阅读说明：本技术 月基极端环境的热量储存系统 (Thermal storage system for lunar-based extreme environments ) 是由 *** 张国庆 高明忠 李存宝 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种月基极端环境的热量储存系统,热量储存系统设于月球的恒温层处,恒温层的温度保持恒定,恒温层距离月球的月表至少1米,该热量储存系统包括隔热层、储热层和切换组件,太阳光照射在隔热层上,隔热层覆盖储热层,隔热层的导热系数小于储热层的导热系数,隔热层开设有通道,储热层通过通道与外界连通,以接收太阳光的热量,切换组件设于通道,并用于切换储热层是否与外界进行热量交换。通过上述设置,隔热层将储热层的热量与外界隔绝,减少热量逸散,切换组件控制储热层吸收/发散热量,有利于热量储存系统进行逆向于较大温差的热交换,便于在月球的极端环境中进行人类活动,有利于人类进行深空探测。(The invention provides a heat storage system in an extreme moon-based environment, which is arranged at a constant temperature layer of a moon, wherein the temperature of the constant temperature layer is kept constant, the constant temperature layer is at least 1 m away from the lunar surface of the moon, the heat storage system comprises a heat insulation layer, a heat storage layer and a switching assembly, sunlight irradiates on the heat insulation layer, the heat insulation layer covers the heat storage layer, the heat conductivity of the heat insulation layer is smaller than that of the heat storage layer, the heat insulation layer is provided with a channel, the heat storage layer is communicated with the outside through the channel to receive the heat of the sunlight, and the switching assembly is arranged in the channel and is used for switching whether the heat storage layer exchanges heat with. Through the setting, the heat insulating layer is isolated with the heat of heat storage layer and external, reduces the heat loss, and the heat storage layer is controlled to the switching module and is absorbed/disperse the heat, is favorable to the heat storage system to carry out the heat exchange in the great difference in temperature, is convenient for carry out human activity in the extreme environment of moon, is favorable to the human to carry out the deep space exploration.)

月基极端环境的热量储存系统

技术领域

本发明属于月基极端环境的人类活动领域，尤其涉及一种月基极端环境的热量储存系统。

背景技术

月球作为地球的唯一卫星，是人类进行深空探测的前哨，开展月球地下空间智能利用是建立月球基地、将月球纳入人类活动范围的重要举措。月壤由于其较低的导热系数，使得月表1米深度以下存在一个恒温层，温度保持在250K(-20℃)左右。月球自转周期与其公转周期相同，为29.5个地球日。月昼月面温度可达127℃，时间为14.74个地球日，月夜也为14.75个地球日，长时间的黑夜为人类基地的能源供应带来了问题。由于月球表面的热量主要来源于太阳辐照，在夜晚月球表面温度降到-183℃左右。在此低温下，月球表面的能量获取来源将极度受限。

如何在月球上建设热量储存系统成为了人类进行深空探测的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种月基极端环境的热量储存系统，能够在月球的极端环境下储存热量。

为实现本发明的目的，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供了一种月基极端环境的热量储存系统，所述热量储存系统设于月球的恒温层处，所述恒温层的温度保持恒定，所述恒温层距离所述月球的月表至少1米，所述热量储存系统包括隔热层、储热层和切换组件，太阳光照射在所述隔热层上，所述隔热层覆盖所述储热层，所述隔热层的导热系数小于所述储热层的导热系数，所述隔热层开设有通道，所述储热层通过所述通道与外界连通，以接收太阳光的热量，所述切换组件设于所述通道，并用于切换所述储热层是否与外界进行热量交换。

一种实施方式中，所述切换组件包括驱动件、隔热板和导热板，所述驱动件与所述隔热板及所述导热板连接，所述驱动件驱动所述隔热板封闭所述通道时，所述储热层与外界无热量交换，所述驱动件驱动所述导热板封闭所述通道时，所述储热层与外界有热量交换，以用于接收太阳光的热量。

一种实施方式中，所述驱动件包括推拉机构，在第一方向上，所述推拉机构、所述导热板和所述隔热板依次连接，所述推拉机构推动所述导热板和所述隔热板在所述第一方向上来回往复运动。

一种实施方式中，所述通道自所述储热层向外界沿第二方向延伸，所述驱动组件设于所述隔热层，且所述第二方向与所述第一方向相交。

一种实施方式中，所述切换组件的数量不少于两个，所述通道的数量与所述切换组件的数量相同，且不少于两个所述通道设于不同的位置。

一种实施方式中，所述通道填充有导热件，所述导热件的一端与所述储热层连接，所述导热件相对的另一端与外界连通。

一种实施方式中，所述导热件包括填充部和延伸部，所述填充部填充所述通道而与所述储热层连接，所述延伸部与所述填充部连接，并突出于所述隔热层背向所述储热层的表面，所述延伸部覆盖至少部分所述隔热层的表面。

