CN110793797A - 一种双冷屏负压低温换热器测试装置 - Google Patents

一种双冷屏负压低温换热器测试装置 Download PDF

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张启勇
杨鹏程
朱志刚
吴克平
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Abstract

本发明涉及一种双冷屏负压低温换热器测试装置，属于超低温技术领域。包括：低温冷箱及外部设备。所述的低温冷箱由箱体、液氮及液氦冷屏、4.5K液氦槽、1.8K超流氦槽、被测换热器、加热器及气动调节阀组成。所述的外部设备由液氮及液氦杜瓦、氦气钢瓶、气柜、手动调节阀、加热器、常温减压泵及真空泵组成。通过真空泵抽真空减少冷箱内气体导热，设置双冷屏减少辐射漏热，氦气钢瓶为液氦杜瓦提供供液动力并可调节进入4.5K液氦槽的压力，气柜可对4.5K液氦槽蒸发的氦气进行回收，在被测换热器入口设置旁通阀可减小高压路流量，从而实现实验的偏工况运行。本发明可以多工况进行实验，具有结构简单、操作可靠、可控制变量参数等优势。

Description

一种双冷屏负压低温换热器测试装置
技术领域
本发明涉及一种低温换热器测试装置，尤其是涉及一种双冷屏负压低温换热器测试装置。
背景技术
超流氦系统在核聚变及高能物理等领域应用广泛，超流氦几乎无粘，很容易渗透到磁体内部，能够迅速消除热扰动。使用超流氦来冷却超导磁体和加速器能够提高稳定性,减少能量消耗和运行成本。超流氦热导率非常高，导热性能远高于金属，具有优良的流动和传热性能，在许多应用场合，常常用其冷却超导磁体。超流氦低温系统一般包括一套4.5K氦低温系统和一套1.8K/2K超流氦低温子系统。超流氦低温子系统主要包括冷压机/常温泵和负压换热器。超流氦制冷系统一般采用三种方式对氦浴减压：常温真空泵、冷压机，及常温泵与冷压机混合。
负压换热器作为超流氦系统的关键设备，直接影响整个系统的性能。它的作用主要是回收负压氦气的冷量，提高超流氦系统的效率及超流氦得率。不同于普通换热器，负压换热器的应用条件更苛刻，对效率和压降的要求也更高，且须考虑变物性的影响等因素，所以其设计也更加复杂。
另一方面，有关超流氦系统负压换热器设计的核心数据及技术主要由国外换热器企业掌握。国内换热器设计目前能够使用的传热及压降关联式大多为空分实验所得到的，直接应用到超流氦系统会有较大误差，因此开展负压换热器的实验及研究，对于打破国外垄断，发展我国超流氦低温技术有着重要的意义。
发明内容
本发明要解决的问题是通过建立负压低温换热器的通用实验装置，能够对不同类型换热器、不同工况进行大范围实验，能够对负压低温换热器的传热及压降性能进行验证及分析，为超流氦低温技术的发展提供基础。
本发明的上述技术问题是通过下述方案得以解决的。
本发明涉及一种双冷屏负压低温换热器测试装置，所述的双冷屏负压低温换热器测试装置包括低温冷箱和外部设备，所述的低温冷箱包括箱体(1)、上端盖(2)、液氮冷屏(11)、液氦冷屏(12)、4.5K液氦槽(13)、1.8K超流氦槽(14)、被测换热器(9)、第一加热器(15)、第二加热器(16)及低温气动调节阀(8)，上端盖(2)固定连接于箱体(1)上部，所述的外部设备由液氮杜瓦(3)、液氦杜瓦(4)、氦气钢瓶(5)、气柜(18)、手动调节阀(10)、第三加热器(17)、常温减压泵(6)以及对冷箱进行抽真空的真空泵(7)组成。
所述的一种双冷屏负压低温换热器测试装置，液氮冷屏(11)固定连接于箱体(1)内壁，液氦冷屏(12)与液氮冷屏(11)同心安装并安装于液氮冷屏(11)内侧。
