CN101738101A - 一种真空低温环境中热流阻断冷板系统 - Google Patents

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裴一飞
孙洪进
张葆森
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Abstract

一种真空低温环境中阻断热流的冷板系统，包括冷板本体、支撑冷板本体的冷板支架、连接冷板本体和冷板支架的机械连接结构，其中冷板本体包括下部水平进液总管、支管、翅片和与进液总管平行的上部水平出液总管，下部进液总管上等距焊接有若干平行支管，支管上部对应与上部水平出液总管焊接，每个支管周围焊接有不均匀分布的翅片，支管内流动低温流体，使得从冷板系统一侧透过到另一侧的辐射热流很小，绝大部分到达冷板的热流被冷板支管内的流体吸收，热量随支管内流体的流动带出冷板系统，从而达到阻断热流的目的。本发明的优点在于，冷板本体翅片管上的翅片结构使得冷板两侧的低温环境互不受影响，保持相对独立，从而使得一个较大空间的真空低温环境可以分割为几个较小二互不受其他分空间影响部分，每个分空间均可以独立实现真空低温环境所实现的效果。

Description

一种真空低温环境中热流阻断冷板系统
技术领域
本发明涉及真空低温热试验领域，具体来说涉及一种用于真空低温环境中的热流阻断冷板系统。
背景技术
真空低温环境设备可作为航天器地面试验的背景或者作为科研生产的试验环境。获得真空低温环境需要消耗很大的能量，因此真空低温设备启停消耗的费用较高。目前的真空低温获得设备的容积为预先设计，而需要在真空低温下试验和研究的试件的大小不确定，因此，在真空低温设备容积较大而试件尺寸较小的情况下，开启一次设备需要的费用相对较高。同时在一个真空低温设备内做两个和多个时间的试验或研究时，由于该环境下的传热方式主要为辐射传热，因此多个试件之间会产生相互的热影响。通过在试件之间增加普通结构形式的冷屏，虽然可减少试件之间的影响，但是会影响试验和生产的效果，因此对于充分利用真空低温环境设备来说，节约耗能成为一大难点。为此，有必要提供一种真空低温环境中的热流阻断冷板系统，以便同时对多个试件进行热试验而彼此的热影响很小，从而极大地节约了能耗。
发明内容
本发明目的在于提供一种真空低温环境用的热流阻断冷板系统，从而解决在同一个真空低温环境设备中同时进行多个试件试验或研究，且多个试件之间的热流交变互不受影响。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明的用于真空低温环境中的热流阻断冷板系统，包括冷板本体、支撑冷板本体的冷板支架、连接冷板本体和冷板支架的机械连接结构，其中冷板本体包括下部水平进液总管、支管、翅片和与进液总管平行的上部水平出液总管，下部进液总管上等距焊接有若干垂直支管，支管上部对应与上部水平出液总管焊接，每个支管周围焊接有不均匀分布的翅片，支管内流动低温流体，使得从冷板系统一侧透过到另一侧的热流很小，绝大部分到达冷板的热流被冷板支管内的流体吸收或被反射，被吸收的热量随支管内流体的流动带出冷板系统，从而达到阻断热流的目的。
本发明的冷板系统中，每个支管上的翅片数量为4个或6个，同一支管上在支管轴线平面两侧的翅片与该平面形成的夹角小于45°。相邻两支管之间位于支管轴线平面同侧两翅片的宽度之和乘以翅片夹角半的余弦大于相邻两支管之间的间距，且翅片长度与支管长度相适应，翅片的厚度为1.5-3.5mm，优选2mm。
本发明的冷板系统中，支管为不锈钢管；翅片为具有优良导热性的金属，优选铜片或铝片。
上述冷板系统中，冷板本体通过机械连接结构固定在具有金属井字梁结构的冷板支架上，冷板可根据试件的大小或试验需要随冷板支架在真空低温设备内移动。冷板支架固定与真空低温设备内。
上述冷板系统中，冷板的整体形状和大小与真空低温设备形状或试件大小相适应。
上述冷板系统中，进出液管路采用一进一出或一进多出的方式。
上述冷板系统中，冷板进液总管和冷板出液总管为不锈钢管，优选不锈钢；其管路直径为所述支管直径的1.5-3.5倍。优选3倍。
本发明的优点非常明显，其中，冷板本体翅片管上的翅片结构使得冷板两侧的低温环境互不受影响，保持相对独立，从而使得一个较大空间的真空低温环境可以分割为几个较小二互不受其他分空间影响部分，每个分空间均可以独立实现真空低温环境所实现的效果。冷板系统内流动低温流体，可以把真空低温环境分成两个或多个互不干扰的真空低温环境分空间，其中一个分空间中的试件做高低温工况交变不会对其他分空间试件产生影响，从而大大节约了能耗。这在卫星热实验过程中非常重要。
附图说明
图1为本发明的用于真空低温环境中的热流阻断冷板系统结构示意图。
图2为本发明中用于真空低温环境中的热流阻断冷板系统冷板本体示意图。
图3为本发明中用于真空低温环境中的热流阻断冷板系统支管和翅片结构示意图。
图中：1-出液总管、2-支管、3-翅片、4-进液总管、5-冷板支架、6-机械连接机构。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
