一种机械式制冷辅助降温系统技术方案

本发明专利技术公开了一种机械式制冷辅助降温系统，包括：深低温冷屏、产品台、传热链、GM制冷机、电加热器、温度传感器、温控仪、真空容器和支架；GM制冷机通过密封法兰与真空容器连接；产品台安装固定于GM制冷机的冷头法兰上；深低温冷屏通过支架安装固定于真空容器内；电加热器、温度传感器通过铠装方式安装于深低温冷屏和产品台上；其中，电加热器、温度传感器通过密封接插件接线与位于真空容器外的温控仪连接；传热链一端真空钎焊至深低温冷屏，另一端与GM制冷机的冷头法兰安装固定。本发明专利技术解决了深低温冷黑环境和深低温边界模拟问题。温冷黑环境和深低温边界模拟问题。温冷黑环境和深低温边界模拟问题。

【技术实现步骤摘要】
一种机械式制冷辅助降温系统


[0001]本专利技术属于空间环境模拟
，尤其涉及一种机械式制冷辅助降温系统。

技术介绍

[0002]为了保证航天器在轨工作的可靠性，在发射前都须在地面模拟的空间环境中进行试验，主要是检验产品在空间环境中的适应能力，是否达到规定的功能，符合设计要求，并暴露元器件材料、工艺、质量方面的缺陷。随着深空探测领域的发展，对地面模拟的空间冷黑环境和低温边界也提出了更高的要求。深空探测器某些部组件对空间冷黑背景温度需求，某些材料工艺验证边界温度需求，要求到40K，甚至20K以下。
[0003]传统液氮式热沉冷黑背景模拟温度只能达到100K，但不能满足需求；液氦式热沉冷黑背景模拟温度可以达到20K以下，但是造价昂贵、建设周期长、运行成本高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种机械式制冷辅助降温系统，旨在解决深低温冷黑环境和深低温边界模拟问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种机械式制冷辅助降温系统，包括：深低温冷屏、产品台、传热链、GM制冷机、电加热器、温度传感器、温控仪、真空容器和支架；
[0006]GM制冷机通过密封法兰与真空容器连接；
[0007]产品台安装固定于GM制冷机的冷头法兰上；
[0008]深低温冷屏通过支架安装固定于真空容器内；
[0009]电加热器、温度传感器通过铠装方式安装于深低温冷屏和产品台上；其中，电加热器、温度传感器通过密封接插件接线与位于真空容器外的温控仪连接；
[0010]传热链一端真空钎焊至深低温冷屏，另一端与GM制冷机的冷头法兰安装固定。
[0011]在上述机械式制冷辅助降温系统中，
[0012]深低温冷屏，用于提供深低温冷黑背景；
[0013]产品台，用于安装产品并为产品接触传热；
[0014]传热链，用于GM制冷机与深低温冷屏间的传热；
[0015]GM制冷机，用于提供冷源；
[0016]电加热器，用于提供热源；
[0017]温度传感器，用于测量深低温冷屏及产品的温度；
[0018]温控仪，用于采集温度传感器测量得到的温度数据，并为电加热器供电，实现对深低温冷屏的温度调节控制。
[0019]在上述机械式制冷辅助降温系统中，GM制冷机制冷，热传导至产品台、同时通过传热链间接热传导至深低温冷屏，提供产品台和深低温冷屏降温所需的冷量。
[0020]在上述机械式制冷辅助降温系统中，电加热器制热，热传导至产品台和深低温冷屏，提供产品台和深低温冷屏升温补偿加热所需的热量。
[0021]在上述机械式制冷辅助降温系统中，温控仪采集温度传感器测量得到的温度数据，通过温控仪内部PID调节电加热器的热功率，从而实现对产品台和深低温冷屏的温度的精确控制。
[0022]在上述机械式制冷辅助降温系统中，深低温冷屏采用TU2无氧铜加工成型，内表面喷涂高发射率黑漆，背面包覆多层隔热组件。
[0023]在上述机械式制冷辅助降温系统中，产品台采用硬铝加工成型，表面阵列螺纹孔，便于产品安装及与GM制冷机的冷头法兰安装固定。
[0024]在上述机械式制冷辅助降温系统中，深低温冷屏背面预留安装传热链、电加热器和温度传感器的接口。
[0025]在上述机械式制冷辅助降温系统中，传热链采用TU2无氧铜编织带。
[0026]在上述机械式制冷辅助降温系统中，电加热器采用电阻加热器，电阻加热器通过铜块进行封装，铜块下表面加工成弧面或平面与深低温冷屏和产品台紧密贴合。
[0027]本专利技术具有以下优点：
[0028](1)本专利技术公开了一种机械式制冷辅助降温系统，对冷背景和温度边界模拟装置组成进行优化设计，实现冷背景和温度边界30K～400K超宽范围的模拟温度。
[0029](2)本专利技术公开了一种机械式制冷辅助降温系统，采用GM制冷机制冷技术，可实现冷背景和温度边界低温极限温度至30K。
