Пассивная система терморегулирования объекта

 

Использование: в приборах и устройствах, работающих в открытом космосе, для обеспечения заданного диапазона изменения температуры объекта при возможных временных изменениях внутренних и внешних тепловых воздействий. Сущность изобретения: пассивная система терморегулирования объекта, состоящая из радиатора, соединенного с зоной конденсации тепловой трубы с переменной проводимостью (ТТПП), теплоаккумулятора TA₁ и теплопроводов, соединяющих тепловой аккумулятор с ТТПП, снабжена дополнительным теплоаккумулятором TA₂, который находится в тепловом контакте с зоной испарения ТТПП. Вещества, которыми заполнены теплоаккумуляторы TA₁ и TA₂ имеют различные температуры плавления T₁ и T₂, которые связаны с минимальной и максимальной заданными температурами объекта T_min и T_max и с температурой зоны испарения ТТПП соотношениями: T_o< T₁< T_max, T_з< T₂> T_min где T_o максимальная температура зоны испарения ТТПП, при которой ее тепловая проводимость минимальная; T_з минимальная температура зоны испарения ТТПП, при которой ее тепловая проводимость максимальна. 1 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в приборах и устройствах, работающих в открытом космосе.

Известна пассивная система терморегулирования объекта, работающего на орбите в открытом космосе, состоящая из радиатора и тепловых труб с переменной и постоянной проводимостью [1] Использование тепловых труб с переменной проводимостью позволяет поддерживать температуру объекта в определенном диапазоне. Однако ограниченный интервал изменения проводимости тепловых труб не позволяет обеспечить заданный диапазон изменения температуры объекта.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является пассивная система терморегулирования объекта, работающего на орбите в открытом космосе, состоящая из радиатора, соединенного с зоной конденсации тепловой трубы с переменной проводимостью, теплоаккумулятора и теплопроводов, соединяющих тепловой аккумулятор с тепловой трубой с переменной проводимостью [2] Использование теплоаккумулятора приближает к возможности обеспечения заданного диапазона изменения температуры объекта. При этом надежно обеспечивается лишь один из пределов, ограничивающих заданный диапазон изменения температуры объекта. При определенных временных изменениях внутренних тепловыделений объекта или внешнего теплового потока на радиатор температура объекта может выйти за второй предел заданного диапазона, что приводит к ухудшению работоспособности объекта.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании надежной пассивной системы терморегулирования объекта.

Технический результат заключается в обеспечении заданного диапазона изменения температуры объекта при возможных временных изменениях внутренних и внешних тепловых воздействий.

Это достигается тем, что пассивная система терморегулирования объекта, работающего на орбите в открытом космосе, состоящая из радиатора, соединенного с зоной конденсации тепловой трубы с переменной проводимостью, теплоаккумулятора ТА₁ и теплопроводов, соединяющих тепловой аккумулятор с объектом и с тепловой трубой с переменной проводимостью, снабжена дополнительным теплоаккумулятором ТА₂, который находится в тепловом контакте с зоной испарения тепловой трубы и заполнен веществом с температурой плавления Т₂.

Т₃ > T₂ > T_min, при этом теплоаккумулятор ТА₁ заполнен веществом с температурой плавления Т₁ Т₀ < T₁ < T_max, где Т₃ минимальная температура зоны испарения тепловой трубы с переменной проводимостью, при которой ее тепловая проводимость максимальна; T_min минимальная заданная температура объекта; Т₀ максимальная температура зоны испарения тепловой трубы с переменной проводимостью, при которой ее тепловая проводимость минимальна; T_max максимальная заданная температура объекта.

Использование в системе теплоаккумулятора ТА₁, соединенного через теплопровод и тепловую трубу с переменной проводимостью (ТТПП) с радиатором и заполненного веществом с температурой плавления выше наименьшей температуры Т_о, при которой ТТПП имеет максимальную тепловую проводимость и не превышающей максимальной заданной температуры объекта Т_max Т_о < T₁< T_max, позволяет поддерживать температуру объекта не выше Т_max. Это объясняется тем, что основная часть теплового потока от объекта поступает через ТТПП, тепловая проводимость которой максимальная, на радиатор и рассеивается в космос, а остальная часть тепла идет на плавление вещества теплоаккумулятора. При этом температура теплоаккумулятора и связанного с ним объекта остается постоянной и равной температуре плавления вещества теплоаккумулятора, которая ниже Т_max.

В случае отсутствия в системе второго теплоаккумулятора при увеличении оттока тепла из системы к объекту и в связи с тем, что минимальная тепловая проводимость ТТПП имеет конечное значение, возможно падение температуры объекта до величины ниже Т_min.

Введение в систему второго теплоаккумулятора ТА₂, находящегося в тепловом контакте с зоной испарения ТТПП, и заполненного веществом с температурой плавления Т₂ не ниже минимальной заданной температуры объекта Т_min и меньше наибольшей температуры Т₃, при которой тепловая проводимость ТТПП минимальна T₃ > T₂ > T_min позволяет поддерживать температуру объекта не ниже Т_min. В этом случае при увеличении оттока тепла из системы к объекту происходит кристаллизация вещества теплоаккумулятора при постоянной температуре, равной температуре плавления вещества теплоаккумулятора ТА₂, которая выше, чем Т_min. При этом тепловой поток на радиатор мал из-за того, что достигнута минимальная проводимость ТТПП.

