[發(fā)明專利]一種真空環(huán)境中寬溫區(qū)高穩(wěn)定度溫控冷板

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210085499.5
• 申請(qǐng)日: 2022-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN114413565A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁文靜;顧苗;王晶;龔潔;趙曉旭;徐靖皓;韓瀟;尹志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所
• 主分類號(hào): F25D31/00
• 分類號(hào): F25D31/00;F25D3/10
• 代理公司: 北京志霖恒遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11435
• 代理人: 郭棟梁

本發(fā)明公開了一種真空環(huán)境中寬溫區(qū)高穩(wěn)定度溫控冷板，包括加熱冷板和冷板冷卻板，所述加熱冷板和冷板冷卻板之間設(shè)有界面熱阻材料，所述加熱冷板采用電加熱的方式進(jìn)行溫度控制，所述加熱冷板內(nèi)部開槽，且槽口內(nèi)安置有冷板加熱器，所述加熱冷板中心和表面位置布置有鉑電阻槽或鉑電阻孔，所述界面熱阻材料采用聚四氟乙烯PTFE。本申請(qǐng)中，通過計(jì)算選取合適的材料作為界面熱阻材料，界面熱阻材料于在加熱冷板和冷板冷卻板之間形成熱阻層，熱阻層可有效抑制和消弱液氮潛熱帶來的溫度波動(dòng)，通過實(shí)際測(cè)量，溫度區(qū)域范圍在?160?280℃之內(nèi)時(shí)，穩(wěn)定度優(yōu)于0.1℃，達(dá)到高穩(wěn)定度精確控溫的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間環(huán)境模擬領(lǐng)域，具體涉及一種寬溫區(qū)高穩(wěn)定度溫控冷板，主要用于航天器熱真空環(huán)境模擬試驗(yàn)設(shè)備、低氣壓及常壓試驗(yàn)設(shè)備。

背景技術(shù)

在空間用特種材料研究過程中，材料在真空環(huán)境中和大氣環(huán)境中的不同溫度下的溫度特性定量研究是重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。為了支持該類特種材料溫度特性特種研究，可以模擬真空和大氣環(huán)境中寬范圍溫度區(qū)域的特種空間環(huán)境模擬器成為重要的研究工具。該重要研制工具的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)難點(diǎn)在于，為了定量的研究材料的溫度特性，寬溫度范圍(-160-280℃)高穩(wěn)定度(0.1℃)溫度邊界的構(gòu)建。本專利介紹了一種構(gòu)建寬溫區(qū)高穩(wěn)定度溫度邊界的冷板。由于利用液氮作為冷板的冷源，獲得低溫背景，用于產(chǎn)品的降溫或溫度控制。因液氮具有較大的汽化潛熱，在利用液氮作為冷源實(shí)現(xiàn)非液氮低溫時(shí)會(huì)帶來較大的溫度波動(dòng)，不利于溫度的控制。本文提出了一種抑制液氮制冷系統(tǒng)中溫度波動(dòng)的冷板/冷板冷卻板結(jié)構(gòu)，通過分析計(jì)算，這種結(jié)構(gòu)可有效抑制和消弱液氮潛熱帶來的溫度波動(dòng)，達(dá)到高穩(wěn)定度精確控溫的目的。

該種冷板區(qū)別于其他真空環(huán)境中使用的冷板的特點(diǎn)在于，溫度能夠做到-160-280℃，該冷板的工作表面溫度穩(wěn)定度能夠做到0.1℃。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：為了解決上述問題，而提出的一種真空環(huán)境中寬溫區(qū)高穩(wěn)定度溫控冷板。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種真空環(huán)境中寬溫區(qū)高穩(wěn)定度溫控冷板，包括加熱冷板和冷板冷卻板，所述加熱冷板和冷板冷卻板之間設(shè)有界面熱阻材料。

優(yōu)選地，所述加熱冷板采用電加熱的方式進(jìn)行溫度控制，所述加熱冷板內(nèi)部開槽，且槽口內(nèi)安置有冷板加熱器。

優(yōu)選地，所述加熱冷板中心和表面位置布置有鉑電阻槽或鉑電阻孔。

優(yōu)選地，所述界面熱阻材料采用聚四氟乙烯PTFE。

一種真空環(huán)境中寬溫區(qū)高穩(wěn)定度溫控冷板的制作方法，包括以下步驟：

a.模擬界面熱阻材料對(duì)冷卻板溫度波動(dòng)的衰減情況；

b.選取界面熱阻材料的厚度和材料，步驟如下：

考慮加熱冷板溫度的可調(diào)節(jié)性，加熱冷板控溫-170℃時(shí)，加熱冷板加熱功率假定為30W，則冷板冷板冷卻板最小輸入功率為120W，因此當(dāng)冷板冷卻板溫度為-196℃時(shí)，熱阻層最大熱阻為：

考慮冷板冷卻板溫度一般低于-196℃，當(dāng)冷板冷卻板溫度為-190℃時(shí)，熱阻層最大熱阻為：

熱阻層材料選用聚四氟乙烯PTFE，導(dǎo)熱系數(shù)約0.24W/m/k，以上兩種情況下分別對(duì)應(yīng)熱阻層最大厚度為4.6mm和3.6mm，因此選擇熱阻層厚度為3mm。

優(yōu)選地，所述a步驟的流程為：

假定冷板冷卻板溫度波動(dòng)度為±10K，T_coolant＝-190+10cos(2πft)℃，采用一維單層簡(jiǎn)化模型計(jì)算了不同界面熱阻材料熱阻時(shí)，界面熱阻材料另一端加熱冷板的溫度波動(dòng)情況。