一种多功能低温涡旋盘管预冷换热器制造技术

本发明专利技术公开了一种多功能低温涡旋盘管预冷换热器，其包括中间狭缝结构、螺纹孔、螺旋凹槽、U形槽、固定孔以及测温和加热螺纹孔。该换热器应用于液氦及以下温区预冷型JT制冷机的预冷单元。该换热器不仅可直接替代预冷机的冷头，还可作为冷屏的支撑底板。中间狭缝结构增大换热面积，使预冷效率大幅提高。螺旋凹槽与高压管路过盈配合，用于预冷高压高温氦气。换热器表面镀微米级薄金层，减少辐射漏热损失。U形槽便于管路和导线的排布，同时可作为导线从液氦温区到室温区的热沉。本发明专利技术集预冷机冷头、冷屏支撑、高压流体预冷以及导线热沉多种功能于一体，结构紧凑，既减少了预冷机与换热器的接触热阻，又增强了制冷机的预冷效果，提高了预冷效率。

A multifunctional precooling heat exchanger with low temperature scroll coil

【技术实现步骤摘要】
一种多功能低温涡旋盘管预冷换热器
本专利技术属于低温换热领域，具体涉及一种集预冷机冷头换热、冷屏支撑、高压流体预冷以及导线热沉多种功能于一体的低温涡旋盘管预冷换热器。
技术介绍
随着航空航天技术的快速发展，对空间探测器的要求不断地提高。为了提高探测仪的灵敏度、观测精度，部分探测器及其所属的电子设备需要工作在稳定可靠的液氦温区或者是更低的mK级的低温环境中。空间液氦温区的制冷技术主要包括液氦杜瓦技术和J-T制冷技术。其中液氦杜瓦技术虽然较成熟但其寿命受所携带的液氦量的限制，发射成本也相对提高。J-T制冷机利用焦耳-汤姆逊效应进行制冷，具有体积小、振动小、结构紧凑、制冷效率高等优点，可实现冷量的远距离传输。由于氦气工质在常温下节流产生制热，因此需要对氦气工质进行预冷。同时，空间应用项目要求J-T制冷机的预冷换热器体积更小、漏热更少、结构更为紧凑。
技术实现思路
本专利技术提供了一种集预冷机冷头换热、冷屏支撑、高压流体预冷以及导线热沉多种功能于一体的低温涡旋盘管预冷换热器，在减少预冷机与换热器接触热阻的同时，又增强了预冷机的预冷效果，提高了预冷效率，具有结构紧凑，漏热少的优点。本专利技术的技术方案是：本专利技术提供了一种多功能低温涡旋盘管预冷换热器，包括中间狭缝结构1、螺纹孔2、螺旋凹槽3、U形槽4、固定孔5以及测温和加热螺纹孔6。所述换热器结构为圆形，表面镀微米级金层，换热器表面留有测温和加热螺纹孔6，用于测温和加热元件固定；所述中间狭缝结构1由圆形阵列针肋填充组成，周围留有固定孔5用于所述换热器与预冷机紧固连接；所述螺纹孔2，布置在所述换热器边缘四周，用于固定冷屏；所述螺旋凹槽3布置在所述换热器上表面，两端分别为氦气工质进出口；所述U形槽4布置在所述换热器边缘；本专利技术的优点在于：该多功能低温涡旋盘管预冷换热器可应用于液氦及以下温区预冷型JT制冷机。该换热器可直接替代预冷机的冷头，减少接触热阻，改善预冷效果，提高预冷效率；中间狭缝结构由圆周阵列针肋组成，增大了预冷机与该换热器的换热面积，提高换热效率；该换热器外围螺纹孔用于冷屏固定，同时换热器表面镀了微米级薄金层，以减少辐射漏热损失；该换热器上表面留有螺旋凹槽管路用于氦气工质预冷，充分利用了有限的底板面积；该换热器边缘留有U形槽，便于旁通管路、低压管路、测温导线和加热导线的排布，同时也是导线从液氦温区到室温区的热沉；该换热器集预冷机冷头换热、冷屏支撑、高压流体预冷以及导线热沉多种功能于一体，结构紧凑，增强了预冷效果，提高了预冷效率附图说明图1为本专利技术的多功能低温涡旋盘管预冷换热器的俯视示意图；图中：1、中间狭缝结构；2、螺纹孔；3、螺旋凹槽；4、U形槽；5、固定孔；6、测温和加热螺纹孔；图2为本专利技术的多功能低温涡旋盘管预冷换热器的正视示意图；图3为本专利技术的多功能低温涡旋盘管预冷换热器的仰视示意图。具体实施方式下面结合附图及实施案例进一步描述本专利技术。