CN210292939U - 一种低温传热装置与低温传热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及制冷与低温应用技术领域，提供一种低温传热装置与低温传热系统，所述的低温传热装置包括外管、支撑件和传热件，传热件置于外管内，支撑件包括第一搭接段、支撑段和第二搭接段，支撑段的两端分别连接第一搭接段与第二搭接段；第一搭接段与外管的内壁相连和/或第二搭接段与传热件相连；第一搭接段、第二搭接段均与外管轴向平行设置，支撑段的导热长度大于外管与传热件之间的间距；本实用新型结构简单、制备方便，通过支撑件实现了传热件与外管之间的物理隔离，并有效降低了传热件与外管之间的导热漏热，便于实现对低温冷量或低温流体的远距离传输，减小了传输过程中低温冷量的损失。

Description

一种低温传热装置与低温传热系统

技术领域

本实用新型涉及制冷与低温应用技术领域，尤其涉及一种低温传热装置与低温传热系统。

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。

现有的低温冷源主要包括低温制冷机、低温液体存储器等，通常将被冷却器件与冷源直接接触进行冷却。然而，在很多应用环境中，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，因此，需要在低温的冷源与被冷却器件之间实现柔性传热或者远距离高效传热，这就需要设计低温传热装置，不仅要满足低温冷量传输要求，还要求低温传热通道体积小巧、结构紧凑。

目前，低温传热装置在通过低温传热通道进行低温冷量的远距离传输时，需要通过支撑结构对低温传热通道进行固定，由于低温传热设备与外界环境之间的温差非常大，例如，对于液氮温区的冷量传输，低温部分与外界环境的温差超过200℃，外界环境对管道内低温冷量传输具有很大影响，需要从导热、热辐射方面进行低温绝热设计。

然而，在很多实际应用环境中，对低温传热通道的体积、重量有严格限制，要求低温传热通道具有很小的管径，从而导致低温部件与室温部件在空间布局上非常接近，给低温绝热支撑设计带来了巨大难题。

然而，对于低温传热通道截面较小的情况，低温部分与室温部分之间的传热路径非常短，现有的低温绝热支撑难以在实现小型化的同时，满足低温传热通道与外界环境的低温绝热要求，在应用中会出现很大的漏热与低温冷量损失的问题，从而导致现有的低温传热装置不能应用于低温冷量的远距离传输。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种低温传热装置与低温传热系统，用以解决现有的低温绝热支撑难以在实现小型化的同时，满足低温传热通道与外界环境的低温绝热要求，在应用中会出现很大的漏热与低温冷量损失的问题，从而导致现有的低温传热装置不能应用于低温冷量的远距离传输的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种低温传热装置，包括外管、支撑件和传热件，所述传热件置于所述外管内；

所述支撑件包括第一搭接段、支撑段和第二搭接段，所述支撑段的两端分别连接所述第一搭接段与所述第二搭接段；

所述第一搭接段与所述外管的内壁相连和/或所述第二搭接段与所述传热件相连；

所述第一搭接段、所述第二搭接段均与所述外管轴向平行设置，所述支撑段的导热长度大于所述外管与所述传热件之间的间距。

优选的，本实用新型中所述支撑段呈喇叭状结构，所述第一搭接段与所述第二搭接段均呈圆环状结构，且所述第一搭接段设置在所述支撑段的大口端，所述第二搭接段设置在所述支撑段的小口端。

优选的，本实用新型中所述支撑段的侧壁上开设有通孔，所述通孔设有多个，多个所述通孔沿着所述支撑段的中轴线呈圆周均布。

优选的，本实用新型中所述传热件包括导热棒或低温热管。

优选的，本实用新型中所述传热件的外侧还套装有套管；所述支撑件通过第二搭接段与所述套管相连接。

优选的，本实用新型中所述支撑件的导热系数小于所述传热件的导热系数；所述导热棒的材质包括铜、铝或蓝宝石。

优选的，本实用新型中所述外管、所述传热件及所述支撑件呈同轴布置，所述支撑件设有至少两个。

优选的，本实用新型中所述外管的内表面、所述支撑件的表面和所述传热件的外表面均设有镀金层。

优选的，本实用新型还提供了一种低温传热系统，包括冷源腔体、热源腔体和上述方案所述的低温传热装置；

所述冷源腔体内设置有冷源，热源腔体内设置有被冷却器件；

所述冷源腔体与所述热源腔体通过所述外管相连通；

所述传热件的两端分别连接所述冷源和所述被冷却器件。

优选的，本实用新型中所述传热件与所述被冷却器件之间通过柔性导热件相连接。

(三)技术效果

本实用新型提供的低温传热装置，结构简单、制备方便，通过设计的支撑件满足了对传热件的支撑要求，并确保了传热件与外管之间的物理隔离，同时由于支撑件支撑段的导热长度大于外管与传热件之间的间距，从而即使在传热件截面较小的情况下，也能确保低温部分的传热件与室温部分的外管之间预留满足要求的足够长的传热路径，进而有效降低了传热件与外管之间的导热漏热，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实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例1所示的低温传热装置的剖面结构示意图；

