Панель холодильника-излучателя



Панель холодильника-излучателя
Панель холодильника-излучателя
Панель холодильника-излучателя

 


Владельцы патента RU 2610732:

Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (RU)

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройствам теплообмена. Панель холодильника-излучателя содержит теплоизлучающую пластину из композиционного материала и металлические трубки для теплоносителя, размещенные между теплоизлучающей пластиной и накладками из композиционного материала. Каждая накладка соединена с пластиной и содержит участок, форма которого соответствует форме металлической трубки. В теплоизлучающей пластине выполнены цилиндрические канавки, с размещенными в них металлическими трубками для теплоносителя. Накладки и теплоизлучающая пластина выполнены из углерод-углеродного композиционного материала. Теплоизлучающая пластина имеет расположенные между трубками отверстия, содержащие натянутые углеродные волокна с теплопроводностью более 300 Вт/м⋅К. Изобретение может быть использовано в конструкциях спутников и энергетических установок. Техническим результатом изобретения является снижение массы панели холодильника-излучателя при увеличении эффективного сброса тепла. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к космической технике, в частности к элементам устройств, которые за счет лучистого теплообмена сбрасывают излишки тепла. Изобретение может быть использовано в конструкциях спутников и энергетических установок.

Холодильники-излучатели служат для снижения температуры теплоносителя, проходящего через них, сбрасывая в окружающее пространство тепловой поток за счет лучистого теплообмена.

Известны различные конструкции панели холодильника-излучателя. Например, панель холодильника-излучателя, известная из US 20110277959 A1, 17.11.2011, выполнена из металлического профиля с каналом, по которому течет теплоноситель, или раскрытая в US 4832113 А, 23.05.1989 металлическая панель холодильника-излучателя, снабженная каналом, через который проходит трубка с теплоносителем. Существенным недостатком вышеуказанных решений является то, что выполнены они из металла, в связи с чем обладают плохими весовыми характеристиками.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является панель холодильника-излучателя, известная из ЕР 2535276 B1, 19.12.2012. Известная панель содержит теплоизлучающую пластину из композиционного материала и металлические трубки для теплоносителя, размещенные между теплоизлучающей пластиной и накладками из композиционного материала. Каждая накладка соединена с пластиной и содержит участок, форма которого соответствует форме трубки.

К недостаткам наиболее близкого аналога можно отнести следующее:

- панель холодильника-излучателя состоит из плоской пластины и трубок, прикрепленных к ней с одной стороны посредством накладок. При таком исполнении панели контактная поверхность между трубкой и излучающей частью панели невелика, что снижает эффективность отвода тепла;

- профиль трубки, известный из указанного источника, имеет центральный канал круглого сечения и внешнюю поверхность, имеющую в сечении вид квадрата с двумя сглаженными углами. Такой профиль имеет толстую стенку, что приводит к утяжелению конструкции панели;

- применение прокладок из полимеров, например фторопласта, размещаемых между пластиной и трубкой и используемых для снижения напряжений трения между ними, приводит к дополнительному тепловому сопротивлению и снижению эффективности отвода тепла.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и получение новой конструкции панели холодильника-излучателя.

Технический результат изобретения состоит в снижении массы панели холодильника излучателя при увеличении эффективного сброса тепла.

Для решения задачи и обеспечения технического результата предлагается панель холодильника-излучателя, которая содержит теплоизлучающую пластину из композиционного материала и металлические трубки для теплоносителя, размещенные между теплоизлучающей пластиной и накладками из композиционного материала. Каждая накладка соединена с пластиной и содержит участок, форма которого соответствует форме металлической трубки. В теплоизлучающей пластине выполнены цилиндрические канавки, в которых размещены металлические трубки для теплоносителя. Накладки и теплоизлучающая пластина выполнены из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ). При этом теплоизлучающая пластина содержит расположенные между трубками отверстия, в которых натянуты углеродные волокна (УВ) с теплопроводностью более 300 Вт/м⋅К.

Пространство между накладкой и металлической трубкой, а также теплоизлучающей пластиной и металлической трубкой может быть заполнено высокотеплопроводной смазкой.

