[发明专利]空间环境模拟用液氮冷氦双介质耦合热沉

说明书

技术领域

本发明涉及一种热沉，尤其涉及一种用于空间环境模拟的液氮冷氦双介质耦合热沉。

背景技术

空间环境模拟系统模拟宇宙空间真空及冷黑环境，是检验航天设备及其组件在空间环境下安全性和可靠性的重要设备，环境模拟舱是该系统的核心组成。而环境模拟舱除了壳体及绝热方式外，舱中的冷热源发生一般都通过热沉来完成。热沉通过辐射传热等形式为待测设备提供所需的温度环境，为达这一目的，必须对热沉温度进行控制。对热沉温度的控制是通过传热介质在依附于热沉上的通道中的强迫流动或者电加热进行热交换而实现的。

空间环境模拟系统通常采用液氮为冷源，但受限于液氮的沸点温度最低极限温度在-190℃左右，无法达到更低温区的空间环境模拟需求。如中国专利“空间环境模拟试验设备液氮酒精双介质兼容热沉系统”（CN200810188293.5），通过两种介质的切换使热沉温度在-163～+50℃的范围内可调，但是其无法满足低于液氮温区的深空环境模拟需求。且同一通道的双介质切换，要求前一种介质的排空度高，容易造成温区过渡不连续、浪费冷量、降低安全性及可靠性低等问题。

又如中国专利“直筒形液氮液氦双介质兼容热沉装置及其制冷方法”（CN201110030922.3），采用液氦为超低温冷源，可实现热沉温度在4.2K～300K的范围内可调。该热沉设有内外双层结构，其中外部的液氮热沉作为液氦热沉的冷屏。由于液氦价格昂贵，该系统不仅制作成本高而且运行成本也高，因此不适合用于诸如生存性能试验等长时间运行任务，并且此热沉无法实现高于常温的高温环境条件。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种液氮冷氦双介质耦合热沉，采用液氮与冷气氦既流动独立又传热耦合地开展双介质高低温空间环境模拟。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种液氮冷氦双介质耦合热沉，通过设计嵌套耦合的液氮冷却管网和冷气氦冷却管网以及铜翅片和电加热器，通过既独立又耦合地使用液氮与冷气氦以及电加热器实现对热沉及其内部空间在大温区范围内的温度可调。

为实现上述目的，本发明提供了一种液氮冷氦双介质耦合热沉，其特征在于，所述液氮冷氦双介质耦合热沉为密闭的圆筒形，包括液氮冷却管网、冷气氦冷却管网、铜翅片和电加热器，所述铜翅片连接所述液氮冷却管网和所述冷气氦冷却管网，并与所述液氮冷却管网和所述冷气氦冷却管网共同形成所述液氮冷氦双介质耦合热沉的筒体，所述电加热器均匀分布在所述铜翅片上。

进一步地，所述液氮冷却管网包括不锈钢液氮进液总管、不锈钢液氮出液/气总管和多个不锈钢液氮支管；所述不锈钢液氮进液总管和所述不锈钢液氮出液/气总管沿所述筒体的轴向延伸；所述多个不锈钢液氮支管为半圆形且垂直于所述轴向并联地连接在所述不锈钢液氮进液总管和所述不锈钢液氮出液/气总管之间，所述多个不锈钢液氮支管彼此平行；

所述冷氦气冷却管网包括不锈钢冷氦气进气总管、不锈钢冷氦气出气总管和多个不锈钢冷氦气支管；所述不锈钢冷氦气进气总管和所述不锈钢冷氦气出气总管沿所述筒体的轴向延伸；所述多个不锈钢冷氦气支管为半圆形且垂直于所述轴向并联地连接在所述不锈钢冷氦气进气总管和所述不锈钢冷氦气出气总管之间，所述多个不锈钢冷氦气支管彼此平行。

进一步地，所述轴向为水平方向，所述不锈钢液氮进液总管和所述不锈钢冷氦气进气总管并排分布在所述筒体的底部；所述不锈钢液氮出液/气总管和所述不锈钢冷氦气出气总管并排分布在所述筒体的顶部；所述多个不锈钢液氮支管交替地沿顺时针和逆时针方向从所述不锈钢液氮进液总管延伸至所述不锈钢液氮出液/气总管，且在所述轴向上相邻两个所述不锈钢液氮支管之间的间距相等；所述多个不锈钢冷氦气支管交替地沿顺时针和逆时针方向从所述不锈钢冷氦气进气总管延伸至所述不锈钢冷氦气出气总管，且在所述轴向上相邻两个所述不锈钢冷氦气支管之间的间距相等。

进一步地，所述相邻两个所述不锈钢液氮支管之间的间距与所述相邻两个所述不锈钢冷氦气支管之间的间距相等；任意两个相邻的所述不锈钢液氮支管和所述不锈钢冷氦气支管之间的间距相等。

进一步地，所述不锈钢液氮进液总管的一端为液氮入口，另一端封闭；所述不锈钢冷氦气进气总管的一端为冷氦气入口，另一端封闭；所述液氮入口和所述冷氦气入口位于所述筒体的第一端面处；所述不锈钢液氮出液/气总管的一端为液氮出口，另一端封闭；所述不锈钢冷氦气出气总管的一端为冷氦气出口，另一端封闭；所述液氮出口和所述冷氦气出口位于所述筒体的第二端面处；