УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОВАКУУМНЫХ ИСПЫТАНИЙ ПАНЕЛЕЙ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Российский патент 2020 года по МПК H01L31/18 H02S50/10 

Изобретение относится к испытаниям космической техники, а именно к установкам для имитации тепловых режимов работы элементов космических аппаратов (КА), и может быть использовано для проведения испытаний полногабаритных и крупногабаритных панелей фотопреобразователей в условиях, приближенных к эксплуатации КА в открытом космическом пространстве.

Известна вакуумная установка для термоциклирования (см. Авторское свидетельство СССР, МКИ F04В 37/14 №1508006, опубл. в 1975 г.), содержащая корпус с емкостью для хладагента, соединенный с вакуумно-откачной системой, монтажный стол с нагревательным элементом и трубопроводами подвода и отвода хладагента, а также подвижную камеру, выполненную с возможностью герметичного подсоединения к корпусу. Кроме того, трубопровод подвода снабжен регулируемым вентилем, размещенным в корпусе, а трубопровод отвода снабжен экраном, размещенным в корпусе между емкостью и нагревательным элементом, при этом нагревательный элемент и монтажный стол размещены в подвижной камере.

Недостатками вышеуказанной вакуумной установки для термоциклирования является: ограничение использования номенклатуры испытываемых изделий за счет того, что используется контактный способ теплопередачи к изделию от монтажного стола, который необходимо нагревать и выхолаживать вместе с испытываемым изделием.

Признаки, общие вышеуказанной вакуумной установки с признаками предлагаемой установки для термовакуумных испытаний панелей фотопреобразователей следующие:

- наличие вакуумной камеры с получаемым рабочим давлением в ней не более 5⋅10^-3 Па,

- наличие нагревательного элемента для испытываемого изделия.

Известно устройство для термоциклических испытаний панелей фотопреобразователей (см. патент РФ МКИ H01L 31/18 №2040076, опубл. 20.07.1995 г.), содержащее: вакуумную камеру с крышкой; размещенные в вакуумной камере холодильники с изоляцией от ее стенок и нагреватель; механизм перемещения с двигателем; 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, а каждый отражатель имеет коническую форму с шестиугольной кромкой в основании. Холодильники выполнены плоскими и размещены параллельно друг другу и плоскости размещения отражателей. Механизм перемещения, двигатель и реечные стойки размещены в вакуумной камере. Кроме того, дополнительно в вышеуказанное устройство введен вспомогательный холодильник с экранно-вакуумной изоляцией его от стенок вакуумной камеры, который размещается под отражателями.

Недостатками вышеуказанного устройства для термоциклических испытаний панелей фотоэлектрических батарей является: перемещение из зоны нагрева в зону охлаждения испытываемого изделия, что приводит к дополнительным динамическим нагрузкам на испытываемое изделие; усложнение конструкции установки за счет введения вспомогательного криогенного холодильника.

Признаки, общие вышеуказанного устройства для термоциклических испытаний панелей фотоэлектрических батарей с признаками предлагаемой установки для термовакуумных испытаний панелей фотопреобразователей следующие:

- наличие вакуумной камеры с откачкой до давления не более 1,8⋅10^-5 мм рт. ст.,

- наличие холодильников (криопанелей) с телоизоляцией, выполненных плоскими и размещенных параллельно друг другу;

- наличие нагревателя испытываемой панели;

- наличие механизма перемещения.

