RU2494933C1 - Spacecraft equipment thermal control system - Google Patents
Spacecraft equipment thermal control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2494933C1 RU2494933C1 RU2012104071/11A RU2012104071A RU2494933C1 RU 2494933 C1 RU2494933 C1 RU 2494933C1 RU 2012104071/11 A RU2012104071/11 A RU 2012104071/11A RU 2012104071 A RU2012104071 A RU 2012104071A RU 2494933 C1 RU2494933 C1 RU 2494933C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- thermal
- working fluid
- panel
- heat pipe
- Prior art date
Links
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам термостатирования энергоемкого оборудования, преимущественно, космических объектов, предназначенных для централизованного электроснабжения орбитальных комплексов в условиях длительного космического полета.The invention relates to temperature control systems of energy-intensive equipment, mainly space objects, intended for centralized power supply of orbital complexes in a long space flight.
Изобретение может применяться на предприятиях, разрабатывающих космическую технику, а также в общем машиностроении, например, при разработке автономных систем охлаждения герметично изолированных от внешней среды обитаемых помещений.The invention can be applied at enterprises developing space technology, as well as in general engineering, for example, in the development of autonomous cooling systems that are hermetically isolated from the external environment of inhabited premises.
В настоящее время в отечественной и зарубежной космической практике для термостатирования различного оборудования все более широкое распространение начинают получать системы терморегулирования, использующие в своей работе двухфазные рабочие тела, позволяющие переносить большое количество тепла при небольших расходах. Это позволяет снизить мощность электрических агрегатов, обеспечивающих движение таких рабочих тел в гидравлических магистралях систем, а следовательно, и затраты энергии для передачи тепла.At present, in the domestic and foreign space practice for temperature control of various equipment, thermal control systems that use two-phase working fluids in their work, which allow transferring a large amount of heat at low costs, are becoming more widespread. This allows you to reduce the power of electrical units that provide the movement of such working fluid in the hydraulic lines of the systems, and consequently, the energy costs for heat transfer.
Альтернативой двухфазным системам терморегулирования, циркуляция рабочих тел в которых обеспечивается с помощью электромеханических насосов, являются системы, созданные на основе контурных тепловых труб, движение жидкой фазы рабочего тела в которых обеспечивается за счет капиллярных сил, возникающих в соответствующей структуре, заполняющей магистраль и играющих роль капиллярного насоса, а паровой - за счет перепада давлений между испарителями и конденсатором.An alternative to two-phase thermal control systems, in which the circulation of working fluids is ensured by electromechanical pumps, are systems created on the basis of contour heat pipes, the movement of the liquid phase of the working fluid in which is ensured by capillary forces arising in the corresponding structure filling the main line and playing the role of capillary pump, and steam - due to the pressure difference between the evaporators and the condenser.
Достигнутые в последнее время успехи в разработке капиллярных насосов большой производительности позволяют рассматривать возможность использования контурных тепловых труб в качестве наружных контуров для передачи тепла излучательным радиаторам пилотируемых космических объектов.Recent successes in the development of large-capacity capillary pumps allow us to consider the possibility of using contour heat pipes as external loops for transferring heat to the radiating radiators of manned space objects.
Известна система терморегулирования космического аппарата, описанная в патенте RU №2384491. Система содержит гидравлический контур с двухфазным теплоносителем, объединяющий теплообменник-испаритель, гидронасос, сильфонный аккумулятор рабочего тела с изменяемым положением днища сильфона, датчик температуры пара в теплообменнике-испарителе и радиатор-конденсатор.A known system of thermoregulation of a spacecraft is described in patent RU No. 2384491. The system contains a hydraulic circuit with a two-phase coolant, combining a heat exchanger-evaporator, a hydraulic pump, a bellows accumulator of the working fluid with a variable position of the bottom of the bellows, a steam temperature sensor in the heat exchanger-evaporator and a radiator-condenser.
Отличительным признаком системы является использование черпакового насоса в качестве разделителя жидкой и паровой фаз теплоносителя на входе в радиатор-конденсатор (излучательный радиатор).A distinctive feature of the system is the use of a scoop pump as a separator of the liquid and vapor phases of the coolant at the inlet to the radiator-condenser (radiating radiator).
Недостатком системы является ограниченный ресурс эксплуатации, обусловленный наличием электроприводов черпакового и гидронасосов, а также электропривода изменения положения днища сильфона аккумулятора рабочего тела.The disadvantage of the system is the limited service life, due to the presence of electric scoop and hydraulic pumps, as well as an electric drive to change the position of the bottom of the bellows of the working fluid accumulator.
Известна система терморегулирования космического аппарата, описанная в патенте RU №2362712.A known system of thermal control of a spacecraft is described in patent RU No. 2362712.
Система содержит гидравлический контур с двухфазным рабочим телом, связывающий коллекторы термостатируемых панелей с установленными аппаратурой и оборудованием, с коллекторами панелей радиатора, гидравлический насос для прокачки жидкой фазы рабочего тела и тепловой гидроаккумулятор, заполненный как жидкой, так и паровой фазой рабочего тела.The system contains a hydraulic circuit with a two-phase working fluid, connecting collectors of thermostatically controlled panels with installed apparatus and equipment, with collectors of radiator panels, a hydraulic pump for pumping the liquid phase of the working fluid and a thermal accumulator filled with both liquid and vapor phases of the working fluid.
