CN106091473A - 一种卫星常压热试验用大温区制冷装置 - Google Patents

一种卫星常压热试验用大温区制冷装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种卫星常压热试验用大温区制冷装置及方法，本发明公开的卫星常压热试验用大温区制冷装置包括：氮系统、箱内风机、控制装置、复叠制冷系统、常压热试验箱、卸压换气装置；其中，控制装置控制氮系统、箱内风机、复叠制冷系统实现制冷，控制装置控制卸压换气装置实现常压热试验箱内压力稳定及换气。本发明采用混合工质复叠制冷和氮制冷组成的两级制冷系统，可实现从‑120℃到室温的℃大温区低温工况，同时可根据温度需求不同选择不同制冷方式，稳定高效。

Description

一种卫星常压热试验用大温区制冷装置
技术领域
本发明涉及制冷领域，特别涉及卫星常压热试验用大温区制冷装置及方法
背景技术
目前卫星热试验普遍采用真空热试验，但真空热试验的试验设备研制费、试验运行费均极为高昂，且随着卫星包络尺寸的不断增大，真空热试验的费用已越来越难以承受，常压热试验的需求开始出现。但传统的常压热试验设备温区范围较小，大温区制冷实现难度大，影响卫星常压热试验的发展，因此迫切需求可适用卫星常压热试验的经济、高效的大温区制冷装置。
本发明所涉及的大温区指的是-120℃到室温的温区。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术中需要一种可适用于卫星常压热试验的经济、高效大温区制冷技术；为解决所述问题，本发明提供一种卫星常压热试验用大温区制冷装置及方法。
本发明提供的卫星常压热试验用大温区制冷装置，包括：氮系统、箱内风机、控制装置、复叠制冷系统、常压热试验箱、卸压换气装置；
其中，所述控制装置控制氮系统、箱内风机、复叠制冷系统实现制冷控制，控制装置控制卸压换气装置实现常压热试验箱内压力稳定及换气。
优选地，所述氮系统包括液氮储罐、氮主管路、喷淋进液阀、氮换热器放空阀、氮换热器供液阀、氮换热器供液管、氮换热器放空管、氮换热器、喷淋进液管、喷头、氮换热风机；
其中，所述氮换热器、喷头、氮换热风机位于常压热试验箱内，氮换热器供液管、氮换热器放空管、喷淋进液管分别穿过常压热试验箱，其余均位于常压热试验箱外部；
所述氮主管路一端与液氮储罐连接，另一端分别与氮换热器供液管、喷淋进液管连接；
所述氮换热器供液管一端与氮主管路连接，另一端与氮换热器连接，氮换热器供液阀安装位于常压热试验箱外侧的氮换热器供液管上；
所述氮换热器放空管与氮换热器连接，氮换热器放空阀安装位于常压热试验箱外侧的氮换热器放空管上；
所述喷淋进液管一端与氮主管路连接，另一端与喷头连接，喷淋进液阀安装位于常压热试验箱外侧的喷淋进液管上。
优选地，所述控制装置包括压力传感器、温度传感器、控制计算机；
其中，所述压力传感器、温度传感器探头位于常压热试验箱内，线缆穿过常压热试验箱与外侧的控制计算机连接；
所述控制计算机与氮系统、箱内风机、复叠制冷系统、卸压换气装置连接。
优选地，所述复叠制冷系统包括复叠制冷机、输冷管、复叠制冷换热器、复叠制冷换热风机。
所述复叠制冷机位于常压热试验箱外，复叠制冷换热器、复叠制冷换热风机位于常压热试验箱内，输冷管穿过常压热试验箱分别与复叠制冷机和复叠制冷换热器相连。
优选地，所述卸压换气装置包括进气管、进气阀、过滤器、进气风机、卸压排气管、卸压排气阀、卸压排气风机；
所述进气管一端与常压热试验箱相连，另一端与进气风机相连，进气阀、过滤器安装在进气管上；
所述卸压排气管一端与常压热试验箱相连，另一端与卸压排气风机相连，卸压排气阀安装在卸压排气管上。
进一步，本发明还提供所述的卫星常压热试验用大温区制冷装置的制冷方法，包括：
步骤1、将卫星放置于常压热试验箱内；
