[发明专利]一种适用于百瓦级2K低温系统的板翅式换热器

说明书

本发明公开了一种适用于百瓦级2K低温系统的板翅式换热器，其特征在于，包括一壳体，所述壳体内设置一换热芯体，所述换热芯体包括多个叠放的换热结构单元，每一所述换热结构单元包括以“冷通道‑热通道‑冷通道”形式叠放的三层通道；相邻换热结构单元的冷通道通过导管上下贯通，相邻换热结构单元的热通道通过导管上下贯通，位于顶部的换热结构单元的冷通道通过导管与所述壳体上的低压冷流体入口管连接，位于底部的换热结构单元的冷通道通过导管与所述壳体上的低压冷流体出口管连接，位于底部的换热结构单元的热通道通过导管与所述壳体上的高压热流体入口管连接，位于顶部的换热结构单元的冷通道通过导管与所述壳体上的高压热流体出口管连接。

技术领域

本发明涉及一种换热器，具体涉及一种适用于百瓦级2K低温系统的板翅式换热器，尤其涉及一种适用于200W@2K低温系统的2K负压板翅式换热器。

背景技术

2K负压换热器作为2K超流氦低温系统中的关键设备之一，承担着冷热量交换的作用，其性能直接影响低温系统的制冷和产液能力。2K负压换热器通过设备端产生的31mbar@2K的负压回气去冷却低温系统主路的3bar@4.5K的超临界氦，以提高其节流后的产液率。在许多对设备重量及占用空间敏感的低温设备中，换热器不仅需满足换热、压降性能要求，还需受到紧凑性、重量体积等诸多方面的约束。为了减小过程中产生的不可逆损失，低温紧凑式换热器内的冷热流体常以较小温差实现换热，并且需要综合考虑变物性、流体分布不均、轴向导热和环境漏热等问题，从而导致换热器在换热效率、流动阻力、尺寸空间等约束下的设计变得更加复杂。

200W@2K低温系统是国内多套在建的大科学装置低温测试系统所选择的规模，例如大连相干光源2期测试平台，南方光源平台项目等。200W@2K的热负荷对应的氦气流量大约为10g/s(按照2K超流氦的蒸发潜热计算)，因此10g/s流量的2K负压换热器在未来将具有较大的应用场景。随着流量的增大，换热量也随之增加，传统的绕管换热器、板式换热器等结构已逐渐难以满足紧凑高效的换热要求。板翅式换热器具有传热效率高，体积小的特点，适用于大换热量的工况。但在低温环境下，氦工质物性变化剧烈，轴向导热和环境漏热等问题较为突出，还要同时兼顾平衡压降和换热效率，整体设计难度较大。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种适用于200W@2K低温系统的2K负压板翅式换热器。本发明换热器的特点为：高压侧入口为高温超临界氦(3bar，约4.5K)低压侧为2K的饱和氦气(31mbar，约2K)。通常情况下两侧流量一致，设计的标准工况为10g/s。主要部件包括由铝翅片构成的换热器核心芯体，多个封头及其连接管。本发明通过详细的设计计算，综合考虑了压降和换热效率等因素，结构简单紧凑，换热效果好。

本发明的技术方案为：

一种适用于百瓦级2K低温系统的板翅式换热器，其特征在于，包括一壳体，所述壳体内设置一换热芯体，所述换热芯体包括多个叠放的换热结构单元，每一所述换热结构单元包括以“冷通道-热通道-冷通道”形式叠放的三层通道；相邻所述换热结构单元的冷通道通过导管上下贯通，相邻所述换热结构单元的热通道通过导管上下贯通，位于顶部的所述换热结构单元的冷通道通过导管与所述壳体上的低压冷流体入口管连接，位于底部的所述换热结构单元的冷通道通过导管与所述壳体上的低压冷流体出口管连接，位于底部的所述换热结构单元的热通道通过导管与所述壳体上的高压热流体入口管连接，位于顶部的所述换热结构单元的冷通道通过导管与所述壳体上的高压热流体出口管连接。

进一步的，相邻层通道之间采用薄铝板进行隔离，每层通道采用翅片堆叠钎焊加工而成。

进一步的，所述换热芯体通过9个所述换热结构单元叠放构成，所述翅片的翅高为4mm、翅片间距为3.8mm；所述换热芯体长度为500mm，所述换热芯体厚度为190mm。

进一步的，所述热通道两端分别设有导流区，导流区之间的翅片为主流区。

进一步的，所述翅片为铝制孔板型翅片。