一种双冷屏负压低温换热器测试装置，4.5K液氦槽(13)吊装于上端盖(2)并位于冷箱的上部，被测换热器(9)安装于4.5K液氦槽(13)的下部，第二加热器(16)固定安装于4.5K液氦槽(13)与被测换热器(9)之间的管道外，1.8K超流氦槽(14)吊装于上端盖(2)，位于被测换热器(9)的下部，被测换热器(9)与1.8K超流氦槽(14)之间安装有低温气动调节阀(8)，此处实现节流减压功能，加热器(15)安装于1.8K超流氦槽(14)的下部，位于冷箱的最底部。
一种双冷屏负压低温换热器测试装置，液氮杜瓦(3)、液氦杜瓦(4)及氦气钢瓶(5)的出口分别安装有手动调节阀(10)。
上端盖(2)通过低压路排气管与第三加热器(17)固定连接，第三加热器(17)通过管道与常温减压泵(6)相连接。
一种双冷屏负压低温换热器测试装置，4.5K液氦槽(13)外部连接有排气管，排气管另一侧固定连接于气柜(18)。使用真空泵(7)对箱体(1)抽真空减少冷箱内气体的导热，通过在冷箱内设置液氮冷屏(11)和液氦冷屏(12)减少外界空气对内部装置的辐射漏热，通过氦气钢瓶(5)为液氦杜瓦(4)提供供液动力并调节液氦杜瓦(4)内压力，从而调节进入4.5K液氦槽(13)的液氦压力，通过气柜(18)对4.5K液氦槽(13)蒸发的氦气进行回收，通过在被测换热器入口设置旁通阀减小高压路流体流量。
有益效果：本发明可以针对多种不同类型换热器，在多种不同工况下进行实验研究，拓展了实验的范围，提高了实验数据的精度，为超流氦低温技术的发展奠定了基础。
附图说明
图1为发明的测试装置的结构示意图。
图中标号：箱体1、上端盖2、液氮杜瓦3、液氦杜瓦4、氦气钢瓶5、常温减压泵6、真空泵7、低温气动调节阀8、被测换热器9、手动调节阀10、液氮冷屏11、液氦冷屏12、4.5K液氦槽13、1.8K超流氦槽14、第一加热器15、第二加热器16、第三加热器17、气柜18。
具体实施方式
为使对本发明的技术方案及所达成的功效有进一步的了解和认识，下面结合实施例及附图详细说明。
如图1所示，本发明所述的一种双冷屏负压低温换热器测试装置，所述的双冷屏负压低温换热器测试装置包括低温冷箱和外部设备，所述的低温冷箱包括箱体(1)、上端盖(2)、液氮冷屏(11)、液氦冷屏(12)、4.5K液氦槽(13)、1.8K超流氦槽(14)、被测换热器(9)、第一加热器(15)、第二加热器(16)及低温气动调节阀(8)，上端盖(2)固定连接于箱体(1)上部，所述的外部设备包括液氮杜瓦(3)、液氦杜瓦(4)、氦气钢瓶(5)、气柜(18)、手动调节阀(10)、第三加热器(17)、常温减压泵(6)以及对冷箱进行抽真空的真空泵(7)。
液氮冷屏(11)固定连接于箱体(1)内壁，液氦冷屏(12)安装于液氮冷屏(11)内侧，液氦冷屏(12)且与液氮冷屏(11)同心安装。
4.5K液氦槽(13)吊装于上端盖(2)并位于冷箱的上部，被测换热器(9)安装于4.5K液氦槽(13)的下部，第二加热器(16)固定安装于4.5K液氦槽(13)与被测换热器(9)之间的管道外，1.8K超流氦槽(14)吊装于上端盖(2)，位于被测换热器(9)的下部，被测换热器(9)与1.8K超流氦槽(14)之间安装有低温气动调节阀(8)，此处实现节流减压功能，第一加热器(15)安装于1.8K超流氦槽(14)的下部，位于箱体(1)的最底部。液氮杜瓦(3)、液氦杜瓦(4)及氦气钢瓶(5)的出口分别安装有手动调节阀(10)。
上端盖(2)通过低压路排气管与第三加热器(17)固定连接，第三加热器(17)通过管道与常温减压泵(6)相连接。4.5K液氦槽(13)外部连接有排气管，排气管另一侧固定连接于气柜(18)。
本发明通过使用真空泵(7)对箱体(1)抽真空减少冷箱内气体的导热，通过在冷箱内设置液氮冷屏(11)和液氦冷屏(12)减少外界空气对内部装置的辐射漏热，通过氦气钢瓶(5)为液氦杜瓦(4)提供供液动力并调节液氦杜瓦(4)内压力，从而可调节进入4.5K液氦槽(13)的液氦压力，通过气柜(18)对4.5K液氦槽(13)蒸发的氦气进行回收，通过在被测换热器入口设置旁通阀可以减小高压路流体流量，从而实现实验的偏工况运行。该测试装置可针对多种类型换热器进行多工况实验，拓展了实验的范围，提高了实验数据的精度。