Отличительным признаком системы является использование черпакового насоса, установленного на выходе из коллектора панелей радиатора, в качестве разделителя жидкой и паровой фаз рабочего тела. При этом штуцер подачи жидкой фазы рабочего тела черпакового насоса связан со входом гидравлического насоса, а выходной штуцер подачи паровой фазы этого насоса через нормально закрытый клапан связан с зоной паровой фазы в тепловом гидроаккумуляторе.A distinctive feature of the system is the use of a scoop pump, installed at the outlet of the collector of the radiator panels, as a separator of the liquid and vapor phases of the working fluid. In this case, the nozzle for supplying the liquid phase of the working fluid of the scoop pump is connected to the inlet of the hydraulic pump, and the outlet nozzle for supplying the vapor phase of this pump through a normally closed valve is connected to the zone of the vapor phase in the thermal accumulator.
Недостатком системы также является ограниченный ресурс эксплуатации из-за наличия в гидравлическом контуре электромеханических устройств.A disadvantage of the system is also a limited service life due to the presence of electromechanical devices in the hydraulic circuit.
Известна система терморегулирования космического аппарата, описанная в патенте RU №2369536.A known system of thermoregulation of a spacecraft is described in patent RU No. 2369536.
Система содержит замкнутый гидравлический контур с двухфазным теплоносителем, объединяющий две раскрываемые панели излучательного радиатора, имеющие параллельные входные и выходные коллекторы, и термостатируемые панели с установленными на них приборами и оборудованием. В состав контуров входят также гидронасос и аккумулятор с запасами жидкой и парообразной фазами рабочего тела, расположенными внутри него в отдельных зонах.The system contains a closed hydraulic circuit with a two-phase coolant, combining two disclosed panels of a radiating radiator having parallel input and output collectors, and thermostatically controlled panels with instruments and equipment installed on them. The contours also include a hydraulic pump and an accumulator with reserves of liquid and vapor phases of the working fluid located inside it in separate zones.
Отличительной особенностью системы является наличие в гидравлическом контуре переключателя потока рабочего тела, обеспечивающего равномерный сброс тепловой нагрузки с каждой из двух панелей.A distinctive feature of the system is the presence in the hydraulic circuit of the flow switch of the working fluid, which provides uniform discharge of heat load from each of the two panels.
Недостатком системы является ограниченный ресурс эксплуатации из-за наличия электромеханических устройств и недостаточная надежность, поскольку контур объединяет все параллельные коллекторы панелей в общую магистраль, в которой разгерметизация любой из ветвей приводит к выходу из строя всего контура.The disadvantage of the system is a limited service life due to the presence of electromechanical devices and insufficient reliability, since the circuit combines all parallel panel collectors into a common trunk, in which depressurization of any of the branches leads to failure of the entire circuit.
Известна система термостатирования аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата, см. описание к патенту RU №2196079, 15.12.2000 г., МПК: B64G 1/00 (2006.01), B64G 1/50 (2006.01), F28D 15/00, принятая авторами за прототип.A known temperature control system for the storage batteries of the spacecraft’s power supply system is described in patent RU No. 2196079, 12/15/2000, IPC: B64G 1/00 (2006.01), B64G 1/50 (2006.01), F28D 15/00, adopted by the authors for the prototype.
Система содержит контактные теплообменные устройства (термоплаты-испарители), которые крепятся к аккумуляторным батареям стягивающими винтами. Каждое такое устройство содержит тепловые трубы, плоские корпуса испарителей которых образуют теплопередающую поверхность.The system contains contact heat exchangers (thermal cards-evaporators) that are attached to the batteries with tightening screws. Each such device contains heat pipes, the flat shells of the evaporators of which form a heat transfer surface.
В свою очередь, конденсаторы тепловых труб, расположенные с обеих сторон каждого теплообменного устройства, жестко закреплены на пластинах из теплопроводного материала и образуют отдельные термоплаты. К каждой такой термоплате через теплопроводящий материал прикреплена трубка с капиллярной структурой, выполняющей роль капиллярного насоса и образующая зону испарения контурной тепловой трубы. Все зоны испарения объединены в общий контур и связаны с конденсатором контурной тепловой трубы, расположенным на поверхности внешнего излучательного радиатора.In turn, the heat pipe capacitors located on both sides of each heat exchanger are rigidly mounted on plates of heat-conducting material and form separate thermal boards. A tube with a capillary structure, which acts as a capillary pump and forms the evaporation zone of a contour heat pipe, is attached to each such thermal plate through a heat-conducting material. All evaporation zones are combined into a common circuit and connected to a condenser of a contour heat pipe located on the surface of an external radiating radiator.
В качестве рабочего тела тепловых труб и контурной тепловой трубы используется аммиак.Ammonia is used as a working fluid of heat pipes and a contour heat pipe.
