多层绝热材料和复合绝热材料性能测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种多层绝热材料和复合绝热材料性能测试装置，包括：低温装置、辐射冷屏和量热器，低温装置包括形成容纳腔的真空罩和具有一级冷头与二级冷头的制冷机，一级冷头和二级冷头位于真空罩的内部；辐射冷屏位于一级冷屏和二级冷屏之间；量热器包括悬置于真空罩内部且与一级冷头通过铜辫子热连接的一级冷屏、位于一级冷屏内部的二级冷屏、以及一端与二级冷头连接、另一端与二级冷屏内侧表面连接的导热棒；被测多层绝热材料包覆在二级冷屏的外侧面，测量通过导热棒的热流量得出被测多层绝热材料的绝热性能。本发明专利技术能有效解决现有复合多层绝热材料性能测试系统通过低温液体蒸发速率测试表观热导率所引起的资源浪费、测试误差大的问题。

Multilayer thermal insulation material and composite insulation material performance testing device

The invention discloses a performance testing device for multi-layer insulation materials and composite insulation materials, which comprises a cryogenic device, a radiation cold shield and a calorimeter. The cryogenic device comprises a vacuum cover forming an accommodation cavity and a refrigerator with a primary cold head and a secondary cold head. The calorimeter consists of a first-stage cold shield suspended in the vacuum hood and thermally connected with the first-stage cold shield through braid, a second-stage cold shield located in the first-stage cold shield, and a heat conducting rod connected with the second-stage cold shield at one end and the inner surface of the second-stage cold shield at the other end. The insulation performance of the multilayer insulation material was obtained by measuring the heat flux of the heat conducting rod coated on the outer side of the secondary cold shield. The invention can effectively solve the problems of waste of resources and large test error caused by the existing composite multi-layer insulation material performance test system by testing the apparent thermal conductivity through the evaporation rate of cryogenic liquid.

【技术实现步骤摘要】
多层绝热材料和复合绝热材料性能测试装置
本专利技术涉及低温绝热领域，更具体地，涉及一种多层绝热材料和复合绝热材料性能测试装置。
技术介绍