一种实施方式中，所述导热件的导热系数大于所述隔热层。

一种实施方式中，所述隔热层为月壤，所述储热层为月岩。

一种实施方式中，当月球处于月昼时，所述切换组件切换所述储热层与外界进行热量交换，以接收太阳光的热量，当月球从月昼变化到月夜时，所述切换组件切换所述储热层从与外界进行热量交换到与外界无热量交换，以储存热量；当月球处于月夜时，所述切换组件还用于切换所述储热层释放热量。

通过上述设置，隔热层将储热层的热量与外界隔绝，减少热量逸散，切换组件控制储热层吸收/发散热量，有利于热量储存系统进行逆向于月球的较大温差的热交换，便于在月球的极端环境中进行人类活动，有利于人类进行深空探测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的热量储存系统的结构示意图；

图2为图1的热量储存系统的局部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

月壤由于其较低的导热系数，使得月表1米深度以下存在一个恒温层50，温度保持在250K(-20℃)左右，可以为热量储存提供良好的温度环境。

请参阅图1，基于对于恒温层50的研究，本发明实施例提供了一种月基极端环境的热量储存系统，热量储存系统设于温度保持恒定的恒温层50处。该热量储存系统可以在月球建设，也可以在其他外星球建设，能够提供一个适宜人类活动的环境。特别是随着我国探月工程的实施，短期内可实现在月球的建设。火星的探测也有实质性进展，可以预见，不远的未来，也可以实现在火星的建设。

该热量储存系统包括隔热层10、储热层20和切换组件30，太阳光照射在隔热层10上，隔热层10覆盖储热层20，隔热层10的导热系数小于储热层20的导热系数，隔热层10开设有通道101，储热层20通过通道101与外界连通，以接收太阳光的热量，切换组件30设于通道101，并用于切换储热层20是否与外界进行热量交换。具体的，恒温层50距离月表11的距离H至少为1米，而储热层20距离月表11的距离D大于等于H，保证储热层20完全位于恒温层50中。

通过上述设置，隔热层10将储热层20的热量与外界隔绝，减少热量逸散，切换组件30控制储热层20吸收/发散热量，有利于热量储存系统进行逆向于极端环境的热交换，便于在月球的极端环境中进行人类活动，有利于人类进行太空探索。

一种实施方式中，请参阅图2，切换组件30包括驱动件31、隔热板32和导热板33，驱动件31与隔热板32及导热板33连接，驱动件31驱动隔热板32封闭通道101时，储热层20与外界无热量交换，驱动件31驱动导热板33封闭通道101时，储热层20与外界有热量交换，以用于接收太阳光的热量。

具体的，隔热板32的材料可采用热膨胀系数较低、导热能力较弱的合金等，导热板33采用热膨胀系数较低、导热能力较强的合金或者塑料等。隔热板32的数量可以为多个，以提高隔开热量的效果。可以理解的是，热膨胀系数越低，导热板33以及隔热板32在月球的巨大温差下体积膨胀收缩的幅度越小，将储热层20与外界隔绝的效果越好。

可以理解的是，当位于月昼时，月表的温度高于储热层20的温度，切换组件30通过导热板33封闭通道101，使得储热层20能够吸收太阳光的热量，将热量储存；当位于月夜时，月表温度低于储热层20的温度，切换组件30通过隔热板32封闭通道101，减少储热层20的热量流失。

通过上述设置，切换组件30的结构简单，使得储热层20与外界进行热交换时，热交换效率较高；使得储热层20与外界停止热交换后，储热层20的热量流失较少，有利于热量储存系统在月球的极端环境中应用。

一种实施方式中，请参阅图2，驱动件31包括推拉机构311，在第一方向91上，推拉机构311、导热板33和隔热板32依次连接，推拉机构311推动导热板33和隔热板32在第一方向91上来回往复运动。具体的，第一方向91上，推拉机构311、隔热板32和导热板33依次连接也可行。推拉机构311可采用液压、气压、机械或电磁等方式完成推拉的动作。通过上述设置，使得切换组件30的切换速度较快，有利于提高热量储存系统的工作效率。

