超重力离心机的制冷系统与冷却方法技术方案

本申请提供了超重力离心机的制冷系统和冷却方法，超重力离心机包括绕竖直轴线转动的转子以及罩设在转子外的离心舱，转子包括转动电机、与转动电机联动的中心转轴、架设在中心转轴上的转臂以及设置在转臂两端部的试件舱，制冷系统包括：多个液体介质进口，位于离心舱底部的舱壁且分布在中心转轴的外周，各液体介质进口分别配置有流量调节阀用以气化进入离心舱的液体介质；多个气体介质出口，位于离心舱顶部的舱壁；冷凝回收装置，通过气体管路与气体介质出口连通，以接收并冷凝来自气体管路的气体介质，冷凝回收装置还通过液体输送管路与各液体介质进口连通以输送冷凝后形成的液体介质。本申请的制冷系统结构简单紧凑，可大幅度增加换热效率。

【技术实现步骤摘要】
超重力离心机的制冷系统与冷却方法
本申请涉及超重力
，特别是涉及超重力离心机的制冷系统与冷却方法。
技术介绍
超重力离心机通常包括转子和离心舱，通过驱动电机带动转子高速旋转，产生巨大离心力，以满足超重力实验的要求。在转动过程中，转子的旋转带动离心舱内空气流动，引发转子与固定支架、转子与周围空气、流动的空气与离心舱室壁面之间的摩擦而产生很多热量，例如高速离心机在1500g的运行工况下产生的热量达到5MW以上。这些热量若不及时散出，将引发离心舱内温度急剧升高，危机整个实验装置的安全运行，并对测量传动器等电子元件的安全性能和测试精度产生较大的影响。超重力离心机上常用的制冷方法主要包括风冷和液冷，一般多采用风冷与离心壁四周冷水冷却相结合的方法，因此超重力离子机外需设置多个设备进行辅助，设备占用空间大，且当离心机的载荷进一步增加时，离心室内的产热量会进一步增加，冷风联合冷水冷却也无法达到散热的要求。
技术实现思路
针对上述技术问题，本申请提供了超重力离心机的制冷系统与冷却方法，所述制冷系统可大幅度增加换热效率，以及有效降低工作能耗。本申请的超重力离心机的制冷系统，所述超重力离心机包括绕竖直轴线转动的转子以及罩设在转子外的离心舱，所述转子包括转动电机、与转动电机联动的中心转轴、架设在中心转轴上的转臂以及设置在转臂两端部的试件舱，所述制冷系统包括：多个液体介质进口，位于所述离心舱底部的舱壁且分布在所述中心转轴的外周，各液体介质进口分别配置有流量调节阀用以气化进入所述离心舱内的液体介质；多个气体介质出口，位于所述离心舱顶部的舱壁；冷凝回收装置，通过气体管路与所述气体介质出口连通，以接收并冷凝来自气体管路的气体介质，所述冷凝回收装置还通过液体输送管路与各液体介质进口连通以输送冷凝后形成的液体介质。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，以所述中心转轴的轴线为圆心，各液体介质进口靠近所述圆心布置，且在转子转动状态下，各液体介质进口位于离心舱的低压区域。可选的，各液体介质进口沿所述中心转轴的轴向均匀分布。可选的，所述液体介质进口为两个。可选的，所述气体介质出口的数量与液体介质进口数量相同，且周向位置一一匹配。。可选的，各气体介质出口远离所述圆心布置，且在转子转动状态下，各气体介质出口位于离心舱的高压区域。可选的，所述制冷系统还包括：压缩机，设置在所述气体介质出口与冷凝回收装置之间，用于压缩冷凝前的气体介质。可选的，所述液体介质为氟利昂R12、R22、R123、R124、R134a、R141b、R142b、R402A、R404A、R407c、R408A、R409A、R410A、R502、R717中的一种或多种。本申请还提供了超重力离心机的冷却方法，采用任一所述的制冷系统对所述超重力离心机进行冷却。可选的，所述冷却方法包括：冷却过程中，通过控制流量调节阀，使得离心舱内的温度保持在35～45℃。与现有技术相比，本申请至少具有以下技术效果：(1)直接将离心舱作为蒸发器，在液体介质进口设置流量调节阀，形成膨胀阀结构，省去常规外壁面液冷过程中制冷主机侧换热热阻、外壁面换热器与超重力离心机外壁面的换热热阻，可大幅度增加换热效率；(2)制冷系统集成膨胀阀、蒸发器和压缩机参与制冷循环，结构简单紧凑，且可降低制冷所需的能耗。附图说明图1为本申请一实施例中制冷系统的结构示意图；图2为一实施中超重力离心机的工况时压力云图。图中附图标记说明如下：10、转子；11、转动电机；12、中心转轴；121、轴线；13、转臂；14、试件舱；20、离心舱；21、舱壁；22、液体介质进口；23、气体介质出口；24、流量调节阀；30、冷凝回收装置；31、气体管路；32、液体输送管路；40、压缩机。