图2为本实用新型实施例1所示的支撑件的结构示意图；

图3为本实用新型实施例2所示的低温传热装置的剖面结构示意图；

图4为本实用新型实施例3所示的低温传热系统的剖面结构示意图。

图中：1-外管，2-支撑件，21-第一搭接段，22-支撑段，23-第二搭接段，24-通孔，3-传热件，4-套管，5-冷源腔体，6-热源腔体，7-冷源，8-被冷却器件，9-柔性导热件。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

实施例1，

参见图1-2，本实施例提供了一种低温传热装置，包括外管1、支撑件2和传热件3，传热件3置于外管1内，所述支撑件2包括第一搭接段21、支撑段22和第二搭接段23，支撑段22的一端连接第一搭接段21，支撑段22的另外一端连接第二搭接段23；

第一搭接段21与外管1的内壁相连和/或第二搭接段23与传热件3相连，从而在实际设计时，第一搭接段21与第二搭接段23通过焊接或粘接的方式对应连接外管1的内表面与传热件3的外表面，或第一搭接段21与外管1的内表面单独连接，或第二搭接段23与传热件3的外表面单独连接，只需使得传热件3与外管1相隔离即可；

第一搭接段21、第二搭接段23均与外管1轴向平行设置，支撑段22的导热长度大于外管1与传热件3之间的间距。

由图1可知，本实施例所述的支撑件2无论是通过设置在支撑段22两端的两个搭接端分别实现传热件3与外管1的连接，还是通过支撑段22其中一端的搭接端对应与传热件3或外管1相连接，都是在满足对传热件3的支撑要求的基础上，确保了传热件3与外管1之间的物理隔离，同时由于支撑段22的导热长度大于外管1与传热件3之间的间距，从而即使在外管1的截面较小的情况下，也能确保低温部分的传热件3与室温部分的外管1之间预留满足要求的足够长的传热路径，进而有效降低了传热件3与外管1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。

进一步的，参见图2，为了便于对支撑件2的装配，并确保传热件3与外管1之间实现较好的物理隔离，本实施例将所述支撑段22设计呈喇叭状结构，当然支撑段22还可设计呈条形或片状结构，而将支撑段22设计呈喇叭状结构，能够确保较好的支撑强度；

与此同时，将第一搭接段21与第二搭接段23设计呈圆环状结构，这样第一搭接段21与第二搭接段23即可与喇叭状结构的支撑段22实现较好的过渡连接，且在设计时，第一搭接段21设置在支撑段22的大口端，第二搭接段23设置在支撑段22的小口端。

进一步的，为了确保外管1与传热件3之间的间隙在沿着冷量输送方向形成畅通的通路，便于低温系统抽真空，并进一步减小支撑件2的传热截面积，并降低其导热漏热，本实施例在支撑段22的侧壁上开设有通孔24，所述通孔24包括圆形孔、多边形孔等，所述通孔24设有至少一个；在本实施例中，通孔24是由半圆形与长方形组合而成的条形孔，具体可设置四个，且四个条形孔沿着所述支撑段22的中轴线呈圆周均布，参见图2。

另外应当指出的是，为了进一步降低外管1与传热件3之间的导热漏热，在实际选材时，支撑件2的导热系数应小于传热件3的导热系数，优选导热系数很低的材料，并且支撑件2可选用不锈钢或钛合金制成具有薄片结构的支撑段22。

进一步的，本实施例中所述传热件3包括导热棒或低温热管，其中，可选用铜、铝、蓝宝石或其它具有较高导热系数的材料制成的导热棒，以便导热棒实现对冷量进行较好的远距离输送；而当传热件3选用低温热管时，该低温热管在使用时，内部封装有低温工质，在工作温区时低温工质为气液两相状态，通过低温热管内部的气液相变，能够实现更高效的低温冷量传输。

进一步的，本实施例中所述外管1、所述传热件3及所述支撑件2呈同轴布置，所述支撑件2设有至少两个。

在实际应用时，由于传热件3是由室温降温至低温工作温区或由低温复温至室温时，沿着其长度方向存在一定的收缩或伸长，从而在对支撑件2的布置和安装时，可在传热件3的靠近冷端的位置设置一个与外管1、传热件3固定连接的支撑件2，而在传热件3的其它位置设置至少一个单独与外管1固定连接，或单独与传热件3固定连接的支撑件2，即设置在传热件3冷端以外其它位置的支撑件2只对传热件3起到支撑作用，同时传热件3与外管1在这些位置能够沿着长度方向发生相对移动，这样既实现了外管1与传热件3之间的机械隔离和绝热支撑，又能够有效避免由于传热件3的热胀冷缩作用对相关固定连接的部件造成损坏。