Система обладает следующими недостатками:The system has the following disadvantages:
- основным недостатком системы, исключающем возможность ее применения внутри обитаемого герметичного отсека космического объекта, является использование в качестве рабочего тела тепловых труб двухфазного аммиака, недопустимого для обитаемых отсеков по соображениям токсикологической и пожарной безопасности экипажа;- the main disadvantage of the system, which excludes the possibility of its use inside a sealed hermetic compartment of a space object, is the use of two-phase ammonia as heat medium, unacceptable for inhabited compartments for reasons of toxicological and fire safety of the crew;
- включение испарителей контурной тепловой трубы каждой группы термоплат в единый автономный и недублированный двухфазный контур с размещением единого для всех испарителей конденсатора на внешнем излучательном радиаторе существенно снижает надежность не только этого контура, но и всего космического аппарата, так как потеря герметичности двухфазного контура, например, в результате метеоритного пробоя радиатора приводит к выходу из строя всего космического аппарата из-за невозможности обеспечения теплового режима аккумуляторных батарей системы электропитания;- the inclusion of the evaporators of the contour heat pipe of each group of thermal cards in a single autonomous and non-duplicated two-phase circuit with the placement of a single condenser for all evaporators on an external radiating radiator significantly reduces the reliability of not only this circuit, but the entire spacecraft, since the loss of tightness of a two-phase circuit, for example, as a result of meteorite breakdown of the radiator, the entire spacecraft fails due to the impossibility of ensuring the thermal regime of the battery ray power supply system;
- наличие двух последовательных промежуточных звеньев (тепловые трубы с изменением агрегатного состояния рабочего тела и теплопроводная пластина с кондуктивной теплопередачей) между термоплатами аккумуляторных батарей и испарителями контурной тепловой трубы значительно повышает инерционность теплопередачи. Это, в свою очередь, снижает возможность поддерживать температуру батарей в заданном диапазоне при пиковых электрических нагрузках;- the presence of two consecutive intermediate links (heat pipes with a change in the state of aggregation of the working fluid and a heat-conducting plate with conductive heat transfer) between the thermal plates of the batteries and the evaporators of the contour heat pipe significantly increases the inertia of the heat transfer. This, in turn, reduces the ability to maintain the temperature of the batteries in a given range at peak electrical loads;
- необходимая эффективность тепловых труб может быть достигнута только при неразъемном соединении (сварка, запрессовка через теплопроводящие пасты и т.п.) их испарителей и конденсаторов соответственно с термоплатами батарей и испарителей контурной тепловой трубы, что делает двухфазный контур практически неразборным, т.е. неремонтопригодным.- the necessary efficiency of heat pipes can be achieved only with one-piece connection (welding, pressing through heat-conducting pastes, etc.) of their evaporators and condensers, respectively, to the thermal plates of batteries and evaporators of a contour heat pipe, which makes a two-phase circuit practically non-separable, i.e. unrepairable.
Задачей настоящего технического решения является расширение области применения системы, повышение надежности внешнего двухфазного контура, и как следствие, всей системы термостатирования в целом, а также снижение инерционности регулирования температуры оборудования и улучшение ремонтопригодности системы.The objective of this technical solution is to expand the scope of the system, increase the reliability of the external two-phase circuit, and as a result, the entire temperature control system as a whole, as well as reduce the inertia of temperature control of the equipment and improve the maintainability of the system.
Технический результат от использования предлагаемого технического решения состоит в том, что он позволяет создать систему термостатирования, свободную от недостатков прототипа.The technical result from the use of the proposed technical solution is that it allows you to create a temperature control system that is free from the disadvantages of the prototype.
Технический результат достигается тем, что в системе термостатирования аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата, включающей теплообменные устройства, устанавливаемые на оборудование, теплопередающие элементы, контурную тепловую трубу и внешний излучательный радиатор, упомянутые теплообменные устройства выполнены в виде двухполостных жидкостных термоплат, а внешний излучательный радиатор состоит, как минимум, из двух панелей, расположенных на диаметрально-противоположных участках корпуса космического объекта, при этом, каждая такая панель снабжена собственной контурной тепловой трубой, конденсатор которой размещен на конструкции панели, а испаритель упомянутой трубы, содержащий регулятор температуры пара, имеет тепловой контакт одновременно с двумя однополостными жидкостными термоплатами, образуя единый автономный теплопередающий элемент каждой панели, кроме того, в состав системы введены два независимых гидравлических контура с однофазным рабочим телом, связывающие между собой соответствующие жидкостные полости упомянутых теплообменных устройств и однополостные жидкополостные термоплаты теплопередающих элементов панелей, причем термоплаты теплопередающих элементов панелей, расположенных на диаметрально-противоположных участках корпуса включены в каждый гидравлический контур с однофазным рабочим телом через гидроразъемы параллельно, а каждая такая пара термоплат - последовательно.The technical result is achieved by the fact that in the temperature control system of the batteries of the power supply system of the spacecraft, including heat exchangers installed on equipment, heat transfer elements, a contour heat pipe and an external radiating radiator, said heat exchanging devices are made in the form of two-cavity liquid thermal boards, and the external radiating radiator consists of of at least two panels located on diametrically opposite parts of the space casing At the same time, each such panel is equipped with its own contour heat pipe, the condenser of which is placed on the panel structure, and the evaporator of the mentioned pipe containing a steam temperature regulator has thermal contact simultaneously with two single-cavity liquid thermal boards, forming a single autonomous heat transfer element of each panel, except In addition, two independent hydraulic circuits with a single-phase working fluid are introduced into the system, connecting the corresponding fluid cavities of the mentioned heat oobmennyh devices and one-sheeted zhidkopolostnye termoplaty heat-transfer elements of panels, wherein the heat-transfer elements termoplaty panels located on diametrically-opposite sections of the housing included in each hydraulic circuit in a single-phase working fluid through gidrorazemy parallel, and each such pair termoplat - sequentially.
Практическую реализацию предложенного технического решения рассмотрим на примере системы термостатирования оборудования перспективного обитаемого космического объекта.We will consider the practical implementation of the proposed technical solution using the example of a thermostating system for equipment of a promising inhabited space object.
