一种空间辐射散热器及航天器

1.本技术涉及散热技术领域，尤其涉及一种空间辐射散热器及航天器。


背景技术：

2.辐射散热是航天器在太空中的唯一散热机制。目前，空间辐射散热器大致分为两类，分别为热管式辐射散热器和液滴式辐射散热器。
3.热管式辐射散热器虽然应用最广泛，也最为成熟，但是其散热过程复杂，导致热阻较大，散热效率不高。液滴式散热器虽然增大了散热面积，但是液滴的生成、运动控制和回收技术较为复杂，增加了散热系统的复杂程度以及制造成本。


技术实现要素：

4.为了提高空间辐射散热器的散热效率，同时简化散热器的结构，本技术提供一种空间辐射散热器及航天器，采用如下的技术方案：
5.第一方面，本技术提供一种空间辐射散热器，包括：
6.主管道；
7.散热组件，具有中空的腔体，所述腔体与所述主管道连通，所述腔体内设置有载热工质，所述载热工质用于吸收航天器的热量，所述散热组件的至少一个侧壁为红外玻璃板，以使所述载热工质的热量透过所述红外玻璃板向外辐射。
8.可选地，所述散热组件包括两个平行设置的红外玻璃板以及两个并行设置的支管道；
9.所述支管道位于分别所述腔体的两端，所述支管道均与所述主管道相连，且所述支管道与所述腔体连通，以使所述载热工质通过所述支管道进入所述腔体内。
10.可选地，所述散热组件内设置有多个隔板，所述隔板将所述腔体分隔为多个并排的通道，每个所述通道均与所述支管道连通。
11.可选地，所述隔板由金属材质制成。
12.可选地，所述载热工质包括液相载热体和相变颗粒，所述相变颗粒混合于所述液相载热体中。
13.可选地，所述相变颗粒的外表面设置有热辐射涂层，所述热辐射涂层用于将所述相变颗粒的热量转化为短波长红外热辐射。
14.可选地，所述液相载热体为水。
15.可选地，所述短波长红外热辐射的波长范围为0.9-1.5μm。
16.可选地，所述散热组件沿所述主管道轴线方向间隔设置有多个。
17.第二方面，本技术提供一种航天器，包括第一方面中任一项所述的空间辐射散热器。
18.如上，本技术的散热器应用于航天器时，航天器的热量载出至主管道和散热组件内的载热工质中，载热工质的热量大部分热量透过红外玻璃板直接辐射至空间环境中，少
部分热量通过对流方式先传递至散热组件的各个壁面，再通过壁面辐射至空间环境。
19.因此，本技术通过红外玻璃板的设置，使载热工质的热量透过红外玻璃板直接辐射至空间环境，相对于传统方式来讲，降低了热阻，进而增强了散热效率。
20.另外，本技术通过在液相载热体内加入相变颗粒，利用相变颗粒相变储存和释放热量，相变颗粒储热能力较强，相对于单独采用液相载热体作为工质来讲，本技术采用固液两相流作为载热工质，有效提升了工质的载热能力，从而能够使散热器的结构更加紧凑，减小了系统的尺寸和质量。同时，相变颗粒的表面积较大，能够增加辐射换热面积，进一步优化散热效率。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本技术要求保护的范围。
22.图1是本技术实施例给出的空间辐射散热器的一种示意图；
23.图2是沿图1中a-a向的剖视图；
24.图3是图2的局部示意图。
25.图中，附图标记指代如下：
26.1、主管道；
27.2、散热组件；21、红外玻璃板；22、支管道；23、封板；24、隔板；
28.3、载热工质；31、液相载热体；32、相变颗粒。
具体实施方式
29.下面结合本技术实施例中的附图，对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
31.为了便于理解本技术的技术方案，首先对现有空间散热器进行简单介绍。
32.热管式散热器运行过程中，载热工质的热量需要先传递到散热器壁面，然后散热器壁面的热量再辐射到空间环境，散热过程复杂，导致热阻增大，若要增加传热，只能通过增大散热器表面来增大散热量，但是这样又会增加系统的尺寸和质量，使有效载荷减小。
33.液滴式散热器在运行过程中，作为热载体的液态工质通过液滴发射器喷口，成为液滴，液滴直接进入空间飞行一段距离，在飞行过程中通过辐射方式释放热量后，最终被液体收集器回收，继续在系统中进行循环。液滴式散热器将液态工质以液滴的形式进行散热，
增大了散热表面积，系统的比质量低，但是液滴的生成、运动控制以及回收技术较为复杂，对技术的要求要高，无形中增加了散热系统的复杂程度以及制造成本。
34.参照图1和图2，为本技术实施例公开的一种空间辐射散热器，其包括主管道1以及散热组件2。
35.散热组件2具有中空的腔体，散热组件2的内部腔体与主管道1连通。可选地，本技术实施例中散热组件2为类似长方体的盒体结构，而且散热组件2的至少一个侧壁为红外玻璃板21。红外玻璃板21应具有耐高温高压性能。
36.散热组件2和主管道1内设置有用于吸收航天器热量的载热工质3。载热工质3的热量能够透过红外玻璃板21向外辐射。
