CN110107777A - 一种绝热支撑装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制冷与低温应用技术领域，提供一种绝热支撑装置，包括外部管道和用于支撑内部件的支撑件，内部件置于外部管道中；支撑件包括支撑条，支撑条沿其导热路径的两端分别连接外部管道与内部件，或支撑条沿其导热路径其中一端连接外部管道或内部件；支撑条的导热路径长度大于外部管道与内部件之间的间距；本发明结构简单、制备方便，在满足对内部件的支撑，并确保内部件与外部管道之间机械隔离的同时，大幅度地增大外部管道与内部件之间的传热热阻，便于通过内部件实现对低温冷量或低温流体的远距离传输，并减小了传输过程中低温冷量的损失。
Description
技术领域
本发明涉及制冷与低温应用技术领域，尤其涉及一种绝热支撑装置。
背景技术
随着科学技术的发展，制冷与低温应用技术在超导电子、低温光学、航空航天以及生物医疗等诸多领域得到广泛的应用和发展。在很多应用环境中，低温冷量或低温流体需要通过真空绝热通道进行远距离传输，由于低温部分与外界环境存在非常大的温差，需要通过绝热支撑装置将真空绝热通道内的低温部分进行固定支撑，以便降低外界环境与低温部分之间的导热漏热，从而保障低温冷量或低温流体顺利进行远距离传输。
例如，低温制冷机的机械振动、电磁干扰会对被冷却器件的工作性能造成影响，或者有些低温系统布局要求被冷却器件无法直接与冷源连接接触，需要在低温冷源与被冷却器件之间设置低温传热设备，实现低温冷量的远距离传输，这就需要通过低温绝热支撑装置将低温传热设备固定支撑在真空绝热通道内部，使低温传热设备不与高温部分直接接触，降低导热漏热。又例如，在低温液体(如液氢、液氧、液氮、液化天然气等)的输送过程中，需要经过很长的真空绝热通道，低温液体在真空绝热通道的内管中流动，不得不在内管与外管之间设置绝热支撑结构，当导热漏热较大时，低温液体就会在管路内蒸发，造成冷量损失，甚至低温液体无法顺利传输。
尤其是在很多实际应用环境中，真空绝热通道不仅要满足低温冷量或低温流体的传输要求，在结构、体积、重量等方面也受到严格限制，要求其截面尺寸小巧、结构紧凑，随着通道截面尺寸的减小，高温部分与低温部分在空间布局上愈加接近，这给绝热支撑设计带来了巨大难题。
目前，现有的低温绝热支撑结构通常是由热导率较低的材料制成支撑板或支撑柱等结构，但是这种低温绝热支撑结构对于真空绝热通道截面较小的情况而言，低温部分与室温部分之间的传热路径非常短，从而这些现有的绝热支撑方式存在很大的漏热，进而会造成严重的低温冷量损失。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种绝热支撑装置，用以解决现有的低温绝热支撑结构存在传热路径短，并由此导致在进行低温冷量或低温流体的远距离传输时出现环境漏热大、低温冷量损失大的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种绝热支撑装置，包括外部管道和用于支撑内部件的支撑件，所述内部件置于外部管道中；
所述支撑件包括支撑条；
所述支撑条沿其导热路径的两端分别连接所述外部管道与所述内部件，或所述支撑条沿其导热路径其中一端连接所述外部管道或所述内部件，以使得所述内部件与所述外部管道相隔离；
所述支撑条的导热路径长度大于所述外部管道与所述内部件之间的间距。
优选的，本发明中所述支撑条呈直线形、弧形或波浪形；或者，所述支撑条为由所述直线形、所述弧形、所述波浪形中的至少两条同种或不同种单一形状的支撑条进行首尾连接而成的组合形状。
优选的，本发明中所述支撑件还包括外连接件和/或内连接件；所述支撑条沿其导热路径的一端连接所述外连接件和/或所述支撑条沿其导热路径的另一端连接所述内连接件；所述外连接件与外部管道的内表面相连接，所述内连接件与所述内部件的外表面相连接。
