一种航天用金属炉膛的加热组件制造技术

本发明专利技术涉及一种航天用金属炉膛的加热组件。所述航天用金属炉膛的加热组件包括：金属炉膛、以及由内到外依次设置在金属炉膛外表面的由铁铬铝加热丝螺旋缠绕形成的加热层、绝缘套管层、聚酰亚胺胶布层。本发明专利技术利用耐高温绝缘纤维套管对加热丝进行缠绕，再用金属half进行紧固，使加热组件满足航天发射的力学冲击、安全可靠性、长寿命等要求。长寿命等要求。长寿命等要求。

【技术实现步骤摘要】
一种航天用金属炉膛的加热组件


[0001]本专利技术涉及一种航天用金属炉膛的加热组件，属于高温加热


技术介绍

[0002]近年来，随着航天探索的发展，航天器飞行的越来越远，在空间生存的时间越来越长，这对于空间的电力供应提出了更高的要求。当前，通过太阳能电池可以为航天飞行器提供可持续的电力，然而，当飞行器远离太阳时，太阳能的能量密度越来越低，甚至无法提供足够的能源。太阳能辐射，在地球附近为1374W/m2，在木星附近减少至50W/m2，在冥王星附近只有1W/m2。因此，在远离太阳的深空探测中，太阳能已经无法提供足够的电力，必须寻找新的可持续能源为飞行器提供足够电力。
[0003]原子能是一种非常有希望的长寿命能源，有望在深空探测中发挥重要作用。通过原子核反应产生的热量，驱动发电系统产生电力，为航天飞行器提供电力，是航天领域正在积极开展的能源解决方案。当然，也可以通过其他形式产生相应的热能，然后转换为电能。在空间利用热能转换为电能的技术有很多种，其中，斯特林发电机就是一种新型高效的技术。通过外部的热能，对密封在金属腔内的气体加热，使之膨胀做功，推动活塞做往复运动，切割磁力线，产生电能。为了验证原理的可行性，在地面研究过程中，已经利用电加热丝对斯特林发电机的热端进行加热，证明斯特林系统确实能够发电，实现了热电转换，在原理上是可行的。
[0004]在地面开展了验证实验后，就要在空间开展相应的实验，来验证斯特林发电在微重力下的可行性。要发射上天开展实验的斯特林发电机，不仅要求体积小、重量轻，还要求具有良好的抗发射冲击、安全可靠性高、使用寿命长等特点。因此，在设计上，需要与地面验证的斯特林发电机的结构有所区别，才能满足航天的要求。斯特林发电机腔体由于储存有特定的气体，通过受热膨胀的气体做功，推动活塞做往复运动发电。因此，腔体必须具有良好的真空密封性，且能够承受较大的压力，具有良好的力学性能。根据这些要求，腔体必须是金属材料。为了满足航天发射所要求的体积紧凑、能源消耗小等要求，金属加热丝必须紧靠发电机腔体，也就是说腔体是加热丝的金属炉膛。如何保证加热丝与金属炉膛之间的绝缘性，尤其是在航天发射、微重力环境等特殊情况下的绝缘性和安全可靠性。在绝缘的前提下，如何让加热丝的热量更高效地传递给金属腔内的气体。如何设计绝缘材料，使之不仅能够承受高温，还能够抵抗航天发射的力学冲击。如何实现加热组件温度的精确测控，并使热电偶与金属炉膛保持良好的绝缘。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术提供了一种航天用金属炉膛的加热组件，包括：金属炉膛、以及由内到外依次设置在金属炉膛外表面的由铁铬铝加热丝螺旋缠绕形成的加热层、绝缘套管层、聚酰亚胺胶布层。
[0006]较佳的，所述铁铬铝加热丝表面具有绝缘保护膜；所述绝缘保护膜是铁铬铝加热
丝通过高温预烧后得到；所述高温预烧的温度700～950℃，保温时间为4～12小时。
[0007]较佳的，将铁铬铝加热丝先套入第一耐高温绝缘纤维套管，再将内嵌有铁铬铝加热丝的第一耐高温绝缘纤维套管套入第二耐高温绝缘纤维套管中，最后螺旋缠绕在金属炉膛外表面形成加热层；所述第一耐高温绝缘纤维套管的直径0.9～1.5mm；所述第二耐高温绝缘套管的直径1.8～2.5mm；所述第一耐高温绝缘纤维套管的材质为氧化铝或石英，所述第二耐高温绝缘套管的材质为氧化铝或石英。
[0008]较佳的，在金属炉膛表面设置有用于填充和固定铁铬铝加热丝的螺旋形状的齿形槽；所述齿形槽的截面为矩形；所述齿形槽的宽度和深度超过铁铬铝加热丝直径的1～2mm。
[0009]较佳的，在金属炉膛表面设置有用于填充和固定铁铬铝加热丝的螺旋形状的齿形槽；所述齿形槽的截面为矩形；所述齿形槽的宽度和深度超过第二耐高温绝缘套管直径的1～2mm。
[0010]较佳的，在齿形槽中铁铬铝加热丝进丝出和出丝处，齿形槽被削平。
[0011]较佳的，所述绝缘套管层由第三耐高温绝缘纤维套管螺旋缠绕金属炉膛表面1～5圈后得到；所述第三耐高温的绝缘纤维套管的直径为4～8mm，材质为氧化铝或石英；所述聚酰亚胺胶布层的总厚度为0.1mm～1mm。
