CN112738928B - 一种通用型组合冷却式模块化辐射加热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通用型组合冷却式模块化辐射加热器，由导引冷却杆[1]、灯头装夹基座[2]、石英灯[3]、反射板[4]、主连接螺杆[5]、接线板[6]、出水管[7]、进水管[8]、进气管[9]、绝缘衬木板[11]、基座[12]、安装底板[13]、滑轨滑块单元[14]和边框架[15]组成；所述主连接螺杆[5]将导引冷却杆[1]固定安装于边框架[15]上，灯头装夹基座[2]将石英灯管[3]固定安装于导引冷却杆[1]上形成水平放置的密集平面灯阵。本发明对石英灯管和石英灯瓷头进行冷却可以有效提高石英灯管的加热极限能力，延长石英灯管的使用寿命，提升试验可靠性。可以适配于不同加热条件下的热试验，降低试验成本。

Description

一种通用型组合冷却式模块化辐射加热器

技术领域

本发明涉及气动热模拟试验领域，具体涉及一种通用型组合冷却 式模块化辐射加热器。

背景技术

在航天领域，弹、箭等飞行器存在诸多气动热问题，需要对弹、 箭的典型结构进行模拟加热试验以考核其隔热性能。石英灯加热器是 国内外热试验中广泛采用的加热元件。它通过在石英灯阵两端施加电 压，使灯丝温度升高进而向外辐射能量。

近些年来，气动热模拟试验中需求的加热热流密度越来越高，石 英灯的工作环境日趋恶劣，石英灯瓷头部位温度的升高会对灯的正常 运行造成严重威胁，管壁温度的上升会导致灯管管壁的软化损坏，因 此冷却技术是制约适应能加热器加热能力的瓶颈所在，瓷头冷却与管 壁冷却水平的高低直接决定加热器在高热流状态下的续航能力。

之前平板型辐射加热器主要用于试片级产品的气动热模拟试验， 试片多为标准试片因而加热器多被设计成固定形式，造成加热器只能 适配特定长度的石英灯且无法调整石英灯管间距。现阶段平板加热器 的用途不再仅局限于试片级产品热试验，开始较多的应用于小型部件 级产品热试验，因产品规格及试验条件的不同需要适配不同长度的石 英灯及灯管间距，因此对平板型加热器的通用性能提出了较高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通用型组合冷却式模块化辐射加热 器，对国内现有平板型辐射加热器进行改进，提升其高热流工作的稳 定性及加热器的通用性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种通用型 组合冷却式模块化辐射加热器，由导引冷却杆1、灯头装夹基座2、 石英灯3、反射板4、主连接螺杆5、接线板6、出水管7、进水管8、 进气管9、绝缘衬木板11、基座12、安装底板13、滑轨滑块单元 14和边框架15组成；

所述主连接螺杆5将导引冷却杆1固定安装于边框架15上，灯 头装夹基座2将石英灯管3固定安装于导引冷却杆1上形成水平放 置的密集平面灯阵；石英灯3端口引出线接至接线板6上，接线板6 的末端连接通电电缆为石英灯3供电；

所述反射板[4]通过滑轨滑块单元[14]与安装底板[13]连接，绝缘 衬木板[11]安装固定在安装底板[13]，滑轨滑块单元[14]安装固定在安 装底板[13]上，安装底板[13]放置在基座[12]上；

所述导引冷却杆1内部设置相互独立的水冷通道与风冷通道，冷 却水从进水管8流入，从出水管7流出，冷却水带走导引冷却杆1 与灯头装夹基座2的热量从而实现对石英灯瓷头部位进行冷却的目 的，降低石英灯瓷头的温度以避免石英灯瓷头部位由高温引起的真空 密闭损坏；

冷却气从进气管9吹入，从出气缝10吹出，冷却气体从出气缝 10吹出后带走石英灯管表面的热量从而达到对石英灯管壁进行冷却 的目的，降低石英灯管壁温度以避免灯管由高温引起的管壁软化。

