空间环模设备放空优化系统及具有该系统的空间环模设备的制作方法

本发明属于航天器真空热试验技术领域，具体而言，本发明涉及一种空间环模设备的放空优化系统。

背景技术：

当前，空间环境模拟器用于模拟太空中的真空冷黑环境，通过液氮来模拟低温环境，现有技术中的空间环境模拟器试验过程中在系统预冷阶段、正常工作阶段和回温阶段会向周围环境排放液氮、低温氮气。

如图1所示，现有技术的空间环模设备，具有的低温系统1在预冷阶段，液氮通过液氮管道对液氮泵13、空间环模设备11和过冷器12进行冷却，冷却后的残留液氮和低温氮气通过预冷放空管道14排向大气环境。

空间环模设备低温系统1在稳定工作阶段，液氮在液氮泵13、空间环模设备11和过冷器12之间单相密闭循环，并无液氮排出。但为了将单相密闭循环中的高温液氮温度降低，过冷器12腔体中不断有液氮汽化，汽化后的低温氮气通过过冷器放空管道15排向大气环境。

在停机回温阶段，液氮泵13停止工作，需要将空间环模设备低温系统1中的液氮通过预冷放空管道14排除系统。初期会排出大量的液氮和低温氮气。

然而，现有的空间环模设备放空会产生大量的液氮和低温氮气，该混合物排放时，环境中水蒸气凝结成雾，影响周围能见度,给周围的人员和车辆带来很大不便，在阴雨天气时更为严重。特别是在一些项目中，放空区域靠近车库和公路，严重影响交通或安全，因此，迫切需要一种能够高效、安全、环保地处理上述放空混合物的放空优化系统，以满足用户要求、提高产品竞争力。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种改进的空间环模设备放空优化系统，该放空优化系统能够将空间环模设备放空的低温液氮/氮气提前回温，变成温度接近常温的氮气，再排向周围环境，以减轻或消除放空的雾气影响。

本发明的空间环模设备放空优化系统，包括用于连接在空间环模设备放空管路上的回温换热器和电加热器，测温装置及控制器，在空间环模设备使用中排放的液氮和低温氮气先经过回温换热器，经过时与周围大气环境进行换热，温度升高至接近常温，接近常温的氮气经过电加热器加热进一步升温，测温装置对放空氮气温度进行测量，控制器根据测温装置测量的温度值控制电加热器的输出功率，使放空氮气温度高于环境的露点温度，再排放到大气环境中。

其中，回温换热为空温式汽化器或者水浴式换热器等形式的换热器。

其中，排气温度由电加热器的输出功率进行控制。

其中，排放的液氮和低温氮气在经过回温换热器后温度高于环境露点温度，关闭电加热器。

其中，回温换热器的流阻不能超过0.01mpa。

其中，上述测温装置可以是接触式温度传感器或非接触式温度传感器。

具有上述放空优化系统的空间环模设备，包括空间环模设备、过冷器、液氮泵、液氮贮存供应系统和相应的管道阀门，其特征在于，在空间环模设备放空管路上设置有上述放空优化系统。

与现有技术相比，本发明的放空优化系统通过回温换热器和电加热器22，将空间环模设备低温系统1试验过程中系统预冷阶段、正常工作阶段的液氮、低温氮气在向周围环境排放之前进行回温，防止放空产生雾气，避免对周围人员和车辆造成影响。本发明还能够通过调节电加热器22的输出功率，控制放空的效果。采用了本发明放空优化系统2的空间环模设备低温系统1，对周围环境影响小，能够适应更多的现场条件，提升了产品的竞争力，从而消除放空雾气，避免对周围人员和车辆造成影响。特别是在湿度大的天气(如阴天、雨、雪天气)，直接放空产生的雾气相比于晴天更严重，在有些空间紧张的厂房，放空区域临近道路，甚至靠近车库出入口，放空产生的雾气影响人员和车辆的视线，采用本发明放空优化系统的空间环模设备低温系统能有效保证人员车辆安全。

附图说明

图1为现有技术中的空间环模设备低温系统结构示意图。

其中，1为空间环模设备低温系统；11为空间环模设备；12为过冷器；13为液氮泵；14预冷放空管道；15过冷器放空管道。

图2为本发明的改进后的具有放空优化系统的空间环模设备低温系统结构示意图。

其中，1为空间环模设备低温系统；2为放空优化系统；21为空温式汽化器；22为电加热器。

图3为本发明的用于空间环境设备的放空优化系统的结构示意图。

其中，2为放空优化系统；21为空温式汽化器；22为电加热器。

图4为空间环模设备低温系统结构中的过冷器的结构示意图。

其中，121为过冷器腔体；122过冷器换热器；123为过冷器补液管道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明，这些具体实施方式仅仅是示意性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。

