适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐

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适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐
申请号	CN201910636394.2	申请日	2019-07-15	公开(公告)号	CN110374830A	公开(公告)日	2019-10-25
申请人	上海交通大学;			发明人	王平阳; 周长斌; 徐宗琦;
摘要	本发明提供了一种适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐，包括：罐体(7)、热辐射加热板(1)、压力传感器(10)以及控制器(11)；所述热辐射加热板(1)设置于罐体(7)的内部；所述热辐射加热板(1)能够使罐体(7)内的固体碘受热升华为碘蒸汽；所述压力传感器(10)能够测定碘蒸汽的压力；所述控制器(11)能够控制热辐射加热板(1)的功率；所述罐体(7)的上部侧面设置有第一出口(18)与第二出口(19)；所述第一出口(18)位于热辐射加热板(1)的下方；所述第一出口(18)能够连接压力传感器(10)。本发明结构合理，操作方便，能够实现碘以气体的形式稳定地输出和流量的精确控制。
权利要求	1.一种适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐，其特征在于，包括：罐体(7)、热辐射加热板(1)、压力传感器(10)以及控制器(11)；所述热辐射加热板(1)设置于罐体(7)的内部；所述热辐射加热板(1)能够使罐体(7)内的固体碘受热升华为碘蒸汽；所述压力传感器(10)能够测定碘蒸汽的压力；所述控制器(11)能够控制热辐射加热板(1)的功率。 2.根据权利要求1所述的适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐，其特征在于，所述罐体(7)的上部侧面设置有第一出口(18)与第二出口(19)；所述第一出口(18)位于热辐射加热板(1)的下方；所述第一出口(18)能够连接压力传感器(10)；所述第二出口(19)能够连接气体管路(14)。 3.根据权利要求1所述的适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐，其特征在于，还包括：隔网(3)、支撑底板(5)以及压力弹簧(6)；所述隔网(3)、支撑底板(5)以及压力弹簧(6)设置于罐体(7)的内部；所述隔网(3)设置于第二出口(19)的下方；所述隔网(3)与热辐射加热板(1)之间构成碘蒸汽层(2)；所述支撑底板(5)设置于隔网(3)的下方，与隔网(3)之间形成固体碘存放层(8)；所述支撑底板(5)与压力弹簧(6)连接；所述压力弹簧(6)能够调节支撑底板(5)的位置。 4.根据权利要求1所述的适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐，其特征在于，所述罐体(7)为圆柱形腔体结构。 5.根据权利要求2所述的适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐，其特征在于，所述第一出口(18)、第二出口(19)内均设置有出口滤芯(9)。 6.根据权利要求2所述的适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐，其特征在于，所述气体管路(14)上设置有电伴热装置(13)；所述电伴热装置(13)能够加热气体管路(14)的管壁，防止碘蒸汽凝华。 7.根据权利要求6所述的适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐，其特征在于，所述电伴热装置(13)为伴热带或电加热丝。 8.根据权利要求1所述的适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐，其特征在于，所述罐体(7)的外部设置有保温层(4)。 9.根据权利要求2所述的适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐，其特征在于，所述气体管路(14)上设置有流量控制器(12)；所述流量控制器(12)能够控制碘蒸汽的通断和流量大小。 10.根据权利要求5所述的适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐，其特征在于，所述气体管路(14)采用不锈钢材料制成；所述出口滤芯(9)采用不锈钢粉末冶金烧结而成。
