專利名稱：具有自消應(yīng)力能防污染的氣體低溫?zé)峤粨Q器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種氣體低溫?zé)峤粨Q器，特別是一種具有自消應(yīng)力能防污染的氣體低溫?zé)峤粨Q器。屬于低溫工程與低溫技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
上海市科委重大項目阿爾法磁譜儀02(AMS-02)地面支持設(shè)備系統(tǒng)研究中，地面支持設(shè)備系統(tǒng)是在AMS-02發(fā)射前對超導(dǎo)磁體完成冷卻、測試和超流氦加注的重要系統(tǒng)。此套系統(tǒng)將完成AMS-02超導(dǎo)磁體從環(huán)境溫度到1.8K的冷卻以及注滿超流氦的全過程，其中300-80K受控冷卻系統(tǒng)是AMS-02探測器的低溫地面支持設(shè)備系統(tǒng)中的重要子系統(tǒng)，其主要作用是實現(xiàn)AMS-02磁體從常溫(約300K)到接近液氮溫度(約80K)的冷卻。該子系統(tǒng)所用的介質(zhì)是常溫氦氣，使用低溫?zé)峤粨Q器將其冷卻到液氮溫度，該套系統(tǒng)所要求的介質(zhì)純度很高，達(dá)到99.999％，所以低溫?zé)峤粨Q器必須保證能夠防污染?，F(xiàn)有的低溫?zé)峤粨Q器，其材料主要是低碳鋼或銅，低碳鋼材料的透氣性比較大，大氣中的氧、水分容易滲透進(jìn)來；銅管雖然導(dǎo)熱系數(shù)比較大，但是銅管內(nèi)表面對雜質(zhì)活性很高，容易引起腐蝕，而且，銅管也劣于不銹鋼的耐磨性能，在氣流沖刷下產(chǎn)生的金屬粉塵相對較多。另外在低溫下，熱交換器材料的熱脹冷縮效果較顯著，會產(chǎn)生較大的應(yīng)力，使它的密封性能達(dá)不到預(yù)期的效果，致使熱交換器內(nèi)的氣體被污染。已有技術(shù)中，專利號為03219108.1，名稱為“自動清灰和自消應(yīng)力高溫?fù)Q熱器”的實用新型專利是以石墨環(huán)取代波紋式補償器的板管、外管與換熱管連接結(jié)構(gòu)，密封良好、伸縮自如，可以有效消除應(yīng)力。但是該實用新型所獲得的介質(zhì)純度不是很高，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。專利號為200520069007.5，名稱為“高溫?zé)峁軞?氣換熱器”的實用新型專利提供一種能減少積灰堵塞現(xiàn)象、無污染、熱風(fēng)溫度高而設(shè)備體積小的高溫?zé)峁軞?氣換熱器。但是該專利所使用的換熱管是直管，沒有考慮熱脹冷縮所產(chǎn)生的應(yīng)力對換熱器密封性能的影響。上述專利都是應(yīng)用在高溫的場合，而且也達(dá)不到同時滿足防污染和自消應(yīng)力的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明提供一種具有自消應(yīng)力能防污染的氣體低溫?zé)峤粨Q器。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括低溫?zé)峤粨Q器筒體、低溫?zé)峤粨Q器下封頭、低溫?zé)峤粨Q器上封頭、A、B、C和D四個管殼式換熱器、管板、支撐板、低溫?zé)峤粨Q器管程進(jìn)口管、低溫?zé)峤粨Q器管程出口管、低溫?zé)峤粨Q器殼程進(jìn)口管和低溫?zé)峤粨Q器殼程出口管。其中管板位于低溫?zé)峤粨Q器筒體的上端，低溫?zé)峤粨Q器上封頭和低溫?zé)峤粨Q器筒體上端均與管板外緣焊接在一起；四個管殼式換熱器均為立式窄通道，呈方陣布置在低溫?zé)峤粨Q器筒體內(nèi)，其殼體呈窄矩形，半圓形的上封頭和窄矩形殼體上端均分別與管板焊接在一起；支撐板位于低溫?zé)峤粨Q器筒體的下部，四個管殼式換熱器的窄矩形殼體下端與支撐板焊接，支撐板與低溫?zé)峤粨Q器筒體內(nèi)壁之間留有間隙；兩組相同數(shù)量的U形換熱管分別置放在相鄰兩個管殼式換熱器窄矩形殼體內(nèi)，一組U形換熱管的兩個直管段分別穿過A、B管殼式換熱器底部支撐板，其兩個直管段端部與管板焊接在一起；另一組U形換熱管的兩個直管段分別穿過C、D管殼式換熱器底部支撐板，其兩個直管段端部也與管板焊接在一起。