[发明专利]一种300-4.5K温区多工况低温换热器的测试装置

说明书

本发明公开一种300‑4.5K温区多工况低温换热器的测试装置，包括低温恒温器及位于该恒温器内的冷屏、盘设在冷屏上的盘管、待测换热器、热流体路、冷流体路、测量仪表和数据采集系统；300K入口管路、80K入口管路和4.5K入口管路进入低温恒温器后分别一分为二，接入冷流体路和热流体路入口，冷流体路和热流体路的出口均与回气管路连接，冷流体路和热流体路由相同的组件和管路构成。本发明中通过大型氦制冷机系统提供常温300K氦气、80K和4.5K冷氦气混合得到待测换热器的冷热流体，实现300‑4.5K大范围低温区低温换热器性能测试，具备冷热流体入口温度、压力和流量调节的多工况测试功能，方便更换待测换热器。

技术领域

本发明涉及换热器实验装置领域，尤其涉及一种300-4.5K温区多工况低温换热器的测试装置。

背景技术

低温换热器作为大型氦低温系统的重要设备，直接影响整个系统的制冷或液化性能。低温换热器的作用主要是冷却主流路氦气，回收氦气回路冷量，以提高制冷系统的效率。不同与普通换热器，低温换热器的应用条件更为苛刻，对效率、压降和紧凑度等提出更高的要求，且须考虑变物性、流体分配不均、轴向导热、环境漏热等因素的影响，所以其设计、制造和运行更加复杂。

板翅式换热器，由于传热效率高，比表面积大（一般可达1500m²/m³），适用范围广等优点，广泛应用在大型氦制冷机中。板翅式换热器的翅片性能公式通常由常温介质的吹风实验得到，关联式并未考虑低温下的物性急剧变化、纵向导热、环境漏热等不利因素，因而其运行在低温下的准确性尚未清楚。目前工程上设计低温换热器时，留有一定的面积裕度，以弥补关联式、物性变化、流体分配不均、纵向导热和环境漏热等因素带来的不利影响。然而换热器的面积裕度选取过小，会导致换热效率达不到设计目标，严重时使得氦制冷机的制冷量下降，液化器生产不出液氦。若面积裕度选取过大，会导致换热器和制冷机的尺寸庞大，增加制造成本。

除了设计工况，低温换热器还可能在变工况下运行。大型氦制冷机开机启动后，系统开始降温，低温换热器则开始从常温300K降至各自设计的温度。降温到位后，制冷机进入设计工况工作，此时换热器的运行参数与设计参数匹配。当制冷机运行工况改变后，换热器的运行参数将发生变化，换热性能也将发生变化。因此对低温换热器进行变工况测试，对指导实际工程中对低温换热器的设计应用十分重要。

截至目前还鲜见低温换热器整机性能测试的装置，究其原因，是深低温测试流体、测试装置等提出很高的要求。专利（CN201810126528.1）提出了一种20K以下温区的换热器性能测试方式装置，但该方法是将氦制冷机的最后一级换热器增加测量仪表来获得其性能，测试温区十分有限（20K-4.5K），无法进行变工况测试；另外更换待测换热器时，需拆开氦制冷机，十分麻烦。同时实验平台仅针对特定氦制冷机的最后一级换热器，更换待测换热器可能导致与实验装置其他设备不匹配，没有通用性。专利（CN201710407482.6）提出了一种利用液氮冷却的换热器性能试验装置。受限于液氮的温度，该装置只能进行77K温度以下的换热器测试。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种300-4.5K温区多工况低温换热器的测试装置，解决300-4.5K大范围低温区低温换热器测试难题，可实现冷热流体入口温度、压力和流量调节的多工况测试功能，方便更换待测换热器，具有通用性。

本发明采取的技术方式如下：

一种300-4.5K温区多工况低温换热器的测试装置，其特征在于，包括低温恒温器及位于该恒温器内的冷屏、盘设在冷屏上的盘管、待测换热器、热流体路、冷流体路、测量仪表和数据采集系统；