Таким образом, введение дополнительного теплоаккумулятора ТА₂, который находится в тепловом контакте с зоной испарения ТТПП и заполнен веществом с температурой плавления Т₂ и заполнение теплоаккумулятора ТА₁ веществом с температурой плавления Т₁ позволяет обеспечить достижение технического результата, который направлен на обеспечение заданного диапазона изменения температуры объекта при возможных временных изменениях внутренних и внешних тепловых воздействий, что приводит к созданию надежной пассивной системы терморегулирования объекта.

На чертеже изображена схема системы терморегулирования.

Система терморегулирования содержит радиатор 1, соединенный с зоной конденсации 3 ТТПП 2, теплоаккумулятор ТА₁ 4, теплопроводы 5 и 6, соединяющие теплоаккумулятор 4 с объектом 7 и м ТТПП 2, а также тепловой аккумулятор ТА₂ 8, который находится в тепловом контакте с зоной 9 испарения ТТПП 2.

Система работает следующим образом.

Пусть в начале витка на орбите температура всех элементов системы терморегулирования и объекта 7 близка Т_min.

В течение времени функционирования объекта 7 большая часть теплового потока от него поглощается веществом теплоаккумулятора ТА₁ 4, а меньшая часть через ТТПП 2, тепловая проводимость которой минимальна, поступает на радиатор 1 и рассеивается в космос. Температура вещества ТА₁ 4 и зоны 9 испарения ТТПП 2 повышается.

При повышении температуры зоны 9 испарения ТТПП 2 и ее тепловая проводимость повышается до максимальной и доля теплового потока, рассеиваемая через радиатор 1, увеличивается.

При достижении веществом теплоаккумулятора ТА₁ 4 температуры плавления его температура и температура связанного с теплоаккумулятором ТА₁ 4 объекта 7 остаются постоянными в течение времени, необходимого для плавления всей массы вещества ТА₁ 4. При этом температура объекта практически не отличается от температуры плавления, которая меньше Т_max.

После окончания работы объекта 7 большая часть теплового потока от теплоаккумулятора ТА₁ 4 через ТТПП 2 и радиатор 1 рассеивается в космос. При этом температуры теплоаккумулятора ТА₁ 4, объекта 7 и зоны 9 испарения ТТПП 2 определенное время остаются постоянными и равными температуре плавления вещества теплоаккумулятора ТА₁ 4, а затем вещество ТА₁ 4 начинает кристаллизоваться, после чего температура ТА₁ 4 падает.

При понижении температуры тепловая проводимость ТТПП 2 начинает уменьшаться и процесс остывания замедляется.

При достижении веществом теплоаккумулятора ТА₂ 8 температуры фазового перехода вещество ТА₂ начинает кристаллизоваться и его температура, а также температура объекта 7 остаются постоянными до конца витка и, следовательно, до начала работы объекта 7. При этом температура объекта 7 практически не отличается от температуры плавления вещества ТА₂ 8, большей Т_min.

П р и м е р. В качестве конкретного примера выбрана пассивная система терморегулирования для блока гироскопов телевизионного платформенного комплекса "АРГУС" проекта "МАРС-94", работающего в условиях открытого космического пространства при циклическом изменении мощности тепловыделений с периодом 12 ч, причем в течение первых 5 ч каждого периода в блоке гироскопов выделяется 8, 2 Вт, а в последующие 7 ч выделяется 0 Вт. Система состоит из радиатора площадью 0,05 м² и степенью черноты поверхности 0,85, ТТПП с максимальной тепловой проводимостью 5 Вт/К, минимальной тепловой проводимостью 0,001 Вт/К, причем проводимость ТТПП меняется скачком при температуре 287 К, теплового аккумулятора, заполненного н-гексадеканом массой 0,3 кг и температурой плавления 290 К, имеющего непосредственный тепловой контакт с блоком гироскопов и соединенного через алюминиевый теплопровод с ТТПП. Зона испарения ТТПП находится в тепловом контакте дополнительным теплоаккумулятором, заполненным н-пентадеканом массой 0,05 кг и температурой плавления 282 К.

Система обеспечивает температуру объекта в диапазоне 286±5К и устойчива к возможным изменениям мощности тепловыделений в блоке гироскопов ±50%

Формула изобретения

ПАССИВНАЯ СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА, работающего на орбите в открытом космосе, состоящая из радиатора, соединенного с зоной конденсации тепловой трубы с переменной проводимостью, теплоаккумулятора ТА₁ и теплопроводов, соединяющих тепловой аккумулятор с тепловой трубкой с переменной проводимостью, отличающаяся тем, что система снабжена дополнительным теплоаккумулятором ТА₂, который находится в тепловом контакте с зоной испарения тепловой трубы и заполнен веществом с температурой плавления T₂, T₃> T₂> T_min, при этом теплоаккумулятор ТА₁ заполнен веществом с температурой плавления T₁ T₀<T<T_ax, где T₃ минимальная температура зоны испарения тепловой трубы с переменной проводимостью, при которой ее тепловая проводимость максимальна;
T_min минимальная заданная температура объекта;
T₀ максимальная температура зоны испарения тепловой трубы с переменной проводимостью, при которой ее тепловая проводимость минимальна;
T_max максимальная заданная температура объекта.

РИСУНКИ

Рисунок 1