CN109520191B - 一种瓜瓣热沉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种瓜瓣热沉，包括位于球形真空罐内侧的大门热沉、上部球台热沉、中部球台热沉、下部球台热沉以及底部热沉，所述大门热沉与所述下部球台热沉相对设置，所述中部球台热沉、所述中部球台热沉和所述下部球台热沉包括多个环绕所述球形真空罐的瓜瓣热沉，所述瓜瓣热沉包括翅片、液氮支管、进液汇总管和出液汇总管。该热沉结构便于制造与运输，温度均匀性好。

Description

一种瓜瓣热沉
技术领域
本发明涉及热交换装置技术领域，尤其涉及一种瓜瓣热沉。
背景技术
大型球形空间环境模拟器用于航天产品的热真空、热平衡试验，大型球形热沉是模拟器中最重要的部件。大型球形热沉安装在大型的球形真空罐内，热沉布满整个真空罐内表面。热沉由铜翅片和不锈钢管焊接而成，不锈钢管内通液氮，在真空罐内进行热交接，在球形真空罐内形成约100K的温度环境，温度均匀性5K，以达到试验要求。
由于大型球形热沉球体直径达10米以上，不能进行整个热沉的制作、运输和安装，整个热沉必须分为多块，现场安装。这种热沉尺寸大、质量大，制造与运输不方便，且通入液氮后的温度均匀性不好，热沉自身热胀冷缩也会对安装和使用带来极大的不便。
发明内容
本发明提供了一种瓜瓣热沉，便于制造与运输，温度均匀性好。
为了达到所述目的，本发明采用如下技术方案：
一种瓜瓣热沉，其特征在于：包括位于球形真空罐内侧的大门热沉、上部球台热沉、中部球台热沉、下部球台热沉以及底部热沉，所述大门热沉与所述底部热沉相对设置，所述上部球台热沉、所述中部球台热沉和所述下部球台热沉包括多个环绕所述球形真空罐的瓜瓣热沉，所述瓜瓣热沉构成球形结构，所述瓜瓣热沉包括翅片、液氮支管、进液汇总管和出液汇总管。
作为一种优选，还包括位于所述瓜瓣热沉两侧的进液环形汇总管以及出液环形汇总管，所述进液环形汇总管与所述进液汇总管之间通过进液软管连接，所述出液环形汇总管与所述出液汇总管之间通过出液软管连接。
作为一种优选，所述中部球台热沉上的所述液氮支管为圆弧形结构，所述上部球台热沉和所述下部球台热沉上的所述液氮支管成辐射状布置并分别向所述球形真空罐上端和下端收缩。
作为一种优选，所述上部球台热沉、所述中部球台热沉以及所述下部球台热沉上的所述瓜瓣热沉形状相同、安装高度相同且沿所述球形真空罐周向均匀排列。
作为一种优选，所述大门热沉与所述底部热沉为球面形结构或平面形结构。
作为一种优选，所述瓜瓣热沉靠近所述球形真空罐一侧设有热沉支架，单个所述液氮支管上设有两个所述翅片，其中一个所述翅片螺栓固定在骨架上。
作为一种优选，所述骨架包括与所述液氮支管交叉的横梁以及与所述液氮支管平行的纵梁，所述翅片固定在所述横梁上，所述骨架与所述液氮支管之间设有聚四氟乙烯绝热垫层。
作为一种优选，所述热沉支架与所述球形真空罐之间设有辐射屏，所述辐射屏包括至少三层辐射层，所述辐射层上设有通孔，相邻两层所述辐射层上的所述通孔错开设置，相邻所述辐射层之间设有网状涤纶纱布层，外层的所述辐射层外侧设有绝热铝箔粘结层。
作为一种优选，所述球形真空罐内侧设有热沉安装架，所述热沉安装架包括上部支撑、位于所述上部支撑下端的吊挂件、下部支撑以及位于所述下部支撑上端的支撑件。
作为一种优选，所述翅片的长度较所述液氮支管短，所述上部球台热沉与所述下部球台热沉上的所述翅片的宽度由所述球形真空罐中部向端部渐缩。