Металлические трубки могут быть выполнены из алюминия, или меди, или стали.

В углерод-углеродном композиционном материале могут быть использованы углеродные волокна с высокой теплопроводностью в виде параллельных непрерывных нитей, или лент, или ткани, или сетки.

Углеродные волокна, натянутые в отверстиях пластины, могут быть выполнены в виде нитей, или жгутов, или лент, или ткани, или сетки.

Панель может быть снабжена ребром жесткости.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими изображениями.

На фиг. 1 представлен общий вид панели холодильника-излучателя.

На фиг. 2 изображена теплоизлучающая пластина согласно изобретению.

На фиг. 3 представлен пространственный вид панели холодильника-излучателя, снабженной ребром жесткости.

Панель холодильника-излучателя содержит теплоизлучающую пластину 1 из композиционного материала и металлические трубки 2 для теплоносителя, размещенные между теплоизлучающей пластиной 1 и накладками 3 из композиционного материала. Каждая накладка 3 соединена с пластиной 1 и содержит участок 4, форма которого соответствует форме металлической трубки 2. В теплоизлучающей пластине 2 выполнены цилиндрические канавки 5, в которых размещены металлические трубки 2 для теплоносителя. Такое конструктивное исполнение увеличивает контактную поверхность между трубками и пластиной. Накладки 3 и теплоизлучающая пластина 1 выполнены из углерод-углеродного композиционного материала. При этом теплоизлучающая пластина 1 содержит расположенные между трубками отверстия 6, в которых натянуты углеродные волокна 7, что обеспечивает значительное снижение массы теплоизлучающей пластины и панели холодильника-излучателя в целом. Использование натянутых в отверстиях углеродных волокон с теплопроводностью более 300 Вт/м⋅К позволяет увеличить эффективность сброса тепла в космическое пространство. При увеличении габаритов панели, она может быть снабжена ребром жесткости 8 для обеспечения жесткости конструкции.

Накладки могут быть закреплены к теплоизлучающей пластине при помощи различных крепежных элементов, например болтов, или винтов, или шпилек.

Углерод-углеродные композиционные материалы - это легкие и прочные материалы на основе углеродной матрицы и углеродных волокон. В качестве матрицы используют пироуглерод, коксовые остатки термореактивных смол, каменноугольный или нефтяной пек, в качестве волокон-наполнителей высокопрочные углеродные волокна - нити (непрерывные и рубленые), жгуты, ткани, пространственные конструкции из волокна. Теплофизические свойства УУКМ позволяют использовать их в широком диапазоне температур. Изготовление УУКМ из углеродных волокон с высокой теплопроводностью, например из УВ марок XN-80-60S, XN-80-A2S, XN-90-60S, позволяет существенно увеличить теплопроводность УУКМ и, как следствие, эффективность сброса тепла панелью холодильника-излучателя, изготовленной из указанного материала.

Для улучшения теплового контакта пространство между накладкой и металлической трубкой, а также теплоизлучающей пластиной и металлической трубкой заполнено высокотеплопроводной смазкой. В качестве высокотеплопроводной смазки может быть применена кремнеорганическая паста с повышенным содержанием медной пудры (КПТ-8 или КПТ-13).

Предлагаемое изобретение характеризуется высокой прочностью конструкции, и применение УУКМ и высокотеплопроводных углеродных волокон в конструкции панели холодильника-излучателя, а также конструктивное исполнение теплоизлучающей пластины и накладок согласно изобретению позволяет снизить массово-габаритные характеристики панели при увеличении эффективности сброса тепла в космическое пространство.

Устройство работает следующим образом. Теплоноситель отбирает тепло от охлаждаемых частей космического аппарата и попадает в металлические трубки панели холодильника-излучателя. Теплоизлучающая пластина и накладки сбрасывают излучением в окружающее космическое пространство тепловой поток, идущий от трубок с теплоносителем, тем самым понижая температуру теплоносителя.

