《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》是上海衛星工程研究所於2015年7月31日申請的專利，該專利的公布號為CN105083591A，申請號為2015104657233，授權公布日為2015年11月25日，發明人是李聰航、江世臣、姜新建、盛松、王智磊、徐濤、趙枝凱。
《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》提供了一種基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置，包括多塊基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱板；其中，所述基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱板包括隔熱板上蒙皮、隔熱板下蒙皮、結構支撐件和納米氣凝膠隔熱板；所述隔熱板上蒙皮與所述納米氣凝膠隔熱板以及所述隔熱板下蒙皮與所述納米氣凝膠隔熱板之間設定所述納米氣凝膠隔熱板。該發明設定有納米氣凝膠隔熱板，通過蒙皮和結構支撐桿件等結構承力，使儀器安裝板和隔熱層一體化集成，具有優良的隔熱性能，並具備顯著的減重效果。
2018年12月20日，《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置
- 公告號：CN105083591A
- 授權日：2015年11月25日
- 申請號：2015104657233
- 申請日：2015年7月31日
- 申請人：上海衛星工程研究所
- 地址：上海市閔行區華寧路251號
- 發明人：李聰航、江世臣、姜新建、盛松、王智磊、徐濤、趙枝凱
- Int.Cl.：B64G1/58(2006.01)I
- 代理機構：上海漢聲智慧財產權代理有限公司
- 代理人：郭國中
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
火星表面存在CO2大氣、2～20米/秒的風速，溫度變化範圍-130℃～+30℃；臨近空間為距離海平面20～100千米高空，由於臨近空間獨特的氣溫、氣壓等環境因素（以距地面20千米處為例，氣壓約為5.5千帕，溫度約為-57℃），與大氣層外的太空飛行器相比，火星著陸探測器和臨近空間探測器與外部環境存在多種換熱方式，為滿足儀器設備的溫度要求，考慮探測器有限的重量和能源，其輕質高效的隔熱裝置十分重要。而在有氣體對流的熱環境下，傳統太空飛行器多層隔熱組件的隔熱效果明顯下降，多層已不能滿足於這兩類探測器。
納米氣凝膠是一種以納米量級膠體粒子相互聚集構成納米多孔網路結構，並在孔隙中充滿氣態分散介質的高分散固態材料。SiO2氣凝膠密度低（0.003～0.5克/平方厘米），孔隙率高（80％～99.8％），常溫常壓下的熱導率低於0.02瓦特/米·開，甚至低達0.012瓦特/米·開，並能適應-200～800℃的高低溫真空環境，是固體材料中熱導率最低的一種材料。但氣凝膠強度低、脆性大的特點，在工程上難以作為塊體隔熱材料單獨使用。而在氣凝膠製備過程中引入增強體進行增強、增韌，可在一定程度上提高氣凝膠的力學性能，但如果要保證足夠的力學性能，就需引入較多增強體，增強體本身較高的熱導率增加了材料的固相熱傳導，導致隔熱效果降低。
《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》所述的隔熱裝置以納米氣凝膠隔熱材料與結構支撐材料機熱一體化集成，滿足在火星表面和臨近空間環境下的隔熱要求，同時減少對重量和能源等資源的占用。
發明內容
專利目的
《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》的目的是提供一種基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置。
技術方案
根據《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》提供的基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置，包括多塊基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱板；
其中，所述基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱板包括隔熱板上蒙皮、隔熱板下蒙皮、結構支撐件和納米氣凝膠隔熱板；
所述隔熱板上蒙皮與所述納米氣凝膠隔熱板以及所述隔熱板下蒙皮與所述納米氣凝膠隔熱板之間設定所述納米氣凝膠隔熱板。
優選地，所述結構支撐件包括第一結構支撐桿件、第二結構支撐桿件、第三結構支撐桿件和第四結構支撐桿件；
其中，多個所述第三結構支撐桿件和多個所述第四結構支撐桿件依次首尾相連構成結構支撐框；
所述第一結構支撐桿件和所述第二結構支撐桿件交叉連線構成結構支撐面；
所述支撐面設定在所述支撐框且連線所述結構支撐框的內側端。
優選地，所述第一結構支撐桿件的兩端和中間段設有下凹槽；
所述第二結構支撐桿件的兩端設定有下凹槽；所述第二結構支撐桿件的中間段設定有上凹槽；
所述第三結構支撐桿件的兩端設定有下凹槽；所述第三結構支撐桿件的中間段設定有上凹槽；
所述第四結構支撐桿件的兩端設定有上凹槽；所述第四結構支撐桿件的中間段設定有上凹槽；
所述第一結構支撐桿件中間段的下凹槽連線所述第二結構支撐桿件中間段的上凹槽；所述第一結構支撐桿件兩端的下凹槽連線所述第四結構支撐桿件中間段的上凹槽；所述第二結構支撐桿件兩端的下凹槽連線所述第三結構支撐桿件中間段的上凹槽；所述第四結構支撐桿件兩端的上凹槽連線所述第三結構支撐桿件兩端的下凹槽。
