[发明专利]一种用于地基太阳望远镜的多入口单腔式热光阑冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及太阳望远镜热光阑冷却技术及其装备，特别是基于圆孔射流原理和射流冷却原理并应用于大口径地基太阳望远镜热光阑的冷却装置。

背景技术

随着太阳物理学的发展，对太阳活动区现象观测的时间、空间和光谱分辨力要求不断提高，进一步推动了地基太阳望远镜的大口径化，在提高其分辨力的同时也带来了严重的热效应，威胁望远镜的安全运行；同时，由于大口径高品质封窗难以制造，大口径地基太阳望远镜均采用开放式镜筒结构，各光学元件直接暴露于空气中，在太阳的辐照下将加热周围空气，引发镜筒内空气梯度场，严重影响通过镜筒的光束质量（称为“内部视宁度效应”）。为保证大口径太阳望远镜在严重热载荷下的运行安全和缓解开放式结构引发的内部视宁度效应。目前，各国大口径太阳望远镜均采用在主镜焦点处安装限制视场的热视场光阑（简称“热光阑”）的方法，通过对望远镜观测视场进行限制降低输入后端光学系统的热载荷，同时，对热光阑配备相应冷却装置，尽可能降低热光阑温升，最大限度缓解内部视宁度效应。对于口径达米级的大口径地基太阳望远镜，热光阑安装位置的热流密度达数Mw/m²，要求其产生的最大温升不超过8℃（详见The heat stop for the 4-m European Solar Telescope EST）。

赵惇殳在所著《电子设备热设计》一书中，分别对各种工程中最常用的冷却方式的冷却性能作了如下介绍：水强制对流冷却的传热系数约为1000-1500W/m²K，水射流冷却的传热系数约为1500-15000W/m²K。因此，射流冷却，特别是基于水射流冷却的温控方式具有极高的传热系数，非常适合太阳望远镜热光阑这类具有较高温控要求较高的冷却对象。

目前，已知的热光阑冷却装置仅有德国GREGOR1.5米口径地基太阳望远镜，其热光阑所采用单入口双腔式冷却装置进行冷却。该装置由光阑反射面板，光阑中间板，光阑通光锥孔和光阑基体四个部分组成。两个相互独立的冷却腔分别位于45度倾斜反射面板背侧和紧贴通光锥形孔的位置，各冷却腔分别与一个进液管和一个出液管直接相连，采用乙二醇水溶液作为冷却介质。工作过程是：冷却水通过进液管进入冷却腔，在冷却腔的高温壁面上形成横向流动，产生强制对流换热，吸热后的高温冷却液通过出液管排出冷却腔，形成一个完整的冷却循环。两个冷却循环工作相互独立，形成热光阑的双循环冷却。结构上，单入口双腔式冷却装置由反射面板、中间板、外壁组件和内孔组件等四个独立零件装配而成，各个零件间均有配合要求，加工难度较大；同时，为防止漏液，各个零件的连接处均需要进行密封处理，且至少有六处密封面。此装置冷却效率低、加工难度较高，密封可靠性低。

发明内容

本发明解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于地基太阳望远镜的多入口单腔式热光阑冷却装置，大大提高了其冷却效率，同时简化了装置结构，使之更便于加工，装配和密封，并拓展了其应用范围。

本发明的技术解决方案是：一种用于地基太阳望远镜的多入口单腔式热光阑冷却装置，其特征在于包括：多个进液管1，多个出液管2，冷却腔3和光阑反射面板4组成；所述冷却腔2位于光阑反射面板4的背侧且紧贴光阑反射面板4，与多个进液管1和多个出液管3直接相连；进液管1和出液管2均布于以望远镜主光轴线8为轴线的圆环上，且多个进液管1比多个进液管2更靠近望远镜主光轴8；恒温冷却液由多个进液管1进入冷却腔2，并直接冲击反射面板4背侧壁面。该冷却装置有效地抑制了热流6引发的热光阑过高温升，大大缓解了入射波面5在通过光阑时引入的波前畸变，提升了出射波面7的质量。

所述冷却腔3在紧贴热光阑反射面板4的背侧，并尽可能覆盖多的区域，其具体腔形设计由反射面板具体形状及热光阑外形综合确定，并不限于某种特定形式。

所述进液管1和出液管2分别以主光轴为中心轴线，均布于圆周，且进液管1应比出液管2更靠近中心轴线。进液管1与出液管2数量应一致，具体数目依照热载荷、加工能力因素综合确定，分别为4-8个。

所述冷却液采用乙二醇水溶液即防冻液，但并不限于该溶液，使用其他所有能被用于该冷却装置的液态物质均未改变本发明实质，仍属本发明范畴。

为满足某些检测要求，在所述光阑反射面板4内，外表面增加槽，孔，用以安装各种传感器的微细结构，但上述改变均为在本发明基础上的进一步完善，并未改变发明的核心，应视为属本发明范畴。

本发明的原理：一种用于地基太阳望远镜的多入口单腔式热光阑冷却装置，由进液管，出液管，冷却腔和光阑反射面板组成。