CN109406010B - 一种水冷戈登量热计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水冷戈登量热计，所述水冷戈登量热计包括上部的热流检测件和下部的水冷件；其中，所述热流检测件和所述水冷件之间设置有导热件，用以在所述热流检测件和所述水冷件之间进行热交换。这一结构的水冷式戈登量热计大幅减小了传统结构探头的圆周尺寸(小于φ5mm)，能够用于高热流环境的长时间测量，同时在进行大面积阵列分布测量时具有较高的空间分辨率，还可用于狭小空间区域的局部热流测量。

Description

一种水冷戈登量热计

技术领域

本发明涉及辐射/热流环境的热流测量技术领域，尤其涉及一种水冷戈登量热计。

背景技术

戈登量热计由Robert Gardon在1953年发明，其具有结构简单、易于制造、较好的稳定性和重复性等特点，广泛应用于各种燃烧室内辐射热通量测量、火灾实验、可燃性实验热流标准、太阳能辐射强度测量等科研生产领域。

目前的戈登量热计有热沉式和水冷式两种。热沉式依靠热沉体的热容吸热，一般用于低热流环境，且测量时间较短。水冷式依靠冷却水带走热量，可用于高热流环境，但如图1所示(图1中各结构的编号为5：康铜片；6：水冷体；7：热偶丝；8：进水管；9：出水管；10：安装孔)，传统的水冷戈登量热计因水道结构直接冷却受热面，外型难以小型化，通常外径大于10mm，无法测量局部有限空间的热流；而且在进行大面积阵列分布测量时，阵列密度和空间分辨率较小，难以有效捕捉热流分布特征。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的是：传统的水冷戈登量热计存在的(1)外型难以小型化，无法测量局部有限空间的热流；(2)在进行大面积阵列分布测量时，阵列密度和空间分辨率较小，难以有效捕捉热流分布特征的问题。

二技术方案

为了解决上述一个或多个技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种水冷戈登量热计，所述水冷戈登量热计包括上部的热流检测件1和下部的水冷件2；

其中，所述热流检测件1和所述水冷件2之间设置有导热件3，用以在所述热流检测件1和所述水冷件2之间进行热交换。

优选地，所述热流检测件1包括热沉体11、热流探头12、第一热偶丝13和第二热偶丝14；

所述热沉体11为空心圆柱体结构，底端焊接在所述导热件3的上表面，侧壁上开有线孔15；

所述热流探头12为圆形片状结构，位于所述热沉体11的顶端并且边缘与所述热沉体11的内壁贴合且通过焊接或压接连接为一体；

所述第一热偶丝13和所述第二热偶丝14的一端与检测仪相连，另一端穿过所述线孔15进入所述热沉体11的空腔内，分别与所述热流探头12的圆心处和边缘处连接。

优选地，所述导热件3为圆形片状结构，直径不小于所述热沉体11的外径。

优选地，所述水冷件2包括水冷体21、进水管22和排水管23；

所述水冷体21为底端封闭的空心圆柱体结构，顶端固接所述导热件3的下表面；

所述水冷体21的底部设有进水管口，所述进水管22的管体与进水管口固接，并且出水端延伸至所述水冷体21的空腔内；

所述水冷体21的侧壁上设有排水管口，所述排水管23的进水端与排水管口固接。

优选地，所述进水管22和所述水冷体21同轴设置，并且所述进水管22伸入空腔内的一端延伸至所述导热体3的下表面，但不与所述导热体3的下表面接触。

优选地，所述水冷体21的外径不小于所述导热件3的直径。

优选地，所述水冷戈登计还包括连接件4，用以连接水冷戈登量热计和被测试体。

优选地，所述连接件4为设置在所述水冷体21外表面的螺纹结构。

优选地，所述热流探头12为康铜片；

所述热沉体11和所述导热件3均采用无氧铜材料制成；和/或

所述第一热偶丝13和所述第二热偶丝14均为单芯带绝缘层铜丝，在所述线孔15中采用环氧树脂胶封装固定。

优选地，所述水冷体21采用黄铜材料制成；

所述进水管22采用紫铜材料制成；

所述出水管23采用紫铜材料制成。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供的水冷戈登量热计采用新型冷却方式和安装结构，实现水冷戈登计的小型化，既具备热沉式戈登计尺寸小的特征，又具备水冷式戈登计高热流长时间测量的能力。这一结构的水冷式戈登量热计大幅减小了传统结构探头的圆周尺寸(小于φ5mm)，能够用于高热流环境的长时间测量，同时在进行大面积阵列分布测量时具有较高的空间分辨率，还可用于狭小空间区域的局部热流测量。

