一种用于火星温度环境调控的系统的制作方法

本实用新型涉及一种热交换调温系统,特别涉及一种用于火星温度环境调控的系统。

背景技术：

目前，国内空间环境模拟器主要用于模拟外太空空间环境，其模拟的环境温区范围主要为100k～120k。随着航天器开始逐渐进入深空探测阶段，而深空探测的环境温区有很大不同，因此航天器在进入服役之前都需在地面模拟中进行验证，以保证其在服役期间的可靠性。深空环境与地球热环境和月球热环境存在较大的差异，最大的特点是深空的环境温度为-120℃～27℃。根据卫星探测器研制技术流程，需要在初样阶段完成探测器初样热平衡试验，因此必须在地面开展充分的热试验进行探测器热控新技术试验验证。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是：一种用于火星温度环境调控的系统，该系统能够实现地面空间环境模拟器中宽温区的环境温度。

本实用新型解决技术的方案是：一种用于火星温度环境调控的系统，包括减压阀、氮气压缩机、气体调节器、回热式换热器、主进电加热器、试验舱、压缩机进口加热器、水换热器；

氮气通过进气管连接至减压阀输入端，进气管上安装开关阀；减压阀的输出连接氮气压缩机，氮气压缩机的输出依次连接气体调节器、回热式换热器以及主进电加热器后连接至试验舱；从试验舱出口连接的回气管通过分成两通道，通道一通过开关阀连接至回热式换热器，通道二通过开关阀连接至压缩机进口加热器；压缩机进口加热器的输出连接水换热器之后连接减压阀；所述的气体调节器通过调节阀接入液氮。

进一步的，还包括三个支路电加热器，即大门入口电加热器、筒体入口电加热器、端部入口电加热器；三个支路电加热器的输入均与主进电加热器的输出连接，输出均通过开关阀接入试验舱的大门入口、筒体入口以及端部入口，试验舱的大门出口、筒体出口以及端部出口均通过调节阀接入回气管。

进一步的，在气体调节器的出口管路、主进电加热器的出口管路、三个支路电加热器的出口管路、试验舱的出口管路安装温度传感器。

进一步的，包括两种工作模式：火星夜间温度环境模拟模式和火星白天温度环境模拟模式；火星夜间温度环境模拟模式下试验舱内温度-160～-90℃；火星白天温度环境模拟模式下试验舱内温度30～150℃。

进一步的，在火星夜间温度环境模拟模式下，通道二上的开关阀处于关闭状态，其余开关阀、调节阀均保持开启状态。

进一步的，在火星白天温度环境模拟模式下，通道一上的开关阀、液氮调节阀处于关闭状态，其余开关阀、调节阀均保持开启状态。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

地面空间环境模拟器中温度调节采用水换热器、氮气压缩机、气体调节器、回热式换热器和加热器等协作对输出氮气进行温度控制，使之能模拟宽温区、高精度的环境温度。

目前国内外地面空间环境模拟器中的环境调控系统中低温环境多采用机械制冷或制冷机制冷，高温环境多采用灯阵、红外加热器等对试验件进行温控，此方法比较消耗电能，不环保，比较占用空间，并且电加热器通用性比较差，因此提出了本套温度环境调控系统，利用气氮或气液混合物直接进入热沉，气氮或气液混合物在与热沉进行充分热交换后，通过调节气氮或气液混合温度控制试验件温度，这样能够实现从低温至高温的宽温区快速切换，大大提高温控的精度，同时能够增大试验区空间，方便试验件开展试验。

附图说明

图1为本实用新型用于火星的温度环境调控系统原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步阐述。

一种用于火星温度环境调控的系统，包括进气管、减压阀、氮气压缩机、气体调节器、回热式换热器(对应图中的换热器)、主进电加热器(对应图1中换热器后电加热器)、试验舱、回气管、压缩机进口加热器、水换热器；为了温度调控的更精准可以增加支路电加热器。

氮气通过进气管连接至减压阀输入端，进气管上安装开关阀；减压阀的输出连接氮气压缩机，氮气压缩机的输出依次连接气体调节器、回热式换热器以及主进电加热器后连接至试验舱；从试验舱出口连接的回气管通过分成两路，通道一通过开关阀连接至回热式换热器，通道二通过开关阀连接至压缩机进口加热器；压缩机进口加热器的输出连接水换热器之后连接减压阀；所述的气体调节器通过调节阀接入液氮。上述系统可以工作在两种工作模式下：火星夜间温度环境模拟模式和火星白天温度环境模拟模式；火星夜间温度环境模拟模式下试验舱内温度-160～-90℃；火星白天温度环境模拟模式下试验舱内温度30～150℃。