37.可选地，散热组件2包括两个平行设置的红外玻璃板21以及两个并行设置的支管道22。
38.在本技术一种可能的实现形式中，散热组件2还包括两个平行设置的封板23，两个封板23与主管道并排设置，两个封板23和两个红外玻璃板21组成散热组件2的四个侧壁。两个支管道22分别位于散热组件2内部腔体的两端，且与上述四个侧壁固定，使散热组件2形成一个封闭结构。支管道22朝向散热组件2内部腔体的表面设有开孔，以使散热组件2内部腔体、支管道22、主管道1形成一个连通的回路。
39.参照图3，本技术的散热器应用于航天器时，航天器的热量载出至主管道1和散热组件2内的载热工质3中，载热工质3的热量大部分热量透过红外玻璃板21直接辐射至空间环境中，少部分热量通过对流方式先传递至散热组件2的各个壁面，再通过壁面辐射至空间环境。
40.因此，本技术通过红外玻璃板21的设置，使载热工质3的热量透过红外玻璃板21直接辐射至空间环境，相对于传统方式来讲，降低了热阻，进而增强了散热效率。
41.参照图2，散热组件2内设置有多个隔板24，多个隔板24并排设置，将散热组件2的内部腔体分隔为多个并排的独立通道，通道的截面近似为矩形，且每个通道的两端均与两侧的支管道22连通。
42.通过隔板24分隔形成多个并行的独立通道，不同的通道间不形成对流，因此能够加强载热工质3与支管道22之间的流通，整体上增强载热工质3在主管道1、支管道22、各通道间的循环能力，促进载热工质3与航天器之间的热量交换，从而更有利于提高散热效率。
43.除此之外，通过设置隔板24也能够增强整个散热组件2整体的刚度和强度，避免在高温高压环境下产生变形。
44.可选地，隔板24采用金属材质制成，本技术中选用不锈钢。采用不锈钢等金属材质，进一步提高散热组件2的强度和刚度。
45.参照图3，作为本技术实施例一种可选的技术方案，载热工质3包括液相载热体31和相变颗粒32。相变颗粒32在每个通道内均设置有多个，多个相变颗粒32混合于液相载热体31内。可选地，本技术中液相载热体31为水。
46.相变颗粒32吸收航天器的热量后，其内部固态芯体发生相变，成为液态，从而储存热量，随着液相载热体31向散热组件2内运动，进入散热组件2内部的通道后释放热量，具体地，相变颗粒32内的一部分热量通过自然对流和辐射的方式先传递到液相载热体31，然后和液相载热体31所储存的热量一起透过红外玻璃板21辐射到空间环境，另一部分热量直接
透过液相载热体31和红外玻璃板21辐射至空间环境，因此内部芯体再次发生相变，由液态重新变为固态。之后相变颗粒32随着液相载热体31重新循环进入主管道1内，再次完成上述吸热、放热过程，如此循环。
47.本技术通过在液相载热体31内加入相变颗粒32，利用相变颗粒32相变储存和释放热量，相变颗粒32储热能力较强，相对于单独采用液相载热体31作为工质来讲，有效提升了工质的载热能力，从而能够使散热器的结构更加紧凑，减小了系统的尺寸和质量，从另一方面讲，本技术相对传统液滴式散热器，也降低了加工难度和制造成本。同时，相变颗粒32的表面积较大，能够增加辐射换热面积，进一步优化散热效率。
48.除此之外，相变颗粒32除了储存热量外，其在液相载热体31内的运动也会强化液相载热体31和散热组件2各壁面之间的对流换热作用，从而进一步提高散热效率。
49.作为本技术实施例一种可选的技术方案，相变颗粒32的外表面涂覆有热辐射涂层，热辐射涂层能够将相变颗粒32内部的热量转化为短波长红外热辐射，以使所述短波长红外热辐射透过液相载热体31和红外玻璃板21直接辐射至空间环境。通过在相变颗粒32外表面设置热辐射涂层，使得相变颗粒32热量释放时，大部分热量能够以短波长红外热辐射的形式直接穿过液相载热体31和红外玻璃板21向空间环境辐射，而小部分热量先传递至液相载热体31，再通过液相载热体31向外辐射，因此相当于优化了散热路径，进一步提高了散热效率。
50.可选地，本技术中热辐射涂层转化的短波长红外热辐射的波长范围为0.9-1.5μm。该波长范围内的热辐射在液相载热体31内的入射能力更强，有利于热量快速穿过红外玻璃板21向外辐射。
51.可选地，本技术中散热组件2可根据实际空间位置沿主管道1的轴线方向设置多个。例如，在散热效率一定的前提下，通过减小每个散热组件2的尺寸，同时增加数量，提升空间分布的合理性。
52.本技术实施例还公开了一种航天器，包括上述任一实施例中的空间辐射散热器。
53.以上对本技术实施例进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本技术的技术方案及其核心思想。因此，本领域技术人员依据本技术的思想，基于本技术的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本技术保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。