Эффективность сброса тепла панелью холодильника-излучателя можно оценить параметром m/Q, где m - масса панели в кг, Q - сбрасываемая энергия в кВт, чем ниже значение указанного параметра, тем выше эффективность. Для известных конструкций панелей холодильников-излучателей параметр m/Q, оцененный в диапазоне температур 650÷385 К, приблизительно равен 2,5. Предлагаемая конструкция панели холодильника-излучателя характеризуется параметром m/Q≈0,5÷0,7, оцененным в том же интервале температур. Как видно из приведенных данных, предлагаемое изобретение обеспечивает наиболее эффективный сброс тепла в космическое пространство, чем известные конструкции того же назначения.

1. Панель холодильника-излучателя, содержащая теплоизлучающую пластину из композиционного материала и металлические трубки для теплоносителя, размещенные между теплоизлучающей пластиной и накладками из композиционного материала, каждая накладка соединена с пластиной и содержит участок, форма которого соответствует форме металлической трубки, отличающаяся тем, что в теплоизлучающей пластине выполнены цилиндрические канавки, в которых размещены металлические трубки для теплоносителя, накладки и теплоизлучающая пластина выполнены из углерод-углеродного композиционного материала, теплоизлучающая пластина содержит расположенные между трубками отверстия, в которых натянуты углеродные волокна с теплопроводностью более 300 Вт/м·К.

2. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что пространство между накладкой и металлической трубкой, а также теплоизлучающей пластиной и металлической трубкой заполнено высокотеплопроводной смазкой.

3. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что металлические трубки выполнены из алюминия, или меди, или стали.

4. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что в углерод-углеродном композиционном материале использованы углеродные волокна с высокой теплопроводностью в виде параллельных непрерывных нитей, или лент, или ткани, или сетки.

5. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что углеродные волокна, натянутые в отверстиях пластины, выполнены в виде нитей, или жгутов, или лент, или ткани, или сетки.

6. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что панель снабжена ребром жесткости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в различных теплообменных аппаратах. Теплообменная поверхность, содержащая расположенные в коридорном или шахматном порядке, параллельными рядами основные «безотрывные» выемки, при этом выемки в плане выполнены диффузорной формы по направлению движения основного потока теплоносителя со скругленными внутренними углами, донная часть выемок в плоскости их меридионального сечения образована двумя плавно соединяющимися между собой входным и выходным участками, входной участок имеет диффузорную форму и соединен скруглением с входной кромкой выемки по ее периметру, а выходной участок - конфузорной формы соединен скруглением с выходной кромкой выемки по ее периметру.

Извлекающая энергию система, имеющая устройство, которое обеспечивает теплообмен и влагообмен между проходящими через него воздушными потоками, причем данное устройство имеет две или более многослойные композитные конструкции, где многослойную композитную конструкцию составляют пористая жесткая или полужесткая структура, имеющая множество отверстий, проходящих от первой поверхности до второй поверхности, которая может быть гофрированной, и полимерная пленка, содержащая сульфонированный блок-сополимер, прикрепленная, по меньшей мере, к одной из первой и второй поверхностей структуры и покрывающая вышеупомянутое множество отверстий.

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано при разработке блоков пластинчато-ребристых теплообменников, применяемых в криогенных установках различного назначения.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а конкретно к теплоэнергетическим установкам, используемым для помещений, зданий, сооружений, а также в различных промышленных газотурбинных установках.

Изобретение относится к производству гофрированных листов из композиционных материалов для высокотемпературных теплообменников перекрестного типа, используемых в авиационной и ракетно-космической технике, дизельных двигателях, бойлерах и т.д.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Теплообменник содержит множество пластин, каждая из которых содержит множество углублений, при этом углубления содержат вершины и основания, вершины, по меньшей мере, одной пластины теплообменника соединены с основаниями смежной пластины теплообменника и, по меньшей мере, часть углублений соединена с, по меньшей мере, одним смежным углублением посредством участка стенки.

Изобретение относится к способу изготовления охлаждающего модуля (10) в виде корпуса с внутренним пространством (24) для размещения батарейных ячеек (22), причем корпус имеет между впускной и выпускной зонами один или несколько параллельных друг другу охлаждающих каналов (20) и выполняется, по меньшей мере, частично из одного или нескольких отрезков полого профиля (30).