优选的，本发明中所述支撑条与所述外连接件和/或所述内连接件为一体式结构。
优选的，本发明中所述外部管道与所述内部件均呈圆管结构；所述外连接件与所述内连接件均呈圆筒形结构，且所述外连接件与所述内连接件呈同轴布置。
优选的，本发明中所述支撑条与所述外连接件和/或所述内连接件是由薄板切割、卷制而成的一体式结构，其中，所述支撑条为直线形结构。
优选的，本发明中所述支撑条与所述外连接件和/或所述内连接件通过3D打印一体成型。
优选的，本发明中所述外连接件和/或所述内连接件呈平面环形结构。
优选的，本发明中所述支撑件设有至少两个，每个所述支撑件包括至少两根支撑条，所述支撑条沿着所述外连接件或所述内连接件呈圆周均匀布置。
优选的，本发明中所述支撑条的导热路径大于所述外部管道与所述内部件之间间距的五倍。
(三)技术效果
本发明提供的绝热支撑装置，结构简单、制备方便，通过设计具有较长导热路径的支撑条，并用该支撑条连接外部管道和内部件，这使得支撑条在满足对内部件的支撑，并确保内部件与外部管道之间物理隔离的同时，大幅度地增大了外部管道与内部件之间热传导的热阻，从而有效降低了外部管道与内部件之间的导热漏热，便于实现对低温冷量或低温流体的远距离传输，并减小了传输过程中低温冷量的损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所示的绝热支撑装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1所示的支撑条的第一种结构示意图；
图3为本发明实施例1所示的支撑条的第二种结构示意图；
图4为本发明实施例1所示的支撑条的第三种结构示意图；
图5为本发明实施例1所示的支撑件的结构示意图；
图6为本发明实施例2所示的绝热支撑装置的结构示意图；
图7为本发明实施例2所示的支撑件的结构示意图；
图8为本发明实施例3所示的绝热支撑装置的结构示意图；
图9为本发明实施例3所示的支撑件的结构示意图。
图中：1-外部管道，2-支撑件，21-支撑条，22-外连接件，23-内连接件，3-内部件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参见图1，本实施例提供了在低温应用环境中的一种绝热支撑装置，包括外部管道1和用于支撑内部件3的支撑件2，其中，内部件3置于外部管道1中，并且外部管道1与内部件3均为圆管结构，并且外部管道1和内部件3不限于圆管结构，还可根据实际需要设计呈横截面呈椭圆形、三角形、矩形及其它多边形管状结构。
所述内部件3与所述外部管道1相隔离。
所述支撑件2包括支撑条21，支撑条21沿其导热路径的两端分别通过焊接或粘接的方式连接外部管道1与内部件3，或支撑条21在满足对内部件3的支撑，以使得内部件3与外部管道1相隔离的情况下，只需将其沿导热路径其中一端通过焊接或粘接的方式连接外部管道1或内部件3即可，其中，支撑条21的导热路径是指热量以支撑条21为载体，从外部管道1传导至内部件3的有效长度。
所述支撑条21的导热路径长度大于外部管道1与内部件3之间的间距，由于支撑条21的导热路径设计越长，内部件3的绝热效果越好，并且支撑件2可选择由玻璃钢、不锈钢、钛合金等热导率较低的材料制成，以用于降低外部管道1和内部件3之间的导热漏热。
由上述方案可知，本实施例提供的低温绝热支撑装置，通过对外部管道1和内部件3之间的支撑件2进行优化设计，使得该支撑件2在满足对内部件3的支撑强度，并确保内部件3与外部管道1之间机械隔离的同时，还可以大幅度地延长了外部管道1与内部件3之间的导热路径，增大了沿导热路径的导热热阻，有效降低了外部管道1与内部件3之间的导热漏热，增强了低温绝热支撑装置的绝热效果，便于实现对低温冷量或低温流体的远距离传输，并减小了传输过程中低温冷量的损失。
进一步的，为了延长了外部管道1与内部件3之间的导热路径，可以将支撑条21设计呈由单一的直线形或弧形形状的支撑条构成的折线形结构，本实施例将所述支撑条21设计呈对折形结构。
