СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
THERMAL CONTROL SYSTEM OF SPACECRAFT

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.