CN112295630A - 一种液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统及调温方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统及调温方法，包括真空容器及其内部的热沉模块，真空容器外部设真空调节模块、液氮制冷模块、浴油调温模块及测量控制模块；热沉模块面向真空容器侧壁的表面设置液氮管路，另一侧设置浴油管路，液氮管路与液氮制冷模块连通，浴油管路与浴油调温模块连通；真空调节模块用于真空容器的真空度调节；液氮制冷模块通过热沉模块对真空容器提供液氮制冷环境；浴油调温模块通过热沉模块对真空容器提供浴油制冷环境。本申请的有益效果是：对热真空试验环境采用液氮制冷和浴油调温的双制冷模式，既具有浴油调温设备的性能特点，又可兼顾液氮低温设备的试验优势，试验过程中两种制冷方式可交替接力使用。

Description

一种液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统及调温方法

技术领域

本公开涉及空间环境模拟技术领域，具体涉及一种液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统及调温方法。

背景技术

热真空试验是航天器所特有的试验，它是在规定的真空和热循环条件下验证部组件、分系统和整个航天器满足规定要求的能力，从而暴露航天器在材料、工艺和制造质量方面潜在缺陷，评定工作性能，验证飞行性能的试验。在热真空试验中，需要将航天器部组件温度控制在规定的范围，检验其工作性能。

我国现有的热真空试验环境模拟设备中，根据航天器温度需求的不同，制冷方式有以下几种：

a.气氦/液氦制冷：一般适用于温度低于77K的环境模拟，主要用于深空探测及超高真空的实现；

b.液氮制冷：一般适用液氮温区的环境模拟，提供试验冷背景，使用太阳模拟器、红外加热器、表面接触式电加热片等设备模拟航天器所受到的外热流和温度变化，以实现对试验件的温度控制；

c.混合工质机械制冷：一般适用温度不低于143K的环境模拟，提供试验冷背景，使用红外加热器、表面接触式电加热片等设备模拟航天器所受到的外热流和温度变化，以实现对试验件的温度控制；

d.浴油调温制冷方式：一般可实现热沉温度在-80℃～150℃范围内定点调节和控制，工作原理是通过向热沉中通入温度和流量可控的浴油介质，将热沉温度控制在规定的温度范围内，从而利用热沉温度的改变来实现试验件温度的升高、降低以及试验件温度控制的技术。

以上各个制冷方式都具有各自的优势与劣势，而且现有热真空试验环境模拟设备一般采用单一制冷方式，因此无法满足环境温度要求复杂的热真空试验环境。

发明内容

本申请的目的是针对以上问题，提供一种液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统及调温方法。

第一方面，本申请提供一种液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统，包括真空容器以及设置在真空容器内部的热沉模块，所述真空容器外部设有真空调节模块、液氮制冷模块、浴油调温模块及测量控制模块；所述热沉模块面向真空容器侧壁的表面设置液氮管路，另一侧设置浴油管路，所述液氮管路与液氮制冷模块连通，浴油管路与浴油调温模块连通；真空调节模块用于对真空容器的真空度进行调节；所述液氮制冷模块通过热沉模块对真空容器提供液氮制冷环境；浴油调温模块通过热沉模块对真空容器提供浴油制冷环境。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述热沉模块包括支撑板，所述液氮管路及浴油管路分别焊接在支撑板的两侧表面。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述支撑板、液氮管路及浴油管路的材质均设置为紫铜。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述支撑板的厚度优选设置为1.5mm。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述浴油管路呈回旋复绕排布，浴油管路的管道直径优选设置为16mm，浴油管路的相邻管道间距优选设置为130mm。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述液氮管路包括进液汇总管、出液汇总管以及连通在进液汇总管与出液汇总管之间的若干条分液管。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述进液汇总管及出液汇总管的直径优选设置为45mm，分液管的直径优选设置为25mm；相邻分液管的间距设置为170mm。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述真空容器设置为不锈钢材质，两端设有封头，其中一端设置舱门，所述舱门中心设有观察窗。

第二方面，本申请提供一种液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统的调温方法，包括以下步骤：

输入试验设定参数；

对真空容器抽真空；

确认设置在真空容器内的待测产品的温度需求：当试验温度要求大于等于-80℃且小于等于150℃时启用浴油调温模块对热沉模块降温；当试验温度要求小于-80℃时启用浴油调温模块及液氮制冷模块交替工作对热沉模块降温；