进一步的，参见图2，本实施例提供了第一种结构的支撑条，所述支撑条21沿其导热路径的两端位于其对折端所在的同一平面内，从而本实施例中的支撑条21呈“人”字形，这种结构不仅能够大幅度延长支撑件2的导热路径，提高内部件3的绝热效果，还可以通过调节对折线的夹角大小，适应外部管道1和内部件3之间的间隙大小，以满足内部件3为较小横截面的低温绝热通道(毫米级)时的绝热需求。
进一步的，参见图3，本实施例还提供了第二种结构的支撑条，所述支撑条21沿其导热路径的两端位于其对折端所在平面的两侧。这种支撑条相对于图2所示的支撑条而言，能够适用于更小的间隙空间，并且图2和图3所示的支撑条可以看做是由2段弧线构成，可以一体加工成型，加工简单方便。
进一步的，本实施例中所述支撑条21还呈直线形、弧形、波浪形，或者为了进一步延长支撑条21的热传导路径，将所述支撑条21设计成由所述直线形、所述弧形、所述波浪形其中的至少两条同种或不同种单一形状的支撑条进行首尾连接而成的组合形状。
参见图4，在图4中具体提供了一种由三段直线形支撑条相互首尾叠加而成的折线形结构的支撑条，也可以是由上述对折形支撑条与直线形支撑条进行首尾叠加而成的呈组合形状的支撑条，通过将支撑条的结构进行优化设计，更有利于在有限的狭小空间内尽可能增大支撑件2的导热路径，以确保对内部件3的绝热效果。
进一步的，为了确保支撑件2与外部管道1、内部件3连接的稳固性，并且使支撑件2与外部管道1、内部件3便于装配，本实施例所述的支撑件2还包括与所述支撑条21相连接的外连接件22和内连接件23，所述支撑条21沿其导热路径的一端通过所述外连接件22连接外部管道1的内表面，支撑条21沿其导热路径的另外一端通过内连接件23连接内部件3的外表面。
另外，应当指出的是，当支撑件2的支撑强度在满足实际需求的情况下，还可将支撑条单独连接外连接件22和/或内连接件23。
在实际应用时，当内部件3较长时，为了确保较好的支撑效果，可以在外部管道1与内部件3之间设置多个支撑件2，其中，对于内部件3冷端位置附近的支撑件2，该支撑件上支撑条的两端分别通过外连接件22、内连接件23对应与外部管道1、内部件3固定连接，而对于距离内部件3冷端较远位置的支撑件2，该支撑件2的外连接件22与外部管道1固定连接，或内连接件23与内部件3固定连接，从而使得该位置的支撑件2的一端固定，另一端能够沿着轴向活动，防止内部件3在巨大的温度变化过程中由于热胀冷缩沿着轴向产生热应力，而导致内部件3与支撑件2的固定连接部位发生损坏。
由图1所示的结构可知，图1中的支撑件2采用图2所示的支撑条，并且该支撑条沿其导热路径的两端分别连接外连接件22和内连接件23，其具体连接结构如图5所示，在图5中，外连接件22与内连接件23均呈圆筒状结构，且外连接件22与内连接件23呈同轴布置，这样支撑条即可设置多个，具体为4个，4个支撑条沿着外连接件22或内连接件23呈圆周均匀排布，从而4个支撑条不仅对内部件3形成了较好的支撑，确保了内部件3的结构稳固和受力均匀，并且还确保了内部件3具有较好的绝热效果。
在此应当指出的是，外连接件22与内连接件23不限于圆筒状结构，当外部管道1与内部件3分别为横截面为椭圆形、三角形、矩形及其它多边形的管状结构时，外连接件22与内连接件23所对应的环状结构应进行适应性改变。
进一步的，为了降低外界环境对内部件3的辐射漏热，减少低温冷量传输损失，本实施例在外部管道1的内表面、支撑件2的表面和内部件3的外表面均设有镀金层。
进一步的，本实施例中所述支撑件2的导热系数小于内部件3的导热系数；所述支撑条的导热路径大于外部管道与内部件之间间距的五倍。通过如此设计，大幅度地增加了外部管道1与内部件3之间的传热热阻，从而确保了内部件3实现更好的绝热效果。
实施例2