Принципиальная гидравлическая схема системы термостатирования оборудования приведена на чертеже, где обозначены:A schematic hydraulic diagram of the equipment temperature control system is shown in the drawing, where:
1 - обитаемый герметичный отсек;1 - inhabited airtight compartment;
2 - гидравлический разъем;2 - hydraulic connector;
3 - электронасос;3 - electric pump;
4 - датчик перепада давления;4 - differential pressure sensor;
5 - дренажно-заправочный клапан;5 - drainage filling valve;
6 - гермоввод;6 - pressure seal;
7 - датчик давления;7 - pressure sensor;
8 - гидропневматический компенсатор;8 - hydropneumatic compensator;
9 - датчик температуры воздуха;9 - air temperature sensor;
10 - датчик расхода рабочего тела;10 - flow rate sensor of the working fluid;
11 - регулятор расхода рабочего тела;11 - flow rate regulator of the working fluid;
12 - внешний излучательный радиатор;12 - external radiating radiator;
13 - первый гидравлический контур;13 - the first hydraulic circuit;
14 - панель внешнего излучательного радиатора;14 - panel external radiator;
15 - конденсатор контурной тепловой трубы;15 - condenser contour heat pipe;
16 - автономный теплопередающий элемент;16 - autonomous heat transfer element;
17 - регулятор температуры пара;17 - steam temperature controller;
18 - однополостная жидкостная термоплата;18 - single-cavity liquid thermal plate;
19 - испаритель контурной тепловой трубы;19 - evaporator contour heat pipe;
20 - датчик температуры рабочего тела;20 - temperature sensor of the working fluid;
21 - второй гидравлический контур;21 - the second hydraulic circuit;
22 - двухполостная жидкостная термоплата;22 - two-sheet liquid thermal plate;
23 - жидкостный электронагреватель;23 - liquid electric heater;
24 - двухполостной газожидкостный теплообменный агрегат24 - two-cavity gas-liquid heat exchange unit
Система термостатирования оборудования рассматриваемого космического объекта содержит две двухполостные жидкостные термоплаты 22, на которые через теплопроводящие прокладки (термически расширенный графит) или через пластичную теплопроводящую смазку устанавливается оборудование с обеспечением необходимого механического и теплового контакта. Обе термоплаты размещены в приборной зоне обитаемого герметичного отсека 1.The temperature control system of the equipment of the space object in question contains two two-cavity liquid thermal boards 22, on which equipment is installed through heat-conducting gaskets (thermally expanded graphite) or through plastic heat-conducting grease, providing the necessary mechanical and thermal contact. Both thermal boards are located in the instrument zone of the inhabited airtight compartment 1.
Внешний излучательный радиатор 12 выполнен в виде четырех панелей внешнего излучательного радиатора 14, каждая пара которых размещена на диаметрально-противоположных участках корпуса космического объекта.The external radiating radiator 12 is made in the form of four panels of the external radiating radiator 14, each pair of which is placed on diametrically opposite parts of the body of the space object.
Такое решение позволяет повысить хладопроизводительность внешнего излучательного радиатора 12 при длительном одностороннем освещении космического объекта Солнцем в условиях полета.This solution allows to increase the cooling capacity of the external radiating radiator 12 during prolonged one-sided illumination of a space object by the Sun in flight conditions.
Панель внешнего излучательного радиатора 14 снабжена собственной контурной тепловой трубой; конденсатор контурной тепловой трубы 15 выполнен в виде специального профиля и размещен внутри сотовой конструкции панели внешнего излучательного радиатора 14 в качестве закладного элемента, а испаритель контурной тепловой трубы 19 входит в конструкцию автономного теплопередающего элемента панели 16, который размещается на внешней поверхности корпуса космического объекта рядом с панелью внешнего излучательного радиатора 14. На внешнюю металлическую стенку панели внешнего излучательного радиатора 14 нанесено керамическое покрытие типа «солнечные отражатели».The panel of the external radiating radiator 14 is provided with its own contour heat pipe; the condenser of the contour heat pipe 15 is made in the form of a special profile and is placed inside the honeycomb panel structure of the external radiating radiator 14 as a embedded element, and the evaporator of the contour heat pipe 19 is included in the design of an autonomous heat transfer element of the panel 16, which is located on the outer surface of the space object body next a panel of the external radiating radiator 14. On the outer metal wall of the panel of the external radiating radiator 14, a ceramic coating of the type solar reflectors. "
Автономный теплопередающий элемент 16 панели внешнего излучательного радиатора 14 выполнен в виде единой конструкции с двумя однополостными жидкостными термоплатами 18 и с испарителем контурной тепловой трубы 19 с обеспечением необходимого теплового контакта между всеми компонентами. Испаритель контурной тепловой трубы 19 снабжен регулятором температуры пара 17, размещенным на конструкции автономного теплопередающего элемента 16. Капиллярная структура, выполняющая роль капиллярного насоса контурной тепловой трубы, размещена внутри корпуса испарителя контурной тепловой трубы 19.Autonomous heat transfer element 16 of the panel of the external radiating radiator 14 is made in the form of a single design with two single-cavity liquid thermal boards 18 and with an evaporator of a contour heat pipe 19 to provide the necessary thermal contact between all components. The evaporator of the contour heat pipe 19 is equipped with a steam temperature regulator 17 located on the structure of the autonomous heat transfer element 16. The capillary structure, which acts as a capillary pump of the contour heat pipe, is placed inside the evaporator body of the contour heat pipe 19.
Приводом исполнительного органа регулятора температуры пара 17 является герметичный сильфон, заполненный газом с определенным давлением, соответствующим температуре настройки регулятора. Пока давление пара в испарителе контурной тепловой трубы 19 не достигнет значения, соответствующего температуре настройки регулятора температуры пара 17, исполнительный орган регулятора перекрывает магистраль конденсатора контурной тепловой трубы 15, расположенной в автономном теплопередающем элементе 16 панели внешнего излучательного радиатора 14, и контурная тепловая труба выключается из работы.The actuator of the Executive body of the steam temperature controller 17 is a sealed bellows filled with gas with a certain pressure corresponding to the temperature setting of the controller. Until the vapor pressure in the evaporator of the contour heat pipe 19 reaches a value corresponding to the setting temperature of the steam temperature controller 17, the controller regulates the condenser pipe of the contour heat pipe 15 located in the stand-alone heat transfer element 16 of the panel of the external radiating radiator 14, and the heat pipe turns off work.