Наиболее близким к предлагаемой установке для термовакуумных испытаний панелей фотопреобразователей и принятой за прототип, является установка для вакуумного термоциклирования панелей фотопреобразователей (см. патент РФ МКИ B64G 7/00, G01N 3/60 №2471685, опубл. 10.01.2013 г.), состоящая из двух сообщающихся отсеков, в одном из которых установлены параллельно две криопанели с возможностью размещения между ними испытываемой панели, в другом- тепловая панель в виде блока ламп накаливания, при этом криопанели и тепловая панель расположены вертикально, а отсек тепловой панели размещен над отсеком криопанелей, которые установлены с возможностью дополнительного размещения между ними тепловой панели. Тепловая панель снабжена механизмом возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости и теплоизоляцией со стороны, обращенной к криопанели. Механизм перемещения тепловой панели может быть выполнен в виде мотор-редуктора с управлением от частотного привода. Отсек криопанелей может быть выполнен в виде горизонтального цилиндрического корпуса.

Недостатком прототипа является:

- большой объем вакуумной камеры, а также длительное время откачки камеры;

- наличие двух сообщающихся отсеков, удваивающих размер установки по высоте, которое требует нестандартного проектирования производственных площадей;

- снабжение тепловой панели механизмом возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости, вследствие чего динамический термоудар приходится на длинную сторону испытываемой панели, увеличивающий ее коробление.

Признаки прототипа, общие с признаками предлагаемой установки для термовакуумных испытаний панелей фотопреобразователей, следующие:

- установка включает в себя вакуумную камеру, в которой установлены вертикально две криопанели с возможностью размещения между ними испытываемой панели, а также с возможностью размещения между ними тепловой панели с теплоизоляцией со стороны, обращенной к криопанели, кроме того, установка снабжена механизмом возвратно-поступательного перемещения.

Техническим результатом, достигаемом в предлагаемой установке для термовакуумных испытаний панелей фотопреобразователей является:

- уменьшение неравномерности распределения температуры на испытываемой панели при тепловом воздействии и, как следствие, уменьшение коробления испытываемой панели;

- обеспечение сохранности испытываемой панели от возможных механических повреждений;

- уменьшение габаритов установки за счет максимального приближения размеров вакуумной камеры к размерам испытываемой панели.

Достигается вышеуказанный технический результат тем, что в установке для термовакуумных испытаний панелей фотопреобразователей, состоящей из вакуумной камеры, в которой установлены две криопанели с возможностью размещения между ними испытываемой панели фотопреобразователей, а также с возможностью размещения между ними тепловой панели, снабженной теплоизоляцией со стороны, обращенной к криопанели, при этом вышеупомянутая установка снабжена механизмом возвратно-поступательного перемещения, дополнительно введена еще одна тепловая панель, при этом криопанели и тепловые панели размещены в едином пространстве вакуумной камеры, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда, причем тепловые панели выполнены по образу роллет, которые состоят из ламелей алюминиевого экструдированного профиля и имеют сочленения в вертикальной плоскости, причем каждая ламель снабжена резистивным нагревателем по всей поверхности, кроме того, в вышеупомянутую установку дополнительно введен еще один механизм возвратно-поступательного перемещения, при этом оба механизма возвратно-поступательного перемещения выполнены с возможностью перемещения тепловых панелей в горизонтальной плоскости с поворотом.

Конструкция тепловых панелей, выполненная по образу роллет, состоящих их ламелей алюминиевого экструдированного профиля, каждая из которых снабжена резистивным нагревателем по всей поверхности, позволяет обеспечить равномерный тепловой поток на испытываемую панель по всей поверхности.

Смена теплового воздействия на испытываемую панель происходит после перемещения тепловых панелей, оставляя испытываемую панель неподвижной, чем обеспечивается сохранность последней от возможных механических повреждений.

Вакуумная камера, выполненная в виде прямоугольного параллелепипеда, повторяет форму испытываемой панели, а размеры ее ужаты до габаритов параллельно размещенных криопанелей и тепловых панелей, что приводит к уменьшению габаритов всей установки.

Расположение криопанелей и тепловых панелей в едином пространстве вакуумной камеры уменьшает время откачки вакуумной камеры, уменьшает производственные площади, занимаемые предлагаемой установкой, а также снижает энергозатраты в процессе эксплуатации.