检测真空容器内温度是否达到试验温度需求：是，进行下一步；否，返回上一步；

进行试验，通过红外加热模式或热沉调温模式对待测产品加热和控温；

结束试验。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述启用浴油调温模块及液氮制冷模块交替工作对热沉模块降温，包括以下步骤：

启用浴油调温模块将热沉模块温度降低至-80℃；

关闭浴油调温模块；

启用液氮制冷模块将热沉模块温度降低至试验需求温度。

本发明的有益效果：本申请提供一种液氮和浴油双介质兼容型高真空调温统及调温方法，对热真空试验环境采用液氮制冷和浴油调温的双制冷模式，既具有浴油调温的设备的性能特点，又可兼顾液氮低温性能的试验优势，试验过程中两种制冷方式可交替接力使用。从而拓展试验温区，降低试验成本，提高试验效率。

附图说明

图1为本申请一种实施例的系统架构图；

图2为本申请一种实施例中浴油管路在支撑板上排布的结构示意图；

图3为本申请一种实施例中液氮管路在支撑板上排布的结构示意图；

图4为本申请的调温方法的流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。

如图1所示为本申请的一种实施例的示意图，包括真空容器以及设置在真空容器内部的热沉模块，所述真空容器外部设有真空调节模块、液氮制冷模块、浴油调温模块及测量控制模块；所述热沉模块靠近真空容器侧壁的表面设置液氮管路，远离真空容器侧壁的表面设置浴油管路，所述液氮管路与液氮制冷模块连通，浴油管路与浴油调温模块连通。真空调节模块用于对真空容器的真空度进行调节；所述液氮制冷模块通过热沉模块对真空容器提供液氮制冷环境；浴油调温模块通过热沉模块对真空容器提供浴油制冷环境。

本实施例中，热沉模块对真空容器调温为现有技术，其沿真空容器内壁的设置方式也为现有技术不再赘述。待测产品放置在真空容器内，本实施例中，液氮制冷模块的液氮及浴油调温模块的浴油两种介质可分别输入热沉模块中，对热沉模块进行调温，从而实现调节真空容器内温度的目的。本实施例中，真空容器上设置多个法兰孔分别与真空调节模块、液氮制冷模块、浴油调温模块、热沉模块及测量控制模块连接。

本实施例中，真空调节模块包括低温泵主抽系统、分子泵辅抽系统、干泵粗抽系统、真空测量系统、复压系统等。

本实施例中，液氮制冷模块的液氮管路及浴油调温模块的浴油管路分别设置在热沉模块的两侧，液氮制冷模块及浴油调温模块可交替工作，分别对真空容器进行不同的调温模式。本实施例中，液氮制冷模块可为热沉模块提供低温液氮，使得热沉温度保持在低于-173℃；浴油调温模块可为热沉模块提供浴油作为循环载冷剂，实现热沉模块温度在-80℃-+150℃之间的温度调节和控制，油温控制精度优于±0.5℃而且具有远程通信接口。

本实施例中，测量控制模块采用两级集散式控制架构，分为本地层与远程层两级，通过本地控制柜和远程计算机之间的数据交互，实现设备运行状态及参数的监控以及试验数据的采集、控制。通过控制柜上的触摸屏进行手动操作控制以及远程计算机的操作，实现对设备的控制。

在一优选实施例中，所述热沉模块包括支撑板，所述液氮管路及浴油管路分别焊接在支撑板的两侧表面。

优选地，所述支撑板、液氮管路及浴油管路的材质均设置为紫铜。

优选地，所述支撑板的厚度设置为1.5mm。

在一优选实施方式中，如图2所示，所述浴油管路呈回旋复绕排布，浴油管路的管道直径优选设置为16mm，浴油管路的相邻管道间距优选设置为130mm。本实施方式中，浴油管路复绕排布是指浴油管路在支撑板上呈S形或蛇形排布。