優選地，所述第三結構支撐桿件和所述第四結構支撐桿件設定有安裝孔和螺釘；
所述螺釘用於連線待隔熱設備；所述安裝孔用於連線納米氣凝膠隔熱板。
優選地，所述納米氣凝膠隔熱板採用纖維和具有納米多孔結構的SiO2氣凝膠複合材料製成；
所述隔熱板上蒙皮、所述隔熱板下蒙皮和所述結構支撐件採用碳纖維材料製成。
優選地，所述納米氣凝膠隔熱板包括多塊納米氣凝膠塊；所述納米氣凝膠塊採用纖維和具有納米多孔結構的SiO2氣凝膠複合材料製成；所述納米氣凝膠塊上設定有放氣孔。
優選地，所述放氣孔的直徑為0.5毫米；所述蒙皮的厚度為0.3毫米。
優選地，所述螺釘採用鈦合金製成。
優選地，所述第一結構支撐桿件中間段的下凹槽通過粘接劑連線所述第二結構支撐桿件中間段的上凹槽；所述第一結構支撐桿件兩端的下凹槽通過粘接劑連線所述第四結構支撐桿件中間段的上凹槽；所述第二結構支撐桿件兩端的下凹槽通過粘接劑連線所述第三結構支撐桿件中間段的上凹槽；所述第四結構支撐桿件兩端的上凹槽通過粘接劑連線所述第三結構支撐桿件兩端的下凹槽。
改善效果
《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》具有如下的有益效果：
1、《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》設定有納米氣凝膠隔熱板，通過蒙皮和結構支撐桿件等結構承力，使儀器安裝板和隔熱層一體化集成，具有優良的隔熱性能，並具備顯著的減重效果；
2、《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》結構簡單，布局合理，適用範圍較廣。
附圖說明
圖1為《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》中基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置的結構示意圖；
圖2為圖1中所示的納米氣凝膠隔熱頂板結構示意圖；
圖3為圖2的A-A線剖視圖；
圖4為圖2的B-B線剖視圖；
圖5為《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》中第一結構支撐桿件的結構示意圖；
圖6為《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》中第二結構支撐桿件的結構示意圖；
圖7為《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》中第三結構支撐桿件的結構示意圖；
圖8為《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》中第四結構支撐桿件的結構示意圖。
圖中：1為蒙皮；2為第一結構支撐桿件；3為第二結構支撐桿件；4為第三結構支撐桿件；5為第四結構支撐桿件；6為納米氣凝膠隔熱板。
技術領域
《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》涉及隔熱裝置，具體地，涉及一種用於臨近空間探測器熱控制的基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置。
權利要求
1. 一種基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置，其特徵在於，包括多塊基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱板；其中，所述基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱板包括隔熱板上蒙皮、隔熱板下蒙皮、結構支撐件和納米氣凝膠隔熱板；所述結構支撐件設定在所述隔熱板上蒙皮和隔熱板下蒙皮之間；所述結構支撐件設定有多個納米氣凝膠填充格線；所述納米氣凝膠隔熱板設定在所述納米氣凝膠填充格線中；所述納米氣凝膠隔熱板包括多塊納米氣凝膠塊；所述納米氣凝膠塊採用纖維和具有納米多孔結構的SiO2氣凝膠複合材料製成；所述納米氣凝膠塊上設定有放氣孔；所述結構支撐件包括第一結構支撐桿件、第二結構支撐桿件、第三結構支撐桿件和第四結構支撐桿件；其中，多個所述第三結構支撐桿件和多個所述第四結構支撐桿件依次首尾相連構成結構支撐框；所述第一結構支撐桿件和所述第二結構支撐桿件交叉連線構成結構支撐面並形成多個納米氣凝膠填充格線；所述支撐面設定在所述支撐框內且連線所述結構支撐框的內側端；所述放氣孔的直徑為0.5毫米；所述蒙皮的厚度為0.3毫米。
2.根據權利要求1所述的基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置，其特徵在於，所述第一結構支撐桿件的兩端和中間段設有下凹槽；所述第二結構支撐桿件的兩端設定有下凹槽；所述第二結構支撐桿件的中間段設定有上凹槽；所述第三結構支撐桿件的兩端設定有下凹槽；所述第三結構支撐桿件的中間段設定有上凹槽；所述第四結構支撐桿件的兩端設定有上凹槽；所述第四結構支撐桿件的中間段設定有上凹槽；所述第一結構支撐桿件中間段的下凹槽的槽底連線所述第二結構支撐桿件中間段的上凹槽的槽底；所述第一結構支撐桿件兩端的下凹的槽底槽連線所述第四結構支撐桿件中間段的上凹槽的槽底；所述第二結構支撐桿件兩端的下凹槽的槽底連線所述第三結構支撐桿件中間段的上凹槽的槽底；所述第四結構支撐桿件兩端的上凹槽的槽底連線所述第三結構支撐桿件兩端的下凹槽的槽底。
