一种极低温负压换热器的制作方法

1.本发明涉及低温制冷技术领域，具体是一种极低温负压换热器。


背景技术：

2.低温负压换热器是工作在低温负压环境下的特殊换热器，广泛应用在液氦温区(2k～4.2k)中，是低温系统中回收低温冷量的关键设备。在超流氦低温系统中，负压(0.5～0.05bar)、低温(2k)氦气与来流液氨(4k)进行热交换，一方面可以回收低温氦气的冷量，另一方面使得来流液氨的温度降低，提高2k超流氦的产液率。因此，在超流氦低温系统中增加低温负压换热器，能够明显提升2k超流氦的产液率，从而大幅度提高了系统的性能参数。
3.现有的低温负压换热器一般结构复杂、换热效率低、实用性差且易泄漏，这导致了整个超流氦低温系统的性能参数下降，因此，需要一种结构简单、换热效率高、便于维修更换且无泄漏的新型换热器来弥补上述不足。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、换热效率高、便于维修更换且无泄漏的极低温负压换热器。
5.本发明的技术方案为：
6.一种极低温负压换热器，包括外壳以及安装在外壳内部的换热器组件，所述换热器组件包括第一单体层、第二单体层以及穿过第一单体层和第二单体层的中心孔的中间管道；
7.所述第一单体层和第二单体层的外表面与外壳的内表面通过真空钎焊连接，所述中间管道的外表面与第一单体层和第二单体层的中心孔内表面通过真空钎焊连接；
8.所述第一单体层和第二单体层均为通过3d打印形成的多孔结构或者通过真空烧结形成的多孔介质，所述第一单体层与第二单体层的中心孔截面尺寸不同，所述第一单体层和第二单体层分别设有若干个且沿着中间管道交错排列。
9.所述的极低温负压换热器，所述中间管道由位于中心的主管道以及均匀分布在主管道周围且与主管道连通的若干个支管道构成。
10.所述的极低温负压换热器，所述多孔结构由环绕中心孔布置的圆柱形小孔阵列构成。
11.所述的极低温负压换热器，所述多孔介质由环绕中心孔布置的蜂窝状小孔集合构成。
12.由上述技术方案可知，本发明的第一单体层和第二单体层与外壳和中间管道之间分别采用真空钎焊，保障了回流负压气体无泄漏地完全穿过第一单体层和第二单体层，无额外损失，并且与来流低温流体通过同一换热载体，降低了传热温差；第一单体层和第二单体层采用多孔结构或者多孔介质，形成不同孔位的配置，保障了回流负压气体与来流低温流体进行充分换热；第一单体层和第二单体层交错排列，增加了回流负压气体的流动路径，
从而极大地提升了换热效率；中间管道内部存在微细换热结构，增加了换热面积，提高了换热能力；本发明具有换热充分、结构简单易实现、便于更换等优势。
附图说明
13.图1是本发明具体实施方式的结构示意图；
14.图2是本发明具体实施方式第一单体层的截面示意图；
15.图3是本发明具体实施方式第二单体层的截面示意图；
16.图4是本发明具体实施方式中间管道的截面示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
18.如图1～3所示，一种极低温负压换热器，包括外壳1以及安装在外壳1内部的换热器组件，换热器组件包括第一单体层21、第二单体层22以及穿过第一单体层21和第二单体层22的中心孔211、221的中间管道23。外壳1的一端设有气体进口11，另一端设有气体出口12；中间管道23的一端设有流体进口24，另一端设有流体出口25。
19.第一单体层21和第二单体层22可以为通过3d打印形成的多孔结构，该多孔结构由环绕中心孔211、221布置的圆柱形小孔阵列构成。第一单体层21和第二单体层22也可以为通过真空烧结形成的多孔介质，该多孔介质由环绕中心孔211、221布置的蜂窝状小孔集合构成。第一单体层21的中心孔211与第二单体层22的中心孔221截面尺寸不同，第一单体层21上的圆柱形小孔或蜂窝状小孔212与第二单体层上的圆柱形小孔或蜂窝状小孔222截面尺寸可以相同，也可以不同。
20.第一单体层21和第二单体层22分别设有若干个且沿着中间管道23交错排列，根据使用场所空间尺寸，第一单体层21和第二单体层22的个数可以增加或者减少。
21.第一单体层21和第二单体层22的外表面与外壳1的内表面通过真空钎焊连接，中间管道23的外表面与第一单体层21和第二单体层22的中心孔211、221的内表面也通过真空钎焊连接。
22.如图4所示，中间管道23由位于中心的主管道231以及均匀分布在主管道231周围且与主管道231连通的六个支管道232构成。
23.本发明的工作原理：
24.换热器组件成体后，外壳1与第一单体层21和第二单体层22之间形成回流负压气体流道，中间管道23形成来流低温流体流道。回流负压气体从气体进口11进入回流负压气体流道，经过第一单体层21和第二单体层22的多孔结构或者多孔介质，与从流体进口24进入来流低温流体流道的来流低温流体进行换热，达到冷却来流低温流体的目的。冷却后的来流低温流体从流体出口25流出，换热后的回流负压气体从气体出口12流出。
25.第一单体层21和第二单体层22与外壳1采用真空钎焊，形成密封面，保障了回流负压气体无泄漏地完全穿过第一单体层21和第二单体层22，进行充分换热。
26.中间管道23与第一单体层21和第二单体层22采用真空钎焊，形成密封流道，无泄漏，保障来流低温流体与回流负压气体相互换热的载体为同一器件(即第一单体层21和第二单体层22)，降低两者换热存在的传热温差，提升了换热效率。
27.第一单体层21和第二单体层22采用多孔结构或者多孔介质，形成不同孔位的配置，保障了回流负压气体与来流低温流体进行充分换热。第一单体层21和第二单体层22交错排列，使得回流负压气体的流动路径增加，从而提升了换热效率。
28.中间管道23内部存在微细换热结构，增加了换热面积，提高了换热能力。
29.以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。