进一步的，所述灯头装夹基座2为两端开深槽结构，一端通过固 定螺栓装夹固定在导引冷却杆1上，另一端装夹固定石英灯管3，通 过调节螺栓松紧可以随意调节灯头装夹基座与灯头装夹基座之间的 距离，实现石英灯阵中灯管间距的精准便捷调节，灯管间距的调节范 围最小达到0mm。

进一步的，所述导引冷却杆1与主连接螺杆5之间通过螺母固定 限位，通过调节螺母位置可以随意调节导引冷却杆与导引冷却杆之间 的距离，实现加热器可适配不同长度石英灯管的功能，可适配石英灯 的长度范围为0至1000mm。

进一步的，所述石英灯3为气动热模拟试验使用的标准石英灯并 带有引出导线；所述引出导线连接接线板6，调整不同的连接形式实 现石英灯适配三相交流/直流电；端部瓷头形式为方形瓷头，瓷头部 位装入灯头装夹基座2中，方形瓷头的形式便于石英灯的方向定位以 及快速被冷却。

进一步的，所述反射板4选用表面镀有高反射率涂层的耐高温石 英板，所述反射涂层的反射率达到0.9以上，用于提升辐射加热器的 加热能力。

进一步的，所述主连接螺杆5为M20mm的螺杆结构，长度为 1200mm。

进一步的，所述接线板6采用导电性能良好的黄铜材料，保证石 英灯3的正常工作；

所述接线板上开若干M5螺纹孔用于连接石英灯3的引出导线， 接线板末端开M10通孔用于连接动力电缆，通过接线板与引出导线 和动力电缆之间不同的连接方式，实现加热器适配于交流与直流功率 放大器。

进一步的，所述出水管7、进水管8和进气管9为M20的中空 螺纹杆，螺杆内部开中空保证水和气道通畅。

进一步的，所述绝缘衬木板11使用绝缘性能良好的衬木制作， 保证良好的绝缘性能。

进一步的，所述滑轨滑块单元14选用SBR25S标准滑轨滑块单 元，耐高温能力≥300℃。

本发明提供的通用型组合冷却式模块化辐射加热器取得的有益 效果是：

1)可以实现石英灯瓷头部位的冷却降温，避免石英灯瓷头部位 由高温引起的真空密闭损坏，延长石英灯管的使用寿命；

2)可以实现石英灯管壁部位的冷却降温，避免灯管由高温引起 的管壁软化，提升提高石英灯管的加热极限能力；

3)可以实现石英灯灯管间距的可调节，提高辐射加热器的通用 性；

4)可以实现辐射加热器适配不同长度的石英灯，提升辐射加热 器的通用性；

5)可以实现加热器适配交流、直流功放柜，提升辐射加热器的 通用性；

6)可以实现水与电的分离，提升气动热模拟试验的安全性。

附图说明

下面结合附图对发明作进一步说明：

图1为本发明所提供的石英灯辐射加热器构成示意图；

图2为本发明所提供的导引冷却杆示意图；

图3为本发明所提供的导引冷却杆截面图；

图4为灯头装夹基座示意图；

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种通用型组合冷 却式模块化辐射加热器作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求 书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简 化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发 明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，本发明技术方案提供的一种通用型组合 冷却式模块化辐射加热器，将石英灯阵集成于一个可活动的模块中， 模块接通电源、冷却水及冷却气。使用冷却水对石英灯瓷头部位进行 冷却，使用冷却气对石英灯管壁部位进行冷却，活动的模块保证了加 热器可适配不同长度的石英灯以及灯管间距的可调节。模块化辐射加 热器在一定程度上提高石英灯的加热能力、可靠性与通用性。。

