СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2015 года по МПК B64G1/50 

Изобретение относится к системам обеспечения теплового режима аппаратуры космического аппарата.

Известен ряд систем обеспечения теплового режима космических аппаратов, которые включают в себя радиационный теплообменник, а также холодильные системы, содержащие последовательно включенные в замкнутый контур циркуляции рабочего тела (хладагента) испаритель, конденсатор, дроссельную запорно-регулирующую арматуру и компрессор. Так же известны системы, в которых дроссельная запорно-регулирующая арматура заменена на детандер, что позволяет повысить экономичность систем /Г.И. Воронин. Системы терморегулирования космических аппаратов, М.: Машиностроение, 1968, 316 с./. Известны компрессорно-детандерные турбоагрегаты космического назначения / Патент RU №94022667 «Компрессорно-детандерный турбоагрегат»/.

Также известны системы с тепловым насосом, например система с тепловым насосом, содержащим последовательно включенные в замкнутый контур циркуляции хладагента испаритель, конденсатор, дроссельную запорно-регулирующую арматуру и вакуумный насос / Патент RU №2382295 «Тепловой насос»/.

Недостатком перечисленных выше систем является ограниченная возможность для повышения температуры радиационного теплообменника, следствием чего является его большая площадь и масса при излучении тепловой энергии для систем с повышенным энерговыделением на борту.

Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение, - уменьшение массогабаритных характеристик радиационного теплообменника, путем повышения его температурного уровня при помощи сжатия рабочего тела в компрессоре теплового насоса для систем с повышенным энерговыделением на борту.

Технический результат - минимизация массогабаритных характеристик радиационного теплообменника, необходимых для излучения теплоты, отводимой от аппаратуры за счет повышения температуры поверхности панелей.

Этот результат достигается тем, что: в системе обеспечения теплового режима, содержащей термостатирующие панели, выполненные в виде паровых камер, на стенках которых размещается термостатируемая аппаратура, и тепловой насос, тепловой насос выполнен по двухкаскадной схеме. В тепловом насосе в качестве рабочего тела в нижнем каскаде выбран фреон R142b, а в качестве рабочего тела верхнего каскада выбрана газовая смесь инертных газов Не+Хе. Верхний каскад теплового насоса содержит регенератор. При этом в паровых камерах размещаются элементы испарителя теплового насоса таким образом, что зоны испарения испарителя хладагента нижнего каскада являются зонами конденсации рабочего тела паровых камер. Также у компрессорно-детандерных турбоагрегатов на стенки корпуса турбоагрегата в зоне расположения электроприводов навиты трубки с прокачиваемым по ним рабочим телом, частично отбираемым на выходе из компрессорной ступени.

На фиг. 1 приведена схема СОТР.

Система обеспечения теплового режима состоит из термостатирующих панелей, теплового насоса и контура радиационного теплообменника.

В соответствии с фиг. 1 тепловой насос состоит из двух каскадов.

В состав нижнего каскада входят термостатирующие панели 1 в виде паровых камер, в которых размещаются элементы испарителя 5 таким образом, что зоны испарения испарителя 5 рабочего тела нижнего каскада являются зонами конденсации рабочего тела паровых камер, компрессорно-детандерный турбоагрегат, содержащий компрессор 2, детандер 4 и обеспечивающий работу компрессора 2 электродвигатель 6, а также соединительные трубопроводы. Передача теплоты из нижнего каскада теплового насоса в верхний каскад осуществляется в конденсаторе-промежуточном теплообменнике 3.

В состав верхнего каскада входят компрессорно-детандерный турбоагрегат, содержащий компрессор 7, детандер 10 и обеспечивающий работу компрессора 7 электродвигатель 11, концевой теплообменник 8, регенератор 9, а также соединительные трубопроводы.

В состав контура радиационного теплообменника 13 входит соответствующий контур концевого теплообменника 8 и электромагнитный насос 12.

Охлаждение компрессорно-детандерного турбоагрегата каждого каскада теплового насоса осуществляется при помощи навитых на стенки корпуса турбоагрегата в зоне расположения электродвигателя (электропривода) трубок с прокачиваемыми по ним рабочим телом данного каскада, частично отбираемым на выходе из соответствующего компрессора.