附图说明

图1是传统水冷戈登量热计的结构示意图；

图2是本发明提供的水冷戈登量热计的结构示意图。

图中：1：热流检测件；11：热沉体；12：热流探头；13：第一热偶丝；14：第二热偶丝；15：线孔；

2：水冷件；21：水冷体；22：进水管；23：排水管；

3：导热件；

4：连接件；

5：康铜片；

6：水冷体；

7：热偶丝；

8：进水管；

9：出水管；

10：安装孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种水冷戈登量热计，如图2所示，所述水冷戈登量热计包括上部的热流检测件1和下部的水冷件2；

其中，所述热流检测件1和所述水冷件2之间设置有导热件3，用以在所述热流检测件1和所述水冷件2之间进行热交换。

水冷件2用以对热流检测件1进行水冷却，但水冷件2并不直接对热流检测件1进行冷却，而是通过导热件3进行热交换。热源传递给热流检测件1的热量传递给导热件3，然后水冷件2再将导热件3的热量带走，形成稳定的热平衡，可应用于高热流环境长时间测量。同时，由于水冷件2并不冷却热流检测件1，所以热流检测件1无须留有水道结构，从而其尺寸要小得多可小于φ5mm，具有较高的空间分辨率。

具体地，所述热流检测件1包括热沉体11、热流探头12、第一热偶丝13和第二热偶丝14；

所述热沉体11为空心圆柱体结构，底端和顶端均开口，其中底端焊接在所述导热件3的上表面，侧壁上开有线孔15；热沉体11可以采用无氧铜材料制成。

所述热流探头12作为受热面，直接与热流“接触”，它可以设计成圆形片状结构，可以采用康铜材料(如牌号6j40)。在结构中，它位于所述热沉体11的顶端并且边缘与所述热沉体11的内壁贴合且通过焊接或压接连接为一体。

本发明中的热沉体11与热流探头12周向紧密相连，利用较小的接触热阻和自身较大的热导率，将热流探头12边缘热量快速传递到热沉体11的底部和导热件3上。

所述第一热偶丝13和所述第二热偶丝14的一端与检测仪相连，另一端穿过所述线孔15进入所述热沉体11的空腔内，分别与所述热流探头12的圆心处和边缘处连接，从而组成一对K型热电偶，其输出热电势与热流探头12如康铜片表面热流成正比。所述第一热偶丝13和所述第二热偶丝14可以采用单芯带绝缘层铜丝，在所述线孔15中采用环氧树脂胶封装固定。

具体地，所述导热件3为圆形片状结构，直径不小于所述热沉体11的外径，以便更好地将热源传递给热流探头12的热量传递给水冷件2。所述导热件3可以采用无氧铜材料制成。

具体地，所述水冷件2包括水冷体21、进水管22和排水管23。

所述水冷体21为底端封闭的空心圆柱体结构，顶端固接所述导热件3的下表面，例如，固接方式可以为焊接，又例如，可以采用银焊焊接。所述水冷体21可以采用黄铜材料制成。

所述水冷体21的底部设有进水管口，所述进水管22的管体与进水管口固接，并且出水端延伸至所述水冷体21的空腔内；所述水冷体21的侧壁上设有排水管口，所述排水管23的进水端与排水管口固接。所述进水管22可以采用紫铜材料制成；所述出水管23采用紫铜材料制成。

本发明中的水冷体21的内部有空腔，空腔上端用导热件3封口，导热件3既可以封闭冷却水道，又可以传递热量。冷却时，冷却水从进水管22进入，对导热件3形成冲击冷却效果，之后从进水管22与水冷体21之间的空腔间隙流出，并由排水管23导出。这种结构利用快速导热和水冷却换热相结合的方式，将热源传递给传感器的热量带走，形成稳定的热平衡，可应用于高热流环境长时间测量，同时紧凑的结构相比于传统的环向直接冷却方式在尺寸上要小得多，具有较高的空间分辨率。

在一些实施例中，所述进水管22和所述水冷体21同轴设置，并且所述进水管22伸入空腔内的一端延伸至所述导热体3的下表面，但不与所述导热体3的下表面接触，既能快速冷却，又留有间隙形成水流通道。

进一步优选地，所述水冷体21的外径不小于所述导热件3的直径。

在一些实施例中，所述水冷戈登计还包括连接件4，用以连接水冷戈登量热计和被测试体。所述连接件4可以为设置在所述水冷体21外表面的螺纹结构。

更为全面地，本发明提供了如下结构的一种水冷戈登量热计：

所述水冷戈登量热计包括上部的热流检测件1和下部的水冷件2；其中，所述热流检测件1和所述水冷件2之间设置有导热件3，用以在所述热流检测件1和所述水冷件2之间进行热交换。