参见图6和图7，本实施例基于实施例1所述的绝热支撑装置，其区别之处在于，本实施例中所述的支撑条21呈直线形结构，为了实现支撑条的两端分别与外连接件22、内连接件23的连接，两个同轴布置的外连接件22与内连接件23沿轴线呈间隔布置，并且将各个直线形结构的支撑条沿着外连接件22或内连接件23的中轴线呈均匀排布，从而得到如图7所示的支撑件2，这种支撑件结构简单，制备方便，具有较好的支撑强度，并能有效地减小外部管道1与内部件2之间的导热漏热。
基于上述结构，可以用薄板在平面上一体切割出支撑条21、外连接件22和内连接件23，即支撑条21与外连接件22或内连接件23为一体式结构，然后再通过卷制或弯折制成支撑件2，这种支撑件2易于制备，成本低。
实施例3
参见图8和图9，本实施例基于实施例1所述的绝热支撑装置，其区别之处在于，本实施例中所述的支撑条21呈直线形结构，外连接件22、内连接件23沿着同一中轴线呈平行布置的平面环形结构。
这种支撑件相对于实施例2所示的支撑件而言，结构类似，也具有较好的支撑强度，平面环形结构与外部管道1或内部件3之间为线接触，接触面积更小，能有效地减小外部通道1与内部件2之间的热传导。
对于以上实施例1-3中的支撑件2，支撑条21与外连接件22和/或内连接件23可以通过3D打印方法一体成型，制备方便。
与此同时，还应指出的是，以上实施例1-3均是以低温应用环境中的绝热支撑装置进行描述和说明，但本发明所述的结构同样适用于其他温区，例如：内部件3为高温设备、外部管道1为室温设备，同样可以采用本发明的绝热支撑装置的相应结构，以达到较好的隔热效果。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种绝热支撑装置，包括外部管道和用于支撑内部件的支撑件，所述内部件置于所述外部管道中，其特征在于，
所述支撑件包括支撑条；
所述支撑条沿其导热路径的两端分别连接所述外部管道与所述内部件，或所述支撑条沿其导热路径其中一端连接所述外部管道或所述内部件；
所述支撑条的导热路径长度大于所述外部管道与所述内部件之间的间距。
2.根据权利要求1所述的绝热支撑装置，其特征在于，所述支撑条呈直线形、弧形或波浪形；或者，所述支撑条为由所述直线形、所述弧形、所述波浪形中的至少两条同种或不同种单一形状的支撑条进行首尾连接而成的组合形状。
3.根据权利要求2所述的绝热支撑装置，其特征在于，所述支撑件还包括外连接件和/或内连接件；所述支撑条沿其导热路径的一端连接所述外连接件和/或所述支撑条沿其导热路径的另一端连接所述内连接件；所述外连接件与外部管道的内表面相连接，所述内连接件与所述内部件的外表面相连接。
4.根据权利要求3所述的绝热支撑装置，其特征在于，所述支撑条与所述外连接件和/或所述内连接件为一体式结构。
5.根据权利要求4所述的绝热支撑装置，其特征在于，所述外部管道与所述内部件均呈圆管结构；所述外连接件与所述内连接件均呈圆筒形结构，且所述外连接件与所述内连接件呈同轴布置。
6.根据权利要求5所述的绝热支撑装置，其特征在于，所述支撑条与所述外连接件和/或所述内连接件是由薄板切割、卷制而成的一体式结构，其中，所述支撑条为直线形结构。
7.根据权利要求4所述的绝热支撑装置，其特征在于，所述支撑条与所述外连接件和/或所述内连接件通过3D打印一体成型。
8.根据权利要求3所述的绝热支撑装置，其特征在于，所述外连接件和/或所述内连接件呈平面环形结构。
9.根据权利要求5所述的绝热支撑装置，其特征在于，所述支撑件设有至少两个，每个所述支撑件包括至少两根支撑条，所述支撑条沿着所述外连接件或所述内连接件呈圆周均匀布置。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的绝热支撑装置，其特征在于，所述支撑条的导热路径大于所述外部管道与所述内部件之间间距的五倍。
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