大型空间环境模拟器气-液混合制冷系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大型空间环境模拟器气‑液混合制冷系统，该系统包括供液系统、供气系统、单相密闭循环系统、空间环境模拟器系统。制冷系统能够灵活地向空间环境模拟器系统中的热沉单元、防污染板、冷板以及真空容器外表面布置的低温泵提供单相过冷液氮、饱和液氮或氮气，并依据其目标温度的需求，能够同时控制提供的单相过冷液氮、饱和液氮或氮气流量，以满足多种不同试验工况下，不同目标温度、独立控制的要求。

Gas-liquid Hybrid Refrigeration System for Large Space Environment Simulator

【技术实现步骤摘要】
大型空间环境模拟器气-液混合制冷系统
本专利技术属于航天器真空热试验
，具体而言，本专利技术涉及一种针对大型空间环境模拟器系统的气-液混合制冷系统。
技术介绍
现有大型空间环境模拟器系统中热沉单元、防污染板、冷板以及真空容器外表面布置的低温泵在试验过程中的目标温度要求单一，仅为低温状态或高温状态，同时工作频率一致，即同时升温或同时降温，因此采用单一状态的液氮制冷系统或气氮制冷系统即可满足试验要求。随着航天器试验产品的快速更新换代，空间探测领域的不断拓展，对于大型空间环境模拟器系统中热沉单元、防污染板、冷板以及真空容器外表面布置的低温泵在试验过程中的目标温度控制由单一状态控制要求向独立交叉运行控制要求进行转变，因此现有的采用单一状态的液氮制冷系统或气氮制冷系统就无法满足上述新产品、新领域的试验需求，为此特研制了本专利技术所表述的一种大型空间环境模拟器气-液混合制冷系统。
技术实现思路
针对大型空间环境模拟器系统中热沉单元、防污染板、冷板以及真空容器外表面布置的低温泵在试验过程中的目标温度的独立控制要求，本专利技术提供了一种大型空间环境模拟器气-液混合制冷系统，该制冷系统能够灵活地向空间环境模拟器系统中的上述四个部分提供单相过冷液氮、饱和液氮或氮气，依据其目标温度的需求，能够同时控制提供的单相过冷液氮、饱和液氮或氮气流量，以满足多种不同试验工况下，不同目标温度、独立控制的要求。本专利技术采用了如下的技术方案：本专利技术的大型空间环境模拟器的气-液混合制冷系统，包括供液系统、供气系统、单相密闭循环系统，所述大型空间环境模拟器包括热沉单元、防污染板、冷板、低温泵；供液系统包括具有放空阀的液氮贮槽，供气系统包括储气罐以及分别通过控制阀门连接的空温式汽化器和电加热器，单相密闭循环系统包括具有放空阀的过冷器以及用于与大型空间环境模拟器连通的管路；其中，饱和液氮经液氮贮槽的一上部液氮输送管道通过控制阀门V3提供给单相密闭循环系统的过冷器；饱和液氮经液氮贮槽底部液氮输送管道通过控制阀门V2，以及并联的气动调节阀D6和气动调节阀D3分别提供给空间环境模拟器系统的冷源入口端和供气系统的空温式汽化器，在空温式汽化器内与环境空气进行热交换后，饱和液氮吸收热量汽化成为氮气，经空温式汽化器供气管道、控制阀门V4送入储气罐,再经控制阀门V5、气动调节阀D7、储气罐供气管道送入电加热器，之后在电加热器内氮气温度加热到温度传感器TIA04的设定值，经电加热器供气管道提供空间环境模拟器系统作为氮气气源。其中，热沉单元的热沉单元入口管道上，并联安装了三个气动调节阀门，气动调节阀门Dr11用于控制送入热沉单元的单相过冷液氮流量；气动调节阀门Dr12用于控制送入热沉单元的饱和液氮流量；气动调节阀门Dr13用于控制送入热沉单元的氮气流量；三种流体流量按照热沉单元入口温度TIA05设定的温度，进行调节。