步骤2、通过控制装置设定工况条件；
步骤3、控制装置根据工况条件，控制氮系统、箱内风机、复叠制冷系统实现制冷；
步骤4、控制装置控制卸压换气装置实现常压热试验箱内压力稳定及换气；
步骤5、试验结束时，控制装置控制卸压换气装置排出常压热试验箱内的氮气，更换为常温洁净空气。
优选地，所述步骤3包括：
步骤3.1：目标温度高于-70℃时，开启复叠制冷系统；如果需要快速降温，同时开启氮系统，接近目标温度预设值时，氮系统停止工作；
步骤3.2：目标温度低于-70℃时，先开启复叠制冷系统降温至-60℃，再开启氮系统，复叠制冷系统停止工作。
优选地，根据降温速度快慢的要求，调整氮系统的开启时间及制冷方式的选择；通过氮系统的喷淋制冷实现快速降温，换热器蒸发制冷实现慢速降温及温度的精确控制，通过控制装置调节喷淋进液阀、氮换热器放空阀、氮换热器供液阀的开度可更有效的控制降温速度快慢及控温精度。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用混合工质复叠制冷和氮制冷组成的两级制冷系统，可实现从-120℃到室温的大温区低温工况，同时可根据温度需求不同选择不同制冷方式，稳定高效；
2、本发明中氮制冷具有喷淋制冷和换热器蒸发制冷两种制冷方式，喷淋可实现快速降温，换热器蒸发制冷可保证控温精度，两种方式组合使用即可提高降温速度又能有效的实现控温；
3、本发明可有效提高常压热试验箱的适用范围，提高设备利用率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的卫星常压热试验用大温区制冷装置的组成框架图；
图2为本发明实施例提供的卫星常压热试验用大温区制冷装置的组成示意图。
图中：
1为氮系统
2为箱内风机
3为控制装置
4为复叠制冷系统
5为卫星
6为常压热试验箱
7为卸压换气装置
101为液氮储罐
102为氮主管路
103为喷淋进液阀
104为氮换热器放空阀
105为氮换热器供液阀
106为氮换热器供液管
107为氮换热器放空管
108为氮换热器
109为喷淋进液管
110为喷头
111为氮换热风机；
301为压力传感器
302为温度传感器
303为控制计算机
401为复叠制冷机
402为输冷管
403为复叠制冷换热器
404为复叠制冷换热风机
701为进气管
702为进气阀
703为过滤器
704为进气风机
705为卸压排气管
706为卸压排气阀
707为卸压排气风机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
结合参考图1和图2，本发明提供的卫星常压热试验用大温区制冷装置，包括：氮系统1、箱内风机2、控制装置3、复叠制冷系统4、卫星5、常压热试验箱6、卸压换气装置7；所述卫星5放置于常压热试验箱6内，控制装置3控制氮系统1、箱内风机2、复叠制冷系统4实现制冷控制，控制装置3控制卸压换气装置7实现常压热试验箱6内压力稳定及换气。
参考图2，所述氮系统1包括液氮储罐101、氮主管路102、喷淋进液阀103、氮换热器放空阀104、氮换热器供液阀105、氮换热器供液管106、氮换热器放空管107、氮换热器108、喷淋进液管109、喷头110、氮换热风机111；所述氮换热器108、喷头110、氮换热风机111位于常压热试验箱6内，氮换热器供液管106、氮换热器放空管107、喷淋进液管109分别穿过常压热试验箱6，其余均位于常压热试验箱6外部。
继续参考图2，所述氮主管路102一端与液氮储罐101连接，另一端分别与氮换热器供液管106、喷淋进液管109连接；所述氮换热器供液管106一端与氮主管路102连接，另一端与氮换热器108连接，氮换热器供液阀105安装位于常压热试验箱6外侧的氮换热器供液管106上；所述氮换热器放空管107与氮换热器108连接，氮换热器放空阀104安装位于常压热试验箱6外侧的氮换热器放空管107上；所述喷淋进液管109一端与氮主管路102连接，另一端与喷头110连接，喷淋进液阀103安装位于常压热试验箱6外侧的喷淋进液管109上。