说明书全文	适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐技术领域 [0001] 本发明涉及空间电推进技术和电推力器固体工质供应系统领域，具体地，涉及一种适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐。背景技术 [0002] 目前，随着航天技术的不断发展，电推进技术的不断成熟，越来越多的电推力器正在被各国航天界开发与研制。在众多电推力器中，霍尔推力器因其结构简单，易于操作，工质利用率高而受到广泛关注。从高功率至低功率，甚至微功率的霍尔推力器大多采用氙气作为工质，并获得较好的推力器性能，满足大多航天任务需要。然而，尽管氙气在诸多方面具有较大优势，但是其在自然界储量很少，获取难度较大且成本很高。如专利文献CN108457826A所公开的一种电推进器工质供给装置以及电推进器，包括工质储罐、加热装置、流量阀、第一管道以及第二管道；所述工质储罐的垂直剖面呈凹槽型，所述加热装置和所述流量阀设置在所述凹槽内，所述流量阀的进气口通过所述第一管道与所述工质储罐内部连通，所述流量阀的出气口通过所述第二管道与放电腔连通。与传统的采用惰性气体作为工质的电推力器相比，使用碘作为推进剂最重要的就是控制工质供应系统温度。因此，碘工质供应系统的罐体，输运管路均需要保持高于碘升华的温度，防止碘蒸汽凝华在管壁上。根据碘储存和输运的特殊性，设计出一种用于电推进领域的碘工质供应系统。 [0003] 但是传统的工质供给装置存在如下问题： [0004] 1、结构上仍存在可优化之处。 [0005] 2、无法控制工质供应系统的温度。发明内容 [0006] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐。 [0007] 根据本发明提供的一种适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐，包括：罐体7、热辐射加热板1、压力传感器10以及控制器11； [0008] 所述热辐射加热板1设置于罐体7的内部； [0009] 所述热辐射加热板1能够使罐体7内的固体碘受热升华为碘蒸汽； [0010] 所述压力传感器10能够测定碘蒸汽的压力； [0011] 所述控制器11能够控制热辐射加热板1的功率。 [0012] 优选地，所述罐体7的上部侧面设置有第一出口18与第二出口19； [0013] 所述第一出口18位于热辐射加热板1的下方； [0014] 所述第一出口18能够连接压力传感器10； [0015] 所述第二出口19能够连接气体管路14。 [0016] 优选地，还包括：隔网3、支撑底板5以及压力弹簧6； [0017] 所述隔网3、支撑底板5以及压力弹簧6设置于罐体7的内部； [0018] 所述隔网3设置于第二出口19的下方； [0019] 所述隔网3与热辐射加热板1之间构成碘蒸汽层2； [0020] 所述支撑底板5设置于隔网3的下方，与隔网3之间形成固体碘存放层8； [0021] 所述支撑底板5与压力弹簧6连接； [0022] 所述压力弹簧6能够调节支撑底板5的位置。 [0023] 优选地，所述罐体7为圆柱形腔体结构。 [0024] 优选地，所述第一出口(18)、第二出口19内均设置有出口滤芯9。 [0025] 优选地，所述气体管路14上设置有电伴热装置13；所述电伴热装置13能够加热气体管路14的管壁，防止碘蒸汽凝华。 [0026] 优选地，所述电伴热装置13为伴热带或电加热丝。 [0027] 优选地，所述罐体7的外部设置有保温层4。 [0028] 优选地，所述气体管路14上设置有流量控制器12；所述流量控制器12能够控制碘蒸汽的通断和流量大小。 [0029] 优选地，所述气体管路14采用不锈钢材料制成；所述出口滤芯9采用不锈钢粉末冶金烧结而成。 [0030] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果： [0031] 1、结构合理，操作方便。 [0032] 2、能够有效控制工质供应系统的温度。 [0033] 3、能够实现碘以气体的形式稳定地输出，采用耐高温的流量控制器对流量进行连续调节，能够实现流量的精确控制。