如图1-图4所示，本发明实施例提供了一种通用型组合冷却式 模块化辐射加热器，包括导引冷却杆1、灯头装夹基座2、石英灯3、 反射板4、主连接螺杆5、接线板6、出水管7、进水管8、进气管9、 绝缘衬木板11、基座12、安装底板13、滑轨滑块单元14、边框架 15。

主连接螺杆5将导引冷却杆1固定安装于边框架15上，灯头装 夹基座2将石英灯管3固定安装于导引冷却杆1上形成水平放置的 密集平面灯阵；石英灯3端口引出线接至接线板6上，接线板6的 末端连接通电电缆为石英灯3供电。

如图2和图3所示，导引冷却杆1内部设置相互独立的水冷通 道与风冷通道。冷却水在水冷流道中自下向上流动带走导引冷却杆1 与灯头装夹基座2的热量从而实现对石英灯瓷头部位进行冷却的目 的，降低石英灯瓷头的温度以避免石英灯瓷头部位由高温引起的真空 密闭损坏。冷却气从风冷通道的出气缝吹出后强化石英灯管附近空气 的对流以达到对石英灯管壁进行冷却的目的，降低石英灯管壁温度以 避免灯管由高温引起的管壁软化。

导引冷却杆1与主连接螺杆5之间通过螺母固定限位，通过调节 螺母位置可以随意调节导引冷却杆与导引冷却杆之间的距离，实现加 热器可适配不同长度石英灯管的功能，可适配石英灯的长度范围0至 1000mm。

如图4所示，灯头装夹基座2为两端开深槽结构，一端通过螺栓 装夹固定在导引冷却杆1上，另一端通过螺柱堵子装夹固定石英灯管 3，通过调节螺栓松紧可以随意调节多个灯头装夹基座之间的距离， 实现石英灯阵中灯管间距的精准便捷调节，灯管间距的调节范围可最 小达到0mm。

如图4所示，石英灯3选用带引出导线形式的，引出导线连接接 线板6，调整不同的连接形式实现石英灯适配三相交流/直流电；端部 瓷头形式为方形瓷头，瓷头部位装入灯头装夹基座2中，方形瓷头的 形式便于石英灯的方向定位以及快速被冷却。

本发明所述的为平板式的辐射加热器，根据工程需要可以将加热 器设计成圆筒形、圆台形等仿形形式，其基本构成与平板式相同。

导引冷却杆1是辐射加热器的重要组成模块，其作用主要有：1) 构成辐射加热器的形状，是灯头装夹基座2的重要安装支撑；2)构 成辐射加热器的冷却系统，对石英灯3的瓷头与管壁进行冷却；3) 是加热器可适配不同长度石英灯的重要构件。。

灯头装夹基座2是辐射加热器的重要组成模块，其作用主要有： 1)构成辐射加热器的形状，是石英灯3的重要安装支撑；2)灯阵 灯管间距可调的重要活动构件。

石英灯3是辐射加热器的重要组成模块，其作用是提供热载荷。

反射板4是辐射加热器的重要组成模块，其作用主要是反射辐射 能量，提高加热效率。

主连接螺杆5是辐射加热器的重要组成模块，其作用主要有：1) 构成辐射加热器的形状，是导引冷却杆1的重要安装支撑；2)是加 热器可适配不同长度石英灯的重要构件。

接线板6是辐射加热器的重要组成模块，其作用主要有：1)连 接动力电缆，为石英灯3供电；2)变换不同的连接方式，实现加热 器可适配交流和直流功放柜。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知 的现有技术。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范 性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下， 能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应 将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附 权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件 的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (8)

1.一种通用型组合冷却式模块化辐射加热器，其特征在于，由导引冷却杆[1]、灯头装夹基座[2]、石英灯[3]、反射板[4]、主连接螺杆[5]、接线板[6]、出水管[7]、进水管[8]、进气管[9]、绝缘衬木板[11]、基座[12]、安装底板[13]、滑轨滑块单元[14]和边框架[15]组成；

