[发明专利]大型空间环境模拟器多工况液氮制冷系统

说明书

技术领域

本发明属于航天器真空热试验技术领域，具体而言，本发明涉及一种针对大型真空热试验设备的冷却系统。

背景技术

空间环境模拟器用于模拟太空中的真空冷黑环境，现有技术中的空间环境模拟器结构如图1所示，该空间环境模拟器1为一个密闭容器，配备一套真空系统以维持内部的真空环境，沿着容器内表面布置多个热沉单元(11)，每个热沉单元(11)内表面喷涂特制黑漆，用于模拟太空中的黑环境。每个热沉单元(11)都连接有进出液管道，试验过程中通过进出液管道向热沉单元(11)提供低温液氮，维持热沉内表面温度低于100K(-173℃)，从而与内部试件进行辐射换热。

然而，在大型空间环境模拟器中，包含大量热沉单元(11)。试验过程中并不是每次都需要向所有热沉单元(11)通液氮，而是根据不同试验工况，选择其中一部分热沉单元(11)通液氮。为此，要满足多种试验工况要求，需要一种能够灵活向各个热沉单元(11)输送液氮的制冷系统，以保证各个热沉单元(11)之间相互独立、互不影响。

发明内容

针对大型空间环模器不同试验工况对热沉单元(11)的开启数量和系统流量有要求，本发明提供了一种大型空间环境模拟器多工况液氮制冷系统，该制冷系统能够灵活地向空间环境模拟器中的各个热沉单元(11)供液，同时能够控制制系统流量，以满足多工况要求。

本发明的大型空间环境模拟器多工况液氮制冷系统，包括内部设置有若干组热沉单元的(11)的空间环境模拟器(1)、与若干组热沉单元对应设置的若干组单相密闭循环单元(2)，以及一个或多个液氮贮槽(3)，其中，每组热沉单元又包括多个并列设置的热沉单元(11)，每组单相密闭循环单元(2)分别包括液氮泵(21)、过冷器(22)、液氮供送管、输入总管、输出总管、控制阀门，与一个或多个液氮贮槽(3)连通的液氮供送管的一路液氮与过冷器(22)的补液口连通以提供过冷器(22)内部的冷却液氮，另一路液氮经过稳压后与过冷器(22)的换热器(222)出液口一起与输入总管连通，输入总管分三支路分别与对应一组热沉单元中的多个热沉单元(11)的液氮输入口连通，以供入液氮对其进行冷却，多个热沉单元的液氮输出口输出的液氮汇入输出总管并与过冷器(22)的换热器(222)进液口连通，通过过冷器内部的液氮再对换热器(222)内的液氮进行冷却，工作过程中，液氮泵(21)将低温液氮泵送至每组热沉单元(11)，通过流量传感器、温度传感器和压力传感器测量进入热沉单元(11)的液氮流量、温度和压力，并通过控制阀门进行开关控制，若干组单相密闭循环单元(2)与对应的若干组热沉单元(11)的配合设置，实现了大型空间环境模拟器在多工况下的液氮制冷。

其中，过冷器的顶部设置放空口，工作过程中过冷器(22)放空常开，以维持腔体内的液氮压力为一个大气压，从而保证腔体内的液氮温度为一个大气压对应的饱和温度。

其中，输入总管输入的低温液氮经过各个热沉单元(11)后通过与空间环境模拟器(1)内的试件进行辐射换热而升高温度，流出热沉单元(11)的高温液氮经过输出总管进入过冷器(22)的换热器(222)中，通过与过冷器(22)内的饱和液氮进行热交换来降低温度，流出换热器(222)，经液氮泵(21)提供循环动力，使液氮在单相密闭循环单元(2)中循环，维持热沉单元(11)温度低于100K。

其中，过冷器(22)设置有压力表和液位计以测量其中的压力和液位高度。

其中，输出总管与过冷器(22)之间的连通管路上设置有温度传感器，以测量换热器(222)进液口的高温液氮的温度。

其中，换热器(222)出液口处设置温度传感器以提供再冷却后液氮的温度。

其中，液氮泵(21)的输入端附近设置压力表以测量液氮泵的进口压力，通过液氮贮槽(3)的压力表将其压力维持在0.2MPa～0.3MPa范围内。

其中，多个支路的管道上也分别设置控制阀门以控制液氮的流通。

进一步地，液氮泵(21)为变频液氮泵。

与现有技术相比，本发明的大型空间环境模拟器多工况制冷系统，通过控制每个单相密闭循环单元(2)中的热沉单元(11)开启数量和单元内流量，可控制整个空间环境模拟器的热沉单元(11)开启数量和系统总流量，从而满足不同试验工况要求。此外，本发明还避免了低温系统必须都满负荷运行的问题，有效降低了系统运行能源消耗，特别在大型空间环模设备中节约了系统运行、维护成本。

附图说明

图1为现有技术中大型空间环境模拟器的结构示意图。