附图说明 [0034] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显： [0035] 图1为本发明提供的一种适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐整体结构示意图。 [0036] 图2为本发明提供的一种适用于碘工质电推进器的热辐射加热储罐应用系统示意图。 [0037] 图中示出： [0038] 具体实施方式 [0039] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。 [0040] 如图1至图2所示，根据本发明提供的一种适用于碘工质电推进器的热辐射加热罐体，包括：罐体7、热辐射加热板1、压力传感器10以及控制器11；所述热辐射加热板1设置于罐体7的内部；所述热辐射加热板1能够使罐体7内的固体碘受热升华为碘蒸汽；所述压力传感器10能够测定碘蒸汽的压力；所述控制器11能够控制热辐射加热板1的功率；所述罐体7的上部侧面设置有第一出口18与第二出口19；所述第一出口18位于热辐射加热板1的下方；所述第一出口18能够连接压力传感器10；所述第二出口19能够连接气体管路14；所述罐体7为圆柱形腔体结构。本发明实质为基于固态物质受热升华为气态的物理规律而设计的一种碘工质供应罐体。在优选例中，固体碘为紫黑色晶体状态，碘蒸汽为紫红色。在优选例中，所述压力传感器10用于测定碘蒸汽的压力，并输出电压信号给控制器11进行辅助控制。在优选例中，本发明采用热辐射的加热方式，在罐体7的顶部即碘固体表面上方设置热辐射源，将热辐射源的热量直接辐射至固体表面，能够快速、高效地将碘由固体转变为气体，且可以通过控制器11实现碘蒸汽流量的高效响应以及精确控制，为推力器15提供流量稳定的工质。在优选例中，通过控制器11实现对罐体7加热功率的控制，控制器11与压力传感器10、热辐射加热板1以及流量控制器12相连，从而使流量控制更加准确。在优选例中，根据饱和蒸汽压与温度的对应关系，通过压强来表征罐体7内气体温度，从而通过控制器11实现控制。 [0041] 进一步地，适用于碘工质电推进器的热辐射加热罐体还包括：隔网3、支撑底板5以及压力弹簧6；所述隔网3、支撑底板5以及压力弹簧6设置于罐体7的内部；所述隔网3设置于第二出口19的下方；所述隔网3与热辐射加热板1之间构成碘蒸汽层2；所述支撑底板5设置于隔网3的下方，与隔网3之间形成固体碘存放层8；所述支撑底板5与压力弹簧6连接；所述压力弹簧6能够调节支撑底板5的位置；所述第一出口(18)、第二出口19内均设置有出口滤芯9。在优选例中，隔网3、支撑底板5以及压力弹簧6既可以有效的在失重或平放罐体7的情况下固定碘晶体，又可以保持受热面与辐射面的距离，保证加热效率；顶部隔网具有密集小孔，既能固定碘颗粒又能使碘蒸汽逸出，同时隔网也使被加热面受热更加均匀，有助于流量控制。在优选例中，所述出口滤芯9能够防止第二出口19堵塞。在优选例中，固体碘在罐体7内接受来自电加热辐射源的辐射热量而升华为碘蒸汽，连接流量控制器，碘蒸汽能够在缠有电伴热装置的输运管路中稳定输出，为电推力器提供可变流量的工质气体，实现等离子体放电。 [0042] 更进一步地，所述气体管路14上设置有电伴热装置13；所述电伴热装置13能够加热气体管路14的管壁，防止碘蒸汽凝华；所述电伴热装置13为伴热带或电加热丝；所述罐体7的外部设置有保温层4；所述气体管路14上设置有流量控制器12；所述流量控制器12能够控制碘蒸汽的通断和流量大小；所述气体管路14采用不锈钢材料制成；所述出口滤芯9采用不锈钢粉末冶金烧结而成。在优选例中，所述流量控制器12用于控制碘蒸汽流量，从而满足空心阴极16和推力器15的供气流量需求。在优选例中，所述推力器15、空心阴极16位于真空舱17的内部。在优选例中，所述罐体7采用不锈钢材料制成。在优选例中，所述罐体7外包裹有保温层4，防止热量散失，能够有效的提升加热效率。与目前的电推进工质供应系统相比，采用固体碘作为推进剂时，最重要的特点和难点在于采用热辐射加热，提升系统效率并实现流量的精确控制，因此采用热辐射加热方式与固定工质位置相结合的设计，能够实现碘以气体的形式稳定地输出，并采用耐高温的流量控制器12对流量进行连续调节，通过监测流量的变化对罐体7进行调节。 [0043] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。 [0044] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。