图1示出了本发明真空低温环境中热流阻断系统的结构，图2示出了本发明中用于真空低温环境中的热流阻断冷板本体结构图。图3示出了本发明中翅片和支管的结构图。其中，本发明的冷板系统包括冷板本体、支撑冷板本体的冷板支架5、连接冷板本体和冷板支架5的机械连接结构6，其中冷板本体包括下部水平进液总管4、支管2、翅片3和与进液总管4平行的上部水平出液总管1，下部进液总管4上等距焊接有若干垂直支管2，支管2的数量没有特别限制，其与真空低温环境的需要相适应。支管2上部对应与上部水平出液总管1焊接，每个支管2周围焊接有不均匀分布的翅片，相邻两支管之间位于支管轴线平面同一侧两翅片的宽度之和乘以翅片与支管轴线平面夹角余弦所得的值大于相邻两支管之间的间距，这样，使得仅有极少量的热流透过冷板系统。每个支管上的翅片数量优选4个，同一支管上在支管轴线平面(未示出，即所有平行的支管轴线形成平面)两侧的翅片3与所有平行的支管轴线所形成的平面之间的夹角小于45°，优20°。翅片的厚度为1.5-3.5mm，优选2mm，翅片在支管长度方向上的长度与支管相适应，且与支管连续焊接，支管为不锈钢管、铜或铝，优选不锈钢，翅片采用铜片或铝片。冷板本体通过机械连接结构6固定在具有金属井字梁结构的冷板支架5上，冷板可根据试件的大小或试验需要随冷板支架在真空低温设备内移动。冷板支架5固定与真空低温设备内。冷板的整体形状和大小与真空低温设备形状或试件大小是相适应。可根据真空设备的大小对支管的数量进行改变，以适应热隔离的需要。冷板的整体形状和大小同样需要根据试件的大小进行相应的调整。本发明的冷板系统中的进出液管路采用了一进一出的方式，但本领域的技术人员可想到还可以有一进多出的方式。冷板进液总管4和冷板出液总管1也可以为不锈钢管，其管路直径为所述支管2直径的1.5-3.5倍。优选3倍。
冷板内流动的流体与建立低空间温背景所使用的流体相同，即冷板系统的供液可接入建立低温背景的流体系统。在冷板和试件安装到位后，连接冷板的供液管路，同时为冷板和建立空间低温背景的系统提供流体，使整个空间背景降温。降温后，置于冷板两侧的试件做高低温试验或生产均不会受到另一侧的影响。
另外，上述结合附图对本发明的具体实施方式进行了说明，但它不应该理解为是对本发明的保护范围进行任何的限制。本发明不只局限于低温背景下的热流阻断。而且，熟悉该技术的人们可以明白，在不脱离本发明精神和原理下，对本发明所进行的各种等效变化、变型以及在文中没有描述的各种改进均在本专利的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种用于真空低温环境中的热流阻断冷板系统，包括冷板本体、支撑冷板本体的冷板支架(5)、连接冷板本体和冷板支架的机械连接结构(6)，其中冷板本体包括下部水平进液总管(4)、支管(2)、翅片(3)和与所述进液总管(4)平行的上部水平出液总管(1)，下部进液总管(4)上等距焊接有若干垂直支管(2)，支管上部对应与上部水平出液总管(1)焊接，每个支管(2)周围焊接有翅片(3)，翅片分布在支管(2)周围，使得能够透过冷板系统热流较小，绝大部分热流被反射或冷板支管内的流体吸收。
2.如权利要求1所述的冷板系统，其特征在于，每个支管上的翅片数量为4个或6个。
3.如权利要求2所述的冷板系统，其特征在于，翅片分布于支管轴线所在平面的两侧，翅片与支管轴线所在平面夹角小于45°。
4.如权利要求2所述的冷板系统，其特征在于，相邻两支管之间位于支管轴线平面同一侧两翅片的宽度之和乘以翅片夹角一半的余弦大于相邻两支管之间的间距，翅片长度与支管长度相适应。
5.如权利要求4所述的冷板系统，其特征在于，所述翅片的厚度为1.5-3.5mm。
6.如权利要求1-5任一项所述的冷板系统，其特征在于，所述支管为不锈钢管；翅片为具有优良导热性的金属。
7.如权利要求6所述的冷板系统，其特征在于，所述优良导热性的金属为铜片或铝片。
8.如权利要求1-5任一项所述的冷板系统，其特征在于，所述冷板本体通过机械连接结构固定在具有金属井字梁结构的冷板支架上。
9.如权利要求1-5任一项所述的冷板系统，其特征在于，所述冷板系统可根据试件的大小或试验需要随冷板支架在真空低温设备内移动。
10.如权利要求1-5任一项所述的冷板系统，其特征在于，所述冷板支架固定于真空低温设备内。
11.如权利要求1-5任一项所述的冷板系统，其特征在于，所述冷板系统的整体形状和大小与真空低温设备形状或试件大小相适应。
12.如权利要求1-5任一项所述的冷板系统，其特征在于，进出液管路采用一进一出或一进多出的方式。
13.如权利要求1-5任一项所述的冷板系统，其特征在于，所述冷板系统的进液总管和冷板出液总管为不锈钢管，其管路直径为所述支管直径的1.5-3.5倍。
14.如权利要求1-5任一项所述的冷板系统，其特征在于，冷板进出液管路与给冷板供液的管路通过法兰或焊接连接。
15.如权利要求1-5任一项所述的冷板系统，其特征在于，冷板系统内流动的流体与建立低温背景的流体相同。
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