УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПАНЕЛЕЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ БАТАРЕЙ Российский патент 1995 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к области прямого преобразования солнечной энергии в электрическую и может быть использовано в устройствах для термоциклических испытаний панелей фотоэлектрических батарей (ПФБ), применяемых преимущественно на космических аппаратах, вращающихся на околоземных орбитах.

Известно устройство для термоциклических испытаний фотоэлектрических батарей, содержащее камеру с крышкой, системы нагрева и охлаждения и измерительный блок [1]
Недостатком известного устройства является значительная продолжительность цикла нагрев-глубокое охлаждение, которая обусловлена необходимостью полного размораживания системы охлаждения, размещенной в камере, до комнатной температуры с последующим нагревом испытываемой фотоэлектрической батареи до требуемой температуры.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для термоциклических испытаний ПФБ, содержащее вакуумную камеру с крышкой, размещенные в вакуумной камере холодильники с изоляцией от ее стенок и нагреватель и механизм перемещения с двигателем [2] В этом устройстве холодильники выполнены в виде сосудов Дьюара, присоединенных к блоку криогенной жидкости, в сочетании с резистивными электронагревателями, а механизм перемещения выполнен в виде опорно-поворотного устройства, обеспечивающего перемещение вакуумной камеры с размещенной в ней ПФБ по круговой орбите.

Недостатком такого устройства является значительное время, затрачиваемое на проведение одного термоцикла (нагрев-охлаждение), поскольку для перевода испытуемых ПФБ из режима охлаждения в режим нагрева приходится проводить испарение криогенной жидкости при помощи электронагревателей. Кроме того, известное устройство имеет низкую эксплуатационную надежность вследствие того, что при проведении термоциклических испытаний проводят перемещение всей камеры по круговой орбите.

Изобретение направлено на ускорение термоциклических испытаний ПФБ при одновременном повышении эксплуатационной надежности устройства.

Для достижения указанного технического результата в устройство для термоциклических испытаний панелей фотоэлектрических батарей, содержащее вакуумную камеру с крышкой, размещенные в вакуумной камере холодильники перемещения с двигателем, введены реечные стойки с распределенными по высоте углублениями, в которых размещен нагреватель, выполненный в виде блока ламп накаливания с отражателями, размещенными в одной плоскости, при этом каждая лампа снабжена вспомогательной спиралью и покрытием из нитрида титана, каждый отражатель имеет коническую форму с шестиугольной кромкой в основании, холодильники выполнены плоскими и размещены параллельно друг другу и плоскости размещения отражателей, причем механизм перемещения, двигатель и реечные стойки размещены в вакуумной камере, при этом предпочтительно в устройство ввести вспомогательный холодильник с экранно-вакуумной изоляцией его от стенок вакуумной камеры и размещением вспомогательного холодильника под отражателями.

Введение в устройство реечных стоек с распределенными по высоте углублениями, в которых размещают нагреватель, позволяет легко регулировать расстояние от нагревателя до ПФБ, а выполнение нагревателя в виде блока ламп накаливания с отражателями, размещенными в одной плоскости, обеспечивает получение быстрого и равномерного прогрева всей поверхности испытываемой ПФБ. Этому же способствует и выполнение отражателей конической формы с шестиугольной кромкой в основании, позволяя обеспечить простую стыковку смежных отражателей. Нанесение на поверхность каждой лампы покрытия из нитрида титана обеспечивает получение спектра излучения ламп нагревателя, практически совпадающего со спектром солнечного излучения, при этом достигается оптимальная скорость нагрева. Введение в каждую лампу нагревателя вспомогательной спирали существенно повышает эксплуатационную надежность и, кроме того, позволяет регулировать величину освещенности и скорость нагрева испытуемых ПФБ. Выполнение холодильников плоскими с размещением их в параллельных плоскостях позволяет формировать зону охлаждения в вакуумной камере, обеспечивающую максимальную скорость охлаждения испытуемых ПФБ и соответственно ускорить испытания. Размещение механизма перемещения с двигателем внутри вакуумной камеры позволяет сократить время термоциклирования, поскольку испытуемая ПФБ периодически перемещается из зоны нагрева, расположенной под нагревателем, в зону охлаждения, размещенную между плоскими холодильниками. Введение в устройство вспомогательного холодильника с экранно-вакуумной изоляцией его от стенок вакуумной камеры и размещение его под отражателями позволяют максимально приблизить условия испытаний ПФБ к условиям эксплуатации, поскольку вспомогательный холодильник имитирует воздействие на испытуемые ПФБ теплового поля Земли.

На фиг.1 изображено устройство, поперечное сечение; на фиг. 2 то же устройство, вид сбоку; на фиг. 3 показана лампа накаливания с отражателем; на фиг. 4 часть блока ламп накаливания, вид сверху.