在火星夜间温度环境模拟模式下，通道二上的开关阀处于关闭状态，其余开关阀、调节阀均保持开启状态。具体工作过程如下：

氮气经过减压阀减压后进入氮气压缩机，压缩后的氮气进入气体调节器，液氮进入气体调节器经喷淋后与压缩的氮气形成低温的汽液混合物，气液混合物进入回热式换热器，之后经主进电加热器(和三支路电加热器)将气液混合物温度微调至试验舱内预调温度后进入试验舱热沉对试验舱内试验件进行控温，氮气在与热沉进行充分热交换后，通过回气管道进入回热式换热器，回热式换热器将进入的气液混合物与回气的氮气进行热交换后，在经压缩机进口加热器加热、经水换热器与常温水进行热交换后变成常温气体再次进入氮气压缩机，在循环过程中对压缩机进口不断补气。

在火星白天温度环境模拟模式下，通道一上的开关阀、液氮调节阀处于关闭状态，其余开关阀、调节阀均保持开启状态。具体工作过程如下：

氮气经过减压阀减压后进入氮气压缩机，压缩后的氮气进入气体调节器后进入回热式换热器(不启用)，之后经主进电加热器(和三支路电加热器)将气液混合物温度微调至试验舱内预调温度后进入试验舱热沉对试验舱内试验件进行控温，氮气在与热沉进行充分热交换后，通过回气管道经过压缩机进口加热器(不启用)、再经水换热器与常温水进行热交换后变成常温气体再次进入氮气压缩机，在循环过程中对压缩机进口不断补气。

本实施例中省略了氮气压缩机后面三级过滤及干燥处理装置、主供气管道上的温度传感器(pt100)、各支路热沉入口及出口的温度变送器以及涡街流量计、各支路热沉出口的温度变送器，如果适当地增加主供气管道上的温度传感器，各个关键设备前后的温度传感器，能够达到对试验件更好的调温效果，本实用新型系统结合简单的plc控制能够实现温控精度±3℃。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型创造所作的举例，而并非对本实用新型创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造权利要求的保护范围之中。

技术特征：

1.一种用于火星温度环境调控的系统，其特征在于：包括减压阀、氮气压缩机、气体调节器、回热式换热器、主进电加热器、试验舱、压缩机进口加热器、水换热器；

氮气通过进气管连接至减压阀输入端，进气管上安装开关阀；减压阀的输出连接氮气压缩机，氮气压缩机的输出依次连接气体调节器、回热式换热器以及主进电加热器后连接至试验舱；从试验舱出口连接的回气管通过分成两通道，通道一通过开关阀连接至回热式换热器，通道二通过开关阀连接至压缩机进口加热器；压缩机进口加热器的输出连接水换热器之后连接减压阀；所述的气体调节器通过调节阀接入液氮。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括三个支路电加热器，即大门入口电加热器、筒体入口电加热器、端部入口电加热器；三个支路电加热器的输入均与主进电加热器的输出连接，输出均通过开关阀接入试验舱的大门入口、筒体入口以及端部入口，试验舱的大门出口、筒体出口以及端部出口均通过调节阀接入回气管。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：在气体调节器的出口管路、主进电加热器的出口管路、三个支路电加热器的出口管路、试验舱的出口管路安装温度传感器。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：包括两种工作模式：火星夜间温度环境模拟模式和火星白天温度环境模拟模式；火星夜间温度环境模拟模式下试验舱内温度-160～-90℃；火星白天温度环境模拟模式下试验舱内温度30～150℃。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：在火星夜间温度环境模拟模式下，通道二上的开关阀处于关闭状态，其余开关阀、调节阀均保持开启状态。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：在火星白天温度环境模拟模式下，通道一上的开关阀、液氮调节阀处于关闭状态，其余开关阀、调节阀均保持开启状态。

技术总结
本实用新型涉及一种用于火星温度环境调控的系统，包括减压阀、氮气压缩机、气体调节器、回热式换热器、主进电加热器、试验舱、压缩机进口加热器、水换热器；氮气通过进气管连接至减压阀输入端，进气管上安装开关阀；减压阀的输出连接氮气压缩机，氮气压缩机的输出依次连接气体调节器、回热式换热器以及主进电加热器后连接至试验舱；从试验舱出口连接的回气管通过分成两通道，通道一通过开关阀连接至回热式换热器，通道二通过开关阀连接至压缩机进口加热器；压缩机进口加热器的输出连接水换热器之后连接减压阀；所述的气体调节器通过调节阀接入液氮。

技术研发人员：刘宇;王远;张学伟;徐照武;李培印
受保护的技术使用者：北京航天益森风洞工程技术有限公司
技术研发日：2019.10.24
技术公布日：2020.08.14