[发明专利]空间环境模拟试验设备液氮酒精双介质兼容热沉系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于空间环境模拟试验设备低温流程系统的部件。

背景技术

空间环境模拟试验设备是模拟空间真空和低温环境的设备，热沉是该类设 备的主要部件，通过辐射热交换，为设备试验空间提供所需的温度环境，为了 达到这一目的，必须对热沉温度进行控制，控制热沉温度是通过传热介质在热 沉流道中强迫流动，与热沉换热来实现。

根据热沉要求的温度区间不同，目前的各种热沉采用以下换热介质，液氮、 酒精或导热油，冷冻机的制冷工质等。不管采用何种介质，目前的热沉均为单 介质流道，热沉的流道只能循环一种传热介质，无法切换另外一种介质。主要 原因是：酒精、导热油或冷冻机的制冷工质等可使热沉在0℃～-80℃的范围工 作，但往往要求热沉能达到-170℃以下，这就要使用液氮。当液氮通入循环过 酒精、导热油或制冷工质的热沉流道时，流道中残存的酒精、导热油或制冷工 质就会冻成固体，堵塞甚至损坏热沉。故之前没有共用两种介质的热沉流道。 当然，也有布设两路流道的热沉，但这种热沉结构复杂，介质流动状况不好， 温度均匀性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种新型的空间环境模拟试验设备热 沉系统，该热沉系统可允许液氮和酒精共用同一热沉流道。所谓的共用不是液 氮和酒精同时使用，而是当液氮工质使用完毕，液氮蒸发完全之后，再将酒精 工质通入，进行循环工作；酒精循环工作完成后，使用热沉系统的酒精安全排 空功能，使酒精完全排空，再将液氮工质通入。如此实现两种工质的安全切换。 通过二种介质的切换使热沉的温度从-163℃～+50℃间可调。

本发明的技术解决方案是：

本发明包括热沉主体、热沉表面电阻温度传感器、酒精加热器、波纹软管 外圆周测温电阻传感器、排酒精阀、辅助排酒精箱、氮气吹除阀和氮气气源， 示意见图1、图2。

热沉主体结构见图1、图2。采用鱼骨式结构制造热沉，热沉主体由下总管 (进液总管)、上总管(出液总管)、带肋片支管、波纹软管、辅助排液管等组 成。具体结构为：带肋片支管由不锈钢支管和紫铜或铝肋片焊接而成，支管焊 接在上总管和下总管上，上总管和下总管采用不锈钢管；一根或一根以上辅助 排液(酒精)管焊接在上、下总管的下母线处，辅助排液管直径小于总管和带 肋片支管直径；上总管出液口和下总管进液口焊接波纹软管。

波纹软管外圆周设加热器和测温电阻传感器，加热器与波纹软管间采取电 绝缘措施，波纹软管外圆周测温电阻传感器监测波纹软管温度。热沉表面(支 管肋片表面)设热沉表面电阻温度传感器，监测热沉表面温度。

上总管出液口和下总管进液口可分别与酒精循环管路、液氮循环管路连接； 下总管与辅助集液(酒精)箱和氮气气源通过相应的阀门相连，可通过辅助集 液(酒精)箱回收热沉主体流道中排出的残液，并用氮气吹除热沉主体流道中 的残留酒精。

热沉系统从液氮循环向酒精循环切换的工作过程为：通过波纹软管外圆周 测温电阻传感器和热沉表面电阻温度传感器观察热沉主体温度，确定热沉主体 中已无液氮时，将热沉主体上总管出液口和下总管进液口与液氮循环管路脱开， 再与酒精循环管路连接。此时热沉主体流道中没有液氮，只有氮气，通入酒精 液体不会产生任何故障。可以开始酒精循环，热沉系统进入酒精循环工况。完 成热沉系统从液氮循环向酒精循环的切换。

热沉系统从酒精循环向液氮循环切换的工作过程为：酒精循环停止后，打 开排酒精阀，将热沉主体管路中的酒精集入辅助集液(酒精)箱。此时，上主 管中积存的酒精通过辅助排液管流入下主管，支管中的酒精也进入下主管，然 后通过下主管进入辅助集液(酒精)箱；待再无酒精流入辅助集液(酒精)箱 后，关闭排酒精阀，打开酒精加热器，加热使波纹管中残存酒精蒸发，当波纹 软管外圆周测温电阻传感器显示温度达到80℃以上时，说明残存酒精已全部蒸 发完。此时，打开氮气吹除阀，用氮气吹除热沉流道中酒精蒸汽。此时，热沉 主体流道中已没有酒精液体，通入液氮不会产生任何故障。将热沉主体的上总 管出液口和下总管进液口与酒精循环管路脱开，再与液氮循环管路连接，就可 以开始液氮循环。热沉系统进入液氮循环工况，完成热沉系统从酒精循环向液 氮循环的切换。

本热沉系统的特点在于：

1)当热沉以酒精为介质的循环结束后，要切换至以液氮为介质时，热沉内 的酒精通过热沉下部总管排出；