低温技术被广泛应用于生活、科研、工业和航天等领域。低温液体存储是低温技术应用的基础。深低温液体如液氢和液氦在存储过程中，普通的真空绝热方式无法有效控制热量的传入，一般采用真空下包覆多层绝热材料，同时外加辐射铜屏的方式，从而减小辐射漏热，消除气体对流传热。被动绝热技术是低温液体存储的基础。高真空复合绝热不仅具有极好的绝热效果，而且具有轻便，操作方便、对环境无污染等优点，因此被广泛应用于运输液化天然气的LNG船、低温液体储罐、低温实验装置和各种航天器中。多层绝热材料(MultilayerInsulation简称MLI)是一种超级绝热材料，由瑞典的Peterson于1951年首次研制成功。多层绝热材料是由铝箔/镀铝薄膜和具有低热导率间隔材料复合而成，或用褶皱的单、双面镀铝薄膜复合而成，是世界上公认的在高真空下具有低热导率的绝热材料。现今的多层绝热材料为了实际工程安装上的需要，发展趋势由简单的缠绕型向复合型多层绝热材料转变。例如目前出现了一种坚固耐用型的多层绝热材料，此种绝热材料为MLI与气凝胶复合后制造出的层状绝热材料，通过相关的试验验证得出，其在高真空的时候与MLI有着等同的绝热性能，但在低真空的时候，其绝热性能是MLI的6倍。除了在整个真空区间上都有较好的绝热性能之外，此种坚固耐用型绝热材料还具有一定的机械性能。目前国内外使用的用于测量多层绝热材料绝热性能的装置大都是采用低温液体蒸发法测量。这类装置在工作时，通过测量低温液体(如液氮77K或液氦4.2K)蒸发率反推通过被测多层绝热材料的热量。因此，该类测量装置会造成巨大的低温液体资源浪费，尤其是测试液氦温区的数据；其次该类测试装置只能测量多层绝热材料特定温度(如液氮77K或液氦4.2K)下的表观热导率；最后，该类测量装置需要测量蒸发气体体积流速，在环境温度、压力变化时，蒸汽密度变化将导致较大误差。进而需要设计一种新的用于测量低温下复合绝热材料绝热性能的测试装置。此外，液氢(20K)和液氦(4.2K)储罐由于内外温差巨大，导致辐射传热大，除真空绝热和包覆多层绝热外，还在真空腔和容器之间设一层铜屏作为辐射屏，铜屏上涂减小发射率的涂层或者包覆多层绝热材料。可以测量这种复合绝热方式的设备还未出现，现有的也仅仅是通过内部低温液体蒸发粗略估算来评估杜瓦的绝热性能。因此，需要提供一种新的测试装置对多层绝热材料和复合绝热材料的绝热性能进行测试。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多层绝热材料和复合绝热材料性能测试装置，包括：用于提供冷量和维持低温的低温装置，所述低温装置包括形成容纳腔的真空罩和具有一级冷头与二级冷头的制冷机，所述制冷机设置在所述真空罩的顶部法兰上，所述一级冷头和二级冷头位于所述真空罩的内部；以及，量热器，所述量热器包括悬置于所述真空罩内部且与所述一级冷头通过铜辫子热连接的一级冷屏、位于所述一级冷屏内部的二级冷屏、以及一端与所述二级冷头连接、另一端与所述二级冷屏内侧表面连接的导热棒；辐射冷屏，所述辐射冷屏用热导率低的环氧树脂悬吊于一级冷屏法兰下方，位于一级冷屏和二级冷屏之间，上面可以涂反射热辐射的辐射层或者包覆多层绝热材料，辐射冷屏与二级冷屏上包覆的多层绝热材料耦合形成复合绝热的方式；测量多层绝热材料表观热导率时，去除辐射冷屏，被测多层绝热材料包覆在所述二级冷屏的外侧面，测量通过所述导热棒的热流量得出被测多层绝热材料的绝热性能。测量复合多层绝热材料绝热性能时，被测多层绝热材料包覆在所述二级冷屏的外侧面，辐射冷屏上包覆多层绝热材料或者涂抹减小发射率的辐射涂层，测量通过所述导热棒的热流量得出被测多层绝热材料的绝热性能。优选地，所述导热棒的另一端通过支撑盘与所述二级冷屏的内侧表面连接，所述支撑盘设置为平板形状，所述平板的侧壁与所述二级冷屏的内侧表面连接，所述导热棒的另一端与支撑盘的中心连接。优选地，所述导热棒与支撑盘之间、以及导热棒与二级冷头之间设有用于消除接触热阻的铟片。优选地，所述一级冷屏的外侧表面结合固定有用于调节一级冷屏的第一温度控制器。优选地，所述导热棒上固定结合有用于控制所述二级冷屏的第二温度控制器。优选地，所述二级冷屏包括本体和位于所述本体两端的上端盖、下端盖，所述上端盖与下端盖之间还通过两根无氧铜棒连接，所述上端盖通过铜辫子与所述二级冷头连接，保证上、下端盖的温度与本体温度相同。优选地，所述导热棒的两端设有低温下使用的铑铁温度计，所述铑铁温度计用于测量标定的导热棒两端温度。优选地，该测试装置还包括用于保证所述一级冷屏与二级冷屏方向垂直的定位装置，所述定位装置固定结合在所述真空罩的底面内侧表面，且分别与一级冷屏和二级冷屏的底面连接。优选地，所述一级冷屏通过多根环氧树脂拉杆悬吊于所述真空罩内。本专利技术的有益效果如下：本专利技术的测试装置通过一级冷屏和二级冷屏模拟储罐的热端和冷端，辐射冷屏模拟液氢和液氦储罐的辐射屏，能够实现低温下对多层绝热材料和复合绝热材料的绝热性能进行测试。