兩組U形換熱管的U形管段位于支撐板下面，U形換熱管的直管段在立式窄通道管殼式換熱器矩形殼體內(nèi)呈正三角形布置。低溫?zé)峤粨Q器管程進(jìn)口管、低溫?zé)峤粨Q器管程出口管、低溫?zé)峤粨Q器殼程進(jìn)口管和低溫?zé)峤粨Q器殼程出口管均穿過低溫?zé)峤粨Q器上封頭并與低溫?zé)峤粨Q器上封頭焊接連接。四個立式管殼式換熱器串聯(lián)連接，在B管殼式換熱器上封頭中心開有管程進(jìn)口孔，低溫?zé)峤粨Q器管程進(jìn)口管與管程進(jìn)口孔連接，A管殼式換熱器上封頭和C管殼式換熱器上封頭通過連接管連通，D管殼式換熱器上封頭中心開有管程出口孔，低溫?zé)峤粨Q器管程出口管與管程出口孔連接；低溫?zé)峤粨Q器殼程進(jìn)口管與D管殼式換熱器殼體上部進(jìn)口相連接，D管殼式換熱器下部的殼體出口和C管殼式換熱器下部的殼體進(jìn)口相連通，C管殼式換熱器上部的殼體出口和A管殼式換熱器殼體上部的殼體進(jìn)口相連通，A管殼式換熱器殼體下部的殼體出口和B管殼式換熱器殼體下部的殼體進(jìn)口相連通，低溫?zé)峤粨Q器殼程出口管與B管殼式換熱器殼體上部出口相連通。在每一個窄矩形管殼式換熱器殼體內(nèi)壁上均焊接有三個折流板，與管殼式換熱器殼體進(jìn)口最近的折流板的缺口方向與殼體氣體的進(jìn)口方向相反，其余依次相互交錯放置，保證折流板之間的距離在殼體內(nèi)均布，同時保證U形換熱管的直管段與管板相互垂直。
該低溫?zé)峤粨Q器采用雙面鍍鋁滌綸薄膜或鋁箔與隔熱紙一一間隔組合的絕熱結(jié)構(gòu)。其所用的材料都是0Cr18Ni9/304，且換熱管和殼體的內(nèi)壁均采用了電拋光處理，該種材料的透氣性小、內(nèi)表面光滑且耐磨損、抗腐蝕能力強、性能穩(wěn)定，防止了氣體被污染。在管板周邊開有若干小孔，使得低溫?zé)峤粨Q器上封頭內(nèi)和低溫?zé)峤粨Q器筒體之間的壓差為零，有效地防止了管板焊接變形和管殼式換熱器窄矩形殼體受壓。該低溫?zé)峤粨Q器的U形換熱管的直管段兩個端口固定在同一管板上，管束可以自由伸縮，與其它管子和殼體無關(guān)，從而解決了熱補償問題。該熱交換器的U形換熱管與支撐板不是焊接在一起的，并且各矩形窄通道管殼式換熱器也沒有下封頭。由于低溫下的熱脹冷縮效果較顯著，這樣的布置使得U形換熱管能夠自由伸縮，使產(chǎn)生的溫差應(yīng)力自行消除，減小了因此而產(chǎn)生的管束和殼體變形。該低溫?zé)峤粨Q器的支撐板與低溫?zé)峤粨Q器筒體內(nèi)壁之間留有空隙，支撐板能夠隨著管殼式換熱器殼體的熱脹冷縮而發(fā)生上下移動，也能使產(chǎn)生的應(yīng)力自行消除，最終使管殼式換熱器的殼體密封性能好，防止了氣體被污染。
從低溫?zé)峤粨Q器管程進(jìn)口管流入的高溫氣體介質(zhì)進(jìn)入B管殼式換熱器上封頭內(nèi)，通過B管殼式換熱器和A管殼式換熱器的U形換熱管再流入C管殼式換熱器和D管殼式換熱器的U形換熱管內(nèi)，最后通過D管殼式換熱器上封頭的出口孔經(jīng)低溫?zé)峤粨Q器管程出口管流出；從低溫?zé)峤粨Q器殼程進(jìn)口管流入的低溫氣體介質(zhì)進(jìn)入D管殼式換熱器殼體內(nèi)，通過C管殼式換熱器和A管殼式換熱器，再到B管殼式換熱器殼體內(nèi)，最后通過B管殼式換熱器殼體出口經(jīng)低溫?zé)峤粨Q器殼程出口管流出。
本發(fā)明的有益效果該低溫?zé)峤粨Q器所用的材料是0Cr18Ni9/304，且換熱管和殼體的內(nèi)壁均采用了電拋光處理，該種材料的透氣性小、內(nèi)表面光滑且耐磨損、抗腐蝕能力強、性能穩(wěn)定，防止了氣體被污染。另外在低溫下，考慮了材料的熱脹冷縮所產(chǎn)生的應(yīng)力，使應(yīng)力能夠自行消除，提高了它的密封性能，最終使低溫?zé)峤粨Q器密封性能好，防止了氣體被污染。具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。


圖1是本發(fā)明低溫?zé)峤粨Q器內(nèi)部結(jié)構(gòu)主示意圖；
圖2是本發(fā)明低溫?zé)峤粨Q器內(nèi)部結(jié)構(gòu)左示意圖；圖3是本發(fā)明低溫?zé)峤粨Q器內(nèi)部結(jié)構(gòu)俯視圖；圖4是本發(fā)明低溫?zé)峤粨Q器殼程氣體介質(zhì)流動示意圖。