在一优选实施方式中，如图3所示，所述液氮管路包括进液汇总管、出液汇总管以及连通在进液汇总管与出液汇总管之间的若干条分液管。

优选地，所述进液汇总管及出液汇总管的直径设置为45mm，分液管的直径设置为25mm；相邻分液管的间距设置为170mm。

在一优选实施方式中，所述真空容器设置为不锈钢材质，两端设有封头，其中一端设置舱门，所述舱门中心设有观察窗。

如图4所示为本申请的调温方法的流程图，包括以下步骤：

输入试验设定参数；

对真空容器抽真空；

确认设置在真空容器内的待测产品的温度需求：当试验温度要求大于等于-80℃且小于等于150℃时启用浴油调温模块对热沉模块降温；当试验温度要求小于-80℃时启用浴油调温模块及液氮制冷模块交替工作对热沉模块降温；

检测真空容器内温度是否达到试验温度需求：是，进行下一步；否，返回上一步；

进行试验，通过红外加热模式或热沉调温模式对待测产品加热和控温；

结束试验。

本实施例中，向热沉模块提供液氮或者浴油为热试验提供试验所需的高低温背景，试验结束后，向热沉模块通入高温液氮或者回温的浴油介质，使得热沉模块的温度恢复到室温，以便真空容器复压开门。

在一优选实施例中，所述启用浴油调温模块及液氮制冷模块交替工作对热沉模块降温，包括以下步骤：

启用浴油调温模块将热沉模块温度降低至-80℃；

关闭浴油调温模块；

启用液氮制冷模块将热沉模块温度降低至试验需求温度。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将申请的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统，其特征在于，包括真空容器以及设置在真空容器内部的热沉模块，所述真空容器外部设有真空调节模块、液氮制冷模块、浴油调温模块及测量控制模块；

所述热沉模块面向真空容器侧壁的表面设置液氮管路，另一侧设置浴油管路，所述液氮管路与液氮制冷模块连通，浴油管路与浴油调温模块连通；

真空调节模块用于对真空容器的真空度进行调节；所述液氮制冷模块通过热沉模块对真空容器提供液氮制冷环境；浴油调温模块通过热沉模块对真空容器提供浴油制冷环境。

2.根据权利要求1所述的液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统，其特征在于，所述热沉模块包括支撑板，所述液氮管路及浴油管路分别焊接在支撑板的两侧表面。

3.根据权利要求2所述的液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统，其特征在于，所述支撑板、液氮管路及浴油管路的材质均设置为紫铜。

4.根据权利要求3所述的液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统，其特征在于，所述支撑板的厚度优选设置为1.5mm。

5.根据权利要求3所述的液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统，其特征在于，所述浴油管路呈回旋复绕排布，浴油管路的管道直径优选设置为16mm，浴油管路的相邻管道间距优选设置为130mm。

6.根据权利要求3所述的液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统，其特征在于，所述液氮管路包括进液汇总管、出液汇总管以及连通在进液汇总管与出液汇总管之间的若干条分液管。

7.根据权利要求6所述的液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统，其特征在于，所述进液汇总管及出液汇总管的直径优选设置为45mm，分液管的直径优选设置为25mm；相邻分液管的间距设置为170mm。

8.根据权利要求1所述的液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统，其特征在于，所述真空容器设置为不锈钢材质，两端设有封头，其中一端设置舱门，所述舱门中心设有观察窗。

9.一种应用权利要求1-8中任意一项所述的液氮和浴油双介质兼容型高真空调温系统的调温方法，其特征在于，包括以下步骤：

输入试验设定参数；

对真空容器抽真空；

确认设置在真空容器内的待测产品的温度需求：当试验温度要求大于等于-80℃且小于等于150℃时启用浴油调温模块对热沉模块降温；当试验温度要求小于-80℃时启用浴油调温模块及液氮制冷模块交替工作对热沉模块降温；

检测真空容器内温度是否达到试验温度需求：是，进行下一步；否，返回上一步；

进行试验，通过红外加热模式或热沉调温模式对待测产品加热和控温；

结束试验。

10.根据权利要求9所述的空间环境模拟设备的高真空调温方法，其特征在于，所述启用浴油调温模块及液氮制冷模块交替工作对热沉模块降温，包括以下步骤：

启用浴油调温模块将热沉模块温度降低至-80℃；

关闭浴油调温模块；

启用液氮制冷模块将热沉模块温度降低至试验需求温度。

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