如图2所示，所述控制装置3包括压力传感器301、温度传感器302、控制计算机303；所述压力传感器301、温度传感器302探头位于常压热试验箱6内，线缆穿过常压热试验箱6与外侧的控制计算机303连接；所述控制计算机303与氮系统1、箱内风机2、复叠制冷系统4、卸压换气装置7连接。
继续参考图2，所述复叠制冷系统4包括复叠制冷机401、输冷管402、复叠制冷换热器403、复叠制冷换热风机404；所述复叠制冷机401位于常压热试验箱6外，复叠制冷换热器403、复叠制冷换热风机404位于常压热试验箱6内，输冷管402穿过常压热试验箱6分别与复叠制冷机401和复叠制冷换热器403相连。
继续参考图2，所述卸压换气装置7包括进气管701、进气阀702、过滤器703、进气风机704、卸压排气管705、卸压排气阀706、卸压排气风机707；所述进气管701一端与常压热试验箱6相连，另一端与进气风机704相连，进气阀702、过滤器703安装在进气管701上；所述卸压排气管705一端与常压热试验箱6相连，另一端与卸压排气风机707相连，卸压排气阀706安装在卸压排气管705上。
本发明还提供采用所述的卫星常压热试验用大温区制冷装置的制冷方法，包括：
步骤1、将卫星放置于常压热试验箱内；
步骤2、做好各项准备工作后，在控制装置上设定工况条件；
步骤3、控制装置根据工况条件，控制氮系统、箱内风机、复叠制冷系统实现制冷控制；
步骤4、控制装置控制卸压换气装置实现常压热试验箱内压力稳定及换气。
步骤5、试验结束时，控制装置控制卸压换气装置排出常压热试验箱内的氮气，更换为常温洁净空气。
所述步骤3包括：
步骤3.1、目标温度高于-70℃时，开启复叠制冷系统；如果需要快速降温，同时开启氮系统，接近目标温度时，逐步停止氮系统；
步骤3.2、目标温度低于-70℃时，先开启复叠制冷系统降温至-60℃，再开启氮系统，停止复叠制冷系统；可根据降温速度快慢的要求，调整氮系统的开启时间及制冷方式的选择；氮系统的喷淋制冷实现快速降温，换热器蒸发制冷实现慢速降温及温度的精确控制。
在本发明的其他实施例中，根据降温速度快慢的要求，调整氮系统的开启时间及制冷方式的选择；通过氮系统的喷淋制冷实现快速降温，换热器蒸发制冷实现慢速降温及温度的精确控制，通过控制装置调节喷淋进液阀、氮换热器放空阀、氮换热器供液阀的开度可更有效的控制降温速度快慢及控温精度。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种卫星常压热试验用大温区制冷装置，其特征在于，包括氮系统（1）、箱内风机（2）、控制装置（3）、复叠制冷系统（4）、常压热试验箱（6）、卸压换气装置（7）；其中，控制装置（3）控制氮系统（1）、箱内风机（2）、复叠制冷系统（4）实现制冷，控制装置（3）控制卸压换气装置（7）实现常压热试验箱（6）内压力稳定及换气。
2.根据权利要求1所述的卫星常压热试验用大温区制冷装置，其特征在于，所述氮系统（1）包括液氮储罐（101）、氮主管路（102）、喷淋进液阀（103）、氮换热器放空阀（104）、氮换热器供液阀（105）、氮换热器供液管（106）、氮换热器放空管（107）、氮换热器（108）、喷淋进液管（109）、喷头（110）、氮换热风机（111）；
其中，所述氮换热器（108）、喷头（110）、氮换热风机（111）位于常压热试验箱（6）内；氮换热器供液管（106）、氮换热器放空管（107）、喷淋进液管（109）分别穿过常压热试验箱（6）；