При перекрытии магистрали контурной тепловой трубы пар, поступающий на вход в регулятор температуры пара 17, по байпасной магистрали перепускается на вход в испаритель контурной тепловой трубы 19.When the trunk of the contour heat pipe is closed, the steam entering the input of the steam temperature regulator 17 is bypassed to the inlet to the evaporator of the contour heat pipe 19.
При достижении давлением пара в испарителе контурной тепловой трубы 19 значения, соответствующего температуре настройки (в нашем случае 15±2°C), исполнительный орган регулятора температуры пара 17 открывает магистраль контурной тепловой трубы и труба включается в работу.When the steam pressure in the evaporator of the loop heat pipe 19 reaches the value corresponding to the setting temperature (in our case 15 ± 2 ° C), the executive body of the steam temperature regulator 17 opens the loop of the loop heat pipe and the pipe is put into operation.
Обе двухполостные жидкостные термоплаты 22 гидравлически связаны двумя гидравлическими контурами - первым гидравлическим контуром 13 и вторым гидравлическим контуром 21 с соответствующими однополостными жидкостными термоплатами 18 автономных тепло-передающих элементов 16 панелей внешнего излучательного радиатора 14 с образованием замкнутых гидравлических магистралей, заправленных однофазным рабочим телом.Both two-cavity liquid thermal boards 22 are hydraulically connected by two hydraulic circuits - the first hydraulic circuit 13 and the second hydraulic circuit 21 with the corresponding single-cavity liquid thermal boards 18 of autonomous heat transfer elements 16 of the panels of the external radiating radiator 14 with the formation of closed hydraulic lines charged with a single-phase working fluid.
Каждый из упомянутых гидравлических контуров 13 и 21 содержит электронасос 3, дренажно-заправочные клапаны 5, гидропневматический компенсатор 8, обеспечивающий компенсацию температурного изменения объема рабочего тела, датчик перепада давления 4, датчики давления 7, датчик расхода рабочего тела 10, регулятор расхода рабочего тела 11 и жидкостные электронагреватели 23.Each of the aforementioned hydraulic circuits 13 and 21 contains an electric pump 3, drain valves 5, a hydropneumatic compensator 8, which compensates for temperature changes in the volume of the working fluid, a differential pressure sensor 4, pressure sensors 7, a flow sensor for the working fluid 10, and a flow rate regulator for the working fluid 11 and liquid electric heaters 23.
С целью контроля температуры рабочего тела в каждом из. гидравлических контуров 13 и 21 предусмотрены датчики температуры рабочего тела 20. Заменяемые элементы гидравлических контуров включены в гидравлические магистрали через гидравлические разъемы 2, ввод гидромагистралей в обитаемый герметичный отсек организован через гермовводы 6.In order to control the temperature of the working fluid in each of. hydraulic circuits 13 and 21 are provided with temperature sensors of the working fluid 20. Replaceable elements of the hydraulic circuits are included in the hydraulic lines through the hydraulic connectors 2, the input of the hydraulic lines to the inhabited airtight compartment is organized through the pressure glands 6.
Гидравлические разъемы 2 выполнены по «самозапирающейся схеме», при которой расстыковка проводится без пролива рабочего тела.The hydraulic connectors 2 are made according to the "self-locking scheme", in which the undocking is carried out without spilling the working fluid.
Система также содержит двухполостной газожидкостный теплообменный агрегат 24, гидравлически включенный в оба гидравлических контура - в первый гидравлический контур 13 и во второй гидравлический контур 21. В состав этого агрегата входят два заменяемых вентилятора (на фиг. без позиционных обозначений). Кроме того, в каждый из упомянутых контуров включены жидкостные электронагреватели 23.The system also contains a two-cavity gas-liquid heat exchange unit 24, hydraulically connected to both hydraulic circuits - to the first hydraulic circuit 13 and to the second hydraulic circuit 21. This assembly includes two replaceable fans (in Fig. Without reference designators). In addition, liquid electric heaters 23 are included in each of the aforementioned circuits.
Работает система следующим образом. За 2-3 мин до включения термостатируемого оборудования бортовой вычислительный комплекс (БВК) по команде с Земли или с пульта операторов запускает программу тестирования системы термостатирования с целью проверки ее технического состояния. По этой программе включаются оба гидравлических контура - первый гидравлический контур 13 и второй гидравлический контур 21. При включении контуров подается питание на все электрически действующие агрегаты (электронасосы 3, вентиляторы двухполостного газожидкостного теплообменного агрегата 24, жидкостные электронагреватели 23) и средствами БВК проводится контроль показаний всей датчиковой аппаратуры системы (контролируются: обороты электродвигателей электронасосов, таходатчики входят в состав электродвигателей, на схеме фиг.1 не показаны; расходы рабочего тела в ветвях гидравлических контуров системы по датчикам расхода рабочего тела 10. положения исполнительных органов регуляторов расхода рабочего тела 11, текущие положения регуляторов температуры пара 17, давления рабочего тела в первом и втором гидравлических контурах 13 и 21 по датчикам давления 7; перепад давления между входом и выходом из электронасосов 3 по датчикам перепада давления 4, текущие значения температур по датчикам температуры воздуха 9 и датчикам температуры рабочего тела 20. Датчики положения исполнительных органов регулятора расхода рабочего тела 11 и регуляторов температуры пара входят в состав упомянутой арматуры и на схеме фиг.1 не показаны.The system works as follows. 2-3 minutes before turning on the thermostatically controlled equipment, the on-board computer complex (BVK), on command from the Earth or from the operator’s console, launches a test program for the thermostatic system in order to check its technical condition. According to this program, both hydraulic circuits are turned on - the first hydraulic circuit 13 and the second hydraulic circuit 21. When the circuits are turned on, power is supplied to all electrically operating units (electric pumps 3, fans of the two-cavity gas-liquid heat exchange unit 24, liquid electric heaters 23) and the readings are monitored by means of the BVK sensor equipment of the system (controlled: revolutions of electric motors of electric pumps, tacho sensors are part of electric motors, not shown in the diagram of Fig. 1 flow rates of the working fluid in the branches of the hydraulic circuits of the system according to the flow rate sensors of the working fluid 10. positions of the executive bodies of the flow rate regulators of the working fluid 11, current positions of the steam temperature regulators 17, pressure of the working fluid in the first and second hydraulic circuits 13 and 21 according to pressure sensors 7; differential pressure between inlet and outlet of electric pumps 3 by differential pressure sensors 4, current temperature values by air temperature sensors 9 and working medium temperature sensors 20. Position sensors organs of the flow rate regulator of the working fluid 11 and the steam temperature controllers are included in the above-mentioned fittings and are not shown in the diagram of Fig. 1.
