一种绝热材料表观热导率的检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种绝热材料表观热导率的检测装置，包括：可拆卸的冷腔，检测时可将待测绝热材料包覆在该冷腔外壁；对冷腔提供冷量的第一制冷机，该制冷机冷头与所述冷腔通过热桥连接；真空罩，所述冷腔和所述第一制冷机的冷头安装于该真空罩内；检测第一制冷机冷头

【技术实现步骤摘要】
一种绝热材料表观热导率的检测方法及装置


[0001]本专利技术涉及低温绝热领域，具体涉及一种具有检测多层绝热材料表观热导率功能的方法及装置
。

技术介绍

[0002]低温在医疗卫生
、
航空航天
、
工业生产及科研教育等领域的应用越来越广泛，为了安全长期存储和运输深低温液体
(
例如液氢或者液氦
)
，减少制冷机等相关低温仪器的热损失，性能优异的真空绝热技术不可或缺
。
高真空多层绝热或复合绝热不仅能有效减小热传导，还能在很大程度上减少辐射传热，是较为理想的深低温液体储罐绝热材料之一
。
[0003]多层绝热材料一般是由低发射率的辐射屏和低热导率的间隔物交替排列构成，其在液氮温区的优异性能已被多种测试平台测试证明
。
为了追求更好的绝热性能，大量不同的间隔物或反射屏材料被提出用于新的绝热材料组合中，另外不同的间隔物层数，或者不同的绝热材料层数也是研究的重点方向，这些研究都需要一个能够准确测试其绝热性能的测试装置
。
[0004]中国专利
CN 102809581B
涉及一种基于热保护法的低温真空多层绝热材料性能测试装置，利用低温液体控制冷端的温度，使用上下保护腔消除轴向边界效应，通过低温液体的蒸发率来获得漏热率
。
中国专利
CN 207488217U
涉及一种多层绝热材料表观热导率及放气速率测试装置，使用液氮作为冷源，量热器和高真空室共用一套抽真空单元的方案，节省了一套抽真空系统，避免了频繁拆卸造成的真空破坏；以上两套装置只能在低温液体
(
液氮
)
的沸点温度上测试绝热材料的性能，对于其他温区的绝热材料的性能，无法满足进一步的测试需求
。
中国专利
CN 108614007A
使用一个两级制冷机给二级冷屏降温，并设置有辐射冷屏用以减少辐射，通过计算导热棒的热传导量来表征通过多层材料的漏热率
。
这种量热方式对导热棒的材料性能要求高，不同的温区需要使用不同的导热杆测试，且为了实验的准确性，测试前需要对导热棒进行标定，测试过程较复杂；此方法在论文中已经进行了实验测试，根据文献
[1,2]可知，导热杆方法的测试结果是同样条件下液氮蒸发量热法测试结果的两倍左右，由此推断，使用导热棒计量热量的方法在测试过程中会产生较大误差
。
所以目前急需提出一种新的计量热量的方法用于测试材料的表观热导率
。([1]Joseph AH.Multilayer Insulation Testing at Varible Boundary Temperatures[D].Florida State University,2013.[2]Celik D,Klimas R,Van Sciver S,et al.An Apparatus to Measure The Apparent Thermal Conductivity Of Multilayer Insulation(MLI)[J].Advances In Cryogenic Engineering,Vols 57a and 57b,2012,1434:1313
‑
1318.)