Устройство содержит вакуумную камеру 1 с крышкой 2, зоной 3 нагрева и зоной 4 охлаждения, плоские холодильники 5, 6, окруженные с трех сторон коробом из теплоизоляционных экранов 7, нагреватель, выполненный в виде блока 8 ламп накаливания, механизм 9 перемещения с двигателем, реечные стойки 10, 11 с распределенными по высоте углублениями, сосуд Дьюара 12, соединительную магистраль 13, измеритель 14 уровня криогенной жидкости, электроразрядный насос 15, лампу 16 накаливания с основной спиралью 17, вспомогательной спиралью 18, электрическими выводами 19, 20 и покрытием 21 из нитрида титана, отражатель 22 конической формы с шестиугольной кромкой 23 в основании, окно 24 для ввода в камеру испытуемой ПФБ 25, вспомогательный холодильник 26, экранно-вакуумную изоляцию 27.

Холодильники 5, 6 выполнены плоскими и имеют форму прямоугольных параллелепипедов, которые расположены так, что их большие поверхности параллельны. Теплоизоляционные экраны 7 из многослойной экранно-вакуумной изоляции образуют короб со скругленными углами и ребрами и отверстием, обращенным к зоне 3 нагрева. Внутренние полости холодильников 5, 6 через магистраль 13 присоединены к сосуду Дьюара 12, снабженному измерителем 14 уровня криогенной жидкости. Нагреватель выполнен в виде блока 8 накаливания, отражатели соприкасаются по всей длине своих кромок 23.

Устройство работает следующим образом.

На требуемом расстоянии от испытуемой ПФБ 25 в пазах реечных стоек 10, 11 устанавливают блок 8 ламп накаливания. Испытуемая ПФБ 25 размещается на кронштейне механизма 9 перемещения, вакуумная камера 1 герметизируется и откачивается до требуемого давления, например до Р 1,8^.10^-5 мм рт.ст. В сосуд Дьюара 12 заливают криогенную жидкость, например жидкий азот, и измерителем 14 уровня криогенной жидкости измеряют первоначальный уровень. После стабилизации температуры поверхностей плоских холодильников 5, 6 измеряют их температуры термопарами (не показаны). Включают двигатель механизма 9 перемещения и испытуемая ПФБ 25 периодически перемещается из зоны 3 нагрева в зону 4 охлаждения и таким образом осуществляют термоциклирование ПФБ 25. Общее количество термоциклов регистрируется счетчиком (не показан).

Испытания опытного образца описываемого устройства показали, что в сравнении с известным устройством, длительность термоцикла в котором составляет более 60 мин, в описываемом устройстве продолжительность термоцикла составила 19 мин и таким образом удалось ускорить термоциклические испытания более чем в три раза. Кроме того, повысилась безотказность непрерывной работы устройства.

Простота конструкции и эксплуатации, а также достаточно высокая скорость проведения термоциклических испытаний ПФБ позволили обеспечить возможность промышленного применения заявленного устройства, причем оно может использоваться не только при термоциклировании ПФБ, но и при испытаниях всевозможных плоских конструкций аналогичного назначения.

Использование: в оптоэлектронике. Сущность изобретения: в устройстве для термоциклических испытаний панелей фотоэлектрических батарей, содержащее вакуумную камеру с крышкой, размещенные в вакуумной камере холодильники с изоляцией от ее стенок и нагреватель и механизм перемещения с двигателем, введены реечные стойки с распределенными по высоте углублениями, в которых размещен нагреватель, выполненный в виде блока ламп накаливания с отражателями, размещенными в одной плоскости, при этом каждая лампа накаливания снабжена вспомогательной спиралью и покрытием из нитрида титана, каждый отражатель имеет коническую форму с шестиугольной кромкой в основании, холодильники выполнены плоскими и размещены параллельно друг другу и плоскости отражателей, причем механизм перемещения, двигатель и реечные стойки размещены в вакуумной камере. В устройство может быть введен вспомогательный холодильник с экранно-вакуумной изоляцией его от стенок вакуумной камеры, размещенной под отражателями. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПАНЕЛЕЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ БАТАРЕЙ, содержащее вакуумную камеру с крышкой, размещенные в вакуумной камере холодильники с изоляцией от ее стенок и нагреватель, и механизм перемещения с двигателем, отличающееся тем, что в него введены реечные стойки с распределенными по высоте углублениями, в которых размещен нагреватель, выполненный в виде блока ламп накаливания с отражателями, размещенными в одной плоскости, при этом каждая лампа накаливания снабжена вспомогательной спиралью и покрытием из нитрида титана, каждай отражатель имеет коническую форму с шестиугольной кромкой в основании, холодильники выполнены плоскими и размещены параллельно друг другу и плоскости размещения отражателей, причем механизм перемещения, двигатель и реечные стойки размещены в вакуумной камере. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введен вспомогательные холодильник с экранно-вакуумной изоляцией его от стенок вакуумной камеры, который размещен под отражателями.