其中，防污染板的防污染板入口管道上，并联安装了三个气动调节阀门，气动调节阀门Dr21用于控制送入防污染板的单相过冷液氮流量；气动调节阀门Dr22用于控制送入防污染板的饱和液氮流量；气动调节阀门Dr23用于控制送入防污染板的氮气流量；三种流体流量按照防污染板入口温度TIA07设定的温度，进行调节。其中，冷板的冷板入口管道上，并联安装了三个气动调节阀门，气动调节阀门Dr31用于控制送入冷板的单相过冷液氮流量；气动调节阀门Dr32用于控制送入冷板的饱和液氮流量；气动调节阀门Dr33用于控制送入冷板的氮气流量；三种流体流量按照冷板入口温度TIA09设定的温度，进行调节。其中，低温泵的低温泵入口管道上，并联安装了三个气动调节阀门，气动调节阀门Dr41用于控制送入低温泵的单相过冷液氮流量；气动调节阀门Dr42用于控制送入低温泵的饱和液氮流量；气动调节阀门Dr43用于控制送入低温泵的氮气流量；三种流体流量按照低温泵入口温度TIA11设定的温度，进行调节。其中，供液系统中的液氮贮槽配置了压力传感器PIA01用于测量贮存在液氮贮槽内的液氮压力，配置了差压变送器LIA01用于测量贮存在液氮贮槽内的液氮液位高度。其中，供气系统中的储气罐配置了压力传感器PIA03用于测量贮存在储气罐内的氮气压力。其中，供气系统中的电加热器配置了温度传感器TIA03用于测量电加热器内部的氮气温度，配置了温度传感器TIA04用于测量电加热器供气管道231内的氮气温度。其中，单相密闭循环系统中的过冷器配置了压力传感器PIA02用于测量贮存在过冷器内的液氮压力，配置了差压变送器LIA02用于测量贮存在过冷器内的液氮液位高度。本专利技术在运行过程中，对于热沉单元、防污染板、冷板、低温泵的目标温度控制灵活，独立性强，能够适应在同一大型空间环境模拟器系统中的多种目标温度控制要求，最大限度的扩展了大型空间环境模拟器系统的试验种类及试验工况。附图说明图1为本专利技术的大型空间环境模拟器气-液混合制冷系统的结构示意图。其中，1为供液系统；2为供气系统；3为单相密闭循环系统；4为空间环境模拟器系统。图2为本专利技术的大型空间环境模拟器气-液混合制冷系统中供液系统的结构示意图。其中，11为液氮贮槽；12为自增压汽化器；13为液氮贮槽增压管道；14为液氮贮槽放空管道；15为液氮贮槽上部液氮输送管道；16为液氮贮槽底部液氮输送管道；17为液氮贮槽回液管道。图3为本专利技术的大型空间环境模拟器气-液混合制冷系统中供气系统的结构示意图。其中，21为空温式汽化器；22为储气罐；23为电加热器；211为空温式汽化器供气管道；221为储气罐供气管道；231为电加热器供气管道。图4为本专利技术的大型空间环境模拟器气-液混合制冷系统中单相密闭循环系统的结构示意图。其中，31为过冷器；32为液氮泵；311为过冷器补液管道；312为过冷器供液管道；313为过冷器回液管道；321为液氮泵回液管道；322为液氮泵供液管道；323为液氮泵补液管道。图5为本专利技术的大型空间环境模拟器气-液混合制冷系统中空间环境模拟器系统的结构示意图。其中，41为热沉单元；42为防污染板；43为冷板；44为低温泵；45为真空阀门；46为低温泵接口法兰；47为真空容器。其中，411为热沉单元入口管道；412为热沉单元出口管道；421为防污染板进口管道；422为防污染板出口管道；431为冷板进口管道；432为冷板出口管道；441为低温泵进口管道；442为低温泵出口管道。具体实施方式参见图1，图1为本专利技术的大型空间环境模拟器气-液混合制冷系统的结构示意图。现有的空间环境模拟器系统用于模拟太空中的真空冷黑环境，本专利技术中的大型空间环境模拟器气-液混合制冷系统包括供液系统1、供气系统2、单相密闭循环系统3、空间环境模拟器系统4。