[0030](3)本专利技术公开了一种机械式制冷辅助降温系统，采用成熟的GM制冷机制冷技术，研制周期短、造价便宜、运行维护成本低。
附图说明
[0031]图1是本专利技术实施例中一种机械式制冷辅助降温系统的组成示意图；
[0032]图2是本专利技术实施例中一种电加热器的封装示意图。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术公开的实施方式作进一步详细描述。
[0034]如图1，在本实施例中，该机械式制冷辅助降温系统，包括：深低温冷屏1、产品台2、传热链3、GM制冷机4、电加热器5、温度传感器6、温控仪7、真空容器8和支架9。其中，GM制冷机4通过密封法兰与真空容器8连接；产品台2安装固定于GM制冷机4的冷头法兰上；深低温冷屏1通过支架9安装固定于真空容器8内；电加热器5、温度传感器6通过铠装方式安装于深低温冷屏1和产品台2上；电加热器5、温度传感器6通过密封接插件接线与位于真空容器8外的温控仪7连接；传热链3一端真空钎焊至深低温冷屏1，另一端与GM制冷机4的冷头法兰安装固定。
[0035]在本实施例中，深低温冷屏1，主要用于提供深低温冷黑背景。具体的，深低温冷屏1实现的功能包括但不仅限于：是各模块的汇集中心，是冷源(GM制冷机)和热源(电加热器)的载体，实现最终深低温冷背景的模拟。产品台2，用于安装产品并为产品接触传热。具体的，产品台2实现的功能包括但不仅限于：作为产品的安装平台，实现产品温度边界的模拟。传热链3，用于GM制冷机4与深低温冷屏1间的传热。具体的，传热链3实现的功能包括但不仅
限于：将GM制冷机4制冷量热传导至深低温冷屏1。GM制冷机4，用于提供冷源。具体的，GM制冷机4实现的功能包括但不仅限于：为深低温冷屏1和产品台2提供降温所需的冷源。电加热器5，用于提供热源。具体的，电加热器5实现的功能包括但不仅限于：为深低温冷屏1和产品台2提供升温所需的热量。温度传感器6，用于测量深低温冷屏1及产品的温度；温度传感器6可采用铂电阻温度计，安装于深低温冷屏1和产品台2表面，温度传感器6感应端均匀涂抹低挥发性导热脂。温控仪7，用于采集温度传感器6测量得到的温度数据，并为电加热器5供电，实现对深低温冷屏1的温度调节控制。
[0036]在本实施例中，GM制冷机4制冷，热传导至产品台2、同时通过传热链3间接热传导至深低温冷屏1，提供产品台2和深低温冷屏1降温所需的冷量。电加热器5制热，热传导至产品台2和深低温冷屏1，提供产品台2和深低温冷屏1升温补偿加热所需的热量。温控仪7采集温度传感器6测量得到的温度数据，通过温控仪7内部PID调节电加热器5的热功率，从而实现对产品台2和深低温冷屏1的温度的精确控制。
[0037]在本实施例中，深低温冷屏1采用TU2无氧铜加工成型，内表面喷涂高发射率黑漆，背面包覆多层隔热组件。
[0038]在本实施例中，产品台2采用硬铝加工成型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械式制冷辅助降温系统，其特征在于，包括：深低温冷屏(1)、产品台(2)、传热链(3)、GM制冷机(4)、电加热器(5)、温度传感器(6)、温控仪(7)、真空容器(8)和支架(9)；GM制冷机(4)通过密封法兰与真空容器(8)连接；产品台(2)安装固定于GM制冷机(4)的冷头法兰上；深低温冷屏(1)通过支架(9)安装固定于真空容器(8)内；电加热器(5)、温度传感器(6)通过铠装方式安装于深低温冷屏(1)和产品台(2)上；其中，电加热器(5)、温度传感器(6)通过密封接插件接线与位于真空容器(8)外的温控仪(7)连接；传热链(3)一端真空钎焊至深低温冷屏(1)，另一端与GM制冷机(4)的冷头法兰安装固定。2.根据权利要求1所述的机械式制冷辅助降温系统，其特征在于，深低温冷屏(1)，用于提供深低温冷黑背景；产品台(2)，用于安装产品并为产品接触传热；传热链(3)，用于GM制冷机(4)与深低温冷屏(1)间的传热；GM制冷机(4)，用于提供冷源；电加热器(5)，用于提供热源；温度传感器(6)，用于测量深低温冷屏(1)及产品的温度；温控仪(7)，用于采集温度传感器(6)测量得到的温度数据，并为电加热器(5)供电，实现对深低温冷屏(1)的温度调节控制。3.根据权利要求1所述的机械式制冷辅助降温系统，其特征在于，GM制冷机(4)制冷，热传导至产品台(2)、同时通过传热链(3)间接热传导至深低温冷屏(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：何绍栋，施建昆，李云恒，王华新，邢立明，臧博，藏磊，刘宝瑞，王俊成，杨健，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：