3.根據權利要求2所述的基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置，其特徵在於，所述第三結構支撐桿件和所述第四結構支撐桿件設定有安裝孔和螺釘；所述螺釘用於連線待隔熱設備；所述安裝孔用於連線納米氣凝膠隔熱板。
4.根據權利要求3所述的基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置，其特徵在於，所述螺釘採用鈦合金製成。
5.根據權利要求1所述的基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置，其特徵在於，所述第一結構支撐桿件中間段的下凹槽的槽底通過粘接劑連線所述第二結構支撐桿件中間段的上凹槽的槽底；所述第一結構支撐桿件兩端的下凹槽的槽底通過粘接劑連線所述第四結構支撐桿件中間段的上凹槽的槽底；所述第二結構支撐桿件兩端的下凹槽的槽底通過粘接劑連線所述第三結構支撐桿件中間段的上凹槽；所述第四結構支撐桿件兩端的上凹槽通過粘接劑連線所述第三結構支撐桿件兩端的下凹槽的槽底。
實施方式
在該實施例中，《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》提供的基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置，包括多塊基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱板；
其中，所述基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱板包括隔熱板上蒙皮、隔熱板下蒙皮、結構支撐件和納米氣凝膠隔熱板；所述隔熱板上蒙皮與所述納米氣凝膠隔熱板以及所述隔熱板下蒙皮與所述納米氣凝膠隔熱板之間設定所述納米氣凝膠隔熱板。所述納米氣凝膠隔熱板6與蒙皮1、結構支撐桿件通過耐高溫粘接劑粘接。蒙皮1包括隔熱板上蒙皮和隔熱板下蒙皮。
所述結構支撐件包括第一結構支撐桿件、第二結構支撐桿件、第三結構支撐桿件和第四結構支撐桿件；其中，多個所述第三結構支撐桿件和多個所述第四結構支撐桿件依次首尾相連構成結構支撐框；所述第一結構支撐桿件和所述第二結構支撐桿件交叉連線構成結構支撐面；所述支撐面設定在所述支撐框且連線所述結構支撐框的內側端。
所述第一結構支撐桿件的兩端和中間段設有下凹槽；所述第二結構支撐桿件的兩端設定有下凹槽；所述第二結構支撐桿件的中間段設定有上凹槽；所述第三結構支撐桿件的兩端設定有下凹槽；所述第三結構支撐桿件的中間段設定有上凹槽；所述第四結構支撐桿件的兩端設定有上凹槽；所述第四結構支撐桿件的中間段設定有上凹槽；所述第一結構支撐桿件中間段的下凹槽連線所述第二結構支撐桿件中間段的上凹槽；所述第一結構支撐桿件中間段的下凹槽通過粘接劑連線所述第二結構支撐桿件中間段的上凹槽；所述第一結構支撐桿件兩端的下凹槽通過粘接劑連線所述第四結構支撐桿件中間段的上凹槽；所述第二結構支撐桿件兩端的下凹槽通過粘接劑連線所述第三結構支撐桿件中間段的上凹槽；所述第四結構支撐桿件兩端的上凹槽通過粘接劑連線所述第三結構支撐桿件兩端的下凹槽。所述粘接劑採用耐高溫粘接劑。所述第三結構支撐桿件和所述第四結構支撐桿件設定有安裝孔和螺釘；所述螺釘用於連線待隔熱設備；所述安裝孔用於連線納米氣凝膠隔熱板。具體為，待隔熱設備通過墊圈和安裝腳上的安裝孔擰入結構支撐桿件內埋件的螺釘連線安裝；納米氣凝膠隔熱板之間通過穿過墊圈和一塊結構支撐桿件上的安裝孔並擰入另一塊結構支撐桿件上安裝孔的螺釘相互連線，形成封閉的機熱集成隔熱裝置，如圖1所示。《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》提供的基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置還設有電纜孔。
所述納米氣凝膠隔熱板採用纖維和具有納米多孔結構的SiO2氣凝膠複合材料製成；SiO2氣凝膠複合材料密度為0.05至0.1克/平方厘米，導熱係數低於0.02瓦特/米·開。隔熱板上蒙皮、所述隔熱板下蒙皮和所述結構支撐件採用低熱導率的碳纖維材料製成。所述納米氣凝膠隔熱板包括多塊納米氣凝膠塊；所述納米氣凝膠塊採用纖維和具有納米多孔結構的SiO2氣凝膠複合材料製成；所述納米氣凝膠塊上設定有放氣孔。所述放氣孔的直徑為0.5毫米；所述蒙皮的厚度為0.3毫米。所述螺釘採用低熱導率的鈦合金製成。所述墊圈為低熱導率不鏽鋼材質。
《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》提供的基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置，採用納米氣凝膠作為隔熱材料，由於SiO2氣凝膠複合材料突出的隔熱性能，蒙皮和結構支撐桿件為低熱導率碳纖維材質，顯著減小了隔熱板兩側的換熱。通過蒙皮、結構支撐桿件、埋件及螺釘等安裝固定並承力，可使儀器設備直接安裝於基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱板上，基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱板之間通過螺釘相互連線形成封閉的機熱集成隔熱裝置，使儀器安裝板和隔熱層一體化集成，滿足火星著陸探測器和臨近空間飛行器儀器設備的安裝和熱控要求。
榮譽表彰
2018年12月20日，《基於納米氣凝膠的機熱集成隔熱裝置》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
