不锈钢冷凝器在航天系统中的应用

AMS-02的子系统中，TTCS机械泵驱动的两相热控系统是一种具有良好均温性、可控性和适合十分布式热源以及长程传热的控温系统。它包含机械泵、蒸发器、不锈钢冷凝器等主要工作部件。在蒸发器吸收热量后，流体将热输送到不锈钢冷凝器，然后不锈钢冷凝器通过辐射器将热量排散到外太空中去。TTCS系统不锈钢冷凝器由七根蛇形排列冷凝管和冷凝板构成，管为铬镍铁合金钢718管，内部使用特殊导热胶MasterBondPolymerSystemEP21TDC-2LO将管与不锈钢冷凝器铝板粘合，进出口处分别焊接在秘液器上。由荷兰航天局设计、台湾AIDC制造加工完成。不锈钢冷凝器测试中使用冷板模拟辐射器，通过98个不锈钢螺钉与不锈钢冷凝器进行机械连接，中间使用石墨导热材料增加导热、减少接触热阻。

本文针对该不锈钢冷凝器未来太空应用环境，分别进行了1）不锈钢冷凝器冷板接触热阻测试：通过测量不锈钢冷凝器和冷板间接触热阻值可以验证此种热连接方式是否可以排散由蒸发器所收集的热量。此外对不锈钢冷凝器进行热冲击测试，研究其在太空环境下的热可靠性。2）C02在微通道内的冷凝换热性能测试；实验研究不锈钢冷凝器从-5℃到15℃，质量流速160kg/m2s到450kg/m2s，平均含气率从0.2到0.8时的冷凝换热性能；3)不锈钢冷凝器冷冻和解冻实验：实验中将不锈钢冷凝器先冰冻再解冻，为冷凝器设计解冻加热器的运行逻辑，防止不锈钢冷凝器内的固体C02融化后不能及时从不锈钢冷凝器进出口顺畅流出，从而导致压力过高的现象。

研究结果表明：不锈钢冷凝器与辐射器的连接方式可以排散TTCS系统蒸发器处收集的热量(144W)，不锈钢冷凝器内采用的导热胶可以经受热冲击的考验，即使在150℃的热冲击幅度下，也不会发生导热胶失效的情况，不锈钢冷凝器热稳定性能良好：在-5℃、5℃和15℃三个饱和温度，流量从l60kg/m2s到450kg/m2s，含气率从0.2至0.8范围内该冷凝器内C02两相冷凝换热系数为1794W/m2.K到4554W/m2.K;另外，针对TTCS特征所设计的解冻加热器及解冻逻辑能够保证不锈钢冷凝器在结冰后顺利解冻，有效防止冷凝管胀裂。