综上，与现有技术相比，本发明的优点在于：上部球台热沉、中部球台热沉以及下部球台热沉上的瓜瓣热沉形状相同，设计制造方便，其流阻相同、高度一致，通入液氮后温度均匀性好；液氮支管不用拼接，竖向布置不易气阻；瓜瓣热沉尺寸较小，热胀冷缩量小，不易因温差大而损坏。
附图说明
图1是本发明的热沉结构示意图；
图2是中部球台热沉上的瓜瓣热沉的结构示意图；
图3是热沉支架的结构示意图；
图4是热沉安装架结构示意图；
图5是辐射屏结构示意图；
图6是上部球台热沉和下部球台热沉上的翅片结构示意图；
图7是上部球台热沉和下部球台热沉上的瓜瓣热沉结构示意图。
图中的标号如下：
1．球形真空罐，11．进液环形汇总管，12．出液环形汇总管，13．进液软管，14．出液软管，2．大门热沉，3．上部球台热沉，4．中部球台热沉，5．下部球台热沉，6．底部热沉，7．瓜瓣热沉，71．翅片，72．液氮支管，73．进液汇总管，74．出液汇总管，8．热沉支架，81．骨架，82．辐射屏，821．通孔，9．热沉安装架，91．上部支撑，92．吊挂件，93．下部支撑，94．支撑件。
具体实施方式
下面结合附图中实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图7所示的一种瓜瓣热沉，包括位于球形真空罐1内侧的大门热沉2、上部球台热沉3、中部球台热沉4、下部球台热沉5以及底部热沉6。上部球台热沉3位于球形真空罐1中部并关于真空罐的球心对称设置，上部球台热沉3和下部球台热沉5形状相同并对称设置在中部球台热沉4两侧。三个球台形热沉相互独立安装，有独立的液氮进出液管，能够较好的控制热沉温度均匀性。大门热沉2与底部热沉6相对设置，分别设置在球形真空罐1的顶端和底端。大门热沉2安装在真空罐大门内表面，随大门一起移动，大门热沉2与底部热沉6可设置成球面形结构也可设为平面形结构。
中部球台热沉4、中部球台热沉4和下部球台热沉5包括多个环绕球形真空罐1的瓜瓣热沉7，瓜瓣热沉7包括翅片71、液氮支管72、进液汇总管73和出液汇总管74。液氮支管72垂沿竖向布置，进液汇总管73和出液汇总管74分别位于液氮支管72下端和上端，液氮经由进液汇总管73流入液氮支管72后由出液汇总管74流出。瓜瓣热沉7组合成球面结构，上部球台热沉3、中部球台热沉4以及下部球台热沉5上的瓜瓣热沉7形状相同，设计制造方便，其流阻相同、高度一致，通入液氮后温度均匀性好；此时，液氮支管72不用拼接，可用整根不锈钢管制作，其采用竖向布置方式，不易气阻；瓜瓣热沉7尺寸较小，热胀冷缩量小，不易因温差大而损坏。另一种实施例中，翅片71上设有波纹弯折区，其为平行于液氮支管72轴线的冲压而成的波浪形凸起与凹槽结构，翅片71上的波纹弯折区有两个，两个波纹弯折区之间设有螺栓孔，螺栓连接翅片71与热沉支架8时，波纹弯折区与骨架81相抵，螺栓附近的翅片区域受压变形，保证连接强度，避免连接结构松动，减小翅片71温度变化产生的变形对连接稳定性的影响，同时增大了翅片71的表面积，提高了换热效率。另一种实施例中，波纹弯折区沿翅片71分布设置，弯折线与翅片71的延伸方向垂直，连接螺栓位于相邻的两个波纹弯折区之间，便于弯折翅片71成球面弧形结构，便于焊接翅片与液氮支管72。