与此同时，为了进一步降低外界环境对传热件3的辐射漏热，减少低温冷量在传热件3上的传输损失，本实施例将所述外管1的内表面、所述支撑件2的表面和所述传热件3的外表面均设有镀金层。

实施例2，

参见图3，本实施例基于实施例1所述的低温传热装置，其区别之处在于，在所述传热件3的外侧还套装有套管4；所述支撑件2通过第二搭接段23与所述套管4相连接。

由此，本实施例所述的方案在搭建低温传热装置时，是在外管1与套管4之间设置各个支撑件2，而在套管4中套装的传热件3既可以为导热棒，也可以为低温热管，不仅安装和拆卸方便，还可以通过套管4进一步增大支撑件2与传热件3之间的传热热阻，提高绝热支撑效果，还能够满足不同的传热需求。

实施例3，

参见图4，本实施例基于实施例1所述的低温传热装置，具体提供了一种低温传热系统，包括冷源腔体5、热源腔体6；

在所述冷源腔体5内设置有冷源7，在热源腔体6内设置有被冷却器件8；

所述冷源腔体5与所述热源腔体6通过所述低温传热装置中的外管1相连通；

所述低温传热装置中，传热件3的一端连接冷源7，传热件3的另一端连接被冷却器件8。

本实施例所述的低温传热系统在工作时，先对冷源腔体5、外管1和热源腔体6组成的封闭腔体进行抽真空处理，然后在真空环境中，被冷却器件8当中的热量通过传热件3向冷源7传递，在此过程中，通过真空环境避免了传热件3与外管1之间的对流换热和气体漏热，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。

进一步的，本实施例中所述传热件3与所述被冷却器件8之间通过柔性导热件9相连接，从而被冷却器件8的热量可通过柔性导热件9传递至传热件3；由于柔性导热件9由具有很高导热系数的材料制成，例如：柔性导热件9可选择由铜丝或铜片制成的铜导热带，并且柔性导热件9为柔性结构，在使用过程中既能够便于对低温系统进行装配和导热，又能够隔离振动，还能避免传热件3与被冷却器件8直接连接时由于温度剧变产生的热应力影响。

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实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种低温传热装置，包括外管和传热件，所述传热件置于所述外管内，其特征在于，还包括支撑件；

所述支撑件包括第一搭接段、支撑段和第二搭接段，所述支撑段的两端分别连接所述第一搭接段与所述第二搭接段；

所述第一搭接段与所述外管的内壁相连和/或所述第二搭接段与所述传热件相连；

所述第一搭接段、所述第二搭接段均与所述外管轴向平行设置，所述支撑段的导热长度大于所述外管与所述传热件之间的间距。

2.根据权利要求1所述的低温传热装置，其特征在于，所述支撑段呈喇叭状结构，所述第一搭接段与所述第二搭接段均呈圆环状结构，且所述第一搭接段设置在所述支撑段的大口端，所述第二搭接段设置在所述支撑段的小口端。

3.根据权利要求2所述的低温传热装置，其特征在于，所述支撑段的侧壁上开设有通孔，所述通孔有多个，多个所述通孔沿着所述支撑段的中轴线呈圆周均布。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的低温传热装置，其特征在于，所述传热件包括导热棒或低温热管。

5.根据权利要求4所述的低温传热装置，其特征在于，所述传热件的外侧还套装有套管；所述支撑件通过第二搭接段与所述套管相连接。

6.根据权利要求4所述的低温传热装置，其特征在于，所述支撑件的导热系数小于所述传热件的导热系数；所述导热棒的材质包括铜、铝或蓝宝石。

7.根据权利要求2所述的低温传热装置，其特征在于，所述外管、所述传热件及所述支撑件呈同轴布置，所述支撑件设有至少两个。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的低温传热装置，其特征在于，所述外管的内表面、所述支撑件的表面和所述传热件的外表面均设有镀金层。

9.一种低温传热系统，其特征在于，包括冷源腔体、热源腔体和权利要求1-8中任意一项所述的低温传热装置；

所述冷源腔体内设置有冷源，热源腔体内设置有被冷却器件；

所述冷源腔体与所述热源腔体通过所述外管相连通；

所述传热件的两端分别连接所述冷源和所述被冷却器件。

10.根据权利要求9所述的低温传热系统，其特征在于，所述传热件与所述被冷却器件之间通过柔性导热件相连接。

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