参见图2和图3，图2为采用了本发明的放空优化系统2的空间环模设备低温系统1的结构示意图，图3为本发明的放空优化系统2的局部放大结构示意图。其中，现有的空间环模设备低温系统1内部设置有空间环模设备11、过冷器12和液氮泵13，在试验过程中的预冷阶段和稳定运行阶段都会有液氮、低温氮气排出。其中，放空优化系统2内部设置有回温换热器21和电加热器22和温度传感器以及控制器，液氮和低温氮气经过防空优化系统2时与周围大气环境进行换热，温度升高至接近常温，接近常温的氮气经过电加热器加热进一步升温，测温装置对放空氮气温度进行测量，控制器根据测温装置测量的温度值控制电加热器的输出功率，使放空氮气温度高于环境的露点温度，再排放到大气环境中。

具体来说，空间环模设备低温系统1试验分为预冷阶段、稳定运行阶段和停机回温阶段。其中在预冷阶段、稳定运行阶段和停机回温阶段的初期都会有液氮和低温氮气需要放空。在空间环模设备低温系统1的预冷阶段，预冷前空间环模设备11、过冷器12、液氮泵13以及相应的管道阀门都为常温，预冷开始后液氮通入空间环模设备低温系统1，依次冷却液氮泵13、空间环模设备11、过冷器12以及相应的管道，随着设备和管道的冷却，液氮不断汽化，汽化的氮气通过预冷放空管道14排出系统。在预冷初期排出的氮气接近常温，随着系统的不断冷却，排出的氮气温度逐渐降低，到预冷阶段的后期，系统充满液氮完全冷却，此时排出的为液氮、氮气两相混合。预冷阶段的液氮/气氮在排向环境之前通过放空优化系统2，通过回温换热器21进行先期回温，再通过电加热器22的启停和输出功率控制排气温度，减轻或消除放空水雾对周围人员和车辆的影响。过大会导致过冷器12腔体内的压力变大，从而过冷器12腔体内液氮对应的饱和压力也升高，造成空间环模设备低温系统1的系统温度升高，影响系统的性能指标。

此外，在空间环模设备低温系统1的稳定运行阶段，预冷前空间环模设备11、过冷器12、液氮泵13以及相应的管道中都充满液氮，预冷放空管道14关闭，启动液氮泵13，液氮在空间环模设备低温系统1中单相密闭循环。经过空间环模设备11的液氮吸收试验热负荷后温度升高，高温液氮经过过冷器12时温度降低，液氮泵13将低温液氮输送至空间环模设备11中，提供液氮在空间环模设备低温系统1中循环的动力。空间环模设备低温系统1稳定运行时，过冷器12的过冷器放空管道15常开，过冷器腔体121内液氮的汽化后的低温氮气通过过冷器放空管道15排出，保证过冷器腔体121的液氮温度维持在接近一个大气压下的饱和温度。稳定运行阶段过冷器12排出的低温氮气在排向环境之前通过放空优化系统2，通过回温换热器21进行先期回温，再通过电加热器22的启停和输出功率控制排气温度，减轻或消除放空水雾对周围人员和车辆的影响。

针对放空优化系统2的流阻而言，不能超过0.01mpa。如图4所示，过冷器12由过冷器腔体121、过冷器换热器122和补液管道123组成，空间环模设备低温系统1中循环的液氮通过过冷器换热器122与过冷器腔体121换热，使高温液氮温度降低继续在空间环模设备低温系统1中循环。过冷器腔体121通过过冷器放空管道15与外界环境连通，使过冷器腔体121中的压力接近一个大气压，从而保证过冷器腔体121中的液氮温度位置在接近一个大气压下的饱和温度。过冷器腔体121内的液氮不断消耗，需要通过过冷器补液管道123进行补液，保证过冷器腔体121内的液氮维持在一定的液位。本发明中过冷器放空管道15通过放空优化系统2与环境相通，要求放空优化系统2的流阻不能过大，否则过冷器腔体121内的压力过高，就会造成过冷器腔体121内的液氮温度升高，影响空间环模设备低温系统1的温度指标。

在停机回温阶段，液氮泵13停止工作，需要将空间环模设备低温系统1中的液氮通过预冷放空管道14排除系统。初期会排出大量的液氮和低温氮气，排出的液氮和低温氮气在排向环境之前通过放空优化系统2，通过回温换热器21进行先期回温，再通过电加热器22的启停和输出功率控制排气温度，减轻或消除放空水雾对周围人员和车辆的影响。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。