瓜瓣热沉7下侧和上侧进液环形汇总管11以及出液环形汇总管12，进液环形汇总管11与进液汇总管73之间通过进液软管13连接，出液环形汇总管12与出液汇总管74之间通过出液软管14连接。进液环形汇总管11和出液环形汇总管12环绕球形真空罐1设置，液氮由进液环形汇总管11分别流入各瓜瓣热沉7的进液汇总管73后进入液氮支管72进行换热，瓜瓣热沉7并列设置，换热过程中的温度均匀性好。上部球台热沉3、中部球台热沉4以及下部球台热沉5独立设置有进液环形汇总管11和出液环形汇总管12，各瓜瓣热沉7相互并列，且安装在同一高度，各热沉流阻基本相同，液氮下进上出，因此热沉整体温度均匀性好，能够达到试验要求。进液环形汇总管11的进液口位于球形真空罐1下部，出液环形汇总管12的出液口位于球形真空罐1上部。环形汇总管与瓜瓣热沉7之间通过软管连接，热沉安装后位置调整以及热胀冷缩不会对相邻热沉产生影响。进液软管13与出液软管14采用金属波纹软管，其与环形汇总管和液氮支管72的连接方式采用球头-锥面-螺纹连接，密封性与承压性好。
中部球台热沉4上的液氮支管72为形状尺寸相同的圆弧形结构，上部球台热沉3和下部球台热沉5上的液氮支管72成辐射状布置并分别向球形真空罐1上端和下端收缩。上部球台热沉3、中部球台热沉4以及下部球台热沉5上的瓜瓣热沉7形状相同、安装高度相同且沿球形真空罐1周向均匀排列，各热沉流阻基本相同，液氮下进上出，热沉温度均匀性好。
瓜瓣热沉7靠近球形真空罐1一侧设有热沉支架8，单个液氮支管72上设有两个翅片71，其中一个翅片71螺栓固定在骨架81，翅片71端部向液氮支管72一侧弯折，两个翅片71相互平行并设置在液氮支管72两侧。骨架81包括与液氮支管72交叉的横梁811以及与液氮支管72平行的纵梁812，翅片71固定在横梁811上，骨架81与瓜瓣热沉7平行并组成球面结构，骨架81与液氮支管72之间设有聚四氟乙烯绝热垫层，以减少球形真空罐1的内外热交换。骨架81为两层，包括两组相互平行的横梁811与纵梁812，热沉安装架9安装在外层骨架81上。聚四氟乙烯绝热垫层设置在内层骨架81与瓜瓣热沉7之间以及外层骨架81外侧。翅片71的长度较液氮支管72短，取400mm～600mm，容易做成球面弧形，上部球台热沉3与下部球台热沉5上的翅片71的宽度由球形真空罐1中部向端部渐缩。焊接前对铜翅片71进行校形，采用单面连续焊焊接。
热沉支架8与球形真空罐1之间设有辐射屏82，辐射屏82可通过螺丝固定在外层骨架81一侧的聚四氟乙烯绝热垫层外侧。辐射屏82包括至少三层辐射层，辐射层上设有通孔821，相邻两层辐射层上的通孔821的位置错开设置，最外层的辐射层外侧设有绝热铝箔粘结层。辐射层优选为铝合金或钛合金或不锈钢，其厚度为0.5-1mm，通孔821的设置大大降低了辐射屏82的重量并便于加工成球面结构，通孔821可为圆形或方形孔，可阵列排列设置在辐射屏82上。相邻辐射层之间设有网状涤纶纱布层，辐射屏82温度变化产生变形时，柔性的网状涤纶纱布层限制了相邻辐射层之间的相对位移并保证其相对位置的稳定性。
球形真空罐1内侧设有热沉安装架9，热沉安装架9包括上部支撑91、位于所述上部支撑91下端的吊挂件92、下部支撑93以及位于所述下部支撑93上端的支撑件94。单个瓜瓣热沉7对应两个吊挂件92和支撑件94，热沉支架8侧部设有与吊挂件92配合的固定体，固定体可通过螺栓固定在热沉支架8上，其位置可调，瓜瓣热沉7通过固定件挂在吊挂件92上，支撑件94为水平杆状结构，可插入热沉支架8侧部的支撑孔内或与热沉支架侧壁相抵。吊挂件92、支撑件94可将热沉位置作上下、左右、前后的调整，以保证热沉整体位于同一球面上。瓜瓣热沉7尺寸小、重量轻，热沉刚度好，安装固定于调整方便，对支撑结构强度要求低，稳定性好。