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。超重力离心机在高速运行过程中，转子的转动带动离心舱内空气流动，引发旋转部件与固定支架、旋转部件与周围空气、流动空气与试件舱壁面、流动空气与离心舱内壁之间的摩擦而产生巨大的热量，因此要求制冷系统能够快速对超重力离心机进行冷却，常用的方法主要有液冷和风冷。其中，风冷循环通过气体置换和低温气体换热达到冷却目的，该过程中压缩机和膨胀机需持续工作和协作，制冷能耗高；液冷则通过设置换热器对舱壁进行循环降温，但存在换热热阻不断增强导致的制冷效果较差的问题；目前多采用液冷和风冷结合的方式，但整体设备结构复杂，占用空间大。针对上述技术问题，本申请一实施例提供了超重力离心机的制冷系统，超重力离心机包括绕竖直轴线转动的转子10以及罩设在转子10外的离心舱20，转子10包括转动电机11、与转动电机11联动的中心转轴12、架设在中心转轴12上的转臂13以及设置在转臂13两端部的试件舱14，制冷系统包括：多个液体介质进口22，位于离心舱20底部的舱壁21且分布在中心转轴12的外周，各液体介质进口22分别配置有流量调节阀24用以气化进入离心舱20内的液体介质；多个气体介质出口23，位于离心舱20顶部的舱壁21；冷凝回收装置30，通过气体管路31与气体介质出口23连通，以接收并冷凝来自气体管路31的气体介质，冷凝回收装置30还通过液体输送管路32与各液体介质进口22连通以输送冷凝后形成的液体介质；参见图1。超重力离心机在高速运转工况下，离心舱20的温度急剧上升导致舱室内形成高温环境，整个舱室相当于一个蒸发室；流量调节阀24用于控制液体介质的流速，一方面可调节液体介质的压力，例如通过节流将高压低温的液体介质转变为低压低温的液体，另一方面保证进入舱室的液体介质气化速率，低温液体进入高温环境中迅速吸收热量并膨胀气化形成气体介质；由于转子10的高速旋转引发舱室内气体介质一起转动，即气体介质不断向舱室内壁运动，最终从多个气体介质出口23排出，并进入冷凝回收装置30；冷凝回收装置3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.超重力离心机的制冷系统，所述超重力离心机包括绕竖直轴线转动的转子以及罩设在转子外的离心舱，所述转子包括转动电机、与转动电机联动的中心转轴、架设在中心转轴上的转臂以及设置在转臂两端部的试件舱，其特征在于，所述制冷系统包括：/n多个液体介质进口，位于所述离心舱底部的舱壁且分布在所述中心转轴的外周，各液体介质进口分别配置有流量调节阀用以气化进入所述离心舱内的液体介质；/n多个气体介质出口，位于所述离心舱顶部的舱壁；/n冷凝回收装置，通过气体管路与所述气体介质出口连通，以接收并冷凝来自气体管路的气体介质，所述冷凝回收装置还通过液体输送管路与各液体介质进口连通以输送冷凝后形成的液体介质。/n

【技术特征摘要】
1.超重力离心机的制冷系统，所述超重力离心机包括绕竖直轴线转动的转子以及罩设在转子外的离心舱，所述转子包括转动电机、与转动电机联动的中心转轴、架设在中心转轴上的转臂以及设置在转臂两端部的试件舱，其特征在于，所述制冷系统包括：
多个液体介质进口，位于所述离心舱底部的舱壁且分布在所述中心转轴的外周，各液体介质进口分别配置有流量调节阀用以气化进入所述离心舱内的液体介质；
多个气体介质出口，位于所述离心舱顶部的舱壁；
冷凝回收装置，通过气体管路与所述气体介质出口连通，以接收并冷凝来自气体管路的气体介质，所述冷凝回收装置还通过液体输送管路与各液体介质进口连通以输送冷凝后形成的液体介质。


2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，以所述中心转轴的轴线为圆心，各液体介质进口靠近所述圆心布置，且在转子转动状态下，各液体介质进口位于离心舱的低压区域。


3.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，各液体介质进口沿所述中心转轴的轴向均匀分布。


4.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述液体介质进口为两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨毅，郭轶楠，蒋建群，林伟岸，王亚林，丁德，余俊祥，
申请(专利权)人：浙江大学，浙江大学建筑设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33