该装置以制冷机作为冷源，通过标定的导热棒作为量热器，能有效解决现有多层绝热材料和复合绝热材料性能测试系统通过低温液体蒸发速率测试表观热导率所引起的资源浪费、测试误差大、系统复杂和低温液体导致的安全问题。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出本专利技术测试装置的示意图。图2示出本专利技术测试装置的测试原理图。1制冷机；12一级冷头；13二级冷头；2真空腔；3拉杆；4一级冷屏51第一辐射冷屏；52第二辐射冷屏；6导热棒；7支撑盘；8二级冷屏；9端盖；10定位装置具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术一种多层绝热材料和复合绝热材料性能测试装置的一个实施例，包括低温装置和量热器。低温装置包括制冷机1、真空罩2，真空罩2为整个装置提供真空环境，保证整个测试装置处于高真空环境下。制冷机1设置在真空罩2的顶部法兰，制冷机1的一级冷头12和二级冷头13位于真空罩2内部。为了保证测量精度，需要增大被侧材料的有效导热面积，因此测试装置的高度较大，垂直高度为1925mm，为便于操作，真空抽气口和接线柱都设置在真空罩2的侧面。量热器包括一级冷屏4、二级冷屏8、二级冷屏的上、下端盖9、标定的导热棒6和支撑盘7。一级冷屏4通过环氧树脂拉杆悬置于真空罩2内部，环氧树脂拉杆的热导率低，在承受测试装置重力的同时，可以减小热量从真空罩2的壳体传递到一级冷屏4。一级冷屏4通过铜辫子与一级冷头12连接，冷量通过铜辫子传递到一级冷屏4，由于铜辫子为柔性材料，因此通过铜辫子连接可以防止将制冷机1工作时的振动传递给一级冷屏4。一级冷屏4上安装有第一温度控制器，可以将一级冷屏4的温度控制并维持在50K-300K之间的任一温度，一级冷屏4就是模拟实际应用中储罐热端或中间辐射屏温度。二级冷屏8悬置于一级冷屏4内部，二级冷头13位于二级冷屏8的外侧一级冷屏4的内侧，导热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层绝热材料和复合绝热材料性能测试装置，其特征在于，包括：用于提供冷量和维持低温的低温装置，所述低温装置包括形成容纳腔的真空罩和具有一级冷头与二级冷头的制冷机，所述制冷机设置在所述真空罩的顶部法兰上，所述一级冷头和二级冷头位于所述真空罩的内部；量热器，所述量热器包括悬置于所述真空罩内部且与所述一级冷头通过铜辫子热连接的一级冷屏、位于所述一级冷屏内部的二级冷屏、以及一端与所述二级冷头连接、另一端与所述二级冷屏内侧表面连接的导热棒；辐射冷屏，所述辐射冷屏悬置于所述真空罩内部且位于所述一级冷屏和二级冷屏之间，所述辐射冷屏表面涂有反射热辐射的辐射层或者包覆多层绝热材料，所述辐射冷屏与二级冷屏上的多层绝热材料形成复合绝热的方式；被测多层绝热材料包覆在所述二级冷屏的外侧面，测量通过所述导热棒的热流量得出被测多层绝热材料的绝热性能。

【技术特征摘要】
1.一种多层绝热材料和复合绝热材料性能测试装置，其特征在于，包括：用于提供冷量和维持低温的低温装置，所述低温装置包括形成容纳腔的真空罩和具有一级冷头与二级冷头的制冷机，所述制冷机设置在所述真空罩的顶部法兰上，所述一级冷头和二级冷头位于所述真空罩的内部；量热器，所述量热器包括悬置于所述真空罩内部且与所述一级冷头通过铜辫子热连接的一级冷屏、位于所述一级冷屏内部的二级冷屏、以及一端与所述二级冷头连接、另一端与所述二级冷屏内侧表面连接的导热棒；辐射冷屏，所述辐射冷屏悬置于所述真空罩内部且位于所述一级冷屏和二级冷屏之间，所述辐射冷屏表面涂有反射热辐射的辐射层或者包覆多层绝热材料，所述辐射冷屏与二级冷屏上的多层绝热材料形成复合绝热的方式；被测多层绝热材料包覆在所述二级冷屏的外侧面，测量通过所述导热棒的热流量得出被测多层绝热材料的绝热性能。2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述导热棒的另一端通过支撑盘与所述二级冷屏的内侧表面连接，所述支撑盘设置为平板形状，所述平板的侧壁与所述二级冷屏的内侧表面连接，所述导热棒的另一端与支撑盘的中心连接。3.根据权利要求2所述的测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，徐冬，沈福至，刘辉明，李来风，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11