Отличительные признаки предлагаемой установки для термовакуумных испытаний панелей фотопреобразователей, обеспечивающие ее соответствие критерию «новизна», следующие:

- введение в установку еще одной тепловой панели;

- размещение криопанелей и тепловых панелей в едином пространстве вакуумной камеры;

- выполнение вакуумной камеры в виде прямоугольного параллелепипеда;

- выполнение тепловых панелей по образу роллет, состоящих из ламелей алюминиевого экструдированного профиля, которые имеют сочленения в вертикальной плоскости и при этом каждая ламель снабжена резистивным нагревателем по всей поверхности;

- введение дополнительного механизма возвратно-поступательного перемещения, причем оба механизма возвратно-поступательного перемещения выполнены с возможностью перемещения тепловых панелей в горизонтальной плоскости с поворотом.

Для доказательства соответствия предлагаемой установки для термовакуумных испытаний панелей фотопреобразователей критерию «изобретательский уровень» была проанализирована вся совокупность признаков и отдельно отличительные признаки. Установлено, что применение отличительных признаков, дающих в совокупности с известными признаками вышеуказанный технический результат, в литературных источниках не обнаружено. Таким образом, по мнению авторов, предлагаемая установка для термовакуумных испытаний панелей фотопреобразователей соответствует критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемая установка для термовакуумных испытаний панелей фотопреобразователей схематично изображена на фиг. 1 и фиг. 2 в режиме «захолаживания» панели фотопреобразователей и в режиме нагрева, соответственно.

Установка для термовакуумных испытаний панелей фотопреобразователей содержит вакуумную камеру 1 с системой высоковакуумной откачки. Корпус 2 вакуумной камеры 1, выполненный в виде прямоугольного параллелепипеда, с одного торца через заднюю стенку 3 соединен с системой высоковакуумной откачки, а с другого торца корпуса 2 размещена дверь 4 для загрузки испытываемых панелей фотопреобразователей 5.

Плоские криопанели 6, 7 установлены в вакуумной камере 1 на расстоянии, обеспечивающем размещение тепловых панелей 8, 9 в пространстве между ними и испытываемой панелью фотопреобразователей 5. Криопанели 6, 7 снабжены теплозащитой 10 от излучения стенок корпуса 2 вакуумной камеры 1 и подключены к системе регулирования подачи криогенной жидкости (жидкого азота).

Тепловые панели 8, 9 роллетного типа состоят из секций наборных ламелей и имеют сочленения в вертикальной плоскости. Каждая ламель роллеты снабжена резистивным нагревателем по всей поверхности (на фиг. не показана). Поверхность тепловых панелей 8, 9, обращенная к криопанелям 6, 7 снабжена теплозащитой 11.

Механизмы 12, 13 возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости с поворотом размещены внутри корпуса 2 вакуумной камеры 1 и могут быть выполнены в виде вертикального барабана с ведущими звездочками, входящими в зацепление с каждой ламелью роллеты тепловой панели. Функцию цепи выполняют сами ламели роллет, снабженные втулками для цепного зацепления. Замковый элемент цепи может быть выполнен в виде троса 14, 15 с натяжителем 16, 17.

Возвратно-поступательное перемещение с поворотом каждой тепловой панели 8, 9 в горизонтальной плоскости осуществляется вращением барабана с ведущими звездочками посредством шагового двигателя с программируемым управлением привода. Каждая тепловая панель, например панель 8, может перемещаться из положения, показанного на фиг. 1, в пространство между одной из криопанелей, например криопанелью 6 и испытываемой панелью фотопреобразователей 5, как показано на фиг. 2. Перемещение тепловых панелей 8, 9 из начальной позиции в конечную может осуществляться как по отдельности, так и одновременно.

Пример конкретного выполнение предлагаемой установки для термовакуумных испытаний панелей фотопреобразователей.