空间环境模拟器系统4为一个密闭环境系统，内部为模拟太空的真空环境，包括热沉单元41、防污染板42、冷板43、低温泵44、真空阀门45、低温泵接口法兰46、真空容器47。沿着真空容器47的内表面布置有热沉单元41、防污染板42、冷板43。真空容器47外表面布置有低温泵接口法兰46，低温泵44通过真空阀门45与低温泵接口法兰46连接。图1中的控制阀门V1、V2、V3均为供液系统1中的液氮贮槽11在对应的液氮贮槽回液管道17控制阀，液氮贮槽上部液氮输送管道16控制阀以及液氮贮槽底部液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大型空间环境模拟器的气‑液混合制冷系统，包括供液系统、供气系统、单相密闭循环系统，所述大型空间环境模拟器包括热沉单元、防污染板、冷板、低温泵；供液系统包括具有放空阀的液氮贮槽，供气系统包括储气罐以及分别通过控制阀门连接的空温式汽化器和电加热器，单相密闭循环系统包括具有放空阀的过冷器以及用于与大型空间环境模拟器连通的管路；其中，饱和液氮经液氮贮槽的一上部液氮输送管道通过控制阀门V3提供给单相密闭循环系统的过冷器；饱和液氮经液氮贮槽底部液氮输送管道通过控制阀门V2，以及并联的气动调节阀D6和气动调节阀D3分别提供给空间环境模拟器系统的冷源入口端和供气系统的空温式汽化器，在空温式汽化器内与环境空气进行热交换后，饱和液氮吸收热量汽化成为氮气，经空温式汽化器供气管道、控制阀门V4送入储气罐,再经控制阀门V5、气动调节阀D7、储气罐供气管道送入电加热器，之后在电加热器内氮气温度加热到温度传感器TIA04的设定值，经电加热器供气管道提供空间环境模拟器系统作为氮气气源。

【技术特征摘要】
1.大型空间环境模拟器的气-液混合制冷系统，包括供液系统、供气系统、单相密闭循环系统，所述大型空间环境模拟器包括热沉单元、防污染板、冷板、低温泵；供液系统包括具有放空阀的液氮贮槽，供气系统包括储气罐以及分别通过控制阀门连接的空温式汽化器和电加热器，单相密闭循环系统包括具有放空阀的过冷器以及用于与大型空间环境模拟器连通的管路；其中，饱和液氮经液氮贮槽的一上部液氮输送管道通过控制阀门V3提供给单相密闭循环系统的过冷器；饱和液氮经液氮贮槽底部液氮输送管道通过控制阀门V2，以及并联的气动调节阀D6和气动调节阀D3分别提供给空间环境模拟器系统的冷源入口端和供气系统的空温式汽化器，在空温式汽化器内与环境空气进行热交换后，饱和液氮吸收热量汽化成为氮气，经空温式汽化器供气管道、控制阀门V4送入储气罐,再经控制阀门V5、气动调节阀D7、储气罐供气管道送入电加热器，之后在电加热器内氮气温度加热到温度传感器TIA04的设定值，经电加热器供气管道提供空间环境模拟器系统作为氮气气源。2.如权利要求1所述的气-液混合制冷系统，其中，热沉单元的热沉单元入口管道上，并联安装了三个气动调节阀门，气动调节阀门Dr11用于控制送入热沉单元的单相过冷液氮流量；气动调节阀门Dr12用于控制送入热沉单元的饱和液氮流量；气动调节阀门Dr13用于控制送入热沉单元的氮气流量；三种流体流量按照热沉单元入口温度TIA05设定的温度，进行调节。3.如权利要求1所述的气-液混合制冷系统，其中，防污染板的防污染板入口管道上，并联安装了三个气动调节阀门，气动调节阀门Dr21用于控制送入防污染板的单相过冷液氮流量；气动调节阀门Dr22用于控制送入防污染板的饱和液氮流量；气动调节阀门Dr23用于控制送入防污染板...

【专利技术属性】
技术研发人员：王紫娟，何超，张春元，刘波涛，张磊，童华，丁文静，李昂，胡松林，宁娟，谷成，张强，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11