一种实施方式中，请参阅图1，通道101自储热层20向外界沿第二方向92延伸，驱动组件设于隔热层10，且第二方向92与第一方向91相交。具体的，第二方向92优选为重力方向，第二方向92垂直于隔热层10的表面11，太阳光能够直射通道101。第二方向92优选与第一方向91垂直。通过上述设置，有利于储热层20单位时间内吸收/发散更多的热量，提高储热层20的热交换效率。

一种实施方式中，请参阅图1，切换组件30的数量不少于两个，通道101的数量与切换组件30的数量相同，且不少于两个通道101设于不同的位置。具体的，切换组件30之间具有间隔距离，多个切换组件30在隔热层10中分散设置，便于储热层20的各部分同时与外界进行热交换。通过上述设置，有利于提高热量储存系统的工作效率。

一种实施方式中，请参阅图1和图2，通道101填充有导热件40，导热件40的一端与储热层20连接，导热件40相对的另一端与外界连通。具体的，导热件40的材料可采用金刚石等导热性能较好且热膨胀系数较低的材料。

可以理解的是，位于切换组件30靠近隔热层10的表面11一侧的导热件40吸收太阳光中的热量，并将其储存起来，当热量储存系统需要吸收热量时，能够较快地吸收导热件40中的热量，使得储热层20较快地升温。

通过设置导热件40对热量进行预处理，便于储热层20能够更快地吸收/散发外界热量，有利于提高热量储存系统的热交换效率。

一种实施方式中，请参阅图1和图2，导热件40包括填充部41和延伸部42，填充部41填充通道101而与储热层20连接，延伸部42与填充部41连接，并突出于隔热层10背向储热层20的表面，延伸部42覆盖至少部分隔热层10的表面11。通过上述设置，延伸部42伸出隔热层10的表面11，增大了导热件40与太阳光的接触面积，进一步提高了热量储存系统的热交换效率。

一种实施方式中，请参阅图1和图2，导热件40的导热系数大于隔热层10。具体的，导热件40的导热系数可以与储热层20相同，导热件40的材料可以与储热层20的材料相同。通过上述设置，保证了导热件40将太阳光的热量传递至储热层20的效率。

一种实施方式中，请参阅图1，隔热层10为月壤，储热层20为月岩。具体的，月球的恒温层50可以为月壤，也可以为月壤与月岩的混合体，隔热层10可以为恒温层50的一部分。隔热板32可以为月壤，导热件40和导热板33可以为月岩，月岩和月壤具有不同的导热系数，月壤的导热系数为0.001W/mK左右，而月岩的导热系数在0.922W/mK左右。其约为月岩的1000倍。月壤较低的导热系数为热量的保存提供了良好的隔离材料，为此通过将月岩充分埋入月壤中或者用足够的月壤充分包裹月岩，使得月壤的厚度A至少为1米，使得月岩的热量能够通过月壤与外界隔离，从而在月球建设热量储存系统。另外，月球上也有天然的月壤充分包裹月岩的地质，可直接利用该地质构建热量存储系统。通过上述设置，使得热量储存系统能够克服月球的极端环境，在月球上进行热量储存，有利于人类在月球上发展文明。

一种实施方式中，请参阅图1和图2，当月球处于月昼时，切换组件30切换储热层20与外界进行热量交换，以接收太阳光的热量，当月球从月昼变化到月夜时，切换组件30切换储热层20从与外界进行热量交换到与外界无热量交换，以储存热量。具体的，月昼时，月球的温度高达127℃，外界的热量充足，通过切换组件30用导热板33封闭热量储存系统的通道101，使得热量储存系统能够吸收并储存太阳光的热量。月球从月昼变化到月夜时，温度剧烈下降，切换组件30切换储热层20从与外界进行热量交换到与外界无热量交换，避免热量储存系统发生热量流失。通过上述设置，有利于热量储存系统在月球上充分储存热量，便于人类进行夜间活动。

一种实施方式中，请参阅图1和图2，当月球处于月夜时，切换组件30还用于切换储热层20释放热量。具体的，导热板33的材料可以为月岩，隔热板32的材料可以为月壤。月夜时，月球的温度低达-183℃，外界的热量不足，人类难以活动，通过切换组件30用导热板33封闭热量储存系统的通道101，使得热量储存系统能够释放热量。通过上述设置，使得人类能够在较低温度的月夜下能够进行各种活动，加快人类在月球的文明发展。

一种实施例中，该热量储存系统可建设在地球的月球模拟环境中，将热量储存系统作为模拟实验系统，用于进行热量储存系统的测试，进一步提高热量的利用率，为月球上的热量储存系统建设做准备。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。