[发明专利]低温脉动热管实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及低温热传导领域，特别涉及一种针对低温工况下的脉动热管实验装置。

背景技术

脉动热管（Pulsating Heat Pipe，简称PHP）是一种新型传热元件，其概念在1990年首次由Akachi提出。脉动热管是蛇形的无芯毛细金属管在冷端和热端之间反复弯折形成的回路，分为蒸发段、绝热段（可以没有）和冷凝段。毛细管内抽成真空然后冲入一定量的工作液体，由于毛细力的作用管内会形成气柱和液塞，通过气柱和液塞的自激励震荡实现潜热和显热的传递。

脉动热管内部无需吸液芯材料，因而结构简单。更为可贵的是，对脉动热管的结构和设计参数进行优化后，其运行性能基本不受重力的影响，因此它可以在微(无)重力场、反重力场等场合下良好运行。这就意味着经过合理设计的脉动热管，可以按照现场需要灵活布置，既可以竖直安装(冷凝端布置在蒸发端的上方或下方)，也可以水平安装，还可以任意弯曲形状以适应环境需要。将它应用于空调系统的排风余热回收，既可保持现有重力式热管及分离式热管换热器的优点，还解决了这两种热管换热器换季需换向的问题。

脉动热管已经在室温下开展了广泛的研究例如文献（纳米流体对脉动热管最佳充液率的影响，纪玉龙、徐陈、苏风民、马鸿斌，工程热物理学报，2012年第33卷第11期1981-1984页，共4页）报道了一种研究纳米流体对脉动热管最佳充液率的影响的实验装置，其结构如该文献中图1所示，该装置仅适于室温下对脉动热管性能的研究。关于这类室温下对脉动热管性能进行研究的装置的报道很多，而在低温下的研究甚少。

传统低温制冷技术主要有低温液体传导冷却法和小型低温制冷机冷却法。随着通信技术、超导技术和半导体技术等先进技术的快速发展，小型低温制冷技术占有主导地位。但小型低温制冷机存在制冷区域小、温度场不均匀等缺点，对于远离制冷机的场合或者大区域制冷的场合如核聚变设备、超导磁能存储（SMES）等不能很好的满足要求，因此需要一种高效的传热方式。

由于脉动热管具有等温性、高热导率以及热流密度可变等优点，低温脉动热管能够很好的解决低温情况下传热方面的问题。所以，提供一种针对低温下脉动热管性能研究的实验装置具有重大战略性意义。

发明内容

本发明提供了一种低温脉动热管实验装置，该装置能够实现低温下对脉动热管运行参数的测试，使得将脉动热管应用于低温制冷领域成为现实，实用性较强。

一种低温脉动热管实验装置，包括：

真空罩；

固定在真空罩内的脉动热管，该脉动热管包括冷凝段、蒸发段；

与真空罩相对固定的制冷机，该制冷机包括一级冷头和二级冷头；

所述一级冷头对真空罩内空间进行低温冷却，提供所述脉动热管所需的低温环境；所述二级冷头对脉动热管的冷凝段进行低温冷却，提供冷凝段所需的冷量。

所述的真空罩用于维持脉动热管尽可能在真空状态下运行，一般需要与真空泵相连。制冷机通过一级冷头对真空罩内空间进行冷却，保证脉动热管在低温下工作。制冷机一级冷头的制冷温度可根据实际需要确定。

当需要温度更低的低温环境时，作为优选，所述真空罩内设有冷屏；所述脉动热管设于所述冷屏内。冷屏作为辅助屏，可以明显的降低辐射热流，有利于形成低温脉动热管运行的低温环境。冷屏一般采用铝或铜材质，便于实现热量的迅速传递。冷屏外通过多层绝热减少漏热。所述的制冷机可选用多种制冷机构，例如可采用两级或多级的GM制冷机或者其他类型的脉管制冷机等。

为实现一级冷头和二级冷头对冷屏和脉动热管冷凝段的冷却，可采用多种方式利用导热件将一级冷头和二级冷头与冷屏和脉动热管冷凝段分别连接。为避免安装导热件时对一级冷头和二级冷头的结构破坏，对制冷性能的不良影响，作为优选，所述一级冷头通过第一铜质编织带与冷屏（S）连接，所述二级冷头通过第二铜质编织带与冷凝段连接。采用铜质编织带传热时，既可以避免使用螺栓等固定结构（此时需要在一级冷头或者二级冷头上设置螺孔或者螺杆结构，将会破坏一级冷头或者二级冷头的整体结构，对制冷性能带来不良影响），也能快速实现热量或冷量的传递。

为便于实现脉动热管的冷凝段和蒸发段的固定和传热，作为优选，所述脉动热管的冷凝段和蒸发段均设有铜板，两个铜板上均设有用于放置脉动热管的冷凝段或蒸发段的凹槽；与冷凝段连接的铜板同时通过第二铜质编织带与所述二级冷头连接。实际安装时，将脉动热管的冷凝段和蒸发段置于相应的铜板内的凹槽内，然后通过焊接等固定方式即可实现对脉动热管的冷凝段和蒸发段的固定。