，其特征在于 殼體(1)為夾層結(jié)構(gòu)，用于填裝毛細(xì)多孔材料(4);毛細(xì)多孔材料(4)緊貼 于殼體(1)外殼內(nèi)壁，材料充填孔隙率為0.85 0.95。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種毛細(xì)多孔材料蓄液制冷裝置，其特征在于 所述的殼體(1)為金屬材料制成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種毛細(xì)多孔材料蓄液制冷裝置，其特征在于 金屬材料可以為鋁合金材料。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種毛細(xì)多孔材料蓄液制冷裝置，其特征在于 排液出氣口 (2)的開口大小為①30mm (D50mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種毛細(xì)多孔材料蓄液制冷裝置冷，其特征在于 卻劑加注口 (3)的開口大小為O20mm O30mm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種毛細(xì)多孔材料蓄液制冷裝置，其特征在于 所述的毛細(xì)多孔材料(4)為具有孔隙率和比表面積大、纖維半徑小滿足制冷裝 置要求的材料。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種毛細(xì)多孔材料蓄液制冷裝置，其特征在于 毛細(xì)多孔材料(4)為玻璃微細(xì)纖維棉或金屬絲纖維或其相結(jié)合的材料作為毛細(xì) 多孔材料進(jìn)行充填。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種毛細(xì)多孔材料蓄液制冷裝置，適用于各類航天器表面制冷，以便實(shí)現(xiàn)其在空間飛行時(shí)的特定功能。本實(shí)用新型由殼體、排液出氣口、冷卻劑加注口、毛細(xì)多孔材料組成，其外形可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)為任意形，殼體為夾層結(jié)構(gòu)。殼體與排液出氣口、冷卻劑加注口焊接在一起，通過冷卻劑加注口向其內(nèi)部夾層加注足量冷卻劑(液氮)，夾層內(nèi)填充有多孔毛細(xì)材料，具有較大的吸附蓄液特性，因此產(chǎn)生巨大的毛細(xì)作用力使得低溫冷卻劑可以在多孔毛細(xì)材料內(nèi)持續(xù)供給。本實(shí)用新型涉具有冷卻溫度低、效果好、方便、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于具有不同冷卻要求的用戶而言，可以優(yōu)選具有特定結(jié)構(gòu)特性的毛細(xì)多孔材料進(jìn)行裝填，從而有效、快速實(shí)現(xiàn)其表面降溫及冷卻，且溫度穩(wěn)定性好。
文檔編號(hào)F25B23/00GK201196511SQ200720190998
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者孫冬花, 施寶毅, 溫永剛, 王麗紅, 王榮宗, 葛瑞宏, 聯(lián) 陳, 陳光奇 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一〇研究所