[0012]较佳的，在铁铬铝加热丝的出丝处再套上第一耐高温绝缘纤维套管和第二耐高温绝缘纤维套管，用聚酰亚胺胶布缠紧后，最后套上陶瓷管；所述第一耐高温绝缘纤维套管的直径为0.9～1.5mm；所述第二耐高温绝缘套管的直径1.8～2.5mm；所述陶瓷管的内径为4～8mm，厚度2～4mm。所述第一耐高温绝缘纤维套管的材质为氧化铝或石英，所述第二耐高温绝缘套管的材质为氧化铝或石英；所述陶瓷管的材质为氧化铝。
[0013]较佳的，在铁铬铝加热丝的出丝处套上陶瓷管；所述陶瓷管的内径为4～8mm，厚度2～4mm；所述陶瓷管的材质为氧化铝。
[0014]较佳的，还包括依次分布在聚酰亚胺胶布层表面的金属half层和白金反射屏；所述金属half层的厚度为0.5～3mm；在金属half层上开孔并引出铁铬铝加热丝与导线连接；所述白金反射屏的厚度为0.02～0.06mm。
[0015]较佳的，还包括铁铬铝加热丝的起始或/和终止部位设置的具有不少于1个测温热电偶；所述测温热电偶的头部套有双孔陶瓷套管，热电偶丝部套4层耐高温绝缘纤维套管；所述双孔陶瓷套管的材质为氧化铝；所述耐高温绝缘纤维套管的材质为氧化铝或石英。
[0016]较佳的，铬铝加热丝的起始或/和终止部位的圆周上开有不少于1个孔，用于固定测温热电偶；所述孔的深度为5～10mm，直径为4～7mm；在孔的底部，垫有耐高温绝缘纤维布；所述高温绝缘纤维布的材质为氧化铝或石英。
[0017]有益效果：随着深空探测和航天飞行器驻留时间的发展，对空间电力技术的要求越来越高，电力的来源也不能仅限于太阳能发电，而是要求多样化。基于热电转换的斯特林发电技术，是一种高效、清洁、小体积、轻量化的技术，非常适合于太空使用。斯特林发电主要是通过密闭腔体的气体受热膨胀，带动活塞往复运动，实现发电。腔体不仅要密封性好，还要能承受
一定压力，一般选用金属材料。因此，金属加热丝与腔体(金属炉膛)之间的绝缘，是关键技术。加热丝通过高温预烧处理，表面形成绝缘保护膜，且加热丝再套有2层耐高温绝缘纤维套管，提高自身绝缘性能。在金属炉膛外表面，加工螺旋齿型槽，加热丝螺旋缠绕于金属炉膛表面，提高两者之间的能量传递效率。测控温用热电偶头部套有绝缘陶瓷管，丝部套有4层耐高温绝缘套管，固定于金属炉膛的孔内，保证绝缘和准确测控温。利用耐高温绝缘纤维套管对加热丝进行缠绕，再用金属half进行紧固，使加热组件满足航天发射的力学冲击、安全可靠性、长寿命等要求。
附图说明
[0018]图1为加热组件构成示意图；其中1
‑
金属炉膛、2
‑
齿型槽、3
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绝缘套管层、4
‑
聚酰亚胺胶布层、5
‑
金属half、6
‑
白金反射屏。
具体实施方式
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航天用金属炉膛的加热组件，其特征在于，包括：金属炉膛、以及由内到外依次设置在金属炉膛外表面的由铁铬铝加热丝螺旋缠绕形成的加热层、绝缘套管层、聚酰亚胺胶布层。2.根据权利要求1所述的航天用金属炉膛的加热组件，其特征在于，所述铁铬铝加热丝表面具有绝缘保护膜；所述绝缘保护膜是铁铬铝加热丝通过高温预烧后得到；所述高温预烧的温度700～950℃，保温时间为4～12小时。3.根据权利要求1所述的航天用金属炉膛的加热组件，其特征在于，将铁铬铝加热丝先套入第一耐高温绝缘纤维套管，再将内嵌有铁铬铝加热丝的第一耐高温绝缘纤维套管套入第二耐高温绝缘纤维套管中，最后螺旋缠绕在金属炉膛外表面形成加热层；所述第一耐高温绝缘纤维套管的直径0.9～1.5mm；所述第二耐高温绝缘套管的直径1.8～2.5mm；所述第一耐高温绝缘纤维套管的材质为氧化铝或石英，所述第二耐高温绝缘套管的材质为氧化铝或石英。4.根据权利要求1所述的航天用金属炉膛的加热组件，其特征在于，在金属炉膛表面设置有用于填充和固定铁铬铝加热丝的螺旋形状的齿形槽；所述齿形槽的截面为矩形；所述齿形槽的宽度和深度超过铁铬铝加热丝直径的1～2mm。5.根据权利要求4所述的航天用金属炉膛的加热组件，其特征在于，在齿形槽中铁铬铝加热丝进丝出和出丝处，齿形槽被削平。6.根据权利要求1所述的航天用金属炉膛的加热组件，其特征在于，所述绝缘套管层由第三耐高温绝缘纤维套管螺旋缠绕金属炉膛表面1～5圈后得到；所述第三耐高温的绝缘纤维套管的直径为4～8mm，材质为氧化铝或石英；所述聚酰...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明辉，刘学超，邓伟杰，陈锟，潘秀红，汤美波，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：