一种超低温真空状态下换热结构的导热效率测试系统的制作方法

1.本发明属于导热效率测试技术领域，具体涉及一种超低温真空状态下换热结构的导热效率测试系统。


背景技术：

2.超导托卡马克装置中为确保超导线圈的正常工作，直接接触超导线圈的支撑部件温度应不大于80k(-193℃)，需通过在该部件上安装内部通有高压低温氦气流的换热结构来实现。换热结构与支撑部件之间的连接必须具有较高的导热效率，氦气流能将支撑部件保持在一个较低的温度下，维持超导线圈的正常运行。若导热效率低下，支撑部件温度太高将导致超导线圈温度升高进而失超，造成重大事故。而采用不同连接工艺参数的换热结构其导热效率差异较大，需要准确的测试其导热效率以确定换热结构的连接工艺参数。
3.现有的热交换器、空调器等的导热效率大多靠经验估计、理论模型分析计算获取，不能够准确反映实际情况，误差较大。且目前所做的导热效率测试多为常温常压条件下，无法实现超低温真空状态下换热结构的导热效率的准确测试。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种超低温真空状态下换热结构的导热效率测试系统，其能够实现超低温真空状态下换热结构的导热效率的准确测试。
5.本发明的技术方案如下：一种超低温真空状态下换热结构的导热效率测试系统，包括真空系统、液氮循环回路和温度测试与记录系统，所述的真空系统中设置有换热结构，真空系统用于使换热结构处于真空绝热条件下，液氮循环回路的部分回路置于真空系统中用于对换热结构提供液氮，温度测试与记录系统用于测量换热结构温度并记录相关数据。
6.所述的真空系统包括真空室，真空计，机械驱动真空泵和罗茨真空泵，真空室内设置有换热结构，机械驱动真空泵与罗茨真空泵连接，罗茨真空泵通过管路与真空室连接。
7.所述的真空室为方形箱结构。
8.所述的罗茨真空泵通过管路与真空室之间的管路上设置有真空计。
9.所述的液氮循环回路包括气液分离器，自增压液氮容器，液氮回路及换热结构，气液分离器通过管路与自增压液氮容器连接，气液分离器通过液氮回路与设置在真空室内的换热结构相连。
10.所述的温度测试与记录系统包括温度显示与记录仪，温度传感器，温度传感器设置在换热结构上，温度显示与记录仪与温度传感器10通过传感器密封接口实现连接。
11.所述的温度传感器为a级pt100热电阻温度传感器。
12.本发明的有益效果在于：本系统导热测试发生在真空、绝热、超低温条件下，最大限度地降低了对流、热传导、热辐射的影响，并达到超导线圈支撑部件的实际工作温度，确保导热效率测试结果的可靠性。
附图说明
13.图1是本发明提供的一种超低温真空状态下换热结构的导热效率测试系统的结构示意图；
14.图2是真空室内结构示意图。
15.图中：1气液分离器；2自增压液氮容器；3温度显示与记录仪；4真空室；5液氮回路；6真空计；7机械驱动真空泵；8罗茨真空泵；9换热结构；10温度传感器；11传感器密封接口；12真空泵密封接口。
具体实施方式
16.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
17.超低温真空状态下换热结构的导热效率测试系统包括液氮循环回路、真空系统和温度测试与记录系统。其中，换热结构放置在真空系统中，真空系统用于使换热结构处于真空绝热条件下，液氮循环回路的部分回路置于真空系统中并与换热结构连接，为换热结构提供液氮，温度测试与记录系统用于测量换热结构的温度并记录相关数据。
18.如上所述的一种超低温真空状态下换热结构的导热效率测试系统，其中，所述的液氮循环回路由气液分离器，自增压液氮容器，液氮回路及真空室内换热结构组成，自增压液氮容器的输出端与气液分离器连接，并受控于气液分离器，气液分离器的输出端与设置在真空系统中的换热结构联通，经过换热结构的液氮通过液氮回路返回气液分离器。
