Излучающая панель гибридной структуры Российский патент 2023 года по МПК F28D21/00 B64G1/50 H05K7/20 

Изобретение относится к космической технике, в частности к устройствам, которые за счет лучистого теплообмена отводят избыточное тепло от тепловыделяющих элементов оборудования. Изобретение может быть использовано в конструкциях планетных баз и космических аппаратов.

Излучающие панели служат для отвода избыточного тепла от тепловыделяющих элементов оборудования, установленного на ней, за счет лучистого теплообмена в окружающее пространство.

Известны различные конструкции излучающих панелей. Например, излучающая панель, известная из RU 2603690 С1, 27.11.2016, включающая в свой состав радиатор-излучатель в виде цилиндрического экрана, выполненный из металла и тепловые трубы на поверхности экрана, или RU 2329922 С2, 27.07.2008, представляющая из себя радиатор-излучатель из сотопанели со встроенными в нее тепловыми трубами. Существенным недостатком вышеуказанных решений является то, что используемые в настоящее время аксиальные тепловые трубы не приспособлены для работы в условиях гравитации на планетных базах, и выполнены из металла или пространственных сотопанелей, в связи с чем обладают большой массой. Наиболее близким аналогом является излучающая панель, известная из RU 2603690 С1, 27.11.2016.

К недостаткам наиболее близкого аналога можно отнести следующее:

- наличие в конструкции радиационного теплообменника тепловых труб, не работающих эффективно в условиях гравитации;

- использование однослойной излучающей панели из металла, что приводит к утяжелению конструкции;

- наличие тепловых труб повышает вероятность ухудшения рабочих параметров радиационного излучателя из-за метеоритного пробоя.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и получение новой конструкции излучающей панели.

Для решения задачи и обеспечения технического результата предлагается излучающая панель гибридной структуры, состоящая из двух пластин, верхняя пластина которой представляет собой пластину из металла, нижняя пластина является гибридной структурой из высокопроводящей фольги пиролитического графита, соединенной путем адгезионного склеивания, пластины фиксируются клеевым соединением, на излучающей панели перпендикулярно к излучающей поверхности на всей площади панели насквозь по толщине панели установлены металлические элементы, увеличивающие внеплоскостную теплопроводность панели. Верхняя пластина излучающей панели выполняется из алюминия или стали. На наружную поверхность верхней пластины излучающей панели нанесен излучающий слой.

Излучающая панель гибридной структуры состоит из двух слоев, верхнего - излучающего и нижнего - теплопроводящего.

Верхний излучающий слой излучающей панели гибридной структуры состоит из металла.

Нижний теплопроводящий слой излучающей панели гибридной структуры состоит из пакета высокопроводящей фольги пиролитического графита.

В конструкции излучающей панели гибридной структуры отсутствуют тепловые трубы.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими изображениями.

На фиг. 1 представлена схема излучающей панели гибридной структуры с двухслойной излучающей панелью с расположенными на ней тепловыделяющими элементами оборудования.

На фиг. 2 представлены металлические элементы, установленные на излучающей панели перпендикулярно к излучающей поверхности на всей площади панели насквозь по толщине панели в виде заклепок.

На фиг. 3 представлены металлические элементы, установленные на излучающей панели перпендикулярно к излучающей поверхности на всей площади панели насквозь по толщине панели в виде проволочного шва.

На фиг. 4 представлены металлические элементы, установленные на излучающей панели перпендикулярно к излучающей поверхности на всей площади панели насквозь по толщине панели в виде проволочных скоб.

Излучающая панель гибридной структуры, фиг. 1, состоит из двух пластин, 1 и 2. Верхняя пластина - 1 состоит из металла с наружным излучающим слоем. Нижняя пластина - 2 является гибридной структурой, состоящей из пакета высокопроводящей фольги пиролитического графита с плоскостной теплопроводностью более 1500 Вт/(мК), что обеспечивает снижение массы и повышение эффективности ребра излучающей панели. На нижнюю пластину устанавливается тепловыделяющие элементы оборудования 3. Верхняя и нижняя пластины излучающей панели радиационного теплообменника гибридной структуры скрепляются клеевым соединением. На излучающей панели перпендикулярно к излучающей поверхности на всей площади панели насквозь по толщине панели установлены металлические элементы 4, увеличивающие внеплоскостную теплопроводность панели.

