[发明专利]平板形液氮液氦双介质兼容热沉装置及其制冷方法

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，尤其涉及一种用于发动机羽流试验设备超低温流程系统的部件，具体是指一种平板形液氮液氦双介质兼容热沉装置及其制冷方法。

背景技术

空间环境模拟试验设备及发动机羽流试验设备都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环境温度和真空度，为达到这一目的，必须对热沉进行温度控制，控制热沉温度是通过传热介质在热沉通道中强迫流动，与热沉换热来实现。

根据热沉要求的温度区间不同，目前的各种热沉常采用以下换热介质，液氮、酒精、氟利昂等，极少采用液氦，主要是由于液氦昂贵及用于液氦温区的超低温热沉技术复杂，因此目前国内还没有专门采用液氦作为换热介质的热沉系统。液体火箭发动机真空羽流效应试验时，常采用氮气作为试验工质，由于同种介质不能凝固吸附同种介质，这就必须采用比液氮温度更低的制冷介质来吸附羽流试验工质氮气，常压下液氦的液化温度达到4.2K，利用其作为换热介质，可使热沉表面平均温度达到液氦温区，此温区能够充分凝固吸附羽流试验工质氮气，满足试验要求。因此为了满足发动机羽流试验需求，就必须采用液氦作为制冷介质的热沉系统。

液氮、酒精、氟利昂这几种常见的制冷介质中，温度最低的是液氮，可使热沉达到77K，为节约昂贵的液氦用量，考虑采用液氮和液氦组合制冷介质，即先利用液氮将热沉预冷至液氮温区(77K)，然后利用液氦接着将热沉预冷至4.2K。但是不管采用何种介质，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：各制冷介质的凝固点不同，以液氦、液氮两种制冷介质为例，当液氦通入循环过液氮的热沉流道时，流道中残存的液氮就会被冻成固体，堵塞甚至损坏热沉，故之前没有共用液氮、液氦两种制冷介质的超低温热沉流道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种新型的用于空间环境模拟试验设备及发动机羽流试验设备的热沉系统，可允许液氮和液氦共用同一热沉流道。所谓的共用不是液氮和液氦同时使用，而是当液氮制冷介质使用完毕，利用辅助氮气吹除系统吹除热沉中残留的液氮，使热沉中液氮蒸发完全，然后利用辅助氦气吹除系统吹除热沉中残留的气氮，使热沉中残留的气氮被吹除干净，最后将液氦制冷介质通入。如此完成两种制冷介质的安全切换，通过两种制冷介质的安全切换达到节约液氦并使热沉温度从4.2K～300K之间可调，满足发动机羽流试验需求，降低试验成本。

一种平板形液氮液氦双介质兼容热沉装置，包括热沉表面电阻温度传感器、平板形热沉主体、液氮供应系统、气氮吹除系统、气氦吹除系统、液氦供应系统以及辅助排液管路；

所述的平板形热沉主体包括液氦热沉、液氮热沉及骨架，骨架焊在舱体封头上，所述的液氮热沉的外侧安装有骨架，内侧通过绝热材料与液氦热沉连接，所述的液氦热沉靠挂钩挂在舱体封头上，其下面靠下支板支撑，液氦热沉和液氮热沉为平板形，液氮热沉的平板直径大于液氦热沉的平板直径，液氦热沉和液氮热沉的所有进出液口位于同侧，水平进，水平出，进液口在下，出液口在上；热沉表面电阻温度传感器均设置在液氦热沉和液氮热沉的带翅片支管表面上，用于检测热沉主体温度；液氮供应系统提供液氮源，通过管路与液氦热沉和液氮热沉的进液口，以及辅助排液管路连接；气氮吹除系统提供气氮源，用于吹除液氦热沉中残留的液氮，通过管路与液氦热沉进液口以及辅助排液管路连接；气氦吹除系统提供气氦源，用于吹除液氦热沉中残留的气氮，通过管路与液氦热沉进液口以及辅助排液管路连接；液氦供应系统提供液氦源，通过管路与液氦热沉进液口以及辅助排液管路连接；辅助排液管路通过管路与液氦热沉的进液口连接，其位于热沉的进液总管入口处，位置低于进液总管，用于方便液氦热沉中剩余液氮的排出。