发明人:王瑾,陈益,周文勇,朱尚龙,李德富,戚峰
专利权人:北京宇航系统工程研究所;中国运载火箭技术研究院
公开日:2020-12-18
公开号:CN110602924B
专利类别:发明授权
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摘要:一种空间用高功率设备热管理装置,包括热电模块、控制器、温度传感器、相变模块、绝热板以及热沉。所述热电模块利用帕尔贴效应实现冷端制冷,热端制热。所述热电模块一端与高功率设备通过高导热材料实现热传导,所述相变模块通过高导热材料与热电模块另一端连通,所述相变模块包含相变模块上盖板、相变模块腔体、相变模块栅格、相变材料以及隔热材料,所述相变材料存储于相变模块栅格中,所述相变模块底部通过高导热材料与热沉相连,所述热沉为平板结构,所述控制器包含电源模块、温度采集模块、热电驱动模块。该发明具有结构简单,调节灵活,适用范围广等优点,可以广泛应用于空间用高功率载荷的温度控制。
1.一种空间用高功率设备热管理装置,其特征在于包括:绝热板(1)、热电模块(2)、相变模块(3)、热沉(4)、温度传感器(5)、控制器(6);所述绝热板(1)上设有热电模块安装孔(11),热电模块(2)设置在所述热电模块安装孔(11)中,且热电模块(2)的上表面与绝热板(1)的上表面齐平,紧贴在需要热管理设备的下方;绝热板(1)上的热电模块安装孔(11)呈矩阵式分布,相邻热电模块安装孔(11)之间的距离相同;热电模块(2)由多个并联成组的热电片串联而成;热电模块(2)的下表面与绝热板(1)的下表面齐平,紧贴在相变模块(3)上与之导热接触;所述相变模块(3)包括上盖板(31)、腔体(32)、栅格(33)、相变材料(34)以及隔热材料(35);腔体(32)底部封闭,上端敞开,其中设置有栅格(33),相变材料(34)填充于栅格(33)中,上盖板(31)安装于腔体(32)的上部,将腔体(32)封闭,封闭后的腔体(32)外部包覆有隔热材料(35);隔热材料(35)为空间用多层隔热材料,相变模块栅格(33)通过一体化加工的方式实现;绝热板(1)与需要热管理设备隔热安装,相变模块(3)与绝热板(1)隔热安装;相变模块(3)用于存储热量,对热电模块(2)热端的温度进行缓冲;当需要热管理设备不工作时,依靠相变材料(3)储存的热量对高功率设备进行保温;用于热量排散的热沉(4)安装在相变模块(3)下方且与相变模块(3)导热接触;一个或多个温度传感器(5)设置在需要热管理设备的下方,控制器(6)接收温度传感器(5)所采集到的需要热管理设备的温度信号,并为热电模块(2)提供驱动电压,控制热电模块(2)工作电流的大小和方向;所述控制器(6)包括电源模块、温度采集模块和热电驱动模块;电源模块用于给温度采集模块和热电驱动模块供电,温度采集模块用于接收温度传感器(5)采集到的需要热管理设备的实时温度,并提供给热电驱动模块,热电驱动模块根据实时温度与设定温度,动态调节热电模块(2)的工作电流大小及方向,从而实现热电模块(2)热端和冷端的温度调节以及切换;控制器采用单片机、PLC或电子计算机实现,控制器(6)中热电模块(2)采用H桥电路,实现热电模块制冷与制热的切换;绝热板(1)选取低导热材料,采用玻璃钢垫或者聚酰亚胺隔热垫,用于隔绝需要热管理设备与相变材料(3)的热量传输以及隔绝热电模块(2)与周围环境的传热;热沉(4)为空间辐射器或者空间冷源;所述需要热管理设备为航天器用高功率载荷,具有连续加电工作模式和间歇式工作模式,当载荷处于连续加电工作模式时,通过控制器将热电模块(2)紧贴载荷的一端设置为冷端,为载荷降温;当载荷处于间歇式工作模式时,载荷工作阶段,通过控制器将热电模块(2)紧贴载荷的一端设置为冷端,为载荷降温;载荷不工作阶段,通过控制器将热电模块(2)紧贴载荷的一端设置为热端,为载荷加热。
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