19.如上所述的一种超低温真空状态下换热结构的导热效率测试系统，其中，所述的真空系统由真空室，真空计，机械驱动真空泵，罗茨真空泵组成，真空室为方形箱结构，为换热结构提供真空绝热环境，机械驱动真空泵和罗茨真空泵使真空室达到所需真空度，真空计用于检测真空室真空度，机械驱动真空泵，罗茨真空泵，真空室依次串联，真空计设置在罗茨真空泵与真空室联通的管道之间。
20.如上所述的一种超低温真空状态下换热结构的导热效率测试系统，其中，所述的温度测试与记录系统由温度显示与记录仪，温度传感器组成，温度传感器为a级pt100热电阻温度传感器，用于检测换热结构温度并将信号传递给温度显示与记录仪，记录仪能够实时显示换热结构温度并每隔60s记录一次，温度显示与记录仪和温度传感器通过真空室上的密封接口实现连接。
21.如图1所示，一种超低温真空状态下换热结构的导热效率测试系统，包括真空系统、液氮循环回路和温度测试与记录系统。其中，在真空系统中设置有换热结构9，真空系统用于使换热结构9处于真空绝热条件下，液氮循环回路的部分回路置于真空系统中用于对换热结构提供液氮，温度测试与记录系统用于测量换热结构温度并记录相关数据。
22.所述的液氮循环回路包括气液分离器1，自增压液氮容器2，液氮回路5及换热结构9。气液分离器1容积50l，进口设置气动阀，其开启或关闭由气液分离器1内的液位仪控制。自增压液氮容器2为175l的真空多层绝热保温容器，工作压力0.27-1.1mpa。液氮回路5为真空管道，管道设计压力为1.6mpa，夹层真空度≥1
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10-3
pa，管道分段制作，每段独立真空，连接形式为真空保温法兰结构。当自增压液氮容器2达到工作压力，液氮由液氮回路5注入气液分离器1，并沿液氮回路5进入换热结构。
23.所述的真空系统包括真空室4，真空计6，机械驱动真空泵7，罗茨真空泵8。真空室4
为方形箱结构，为换热结构9提供真空绝热环境。机械驱动真空泵7和罗茨真空泵8使真空室4达到所需真空度。真空计6用于检测真空室真空度。机械驱动真空泵7，罗茨真空泵8，真空室4依次串联。在换热结构装入真空室4并密封后，机械驱动真空泵7通过真空泵密封接口12首先对真空室4进行抽真空，当真空计6测量真空度达到10pa以下后打开罗茨真空泵8，当真空度达到5
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10-2
pa以后，打开液氮注入阀门对液氮循环回路5注入液氮。
24.所述的温度测试与记录系统包括温度显示与记录仪3，温度传感器10。温度传感器10为a级pt100热电阻温度传感器，用于检测换热结构9的温度并将信号传递给温度显示与记录仪3，后者能够实时显示换热结构9的温度并每隔60s记录一次。温度显示与记录仪3与温度传感器10通过传感器密封接口11实现连接。
25.本实施例用于实际测试的操作过程是：首先将换热结构用有机溶剂清洗以减少抽真空时放气，保证真空度，减少对流对导热效率测试的影响；在换热结构上安装温度传感器，并采用多层防辐射绝热包层包裹，底部采用绝热材料支撑，减少热辐射及热传导对导热效率测试的影响；再次清洗换热结构，并将其送入真空室，连接液氮回路接头、温度传感器接头；密封真空室，打开机械驱动真空泵，当真空计显示真空度达到10pa以下时打开罗茨真空泵直至真空度达到5
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10-2
pa；打开进液阀门，将液氮注入换热结构，同时打开温度显示与记录仪，自动记录换热结构温度变化。根据换热结构的尺寸、材料、物理性质以及温度变化的结果，计算采用不同连接工艺参数的换热结构的导热效率。