Испытываемую панель фотопреобразователей 5 загружают через дверь 4 камеры 1, размещая ее между криопанелями 6, 7, при этом криопанели 6, 7 закрыты тепловыми панелями 8, 9 (см. фиг. 2). Откачивают вакуумную камеру 1 до высокого вакуума 1,3⋅10^-3 Пa и заполняют криопанели 6, 7 криогенной жидкостью (жидким азотом). При достижении отрицательной температуры на криопанелях 6, 7 минус 196°С включают тепловые панели 8, 9 на расчетную мощность. Начинается время отсчета выдержки испытываемой панели фотопреобразователей 5 при положительной температуре (например 100°С).

После достижения панелью фотопреобразователей 5 заданной положительной температуры поочередно включают механизмы 12, 13 и тепловые панели 8, 9 перемещают в свободное пространство за криопанелями 6, 7, и затем начинают выдержку при отрицательной температуре (см. фиг. 1). На момент окончания времени выдержки при отрицательной температуре испытываемая панель фотопреобразователей 5 достигает заданную отрицательную температуру.

После окончания выдержки при отрицательной температуре включают механизмы 12, 13 и тепловые панели 8, 9 по запрограммированной очередности перемещают в пространство между криопанелями 6, 7 и испытываемой панелью фотопреобразователей 5, и далее начинается следующий термоцикл.

Изобретение относится к испытаниям космической техники и может быть использовано для проведения испытаний полногабаритных и крупногабаритных панелей фотопреобразователей в условиях, приближенных к эксплуатации в открытом космическом пространстве. Установка для термовакуумных испытаний панелей фотопреобразователей состоит из вакуумной камеры, в которой установлены две криопанели с возможностью размещения между ними испытываемой панели фотопреобразователя, а также с возможностью размещения между ними тепловой панели, снабженной теплоизоляцией со стороны, обращенной к криопанели, при этом вышеупомянутая установка снабжена механизмом возвратно-поступательного перемещения, дополнительно введена еще одна тепловая панель, при этом криопанели и тепловые панели размещаются в едином пространстве вакуумной камеры, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда, причем тепловые панели выполнены по образу роллет, которые состоят из ламелей алюминиевого экструдированного профиля и имеют сочленения в вертикальной плоскости, а каждая ламель снабжена резистивным нагревателем по всей плоскости, кроме того, в вышеупомянутую установку дополнительно введен второй механизм возвратно-поступательного перемещения, при этом оба механизма возвратно-поступательного перемещения выполнены с возможностью перемещения тепловых панелей в горизонтальной плоскости с поворотом. Изобретение обеспечивает возможность уменьшения неравномерности распределения температуры на испытываемой панели при тепловом воздействии и, как следствие, уменьшение коробления испытываемой панели; сохранность испытываемой панели от возможных механических повреждений; уменьшение габаритов установки за счет максимального приближения размеров вакуумной камеры к размерам испытываемой панели. 2 ил.

Установка для термовакуумных испытаний панелей фотопреобразователей, состоящая из вакуумной камеры, в которой установлены две криопанели с возможностью размещения между ними испытываемой панели фотопреобразователя, а также с возможностью размещения между ними тепловой панели, снабженной теплоизоляцией со стороны, обращенной к криопанели, при этом вышеупомянутая установка снабжена механизмом возвратно-поступательного перемещения, отличающаяся тем, что дополнительно введена еще одна тепловая панель, при этом криопанели и тепловые панели размещены в едином пространстве вакуумной камеры, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда, причем тепловые панели выполнены по образу роллет, которые состоят из ламелей алюминиевого экструдированного профиля и имеют сочленения в вертикальной плоскости, а каждая ламель снабжена резистивным нагревателем по всей плоскости, кроме того, дополнительно введен второй механизм возвратно-поступательного перемещения, при этом оба механизма возвратно-поступательного перемещения выполнены с возможностью перемещения тепловых панелей в горизонтальной плоскости с поворотом.