所述热流检测件1包括热沉体11、热流探头12、第一热偶丝13和第二热偶丝14；

所述热沉体11为空心圆柱体结构，底端焊接在所述导热件3的上表面，侧壁上开有线孔15；所述热沉体11采用无氧铜材料制成；

所述热流探头12采用康铜材料，设计成圆形结构，位于所述热沉体11的顶端并且边缘与所述热沉体11的内壁贴合且通过焊接或压接连接为一体；

所述第一热偶丝13和所述第二热偶丝14的一端与检测仪相连，另一端穿过所述线孔15进入所述热沉体11的空腔内，分别与所述热流探头12的圆心处和边缘处连接；所述第一热偶丝13和所述第二热偶丝14均为单芯带绝缘层铜丝，在所述线孔15中采用环氧树脂胶封装固定。

所述导热件3为圆形片状结构，直径不小于所述热沉体11的外径，采用无氧铜材料制成。

所述水冷件2包括水冷体21、进水管22和排水管23；

所述水冷体21为底端封闭的空心圆柱体结构，顶端固接所述导热件3的下表面，采用黄铜材料制成；所述水冷体21的外径不小于所述导热件3的直径；

所述水冷体21的底部设有进水管口，所述进水管22的管体与进水管口固接，并且出水端延伸至所述水冷体21的空腔内；进水管22采用紫铜材料制成；

所述水冷体21的侧壁上设有排水管口，所述排水管23的进水端与排水管口固接，出水管23采用紫铜材料制成；

所述进水管22和所述水冷体21同轴设置，并且所述进水管22伸入空腔内的一端延伸至所述导热体3的下表面，但不与所述导热体3的下表面接触。

所述水冷戈登计还包括连接件4，用以连接水冷戈登量热计和被测试体，所述连接件4为设置在所述水冷体21外表面的螺纹结构。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种水冷戈登量热计，其特征在于，所述水冷戈登量热计包括上部的热流检测件(1)和下部的水冷件(2)；

其中，所述热流检测件(1)和所述水冷件(2)之间设置有导热件(3)，用以在所述热流检测件(1)和所述水冷件(2)之间进行热交换；所述热流检测件(1)包括热沉体(11)、热流探头(12)、第一热偶丝(13)和第二热偶丝(14)；

所述热沉体(11)为空心圆柱体结构，底端焊接在所述导热件(3)的上表面，侧壁上开有线孔(15)；

所述热流探头(12)为圆形片状结构，位于所述热沉体(11)的顶端并且边缘与所述热沉体(11)的内壁贴合且通过焊接或压接连接为一体；

所述第一热偶丝(13)和所述第二热偶丝(14)的一端与检测仪相连，另一端穿过所述线孔(15)进入所述热沉体(11)的空腔内，分别与所述热流探头(12)的圆心处和边缘处连接；所述导热件(3)为圆形片状结构，直径不小于所述热沉体(11)的外径；所述水冷件(2)包括水冷体(21)、进水管(22)和排水管(23)；

所述水冷体(21)为底端封闭的空心圆柱体结构，顶端固接所述导热件(3)的下表面；

所述水冷体(21)的底部设有进水管口，所述进水管(22)的管体与进水管口固接，并且出水端延伸至所述水冷体(21)的空腔内；

所述水冷体(21)的侧壁上设有排水管口，所述排水管(23)的进水端与排水管口固接。

2.根据权利要求1所述的水冷戈登量热计，其特征在于，所述进水管(22)和所述水冷体(21)同轴设置，并且所述进水管(22)伸入空腔内的一端延伸至所述导热件(3)的下表面，但不与所述导热件(3)的下表面接触。

3.根据权利要求1所述的水冷戈登量热计，其特征在于，所述水冷体(21)的外径不小于所述导热件(3)的直径。

4.根据权利要求1或2所述的水冷戈登量热计，其特征在于，所述水冷戈登量热计还包括连接件(4)，用以连接水冷戈登量热计和被测试体。

5.根据权利要求4所述的水冷戈登量热计，其特征在于，所述连接件(4)为设置在所述水冷体(21)外表面的螺纹结构。

6.根据权利要求1至3任一项所述的水冷戈登量热计，其特征在于，所述热流探头(12)为康铜片；

所述热沉体(11)和所述导热件(3)均采用无氧铜材料制成；

所述第一热偶丝(13)和所述第二热偶丝(14)均为单芯带绝缘层铜丝，在所述线孔(15)中采用环氧树脂胶封装固定。

7.根据权利要求1至3任一项所述的水冷戈登量热计，其特征在于，所述水冷体(21)采用黄铜材料制成；

所述进水管(22)采用紫铜材料制成；

所述出水管(23)采用紫铜材料制成。

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