Согласно фиг. 1 рабочее тело нижнего каскада получает теплоту от термостатирующих панелей 1 (через паровые камеры), испаряется в испарителе 5 и поступает на вход компрессора 2, где после сжатия поступает в конденсатор-промежуточный теплообменник 3 теплового насоса. В нем рабочее тело нижнего каскада конденсируется и отдает теплоту рабочему телу верхнего каскада. Затем рабочее тело нижнего каскада направляется в детандер нижнего каскада 4, где расширяется и поступает на вход испарителя 5.

После получения теплоты от нижнего каскада рабочее тело верхнего каскада из конденсатора-промежуточного теплообменника 3 направляется в регенератор 9, где подогревается и идет на вход в компрессор верхнего каскада 7. После сжатия в компрессоре 7 рабочее тело верхнего каскада поступает в концевой теплообменник 8, где передает полученную теплоту в контур радиационного теплообменника 13. После этого оно направляется в регенератор 9, где отдает часть теплоты на подогрев потока рабочего тела на входе в компрессор 7, а затем поступает в детандер 10 верхнего каскада, где происходит его расширение. После детандера 10 рабочее тело верхнего каскада идет на вход в конденсатор-промежуточный теплообменник 3.

Прокачиваемый по контуру радиационного теплообменника 13 с помощью электромагнитного насоса 12 жидкометаллический теплоноситель, получив теплоту в концевом теплообменнике 8 от рабочего тела верхнего каскада, в коллекторах радиационного теплообменника 13 отдает полученную теплоту зонам испарения тепловых труб, являющихся основными теплоизлучающими элементами радиационного теплообменника.

Изобретение относится к системе терморегулирования (СТР) бортовой аппаратуры космического аппарата. СТР выполнена на основе двухкаскадного теплового насоса. Бортовые приборы установлены на термостатирующих панелях (1) и отдают тепло через паровые камеры панелей в испарители (5) рабочего тела (РТ) нижнего каскада (фреон). Затем это РТ поступает на вход компрессора (2), далее - в промежуточный теплообменник (3) и, через детандер (4), в испаритель (5). В теплообменнике (3) РТ конденсируется и отдает тепло РТ верхнего каскада (смесь газов Не и Хе). Последнее подогревается в регенераторе (9) и идет на вход компрессора (7). После этого РТ верхнего каскада поступает в концевой теплообменник (8), где передает тепло в контур радиационного теплообменника (13), далее следует в регенератор (9) и, через детандер (10), в конденсатор (3). РТ радиаторного контура служит жидкометаллический теплоноситель, прокачиваемый электромагнитным насосом (12). Получив тепло в теплообменнике (8) от РТ верхнего каскада, этот теплоноситель отдает его зонам испарения тепловых труб - основных излучающих элементов теплообменника (13). Охлаждение компрессорно-детандерного турбоагрегата каждого каскада осуществляется РТ данного каскада через навитые на стенки корпуса турбоагрегата трубки. Технический результат изобретения состоит в повышении температуры радиационного теплообменника (13), и тем самым - улучшении его массогабаритных характеристик. 1 ил.

Система обеспечения теплового режима космического аппарата, содержащая в своем составе термостатирующие панели, выполненные в виде паровых камер, причем зоны испарения испарителя рабочего тела нижнего каскада являются зонами конденсации рабочего тела этих паровых камер, на стенках которых размещается термостатируемая аппаратура, двухкаскадный тепловой насос, состоящий из испарителя, в котором тепловая энергия приборов передается от термостатирующих панелей к нижнему каскаду теплового насоса, рабочим телом которого является фреон R142b, компрессорно-детандерные турбоагрегаты для каждого из каскадов, конденсатор, являющийся промежуточным теплообменником между нижним и верхним каскадами, причем рабочим телом в верхнем каскаде выбрана газовая смесь инертных газов Не и Хе, регенеративный теплообменник, повышающий эффективность термодинамического цикла верхнего каскада теплового насоса, и радиационный теплообменник, установленный в качестве конечного теплосбрасывающего устройства, связанный с верхним каскадом теплового насоса через гидравлический контур с концевым теплообменником.