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Пластинчатый теплообменник включает в себя стопу из множества пластин, каждая из которых имеет вход и выход для текучей среды.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Наборный пластинчатый теплообменник содержит множество наборных коллекторов.

Изобретение относится к теплотехнике, предназначено для использования в теплообменных аппаратах и может применяться в космической, авиационной, энергетической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области космической техники, а именно к устройствам отвода тепла в термодинамическом цикле космической энергетической установки. Устройство для улавливания диспергированной пелены капельного холодильника-излучателя (КХИ) содержит узел подачи и узел нагнетания рабочего тела.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в конструкциях холодильников-излучателей космических аппаратов (КА) и энергетических установок.

Изобретение относится к космической технике и может использоваться в системах терморегулирования приборных отсеков. Система термостабилизации приборного отсека космического аппарата включает радиатор-излучатель и тепловые трубы.

Изобретение относится к системам терморегулирования космических аппаратов (КА). Способ заключается в том, что измеряют температуру в зонах радиационных панелей (РП) датчиками температур, изменяют температуру каждой зоны посредством терморегуляторов, разбивают период оборота КА вокруг Земли на фиксированные интервалы времени, которые определяют ориентацией КА относительно Солнца и планет.

Изобретение относится к системам терморегулирования космических аппаратов (КА). Способ заключается в том, что измеряют температуру в зонах радиационных панелей (РП) датчиками температур, поддерживают температуру в зонах РП в пределах допустимого диапазона путем изменения температур посредством терморегуляторов, разбивают период оборота КА вокруг Земли на фиксированные интервалы времени, которые определяются ориентацией КА относительно Солнца и планет.

Изобретение касается обеспечения теплового режима бортового научного и служебного оборудования космических аппаратов: искусственных спутников, межпланетных станций и др.

Изобретение относится к бортовым системам электропитания (СЭП), преимущественно низкоорбитальных космических аппаратов (КА) с трехосной ориентацией. СЭП содержит панели солнечной батареи с устройством изменения их ориентации, размещенные с внешней стороны боковых сотопанелей приборного контейнера.

Изобретение относится к системам терморегулирования (СТР) космических аппаратов, например телекоммуникационных спутников. СТР содержит жидкостный контур теплоносителя с электронасосным агрегатом (ЭНА) и компенсатором объема (КО).

Изобретение относится к системам терморегулирования (СТР) космических аппаратов (КА), преимущественно телекоммуникационных спутников. В жидкостном контуре СТР установлен двухступенчатый электронасосный агрегат (ЭНА) с последовательно расположенными рабочими колесами, вращающимися с частотой 6000 об/мин.

Изобретение относится к системам терморегулирования (СТР) космических аппаратов (КА) с тепловой нагрузкой от 13 до 18 кВт. СТР состоит из замкнутых жидкостных контуров и тепловых труб (ТТ), а также раскрываемых панелей радиатора (РПР).

Изобретение относится к терморегулируемому бортовому оборудованию космического аппарата (КА). Отсек содержит шестиугольную платформу (многослойную панель), на которой с двух сторон размещены тепловыделяющие элементы блоков аппаратуры. Несущая конструкция отсека выполнена на основе тепловых труб (ТТ). Её верхний торец повторяет контур платформы. Элементы аппаратуры, не требующие охлаждения, установлены на силовой ферме, закрепленной на нижнем торце несущей конструкции в виде правильного треугольника. Система терморегулирования объединяет две системы: одна обслуживает тепловыделяющие элементы, не требующие, а другая – требующие низкотемпературного охлаждения. Первая имеет цилиндрический радиатор-излучатель и соединенные с ним ТТ. Другая включает низкотемпературные ТТ, стыкуемые с низкотемпературной ТТ для отвода тепла в космическое пространство. Все ТТ имеют возможность теплового контакта с указанными тепловыделяющими элементами. Техническим результатом изобретения является оптимизация компоновки КА, повышение прочности и жесткости конструкции при наземных операциях и выведении, а также повышение термоустойчивости при работе на орбите. 3 ил.
Наверх