Нижняя пластина излучающей панели гибридной структуры собирается из высокопроводящей фольги пиролитического графита. В процессе производства фольги используются карбонизированные полимерные пленки и высокотемпературная термообработка. Оптимизируя условия термообработки, можно получить фольгу с высокими значениями теплопроводности по направлению в плоскости. Максимальная толщина листов составляет не более 25 мкм. Сборка пакета из высокопроводящей фольги пиролитического графита производится путем адгезионного склеивания. Теплофизические свойства высокопроводящей фольги пиролитического графита позволяют использовать их в широком диапазоне температур. Использование в качестве нижнего высокопроводящего слоя излучающей панели гибридного пакета из фольги пиролитического графита приводит к существенному увеличению плоскостной теплопроводности, что, в свою очередь, позволяет отказаться от использования в конструкции тепловых труб. Отсутствие в конструкции тепловых труб позволяет эффективно использовать радиационный теплообменник в системах обеспечения теплового режима планетных станций в условиях гравитации.

Предлагаемое изобретение характеризуется высокой прочностью конструкции, и применение гибридного пакета из фольги пиролитического графита, согласно изобретению, позволяют снизить массовые характеристики излучающей панели при увеличении эффективности сброса тепла в космическое пространство.

Устройство работает следующим образом. Элементы оборудования 3 выделяют тепло, что приводит к повышению их температуры. Тепловой поток от элементов оборудования 3 передается излучающей панели 1, 2. За счет высокой плоскостной теплопроводности гибридного пакета из фольги пиролитического графита 2 происходит равномерное распределение тепла по излучающей пластине 1. Излучающая пластина 1 отводит излучением в окружающее космическое пространство тепловой поток, идущий от элементов оборудования 3, тем самым понижая их температуру. Металлические элементы 4 обеспечивают увеличение внеплоскостной теплопроводности панели.

Для отвода тепла от тепловыделяющих элементов оборудования в настоящее время применяются излучающие панели с установленными на них аксиальными тепловыми трубами для повышения эффективности ребра. На теплоизолированной стороне панели располагаются тепловыделяющие элементы оборудования и тепловые трубы, обратная сторона панели - излучающая. Расстояние между тепловыми трубами составляет 0,15 м, масса погонного метра тепловой трубы составляет 0,3 кг/м. Эффективность ребра используемых панелей составляет = 0,6. Удельная масса панели составляет 0,08 кг/. Удельная масса отводимого тепла 0,04 кг/Вт. Чем меньше удельная масса панели и удельная масса отводимого тепла, тем эффективнее устройство. В случае отказа от тепловых труб и использования гибридной излучающей панели для отвода тепла от тепловыделяющих элементов оборудования на основе графита, аналогичная эффективность ребра излучающей панели достигается при удельной массе панели 0,065 кг/ и удельной массе отводимого тепла 0,032 кг/Вт, что на 20 % меньше, чем при использовании излучающей панели с тепловыми трубами. Отказ от тепловых труб в конструкции гибридной излучающей панели приводит к отсутствию вероятности пробоя тепловых труб метеоритами и, как следствию, повышению надежности работы агрегата. Кроме того, переход на гибридные излучающие панели позволяет преодолеть трудности использования аксиальных тепловых труб в поле гравитации, например, при проектировании системы обеспечения теплового режима лунной базы. Как видно из приведенных данных, предлагаемое изобретение обеспечивает более эффективный сброс тепла в космическое пространство, чем известные конструкции того же назначения.

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройствам теплообмена. Излучающая панель гибридной структуры состоит из гибридной конструкции, верхняя пластина которой представляет собой панель из металла с наружным излучающим слоем, нижняя пластина является гибридной структурой, состоящей из пакета графитовых пленок с плоскостной теплопроводностью более 1500 Вт/(мК). Пластины фиксируются клеевым соединением. На излучающей панели перпендикулярно к излучающей поверхности на всей площади панели насквозь по толщине панели установлены металлические элементы, увеличивающие внеплоскостную теплопроводность панели. Технический результат – повышение эффективности сброса тепла в космическое пространство при упрощении конструкции и отказе от использования тепловых труб. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Излучающая панель гибридной структуры, состоящая из двух пластин, верхняя пластина выполнена из металла, нижняя пластина является гибридной структурой из высокопроводящей фольги пиролитического графита, соединенной путем адгезионного склеивания, пластины фиксируются клеевым соединением, на излучающей панели перпендикулярно к излучающей поверхности на всей площади панели насквозь по толщине панели установлены металлические элементы.

2. Излучающая панель гибридной структуры по п. 1, отличающаяся тем, что верхняя пластина излучающей панели выполняется из алюминия или стали.

3. Излучающая панель гибридной структуры по п. 1, отличающаяся тем, что на наружную поверхность верхней пластины излучающей панели нанесен излучающий слой.

4. Излучающая панель гибридной структуры по п. 1, отличающаяся тем, что металлические элементы, установленные на излучающей панели перпендикулярно к излучающей поверхности на всей площади панели насквозь по толщине панели, представляют из себя проволочные скобы, или заклепки, или проволочный шов.