專利名稱：一種高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于新一代運(yùn)載火箭增壓輸送試驗系統(tǒng)的低溫?fù)Q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(shù)：
現(xiàn)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(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有低溫?fù)Q熱器壓力低、流量小且不可調(diào)、溫降小且獲得的溫度值較高等技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高壓、大流量、低溫、高效液氮/氦氣換熱裝置。本發(fā)明的技術(shù)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(shè)置在殼體內(nèi)的芯體，所述殼體上設(shè)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(cè)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(shè)置的殼體的一端，所述氦氣出入口設(shè)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(jié)合的設(shè)計工藝進(jìn)行焊接。上述氦氣入口管的數(shù)量為2、所述氦氣出口管的數(shù)量為2、所述橫向連接管8的數(shù)量為4、所述縱向連接管的數(shù)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(shè)置有彎曲部。還包括位于兩管板之間的支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)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(shè)置有多個流通孔。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)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(shè)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(jìn)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(jìn)行強(qiáng)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°C。芯體的高壓管路系統(tǒng)通入氦氣，通過熱量交換，獲得低溫氦氣。2、本發(fā)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(shè)置的殼體的一端，氦氣出入口設(shè)置在殼體的另一端，提高了殼體端部的強(qiáng)度，使殼體能夠承受較大的低溫應(yīng)力。3、本發(fā)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(jié)構(gòu)，減小了局部應(yīng)力集中，防止芯體由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生破壞現(xiàn)象。4、本發(fā)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(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)，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(fā)明高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，換熱管的管壁上設(shè)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(jié)構(gòu)破壞。6、本發(fā)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(jié)構(gòu)，可減小換熱管的抖動，使芯體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。7、本發(fā)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(shè)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(fā)明采用脹焊結(jié)合的設(shè)計工藝技術(shù)，解決氦氣易泄漏問題。


圖1為本發(fā)明的總體示意圖，包括換熱器殼體、換熱器芯體；圖2為本發(fā)明的換熱器芯體示意圖；圖3為本發(fā)明換熱器芯體端部示意圖。
具體實施例方式圖1及圖2為本發(fā)明的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，液氮/氦氣換熱裝置包括殼體I及放置在殼體的芯體2，殼體上設(shè)置有液氮入口 1A、液氮出口 1B、氮氣排放口 IC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。如圖1，換熱器芯體2安裝至換熱器殼體I中，殼體中充入液氮。氦氣分兩路從兩個氦氣入口管3、4進(jìn)入換熱器芯體1，隨后進(jìn)入焊接在管板6上的集氣腔5，再依次通過上半部分后方的換熱管7，連接管8、9、上半部分前方的換熱管7、連接管11、12，下半部分前方的換熱管7、連接管15、16、下半部分后方的換熱管7后，分別從氦氣出口管13、14引出。換熱管7焊接在兩側(cè)管板6之間，并通過支撐板10支撐。本實施例與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于采用雙流路設(shè)計，可獲得比現(xiàn)有換熱器更大的流量且有多種流量組合；采用二次降溫技術(shù)，可獲得比現(xiàn)有低溫?fù)Q熱器更大的溫降和更低的出口溫度。采用集氣腔結(jié)構(gòu)設(shè)計，突破了現(xiàn)有換熱器壓力低的缺點，采用脹焊結(jié)合的設(shè)計工藝技術(shù)，突破了高壓下氦氣易泄漏的問題。因此，本發(fā)明突破了現(xiàn)有低溫?fù)Q熱器壓力低、流量小、溫降范圍窄的缺點。本發(fā)明已應(yīng)用于新一代運(yùn)載火箭增壓輸送試驗系統(tǒng)，在用氮氣代替氦氣的試驗系統(tǒng)調(diào)試中，氮氣經(jīng)換熱后，出口為液氮，證明換熱裝置可以達(dá)到設(shè)計要求，滿足試驗系統(tǒng)需要。本發(fā)明的工作原理是換熱器芯體一半換熱管始終浸泡在液氮中，高壓氦氣通過處于低溫氮氣中的上層換熱管換熱實現(xiàn)初步降溫，隨后通過浸泡在液氮中的下層換熱管換熱實現(xiàn)再次降溫，獲得增壓輸送試驗系統(tǒng)要求的低溫氦氣。蒸發(fā)后的氮氣通過排放管路排入大氣中。
權(quán)利要求
1.一種高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，包括殼體及設(shè)置在殼體內(nèi)的芯體，所述殼體上設(shè)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)， 其特征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(cè)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 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，其特征在于所述殼體的兩端的橢圓形封頭，所述液氮入口(IA)設(shè)置的殼體的一端，所述氦氣出口(1D)、氦氣入口(IE)設(shè)置在殼體的另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，其特征在于所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。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，其特征在于所述管板(6)和換熱管(7)之間采用脹焊結(jié)合的工藝進(jìn)行焊接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，其特征在于所述氦氣入口管的數(shù)量為2、所述氦氣出口管的數(shù)量為2、所述橫向連接管8的數(shù)量為4、所述縱向連接管的數(shù)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。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，其特征在于所述換熱管的管壁上設(shè)置有彎曲部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，其特征在于還包括位于兩管板之間的支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)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。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置，其特征在于所述橫向支撐板和縱向支撐板上均勻設(shè)置有多個流通孔(10 )。
全文摘要
一種高壓、大流量、低溫、液氮/氦氣換熱裝置。本發(fā)明涉及一種液氮/氦氣換熱裝置，包括殼體及放置在殼體的芯體，換熱器芯體安裝至換熱器殼體中，殼體中充入液氮。氦氣分兩路從兩個氦氣入口管進(jìn)入換熱器芯體，隨后進(jìn)入焊接在管板上的集氣腔，再依次通過上半部分后方的換熱管，連接上半部分前方的換熱管、連接管下半部分前方的換熱管、連接管、下半部分后方的換熱管后，分別從氦氣出口管引出。換熱管焊接在兩側(cè)管板之間，并通過支撐板支撐。本發(fā)明采用二次降溫技術(shù)，可獲得比現(xiàn)有低溫?fù)Q熱器更大的溫降和更低的出口溫度。采用集氣腔結(jié)構(gòu)設(shè)計，突破了現(xiàn)有換熱器壓力低的缺點，采用脹焊結(jié)合的設(shè)計工藝技術(shù)，突破了高壓下氦氣易泄漏的問題。
文檔編號F28F9/02GK103033076SQ20121053533
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者楊永紅, 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(qiáng) 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第六研究院第十一研究所