所述主连接螺杆[5]将导引冷却杆[1]固定安装于边框架[15]上，灯头装夹基座[2]将石英灯管[3]固定安装于导引冷却杆[1]上形成水平放置的密集平面灯阵；石英灯[3]端口引出线接至接线板[6]上，接线板[6]的末端连接通电电缆为石英灯[3]供电；

所述反射板[4]通过滑轨滑块单元[14]与安装底板[13]连接，绝缘衬木板[11]安装固定在安装底板[13]，滑轨滑块单元[14]安装固定在安装底板[13]上，安装底板[13]放置在基座[12]上；

所述导引冷却杆[1]内部设置相互独立的水冷通道与风冷通道，冷却水从进水管[8]流入，从出水管[7]流出，冷却水带走导引冷却杆[1]与灯头装夹基座[2]的热量从而实现对石英灯瓷头部位进行冷却的目的，降低石英灯瓷头的温度以避免石英灯瓷头部位由高温引起的真空密闭损坏；

冷却气从进气管[9]吹入，从出气缝[10]吹出，冷却气体从出气缝[10]吹出后带走石英灯管表面的热量从而达到对石英灯管壁进行冷却的目的，降低石英灯管壁温度以避免灯管由高温引起的管壁软化；

所述灯头装夹基座[2]为两端开深槽结构，一端通过固定螺栓装夹固定在导引冷却杆[1]上，另一端装夹固定石英灯管[3]，通过调节螺栓松紧可以随意调节灯头装夹基座与灯头装夹基座之间的距离，实现石英灯阵中灯管间距的精准便捷调节，灯管间距的调节范围最小达到0mm；

所述导引冷却杆[1]与主连接螺杆[5]之间通过螺母固定限位，通过调节螺母位置可以随意调节导引冷却杆与导引冷却杆之间的距离，实现加热器可适配不同长度石英灯管的功能，可适配石英灯的长度范围为0至1000mm。

2.如权利要求1所述的通用型组合冷却式模块化辐射加热器，其特征在于，所述石英灯[3]为气动热模拟试验使用的标准石英灯并带有引出导线；所述引出导线连接接线板[6]，调整不同的连接形式实现石英灯适配三相交流/直流电；端部瓷头形式为方形瓷头，瓷头部位装入灯头装夹基座[2]中，方形瓷头的形式便于石英灯的方向定位以及快速被冷却。

3.如权利要求1所述的通用型组合冷却式模块化辐射加热器，其特征在于，所述反射板[4]选用表面镀有高反射率涂层的耐高温石英板，所述反射涂层的反射率达到0.9以上，用于提升辐射加热器的加热能力。

4.如权利要求1所述的通用型组合冷却式模块化辐射加热器，其特征在于，所述主连接螺杆[5]为M20mm的螺杆结构，长度为1200mm。

5.如权利要求1所述的通用型组合冷却式模块化辐射加热器，其特征在于，所述接线板[6]采用导电性能良好的黄铜材料，保证石英灯[3]的正常工作；

所述接线板上开若干M5螺纹孔用于连接石英灯[3]的引出导线，接线板末端开M10通孔用于连接动力电缆，通过接线板与引出导线和动力电缆之间不同的连接方式，实现加热器适配于交流与直流功率放大器。

6.如权利要求1所述的通用型组合冷却式模块化辐射加热器，其特征在于，所述出水管[7]、进水管[8]和进气管[9]为M20的中空螺纹杆，螺杆内部开中空保证水和气道通畅。

7.如权利要求1所述的通用型组合冷却式模块化辐射加热器，其特征在于，所述绝缘衬木板[11]使用绝缘性能良好的衬木制作，保证良好的绝缘性能。

8.如权利要求1所述的通用型组合冷却式模块化辐射加热器，其特征在于，所述滑轨滑块单元[14]选用SBR25S标准滑轨滑块单元，耐高温能力≥300℃。

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