[发明专利]一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统

说明书

本发明提供一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统，其包括：氢热虹吸管，呈封闭中空状，其包括由上至下依次设置的冷凝段、绝热段和蒸发段，冷凝段包括至少两个子冷凝段，蒸发段包括至少两个子蒸发段；每一子冷凝段和每一子蒸发段均分别控制；第一杜瓦，具有密闭空间，其内腔面缠绕控温换热管，工质可在控温换热管中流动,用于控制第一杜瓦内温度；固定装置，用于将氢热虹吸管悬空置于第一杜瓦中。本申请试验系统通过对冷凝段子冷凝段的分别控制以及蒸发段子蒸发段的分别控制，进而改变蒸发段、冷凝段的长度，以研究蒸发段、冷凝段、绝热段长度变化对氢虹吸换热器的影响。

技术领域

本申请涉及氢液化换热器领域，特别涉及一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统。

背景技术

近年来，随着我国大型氦液化低温系统的建立，利用冷氦气制冷氢液化换热器生产液氢得以进行更为深入的研究和开发。设计氢液化换热器需要掌握氢的冷凝物性。由于氢的危险性，氢冷凝的公开实验很少，而且实验数据与常温流体得到的经验关系式存在较大出入；所以需要进一步实验总结氢的冷凝物性，以得到适合氢冷凝的关系式，指导氦制冷氢换热器的设计。

直接利用换热器进行实验，具有设备投资成本高、运行成本高、实验时间长等缺点。利用仿真软件对氢的冷凝进行仿真，具有安全和成本低等优点，但其有效性还需要实验的验证。热虹吸管是研究冷凝物性的有效装置，具有投资低，效果直接、明显等优点，也能够大大简化仿真结构。因此，有必要设计氢热虹吸管实验系统来研究氢的冷凝性质。

氢作为一种低温流体，氢热虹吸管需要工作在20K左右的低温下，需要配套低温系统，而低温系统的降温需要较长的时间和较高的成本，所以，对氢热虹吸管实验系统的工况还有在低温下即可连续切换的要求。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统，以研究氢的冷凝特性。

一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统，其包括：氢热虹吸管，呈封闭中空状，其包括由上至下依次设置的冷凝段、绝热段和蒸发段，冷凝段包括至少两个子冷凝段，蒸发段包括至少两个子蒸发段；每一子冷凝段和每一子蒸发段均分别控制；第一杜瓦，具有密闭空间，其内腔面缠绕控温换热管，工质可在控温换热管中流动；固定装置，用于将氢热虹吸管悬空设置于第一杜瓦中。

其中，实验系统进一步包括第二杜瓦，第一杜瓦放置于第二杜瓦内，第二杜瓦内盛装液氮，液氮液面不高于所述第一杜瓦顶部，液氮的温度高于第一杜瓦内工质的温度。

其中，冷凝段上紧密环绕冷凝换热管，该冷凝换热管自每一子冷凝段的顶部开始沿氢热虹吸管的外壁缠绕至该冷凝段的底部后再缠绕回其顶部，冷凝工质在冷凝换热管中流动。

其中，冷凝换热管的出口端包括第一分支和第二分支，第一分支和第二分支上分别设置开关，第一分支连接控温换热管的入口端并在冷凝换热管与控温换热管中的工质一致时打开第一分支上的开关；第二分支连接外部工质回收装置并在冷凝换热管与控温换热管中的工质不一致时打开第二分支上的开关。

其中，冷凝段与绝热段之间、绝热段与蒸发段之间、相邻的子冷凝段之间、相邻的子蒸发段之间均采用绝热材料进行隔离。

其中，冷凝段、绝热段和蒸发段的外部，以及氢热虹吸管上下表面均包覆绝热材料。