Рабочие характеристики алюминиевых термосифонов для комбинированного солнечного коллектора

Розглянуто конструкції алюмінієвих профільних термосифонів, призначених для використання в комбінованих сонячних колекторах. Комбіновані сонячні колектори дають можливість одночасно перетворювати сонячну енергію в теплову й електричну, при цьому підвищується ефективність сонячної енергетичної установки. Наведено аналіз експериментальних досліджень робочих характеристик алюмінієвих профільних термосифонів. Представлено графічні залежності їх максимальної теплотранспортної здатності та термічного опору від кута нахилу відносно горизонту, а також коефіцієнтів тепловіддачі в зоні випаровування від щільності підведеного теплового потоку. Дослідження проводили для зовнішніх діаметрів їх корпусів 8, 10 і 14 мм; кутів нахилу в діапазоні від 5 до 90° і в діапазоні температур від 20 до 80 °С. Проведений аналіз експериментальних даних дав змогу вибрати найбільш оптимальну конструкцію алюмінієвого профільного термосифона, зовнішній діаметр якої становив 10 мм. Такий термосифон забезпечує передачу теплового потоку більше 150 Вт і термічний опір не більше 0,04 К/Вт при кутах нахилу комбінованого сонячного колектора понад 10°.This article discusses the design of aluminum profile thermosyphons intended for use in PVT solar collectors. PVT solar collectors can simultaneously convert solar energy into electricity and heat, thus increasing the efficiency of solar power installation. The analysis of experimental studies of performance aluminum profile thermosyphons was presented. Graphical dependencies according to their maximum capacity and heat transportation, thermal resistance on the angle relative to the horizon, as well as the heat transfer coefficients in the evaporation zone of a let down on the density of heat flow were presented. The studies were conducted for outside diameters of their hulls 8, 10 and 14 mm; angles in the range from 5 to 90° and in the temperature range from 20 to 80 °C. The analysis of the experimental data allowed us to select the most optimal design of aluminum profile thermosyphon, which outer diameter is 10 mm. This thermosyphon transmits heat flux of more than 150 W, and the thermal resistance of not more than 0.04 K/W for tilt angles of combined solar collector more than 10 degrees.Рассмотрены конструкции алюминиевых профильных термосифонов, предназначенных для использования в комбинированных солнечных коллекторах. Комбинированные солнечные коллекторы позволяют одновременно преобразовывать солнечную энергию в тепловую и электрическую, при этом повышается эффективность солнечной энергетической установки. Приведен анализ экспериментальных исследований рабочих характеристик алюминиевых профильных термосифонов. Представлены графические зависимости их максимальной теплотранспортной способности и термического сопротивления от угла наклона относительно горизонта, а также коэффициентов теплоотдачи в зоне испарения от плотности подведенного теплового потока. Исследования проводили для наружных диаметров их корпусов 8, 10 и 14 мм; углов наклона в диапазоне от 5 до 90° и в диапазоне температур от 20 до 80 °С. Проведенный анализ экспериментальных данных позволил выбрать самую оптимальную конструкцию алюминиевого профильного термосифона, внешний диаметр которой составлял 10 мм. Такой термосифон обеспечивает передачу теплового потока более 150 Вт и термическое сопротивление не более 0,04 К/Вт при углах наклона комбинированного солнечного коллектора более 10°

Heat pipes with variable thermal conductance property developed for space applications

The activities presented in this paper focus on a new approach to provide passive regulation of the electronic unit thermal regime of the MASCOT lander (DLR) onboard the NEA sample return mission Hayabusa 2 (JAXA), by using heat pipes. It provides information on the development and testing of heat pipes with variable thermal conductance in a predetermined temperature range. Such heat pipes acts as thermal switches, but their construction does not include additional elements inherent to gas loaded heat pipes (GLHP) and thermal diode heat pipes (TDHP). Copper heat pipes with metal fibrous wick were chosen as baseline design. We have obtained positive results by choosing heat carrier and structural parameters of wick (i.e. pore diameter, porosity and permeability). A rising of heat pipes thermal conductivity from 0.04 to 2.1 W/K was observed in the temperature range between -20°C…+55°C. The heat pipes transferred predetermined power not less than 10 W within the temperature range of +20°C… +55°C. These heat pipes are in flight since December 2014 and the telemetric data obtained in September 2015 showed normal operation of the thermal control system

MASCOT Thermal subsystem design

MASCOT is a lander built by DLR, embarked on JAXA’s Hayabusa-2, a scientific mission to study the asteroid 162173 1999 JU3. It is a small lander, less than 300x300x200mm?, with onboard payloads (camera, magnetometer, radiometer and IR spectrometer), developed in collaboration by DLR and CNES. MASCOT lands on the asteroid surface, after being released by Hayabusa-2 from a very close position above the asteroid surface, and investigates the asteroid surface. The thermal design of the lander represents one of the main challenges in the whole project because of multiple constraints, depending on the mission phase, mass, power and free space available. MASCOT, notwithstanding its small size, is equipped with redundant heat-pipe system, MLI blanket, heaters. The thermal design of the lander has been chosen after a trade-off phase concerning the technology which could suit better the opposing requirements of the mission: low heat exchange between the lander and the exterior (including the main spacecraft) in cruise, possibility to transfer all the heat dissipated by the internal paylaods and electronic boards during operations on asteroid surface. After selecting the heat-pipe technology as baseline, a development phase was undertaken by the partners both in terms of manufacturing, testing, thermal characterization phase and analitical modelling in order to match the thermal requirements. Heaters are used to assure the survival of the most delicated parts of the lander during cold cruise phases: the battery cells (only primary battery on-board), the electronic boards and the main payload. Strict requirements are given by the main spacecraft in terms of maximum power available to heat the lander during cruise. MLI blankets are used where the available space allows it, e.g. to extra insulate the Ebox from the rest of the lander creating a „hot compartment" and between the lander and the main spacecraft to reduce the heat exchange with it during cruise below the given limits. The whole thermal concept in all its parts undertook a detailed modelling phase in parallel to an experimental phase in vacuum chamber to improve the model and to qualify the system