以上说明仅仅是对发明的解释，使得本领域普通技术人员能完整的实施本方案，但并不是对发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，这些都是不具有创造性的修改，但只要在发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种瓜瓣热沉，其特征在于：包括位于球形真空罐（1）内侧的大门热沉（2）、上部球台热沉（3）、中部球台热沉（4）、下部球台热沉（5）以及底部热沉（6），所述大门热沉（2）与所述底部热沉（6）相对设置，所述上部球台热沉（3）、所述中部球台热沉（4）和所述下部球台热沉（5）包括多个环绕所述球形真空罐（1）的瓜瓣热沉（7），所述瓜瓣热沉（7）构成球形结构，所述瓜瓣热沉（7）包括翅片（71）、液氮支管（72）、进液汇总管（73）和出液汇总管（74）；
所述瓜瓣热沉（7）靠近所述球形真空罐（1）一侧设有热沉支架（8），单个所述液氮支管（72）上设有两个所述翅片（71），其中一个所述翅片（71）通过螺栓固定在骨架（81）上；
所述热沉支架（8）与所述球形真空罐（1）之间设有辐射屏（82），所述辐射屏（82）包括至少三层辐射层，辐射层为铝合金或钛合金或不锈钢，其厚度为0.5-1mm，所述辐射层上设有通孔（821），通孔（821）阵列排列设置在辐射屏（82）上，相邻两层所述辐射层上的所述通孔（821）错开设置，相邻所述辐射层之间设有网状涤纶纱布层，外层的所述辐射层外侧设有绝热铝箔粘结层。
2.根据权利要求1所述的一种瓜瓣热沉，其特征在于：还包括位于所述瓜瓣热沉（7）两侧的进液环形汇总管（11）以及出液环形汇总管（12），所述进液环形汇总管（11）与所述进液汇总管（73）之间通过进液软管（13）连接，所述出液环形汇总管（12）与所述出液汇总管（74）之间通过出液软管（14）连接。
3.根据权利要求2所述的一种瓜瓣热沉，其特征在于：所述中部球台热沉（4）上的所述液氮支管（72）为圆弧形结构，所述上部球台热沉（3）和所述下部球台热沉（5）上的所述液氮支管（72）成辐射状布置并分别向所述球形真空罐（1）上端和下端收缩。
4.根据权利要求1所述的一种瓜瓣热沉，其特征在于：所述上部球台热沉（3）、所述中部球台热沉（4）以及所述下部球台热沉（5）上的所述瓜瓣热沉（7）形状相同、安装高度相同且沿所述球形真空罐（1）周向均匀排列。
5.根据权利要求1所述的一种瓜瓣热沉，其特征在于：所述大门热沉（2）与所述底部热沉（6）为球面形结构或平面形结构。
6.根据权利要求1所述的一种瓜瓣热沉，其特征在于：所述骨架（81）包括与所述液氮支管（72）交叉的横梁（811）以及与所述液氮支管（72）平行的纵梁（812），所述翅片（71）固定在所述横梁（811）上，所述骨架（81）与所述液氮支管（72）之间设有聚四氟乙烯绝热垫层。
7.根据权利要求1所述的一种瓜瓣热沉，其特征在于：所述球形真空罐（1）内侧设有热沉安装架（9），所述热沉安装架（9）包括上部支撑（91）、位于所述上部支撑（91）下端的吊挂件（92）、下部支撑（93）以及位于所述下部支撑（93）上端的支撑件（94）。
8.根据权利要求1所述的一种瓜瓣热沉，其特征在于：所述翅片（71）的长度较所述液氮支管（72）短，所述上部球台热沉（3）与所述下部球台热沉（5）上的所述翅片（71）的宽度由所述球形真空罐（1）中部向端部渐缩。
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