技术实现思路

[0005]本专利技术针对当前绝热材料表观热导率测试过程中使用低温液体测试的安全问题
、
成本问题和冷端温度不可调控的等问题
。
该方法操作简单，无需使用低温液体，也不需要提前对导热材料进行标定，避免了标定过程带来的误差
。
[0006]一种绝热材料表观热导率的检测装置，包括：
[0007]可拆卸的冷腔，检测时可将待测绝热材料包覆在该冷腔外壁；
[0008]对冷腔提供冷量的第一制冷机，该制冷机冷头与所述冷腔通过热桥连接；
[0009]真空罩，所述冷腔和所述第一制冷机的冷头安装于该真空罩内；
[0010]检测第一制冷机冷头
、
冷腔和绝热材料外表面温度的测温元件；
[0011]温控仪，用于调节并维持冷腔
、
制冷机冷头到达预设的温度
。
[0012]还包括数据收集和处理系统，接收温度信号和温控仪的加热量信息，并进一步处理得到绝热材料的表观热导率
。
[0013]所述数据收集和处理系统可以选择集成芯片，也可以直接采用计算机，也可以采用集成芯片和计算机的组合系统
。
[0014]冷腔一方面用于均匀扩散冷端温度，同时模拟绝热材料的实际使用环境
。
冷腔的形状等可根据实际需要调整
。
比如可以为薄壳柱体结构，两端可以为平面结构，也可以是球形结构，或者介于两者之间的结构
。
优选的，冷腔使用无氧铜制成，可以使用低热导率的环氧树脂材料悬挂放置于真空罩内部
。
[0015]实际检测时，首先将多层绝热材料包裹在冷腔外壁
。
优选的，制冷机的侧面包裹多层绝热材料保证其温度和性能的稳定性
。
[0016]所述真空罩包含一套真空机组用于维持内部空间的真空环境，真空罩及真空机组用于提供真空环境，同时提供稳定的热端温度
。
优选的，真空罩的底部使用球形结构，增强整体的抗压能力
。
优选的，真空罩的侧面开设有真空接口，用于连接真空检测元件和真空获得及维持设备，调节真空罩腔体内部空间真空度
。
[0017]作为一种可实施方案，还包括水冷机组；所述真空罩为夹层结构，侧壁带有可以水冷机组连接的介质入口和介质出口
。
利用介质实现对真空罩温度的控制和维持等
。
优选的，介质进出口设置在真空罩的侧面，且入口低于液体浴出口
。
采用夹层结构，所述真空罩的侧面和底面中空且联通，留有液体浴
(
冷却介质
)
空间，用以维持实验时真空罩整体温度的均匀性；使用水或者防冻液作为循环液体冷却介质，使用水冷机组持续维持真空罩的温度不受外界环境的影响
。
[0018]或者作为另外一种可实施方案，还包括设置在真空罩内的辐射冷屏，所述冷腔和所述第一制冷机的冷头安装于该辐射冷屏内
。
利用辐射冷屏实现对真空罩内热端温度的控制和维持
。
[0019]优选的，在制冷机冷头和冷腔连接处使用热桥进行热连接，接触面上使用导热胶或者铟片加强传热
。
[0020]作为一种可实施方案，所述第一制冷机冷头与固定在所述冷腔中部的导热法兰热连接
。
采用该技术方案，能够进一步保证冷腔整体温度的均匀性，提高装置检测性能
。
所述第一制冷机冷头与导热法兰可以采用热桥实现热连接
。
优选的，热桥一头连接制冷机，另一头本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种绝热材料表观热导率的检测装置，其特征在于，包括：可拆卸的冷腔，检测时可将待测绝热材料包覆在该冷腔外壁；对冷腔提供冷量的第一制冷机，该制冷机冷头与所述冷腔通过热桥连接；真空罩，所述冷腔和所述第一制冷机的冷头安装于该真空罩内；检测第一制冷机冷头
、
冷腔和绝热材料外表面温度的测温元件；温控仪，用于调节并维持冷腔
、
制冷机冷头到达预设的温度；数据收集和处理系统，接收温度信号和温控仪加热量信息，并进一步处理得到绝热材料的表观热导率
。2.
根据权利要求1所述的绝热材料表观热导率的检测装置，其特征在于，还包括维持所述真空罩内部空间的真空环境的真空机组和水冷机组，所述真空罩结构为夹层结构，侧壁带有可以与水冷机组相连的介质入口和介质出口；或者所述夹层结构和水冷机组替换为设置在真空罩内的辐射冷屏，所述冷腔和所述第一制冷机的冷头安装于该辐射冷屏内
。3.
根据权利要求1所述的绝热材料表观热导率的检测装置，其特征在于，所述第一制冷机冷头与固定在所述冷腔中部的导热法兰热连接
。4.
根据权利要求1所述的绝热材料表观热导率的检测装置，其特征在于，所述冷腔顶部和底部分别设有上保护腔和下保护腔
。5.
根据权利要求4所述的绝热材料表观热导率的检测装置，其特征在于，还包括第二制冷机；所述上保护腔和下保护腔通过导热支撑杆相互连接，并通过热桥与第二制冷机冷头热连接
。6.
根据权利要求5所述的绝热材料表观热导率的检测装置，其特征在于，还包括辐射冷屏，所述冷腔
、
上保护腔和下保护腔以及第一制冷机和第二制冷机冷头均设置在该辐射冷屏内
。7.
根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：高云飞，王博，俞佳豪，何远新，甘智华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：