试验步骤：启动真空泵(7)对箱体(1)抽真空，开启液氮杜瓦(3)的阀门使液氮进入液氮冷屏(11)至冷屏充满液氮，开启氦气钢瓶(5)的阀门至一定开度，氦气钢瓶(5)对液氦杜瓦(4)增压使液氦进入4.5K液氦槽(13)，至4.5K液氦槽(13)有一定液位，开启4.5K液氦槽(13)右侧低温气动调节阀使液氦进入液氦冷屏(12)至温度降至5K左右，后开启4.5K液氦槽(13)与被测换热器(9)之间阀门，开启低温气动调节阀(8)，液氦进入1.8K超流氦槽(14)至有一定液位。启动常温减压泵(6)及第三加热器(17)，开始对1.8K超流氦槽(14)减压降温，同时开启第一加热器(15)对1.8K超流氦槽(14)加热，同时对回流氦气与蒸发的氦气进行回收。调节氦气钢瓶(5)的阀门开度，可调节供液压力，启动第二加热器(16)可调节供液温度。开启被测换热器入口的旁通阀可以调节高压路流量，实现实验的偏工况运行。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围，本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种双冷屏负压低温换热器测试装置，其特征在于：
所述的双冷屏负压低温换热器测试装置，包括低温冷箱和外部设备，所述的低温冷箱包括箱体(1)、上端盖(2)、液氮冷屏(11)、液氦冷屏(12)、4.5K液氦槽(13)、1.8K超流氦槽(14)、被测换热器(9)、第一加热器(15)、第二加热器(16)及低温气动调节阀(8)，上端盖(2)固定连接于箱体(1)上部，所述的外部设备包括液氮杜瓦(3)、液氦杜瓦(4)、氦气钢瓶(5)、气柜(18)、手动调节阀(10)、第三加热器(17)、常温减压泵(6)以及对冷箱进行抽真空的真空泵(7)。
2.根据权利要求1所述的一种双冷屏负压低温换热器测试装置，其特征在于：
所述的液氮冷屏(11)固定连接于箱体(1)内壁，液氦冷屏(12)安装于液氮冷屏(11)内侧，且液氦冷屏(12)与液氮冷屏(11)同心安装。
3.根据权利要求1所述的一种双冷屏负压低温换热器测试装置，其特征在于：
所述的4.5K液氦槽(13)吊装于上端盖(2)并位于冷箱的上部，被测换热器(9)安装于4.5K液氦槽(13)的下部，第二加热器(16)固定安装于4.5K液氦槽(13)与被测换热器(9)之间的管道外，1.8K超流氦槽(14)吊装于上端盖(2)，位于被测换热器(9)的下部，被测换热器(9)与1.8K超流氦槽(14)之间安装有低温气动调节阀(8)，此处作为节流阀实现节流减压功能，第一加热器(15)安装于1.8K超流氦槽(14)的下部，位于冷箱的最底部。
4.根据权利要求1所述的一种双冷屏负压低温换热器测试装置，其特征在于：
所述的液氮杜瓦(3)、液氦杜瓦(4)及氦气钢瓶(5)的出口分别安装有手动调节阀(10)。
5.根据权利要求1所述的一种双冷屏负压低温换热器测试装置，其特征在于：
所述的上端盖(2)通过低压路排气管与第三加热器(17)固定连接，第三加热器(17)通过管道与常温减压泵(6)相连接。
6.根据权利要求1所述的一种双冷屏负压低温换热器测试装置，其特征在于：
所述的4.5K液氦槽(13)外部连接有排气管，排气管另一侧固定连接于气柜(18)。
7.根据权利要求1所述的一种双冷屏负压低温换热器测试装置，其特征在于：
使用真空泵(7)对箱体(1)抽真空减少冷箱内气体的导热，通过在冷箱内设置液氮冷屏(11)和液氦冷屏(12)减少外界空气对内部装置的辐射漏热，通过氦气钢瓶(5)为液氦杜瓦(4)提供供液动力并调节液氦杜瓦(4)内压力，从而调节进入4.5K液氦槽(13)的液氦压力，通过气柜(18)对4.5K液氦槽(13)蒸发的氦气进行回收，通过在被测换热器入口设置旁通阀减小高压路流体流量。
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