При положительных результатах теста БВК выключает жидкостные электронагреватели 23 и переводит второй гидравлический контур 21 в режим «холодного» резерва (снимает питание с электронасоса 3 этого контура), оставляет включенным электронасос первого гидравлического контура 13 и включает в работу термостатируемое оборудование, размещенное на двухполостных жидкостных термоплатах 22.If the test results are positive, BVK turns off the liquid electric heaters 23 and puts the second hydraulic circuit 21 in the “cold” standby mode (removes power from the electric pump 3 of this circuit), leaves the electric pump of the first hydraulic circuit 13 turned on and turns on thermostatic equipment located on two-cavity liquid thermal boards 22.
При работе электронасоса 3 в первом гидравлическом контуре 13 возникает циркуляция однофазного рабочего тела, которая переносит тепло, полученное от оборудования в двухполостных жидкостных термоплатах 22, и в двухполостном газожидкостном теплообменном агрегате 24, на внешний излучательный радиатор 12.When the electric pump 3 is operating in the first hydraulic circuit 13, a single-phase working fluid circulates, which transfers the heat received from the equipment in two-sheeted liquid thermal boards 22, and in a two-sheeted gas-liquid heat exchange unit 24, to an external radiating radiator 12.
Здесь нагретое рабочее тело первого гидравлического контура 13 прокачивается через однополостные жидкостные термоплаты 18 всех четырех автономных теплопередающих элементов 16 панелей внешнего излучательного радиатора 14, где контактным путем передает тепло корпусу испарителя контурной тепловой трубы 19. Это тепло и затрачивается на испарение жидкой фазы рабочего тела контурной тепловой трубы.Here, the heated working fluid of the first hydraulic circuit 13 is pumped through single-cavity liquid thermal boards 18 of all four autonomous heat transfer elements 16 of the panels of the external radiating radiator 14, where it transfers heat through the contact to the evaporator body of the contour heat pipe 19. This heat is expended on the evaporation of the liquid phase of the contour heat pipes.
Полученный пар через регулятор температуры пара 17 поступает в конденсатор контурной тепловой трубы 15, расположенный на панели внешнего излучательного радиатора 14, где конденсируется (температура корпуса панели внешнего излучательного радиатора 14 значительно ниже температуры настройки регулятора температуры пара 17), отдавая тепло конденсации корпусу панели. Отсюда это тепло рассеивается в космическое пространство.The resulting steam through the steam temperature regulator 17 enters the condenser of the heat pipe 15, located on the panel of the external radiating radiator 14, where it condenses (the temperature of the panel body of the external radiating radiator 14 is much lower than the temperature of the steam temperature regulator 17), giving off the condensation heat to the panel body. From here, this heat dissipates into outer space.
Жидкая фаза сконденсированного рабочего тела давлением нагнетания капиллярного насоса контурной тепловой трубы по магистрали конденсатора контурной тепловой трубы 15 возвращается в испаритель контурной тепловой трубы 19, замыкая процесс.The liquid phase of the condensed working fluid by the discharge pressure of the capillary pump of the loop heat pipe returns to the evaporator of the loop heat pipe 19 by the condenser line of the loop heat pipe 15, closing the process.
Как было сказано выше, температура пара в испарителе контурной тепловой трубы 19 с помощью регулятора температуры пара 17 поддерживается в диапазоне 15±2°C, поэтому с учетом недорекуперации, температура однофазного рабочего тела на выходе однополостных жидкостных термоплат 18 автономных теплопередающих элементов 16 панелей внешнего излучательного радиатора 14 будет поддерживаться на уровне 18±2°C.As mentioned above, the vapor temperature in the evaporator of the loop heat pipe 19 with the help of the steam temperature regulator 17 is maintained in the range of 15 ± 2 ° C, therefore, taking into account under-recovery, the temperature of the single-phase working fluid at the outlet of the single-cavity liquid thermal boards 18 of the autonomous heat transfer elements 16 of the external radiating panels radiator 14 will be maintained at 18 ± 2 ° C.
Дублирование работы регуляторов температуры пара 17 автономных теплопередающих элементов 16 панелей внешнего излучательного радиатора 14 и точное поддержание температуры однофазного рабочего тела на входе в обитаемый герметичный отсек 1 обеспечивает регулятор расхода рабочего тела 11. Этот регулятор управляется БВК и в зависимости от показаний датчика температуры рабочего тела 20 перепускает большую или меньшую часть расхода рабочего тела мимо внешнего излучательного радиатора 12, поддерживая температуру рабочего тела на входе в обитаемый герметичный отсек 1 на уровне 21±0,5°C.Duplication of the operation of steam temperature controllers 17 of autonomous heat transfer elements 16 of the panels of the external radiating radiator 14 and the exact maintenance of the temperature of a single-phase working fluid at the entrance to the inhabited sealed compartment 1 provides a flow rate regulator of the working fluid 11. This regulator is controlled by the IAC and depending on the readings of the working fluid temperature sensor 20 bypasses a greater or lesser part of the flow of the working fluid past the external radiating radiator 12, maintaining the temperature of the working fluid at the entrance to the inhabited Sealed compartment 1 at a level of 21 ± 0.5 ° C.