如图1、图2、图3所示，本专利技术提供了一种多功能低温涡旋盘管预冷换热器，该低温涡旋盘管换热器应用于液氦及以下温区预冷型JT制冷机。包括中间狭缝结构1、螺纹孔2、螺旋凹槽3、U形槽4、固定孔5以及测温和加热螺纹孔6。该换热器由无氧铜材料车成圆形结构，在换热器整个表面镀微米级金层，减少整个多功能低温涡旋盘管预冷换热器的辐射漏热损失，表面留有温度传感器与加热片固定螺纹口6，分别用于测试换热器的工作温度和预冷量。换热器中间为圆周阵列针肋狭缝结构1，狭缝由线切割工艺制作。狭缝结构周围留有固定孔5，用于与预冷机紧固连接。换热器边缘圆周阵列螺纹孔2，便于换热器和冷屏紧固连接，作为冷屏的支撑底板。换热器上表面钻刻有低温螺旋凹槽3，高压氦气工质从凹槽入口处流入，与底板充分换热，将氦气工质预冷到和底板一样的温度。换热器边缘刻有U形槽4，便于旁通管路、低压管路、测温导线和加热导线的排布。U形槽4同时也是导线从液氦温区到室温区的热沉。实际使用时，该低温涡旋盘管预冷换热器与预冷机螺纹紧固连接之后放置在真空罐中，保持真空罐真空度在10-4Pa以上，用于减少装置中的对流换热。该换热器与预冷机进行螺纹连接固定后和镀金冷屏螺纹连接，减少管路和预冷换热器的辐射漏热损失。本专利技术的工作过程按以下步骤进行：抽真空过程：为了减少低温区和高温区之间的对流换热损失，在装配好系统之后，要对整个系统进行抽真空操作，该换热器外部环境真空度要保持在10-4Pa以上。然后对管路进行气体置换，确保管路中无杂质气体。降温过程：多功能低温涡旋盘管预冷换热器运行预冷时，首先需要打开预冷机，让预冷机进行工作后，对预冷换热器进行预冷降温。预冷过程：经预冷后的预冷换热器温度降低，高压氦气工质通过螺旋凹槽3预冷降温。(4)回温过程多功能低温螺旋盘管预冷器在系统结束运行时仍具有较低的温度，为了保护系统部件，要先对其进行回温操作。首先关闭预冷机，通过辐射换热和高压氦气带走冷量使其回温。最后应说明的是：本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施案例的限制，上述实施例和说明书描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都要落入要求保护的本专利技术范围内。本专利技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能低温涡旋盘管预冷换热器，包括中间狭缝结构(1)、螺纹孔(2)、螺旋凹槽(3)、U形槽(4)、固定孔(5)以及测温和加热螺纹孔(6)；其特征在于：/n所述换热器结构为圆形，表面镀微米级金层，换热器表面留有测温和加热螺纹孔(6)用于测温和加热元件固定，所述中间狭缝结构(1)周围留有固定孔(5)用于所述换热器与预冷机紧固连接；所述中间狭缝结构(1)，由圆形阵列针肋组成，与预冷机连接；所述螺纹孔(2)，布置在所述换热器边缘四周，用于固定冷屏；所述螺旋凹槽(3)布置在所述换热器上表面，两端分别为氦气工质进出口；所述U形槽(4)位于所述换热器边缘。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能低温涡旋盘管预冷换热器，包括中间狭缝结构(1)、螺纹孔(2)、螺旋凹槽(3)、U形槽(4)、固定孔(5)以及测温和加热螺纹孔(6)；其特征在于：
所述换热器结构为圆形，表面镀微米级金层，换热器表面留有测温和加热螺纹孔(6)用于测温和加热元件固定，所述中间狭缝结...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘少帅，吴亦农，潘小珊，蒋珍华，丁磊，朱海峰，黄政，陈钏，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31