[发明专利]超重力离心机

说明书

本申请提供了一种超重力离心机，超重力离心机包括绕竖直轴线转动的转子、罩设在转子外的实验舱、以及相应的降温系统转子带有与实验舱转动配合的轴部，轴部带有位于实验舱外部的轴顶端，降温系统包括液冷装置和蒸发冷却装置；液冷装置包括制冷源，以及与制冷源连通且与实验舱的舱壁热耦合的第一冷却介质循环管路；蒸发冷却装置包括设置于实验舱外部的冷凝室，以及与转子热耦合的热管散热器，热管散热器的吸热端固定于转子，热管散热器的散热端经过轴顶端伸入冷凝室。本申请的超重力离心机，通过液冷装置和蒸发冷装置的相互配合，有效降低转子在高速运转时所产生的温度，保障超重力离心机安全高效的工作。

技术领域

本申请涉及超重力技术领域，特别是涉及一种超重力离心机。

背景技术

超重力工程技术的基本原理是利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为，强化相与相之间的相对速度和相互接触，从而实现高效的传质传热过程和化学反应过程。在地球上，实现超重力环境的简便方法是通过旋转产生离心力而模拟实现。这样旋转设备被称为超重力离心机。

超重力离心机主要包括绕竖直轴线转动的转子以及罩设在转子外的实验舱，通过驱动电机带动转子高速旋转，产生巨大离心力，满足超重力实验的要求。在此过程中，转子的旋转带动实验舱内空气流动，引起转子与周围空气、流动的空气与实验舱之间相互摩擦而产生热量。这部分热量若不及时散出，将引起实验舱内温度急剧升高，危及整个实验装置的安全运行，并对测量传感器等电子元件的安全性能和测量精度产生较大的影响。因此，需要针对超重力离心机设计降温系统。

超重力离心机运行时转子高速旋转，发热功率可达5MW。例如，转子末端相对空气的运动速度最大，温度较高，散热需求较大。目前超重力离心机的降温系统普遍采用的是固定于实验舱的静态管路，静态管路方便直接与实验舱的舱壁或实验舱内的空气换热，但不方便对高速运动的转子进行直接的换热降温，降温效果有待提高。

发明内容

本申请提供了一种超重力离心机，能够提高降温能力，运行更加可靠。

本申请提供的一种超重力离心机，所述超重力离心机包括绕竖直轴线转动的转子、罩设在转子外的实验舱、以及相应的降温系统，所述转子带有与所述实验舱转动配合的轴部，所述轴部带有位于所述实验舱外部的轴顶端，所述降温系统包括液冷装置和蒸发冷却装置；

所述液冷装置包括制冷源，以及与制冷源连通且与所述实验舱的舱壁热耦合的第一冷却介质循环管路；

所述蒸发冷却装置包括设置于所述实验舱外部的冷凝室，以及与冷凝室连通且经由所述轴顶端伸入所述转子内部以换热的热管散热器。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，所述液冷装置还包括与所述冷凝室热耦合的第二冷却介质循环管路。

可选的，所述冷凝室位于所述轴顶端的上方以使所述冷凝室内的冷凝液依靠自身重力流入所述轴顶端内。

可选的，所述热管散热器为由多段管道连通形成的非闭环结构且具有散热端和吸热端，其中散热端伸入所述冷凝室内，吸热端与所述转子热耦合，冷却介质在同一段管道内双向流通以形成冷却介质循环管路。

可选的，所述转子自身相对所述竖直轴线为对称结构且具有远离所述竖直轴线的高温端，所述热管散热器包括：

第一管道，在所述轴部内竖直延伸，所述第一管道的上端为所述散热端；

第二管道，一端与所述第一管道的下端连通，另一端为所述吸热端且延伸至所述转子的高温端。

可选的，所述第二管道包括：

竖直段，贴近所述高温端的表面，所述竖直段的下端为所述吸热端；