При работе термостатируемого оборудования, в связи с большим количеством тела, поступающим в первый гидравлический контур 13 в двухполостных жидкостных термоплатах 22, температура воздуха в обитаемом герметичном отсеке 1 в заданном диапазоне поддерживается с помощью двухполостного газожидкостного теплообменного агрегата 24. В периоды, когда термостатируемое оборудование не работает (профилактика, ремонт и т.п.), компенсацию части непоступающего в первый гидравлический контур 13 тепла обеспечивает жидкостный электронагреватель 23. Управляет работой этого агрегата БВК по сигналам от датчиков температуры воздуха 9, установленных в обитаемом герметичном отсеке 1.During operation of thermostatic equipment, due to the large amount of body entering the first hydraulic circuit 13 in two-cavity liquid thermal boards 22, the air temperature in the inhabited sealed compartment 1 is maintained in the specified range by the two-cavity gas-liquid heat exchange unit 24. During periods when thermostated equipment does not works (prevention, repair, etc.), the compensation of part of heat not entering the first hydraulic circuit 13 is provided by a liquid electric heater 23. em work of this unit BVK according to signals from air temperature sensors 9 installed in a sealed hermetic compartment 1.
Заданный ресурс работы системы термостатирования обеспечивается поочередной работой первого и второго 13, 21 гидравлических контуров с однофазным рабочим телом, заменой электронасосов 3 и вентиляторов газожидкостного теплообменного агрегата 24, а также многократным дублированием панелей внешнего излучательного радиатора 14.The specified operating life of the thermostating system is ensured by the alternate operation of the first and second 13, 21 hydraulic circuits with a single-phase working fluid, replacement of electric pumps 3 and fans of the gas-liquid heat exchange unit 24, as well as repeated duplication of the panels of the external radiating radiator 14.
Таким образом, совокупность новых признаков, отсутствующих в известных технических решениях, позволяет достичь нового технического результата, а именно:Thus, the combination of new features that are absent in the known technical solutions, allows to achieve a new technical result, namely:
- создать систему термостатирования энергоемкого оборудования без использования внутри отсека элементов системы, заправленных аммиаком, и тем самым повысить безопасность экипажа;- create a temperature control system for energy-intensive equipment without using ammonia-charged system elements inside the compartment, and thereby increase crew safety;
- значительно повысить надежность системы и космического аппарата в целом путем конструктивного исполнения внешнего излучательного радиатора в виде автономных панелей, каждая из которых имеет собственную контурную тепловую трубу со своими испарителем, расположенном в собственном автономном теплопередающем элементе, и конденсатором.- significantly improve the reliability of the system and the spacecraft as a whole by constructing an external radiating radiator in the form of autonomous panels, each of which has its own heat pipe with its own evaporator, located in its own autonomous heat transfer element, and a condenser.
Поэтому, потеря герметичности одной, двумя или несколькими контурными тепловыми трубами не приводит к полному (как у прототипа) выходу системы из строя (в зависимости от количества негерметичных труб соответственно снижается лишь хладопроизводительность системы);Therefore, the loss of tightness of one, two or more contour heat pipes does not lead to a complete (as in the prototype) system failure (depending on the number of leaky pipes, only the system’s cooling capacity decreases accordingly);
- повысить эффективность работы каждой пары автономных секций излучательного радиатора системы, расположенных на диаметрально-противоположных участках корпуса космического аппарата (а, следовательно, и всего радиатора в целом);- increase the efficiency of each pair of autonomous sections of the radiating radiator of the system located on diametrically opposite parts of the spacecraft body (and, consequently, the entire radiator as a whole);
- снизить инерционность термостатирования аппаратуры, устанавливаемой на термоплатах, за счет уменьшения промежуточных теплопередающих устройств между корпусами термоплат и внешним излучательным радиатором;- reduce the inertia of temperature control of equipment installed on thermal boards by reducing the intermediate heat transfer devices between the body of the thermal boards and an external radiating radiator;
- создать систему, обладающую хорошей ремонтопригодностью при наземной подготовке, так как в случае отказа какой-либо автономной панели излучательного радиатора (например, потеря герметичности контурной тепловой трубой), эта панель с минимальными трудозатратами (за счет включения панелей в контур однофазного рабочего тела с помощью самозапирающихся гидравлических разъемов) может быть демонтирована из системы и заменена на исправную.- create a system with good maintainability during ground preparation, since in the event of a failure of any autonomous radiator radiator panel (for example, loss of tightness with a heat pipe), this panel with minimal labor costs (by including panels in a single-phase working fluid circuit using self-locking hydraulic connectors) can be removed from the system and replaced with a working one.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012104071/11A RU2494933C1 (en) | 2012-02-06 | 2012-02-06 | Spacecraft equipment thermal control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012104071/11A RU2494933C1 (en) | 2012-02-06 | 2012-02-06 | Spacecraft equipment thermal control system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012104071A RU2012104071A (en) | 2013-08-20 |
| RU2494933C1 true RU2494933C1 (en) | 2013-10-10 |
Family
ID=49162336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012104071/11A RU2494933C1 (en) | 2012-02-06 | 2012-02-06 | Spacecraft equipment thermal control system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2494933C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2633666C2 (en) * | 2015-12-11 | 2017-10-16 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method of manufacture of space apparatus thermoregulating system |
