[發明專利]一種高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置

有效

• 申請號: 201210535331.6
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103033076A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 楊永紅;劉站國;張曉軍;陳建華;張忠利;周立新;羅軍;黃其殷;杜永清;秦紅強
• 申請（專利權）人: 中國航天科技集團公司第六研究院第十一研究所
• 主分類號: F28D7/16
• 分類號: F28D7/16;F28F9/02;F28F9/013;F28F9/26
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

技術領域

本發明涉及一種可應用于新一代運載火箭增壓輸送試驗系統的低溫換熱裝置，尤其涉及一種高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置。

背景技術

現有的低溫氦氣換熱器溫降范圍窄且獲得的低溫值較高，工作壓力低，流量小，無法滿足高壓、大流量下氦氣獲得大降溫的要求。

發明內容

為解決現有低溫換熱器壓力低、流量小且不可調、溫降小且獲得的溫度值較高等技術的不足，本發明提供一種高壓、大流量、低溫、高效液氮/氦氣換熱裝置。

本發明的技術解決方案是：

一種高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，包括殼體及設置在殼體內的芯體，所述殼體上設置有液氮出入口及氦氣出入口，其特殊之處在于：

所述芯體包括位于兩端的管板6、位于兩管板6之間的分層布置的多個換熱管7、還包括布置在管板外側的至少一個氦氣入口管3、至少一個氦氣出口管14、多個橫向連接管8、至少一個縱向連接管11及多個集氣腔5；

所述氦氣入口管3、氦氣出口管14、橫向連接管8、縱向連接管11均通過集氣腔5與換熱管7連通，所述橫向連接管8連接同層的兩個集氣腔5，所述縱向連接管11連接上下相鄰的兩個集氣腔5。

上述殼體的兩端的橢圓形封頭，所述液氮入口設置的殼體的一端，所述氦氣出入口設置在殼體的另一端。

上述集氣腔的腔身由半圓柱殼身與管板組成，所述腔身的兩端為球殼的一部分。

上述管板6和換熱管7之間采用脹焊結合的設計工藝進行焊接。

上述氦氣入口管的數量為2、所述氦氣出口管的數量為2、所述橫向連接管8的數量為4、所述縱向連接管的數量為2，所述2個氦氣入口管分別依次與集氣腔、換熱管、集氣腔、橫向連接管、集氣腔、換熱管、集氣腔、縱向連接管、集氣腔、換熱管、集氣腔、橫向連接管、集氣腔、換熱管、集氣腔及氦氣出口管連通。

上述換熱管的管壁上設置有彎曲部。

還包括位于兩管板之間的支撐結構，所述支撐結構由橫向支撐板和多個縱向支撐板及垂直于橫向和縱向的中間支撐板相互交叉組成。

上述橫向支撐板和縱向支撐板上均勻設置有多個流通孔。

本發明的有益效果是：

1、本發明高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，由換熱器芯體和殼體組成，芯體中的管路分層設置，工作時，殼體中通入液氮，芯體的上部換熱管在處在氮氣中，通過氮氣對換熱管中的氦進行初步降溫；芯體下部換熱管浸泡在液氮中，通過液氮對換熱管中的氦氣進行強化降溫，該換熱裝置降溫幅度大，氦氣的溫度可由常溫降至-150℃。芯體的高壓管路系統通入氦氣，通過熱量交換，獲得低溫氦氣。

2、本發明高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，殼體的兩端采用橢圓形封頭，液氮入口設置的殼體的一端，氦氣出入口設置在殼體的另一端，提高了殼體端部的強度，使殼體能夠承受較大的低溫應力。

3、本發明高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，集氣腔兩端為球殼結構，減小了局部應力集中，防止芯體由于應力集中而產生破壞現象。

4、本發明高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，采用雙流路、二次降溫結構設計技術，解決氦氣流量大且有多種流量組合、溫降大且出口溫度值低的要求。

5、本發明高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，換熱管的管壁上設置有彎曲部，可防止換熱管熱脹冷縮、工作抖動引起焊縫失效芯體結構破壞。

6、本發明大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，位于兩管板之間的支撐結構，可減小換熱管的抖動，使芯體結構更加穩定。

7、本發明高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，通過在橫向支撐板和縱向支撐板上均勻設置多個流通孔，既起到平衡各管板之間液氮的壓差的作用，又利于減輕自身重量。

8、本發明采用脹焊結合的設計工藝技術，解決氦氣易泄漏問題。

附圖說明

圖1為本發明的總體示意圖，包括換熱器殼體、換熱器芯體；

圖2為本發明的換熱器芯體示意圖；

圖3為本發明換熱器芯體端部示意圖。

具體實施方式

圖1及圖2為本發明的一種實施例的結構示意圖，液氮/氦氣換熱裝置包括殼體1及放置在殼體的芯體2，殼體上設置有液氮入口1A、液氮出口1B、氮氣排放口1C及氦氣出口1D、氦氣入口1E，換熱器芯體由氦氣入口管3、4，集氣腔5，管板6，換熱管7，連接管8、9、11、12、15、16，氦氣出口管13、14組成。