所述氮主管路（102）一端与液氮储罐（101）连接，另一端分别与氮换热器供液管（106）、喷淋进液管（109）连接；
所述氮换热器供液管（106）一端与氮主管路（102）连接，另一端与氮换热器（108）连接，氮换热器供液阀（105）安装于常压热试验箱（6）外侧的氮换热器供液管（106）；
所述氮换热器放空管（107）与氮换热器（108）连接，氮换热器放空阀（104）安装于常压热试验箱（6）外侧的氮换热器放空管（107）；
所述喷淋进液管（109）一端与氮主管路（102）连接，另一端与喷头（110）连接，喷淋进液阀（103）安装于常压热试验箱（6）外侧的喷淋进液管（109）。
3.根据权利要求1所述的卫星常压热试验用大温区制冷装置，其特征在于，所述控制装置（3）包括压力传感器（301）、温度传感器（302）、控制计算机（303）；
其中，所述压力传感器（301）、温度传感器（302）探头位于常压热试验箱（6）内，线缆穿过常压热试验箱（6）与外侧的控制计算机（303）连接；
所述控制计算机（303）与氮系统（1）、箱内风机（2）、复叠制冷系统（4）、卸压换气装置（7）连接。
4.根据权利要求1所述的卫星常压热试验用大温区制冷装置，其特征在于，所述复叠制冷系统（4）包括复叠制冷机（401）、输冷管（402）、复叠制冷换热器（403）、复叠制冷换热风机（404）；
其中，所述复叠制冷机（401）位于常压热试验箱（6）外，复叠制冷换热器（403）、复叠制冷换热风机（404）位于常压热试验箱（6）内，输冷管（402）穿过常压热试验箱（6）分别与复叠制冷机（401）和复叠制冷换热器（403）相连。
5.根据权利要求1所述的卫星常压热试验用大温区制冷装置，其特征在于，所述卸压换气装置（7）包括进气管（701）、进气阀（702）、过滤器（703）、进气风机（704）、卸压排气管（705）、卸压排气阀（706）、卸压排气风机（707）；
其中，所述进气管（701）一端与常压热试验箱（6）相连，另一端与进气风机（704）相连，进气阀（702）、过滤器（703）安装在进气管（701）；所述卸压排气管（705）一端与常压热试验箱（6）相连，另一端与卸压排气风机（707）相连，卸压排气阀（706）安装在卸压排气管（705）。
6.权利要求1至5中任意一项所提供的卫星常压热试验用大温区制冷装置的制冷方法，其特征在于，包括：
步骤1、将卫星放置于常压热试验箱（6）内；
步骤2、通过控制装置（3）设定工况条件；
步骤3、控制装置（3）根据工况条件，控制氮氮系统（1）、箱内风机（2）、复叠制冷系统（4）实现制冷；
步骤4、控制装置（3）控制卸压换气装置（7）实现常压热试验箱（6）内压力稳定及换气；
步骤5、试验结束时，控制装置（3）控制卸压换气装置（7）排出常压热试验箱内（6）的氮气，更换为常温洁净空气。
7.根据权利要求6所述的卫星常压热试验用大温区制冷装置的制冷方法，其特征在于，
所述步骤3包括：
步骤3.1：目标温度高于-70℃时，开启复叠制冷系统（4）；如果需要快速降温，同时开启氮系统（1），接近目标温度预设值时，氮系统（1）停止工作；
步骤3.2：目标温度低于-70℃时，先开启复叠制冷系统（4）降温至-60℃，再开启氮系统（1），复叠制冷系统（4）停止工作。
8.根据权利要求7所述的卫星常压热试验用大温区制冷装置的制冷方法，其特征在于，根据降温速度快慢的要求，调整氮系统（1）的开启时间及制冷方式的选择；通过氮系统（1）的喷淋制冷实现快速降温，换热器蒸发制冷实现慢速降温及温度的精确控制，通过控制装置调节喷淋进液阀（103）、氮换热器放空阀（104）、氮换热器供液阀（105）的开度可更有效的控制降温速度快慢及控温精度。
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