| RU194239U1 (en) * | 2019-09-26 | 2019-12-04 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации | Vehicle Fuel Cell Battery Container |
| RU2731136C1 (en) * | 2019-12-26 | 2020-08-31 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Method for improving operating reliability of a sealed compartment equipment cooling system |
| RU2746862C1 (en) * | 2020-04-27 | 2021-04-21 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" (АО "НПО Лавочкина") | Open-loop evaporative cooling system for thermostating space object equipment |
| RU224524U1 (en) * | 2023-06-30 | 2024-03-28 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" | Spacecraft thermal control system |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104675562B (en) * | 2014-12-16 | 2016-05-18 | 中国航天科技集团公司第六研究院第十一研究所 | Can store pump pressure type upper stage rocket engine heat control method |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4880050A (en) * | 1988-06-20 | 1989-11-14 | The Boeing Company | Thermal management system |
| RU2196079C2 (en) * | 2000-12-15 | 2003-01-10 | Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс" | Spacecraft |
| RU2369536C2 (en) * | 2007-11-14 | 2009-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" | Spacecraft temperature control system |
| RU2371361C2 (en) * | 2007-06-13 | 2009-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" | Method of operating nickel-hydrogen storage battery incorporated with untight spacecraft with radiation cooling and spacecraft to this effect |
| US20100126701A1 (en) * | 2008-11-25 | 2010-05-27 | Foxconn Technology Co., Ltd. | Plate-type heat pipe and method for manufacturing the same |
| EP2332839A1 (en) * | 2008-10-02 | 2011-06-15 | Ibérica Del Espacio, S.A. | Spaceship heat module |
| CN102121802A (en) * | 2011-03-25 | 2011-07-13 | 长沙理工大学 | Plate-type pulsating heat pipe with double-side grooves |
-
2012
- 2012-02-06 RU RU2012104071/11A patent/RU2494933C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4880050A (en) * | 1988-06-20 | 1989-11-14 | The Boeing Company | Thermal management system |
| RU2196079C2 (en) * | 2000-12-15 | 2003-01-10 | Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс" | Spacecraft |
| RU2371361C2 (en) * | 2007-06-13 | 2009-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" | Method of operating nickel-hydrogen storage battery incorporated with untight spacecraft with radiation cooling and spacecraft to this effect |
| RU2369536C2 (en) * | 2007-11-14 | 2009-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" | Spacecraft temperature control system |
| EP2332839A1 (en) * | 2008-10-02 | 2011-06-15 | Ibérica Del Espacio, S.A. | Spaceship heat module |
| US20100126701A1 (en) * | 2008-11-25 | 2010-05-27 | Foxconn Technology Co., Ltd. | Plate-type heat pipe and method for manufacturing the same |
| CN102121802A (en) * | 2011-03-25 | 2011-07-13 | 长沙理工大学 | Plate-type pulsating heat pipe with double-side grooves |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2633666C2 (en) * | 2015-12-11 | 2017-10-16 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method of manufacture of space apparatus thermoregulating system |
| RU194239U1 (en) * | 2019-09-26 | 2019-12-04 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации | Vehicle Fuel Cell Battery Container |
| RU2731136C1 (en) * | 2019-12-26 | 2020-08-31 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Method for improving operating reliability of a sealed compartment equipment cooling system |
| RU2746862C1 (en) * | 2020-04-27 | 2021-04-21 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" (АО "НПО Лавочкина") | Open-loop evaporative cooling system for thermostating space object equipment |
| RU224524U1 (en) * | 2023-06-30 | 2024-03-28 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" | Spacecraft thermal control system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012104071A (en) | 2013-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7451611B2 (en) | Solar air conditioning system | |
| CN101633411B (en) | Actuating mechanism of spacecraft for integrating heat control and liquid momentum wheel | |
| US9389008B2 (en) | Solar energy air conditioning system with storage capability | |
| RU2494933C1 (en) | Spacecraft equipment thermal control system | |
| KR100780460B1 (en) | The cooling and heating system of economic type by heatpumps | |
| US20140026606A1 (en) | Rotational multi vane positive displacement valve for use with a solar air conditioning system | |
| CN207118211U (en) | A kind of data center module condensing units radiant heating system | |
| WO2008025850A2 (en) | An energy system with a heat pump | |
| JP6373663B2 (en) | Air conditioning system | |
| KR20170052780A (en) | Hybrid heat pump system by using complex use of air heat and solar thermal | |
| KR20120094212A (en) | Otal production and operating system of cool heat and hot heat | |
| KR20160128122A (en) | Hybrid device for photovoltaic power generation and solar thermal system | |
| CN116658967A (en) | Container type step energy storage thermal battery and combined cooling heating and power system thereof | |
| CN111486534A (en) | Low-power-consumption constant-temperature constant-humidity machine and working method thereof | |
| CN102242697A (en) | Distributed-type non-tracking solar power generation and poly-generation system | |
| ES2912129T3 (en) | Multisource Reversible Cycle Heat Pump Type Thermodynamic Machine and Operating Procedure | |
| JP5751599B2 (en) | Hot water heating / cooling system | |
| Liu et al. | Development of distributed multiple‐source and multiple‐use heat pump system using renewable energy: Outline of test building and experimental evaluation of cooling and heating performance | |
| KR101932915B1 (en) | Regenerative heat pump system comprising geothermal exchanger and controlling method thereof | |
| CN109742978B (en) | Energy station and control method thereof | |
| CN108489095A (en) | Solar energy heat pump system and hot-water supply system | |
| RU2657209C1 (en) | Rooms heating and hot water supply heat pump system | |
| CN109780912A (en) | A kind of energy source station and its control method and storage medium | |
| US20080093050A1 (en) | Method for the Operation of Systems Comprising Media Changing their State, Device and Use Thereof | |
| CN109855271B (en) | Energy station including backup energy storage station, control method thereof, and storage medium |