技术特征：
1.一种极低温负压换热器，包括外壳以及安装在外壳内部的换热器组件，其特征在于：所述换热器组件包括第一单体层、第二单体层以及穿过第一单体层和第二单体层的中心孔的中间管道；所述第一单体层和第二单体层的外表面与外壳的内表面通过真空钎焊连接，所述中间管道的外表面与第一单体层和第二单体层的中心孔内表面通过真空钎焊连接；所述第一单体层和第二单体层均为通过3d打印形成的多孔结构或者通过真空烧结形成的多孔介质，所述第一单体层与第二单体层的中心孔截面尺寸不同，所述第一单体层和第二单体层分别设有若干个且沿着中间管道交错排列。2.根据权利要求1所述的极低温负压换热器，其特征在于：所述中间管道由位于中心的主管道以及均匀分布在主管道周围且与主管道连通的若干个支管道构成。3.根据权利要求1所述的极低温负压换热器，其特征在于：所述多孔结构由环绕中心孔布置的圆柱形小孔阵列构成。4.根据权利要求1所述的极低温负压换热器，其特征在于：所述多孔介质由环绕中心孔布置的蜂窝状小孔集合构成。

技术总结
本发明提供一种极低温负压换热器，包括外壳以及安装在外壳内部的换热器组件，所述换热器组件包括第一单体层、第二单体层以及穿过第一单体层和第二单体层的中心孔的中间管道；所述第一单体层和第二单体层的外表面与外壳的内表面通过真空钎焊连接，所述中间管道的外表面与第一单体层和第二单体层的中心孔内表面通过真空钎焊连接；所述第一单体层和第二单体层均为通过3D打印形成的多孔结构或者通过真空烧结形成的多孔介质，所述第一单体层与第二单体层的中心孔截面尺寸不同，所述第一单体层和第二单体层分别设有若干个且沿着中间管道交错排列。本发明具有换热充分、结构简单易实现、便于更换等优势。便于更换等优势。便于更换等优势。


技术研发人员：孔中科 何玉龙 许茹茹 杨亦霖 杜文飞 罗高乔
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十六研究所
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/4/5