圖中，1是低溫?zé)峤粨Q器上封頭、2是低溫?zé)峤粨Q器筒體、3是低溫?zé)峤粨Q器下封頭、4是A管殼式換熱器、5是B管殼式換熱器、6是C管殼式換熱器、7是D管殼式換熱器、8是管板、9是支撐板、10是低溫?zé)峤粨Q器管程進(jìn)口管、11是低溫?zé)峤粨Q器管程出口管、12是低溫?zé)峤粨Q器殼程進(jìn)口管、13是低溫?zé)峤粨Q器殼程出口管、14是折流板、15是U形換熱管。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施作進(jìn)一步描述。如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明包括低溫?zé)峤粨Q器上封頭1、低溫?zé)峤粨Q器筒體2、低溫?zé)峤粨Q器下封頭3、A管殼式換熱器4、B管殼式換熱器5、C管殼式換熱器6、D管殼式換熱器7、管板8、支撐板9、低溫?zé)峤粨Q器管程進(jìn)口管10、低溫?zé)峤粨Q器管程出口管11、低溫?zé)峤粨Q器殼程進(jìn)口管12和低溫?zé)峤粨Q器殼程出口管13。其中管板8位于低溫?zé)峤粨Q器筒體2的上端，低溫?zé)峤粨Q器上封頭1和低溫?zé)峤粨Q器筒體2上端均與管板8外緣焊接在一起；A管殼式換熱器4、B管殼式換熱器5、C管殼式換熱器6和D管殼式換熱器7均為立式窄通道，呈方陣布置在低溫?zé)峤粨Q器筒體2內(nèi)，其殼體呈矩形，半圓形的上封頭和窄矩形殼體上端均分別與管板8焊接在一起；支撐板9位于低溫?zé)峤粨Q器筒體2的下部，四個管殼式換熱器的窄矩形殼體底端與支撐板9焊接，支撐板9與低溫?zé)峤粨Q器筒體2內(nèi)壁之間留有間隙；選用38根U形換熱管15，平均分成兩組，一組19根U形換熱管15的兩端直管段分別穿過支撐板9置放在相鄰的A管殼式換熱器4和B管殼式換熱器5的窄矩形殼體內(nèi)；另外19根U形換熱管15的兩個直管段分別穿過支撐板9置放在相鄰的C管殼式換熱器6和D管殼式換熱器7的窄矩形殼體內(nèi)，兩組U形換熱管15的直管段端部均與管板8焊接在一起。U形管段位于支撐板下面，U形換熱管15的直管段在立式窄通道管殼式換熱器矩形殼體內(nèi)呈正三角形布置。低溫?zé)峤粨Q器管程進(jìn)口管10、低溫?zé)峤粨Q器管程出口管11、低溫?zé)峤粨Q器殼程進(jìn)口管12和低溫?zé)峤粨Q器殼程出口管13均穿過低溫?zé)峤粨Q器上封頭1并與低溫?zé)峤粨Q器上封頭1焊接連接。四個立式管殼式換熱器串聯(lián)連接，在B管殼式換熱器5上封頭中心開有管程進(jìn)口孔，低溫?zé)峤粨Q器管程進(jìn)口管10與管程進(jìn)口孔連接，A管殼式換熱器4上封頭和C管殼式換熱器6上封頭通過連接管連通，D管殼式換熱器7上封頭中心開有管程出口孔，低溫?zé)峤粨Q器管程出口管11與管程出口孔連接；低溫?zé)峤粨Q器殼程進(jìn)口管12與D管殼式換熱器7殼體上部進(jìn)口相連接，D管殼式換熱器7下部的殼體出口和C管殼式換熱器6下部的殼體進(jìn)口相連通，C管殼式換熱器6上部的殼體出口和A管殼式換熱器4殼體上部的殼體進(jìn)口相連通，A管殼式換熱器4殼體下部的殼體出口和B管殼式換熱器5殼體下部的殼體進(jìn)口相連通，低溫?zé)峤粨Q器殼程出口管13與B管殼式換熱器5殼體上部出口相連通。在每一個窄矩形管殼式換熱器殼體內(nèi)壁上均焊接有三個折流板14，與管殼式換熱器殼體進(jìn)口最近的折流板14的缺口方向與殼體氣體的進(jìn)口方向相反，其余依次相互交錯放置，保證折流板14之間的距離在殼體內(nèi)均布，同時保證U形換熱管15的直管段與管板8相互垂直。
該低溫?zé)峤粨Q器所用的材料都是0Cr18Ni9/304，絕熱結(jié)構(gòu)是采用雙面鍍鋁滌綸薄膜或鋁箔與隔熱紙一一間隔組合而成，U形換熱管15和窄矩形殼體的內(nèi)壁均采用了電拋光處理，由于該種材料的透氣性小、內(nèi)表面光滑且耐磨損、抗腐蝕能力強、性能穩(wěn)定，防止了氣體被污染。在管板8周邊開有若干小孔，使得低溫?zé)峤粨Q器上封頭1內(nèi)和低溫?zé)峤粨Q器筒體2之間的壓差為零，有效地防止了管板8焊接變形和管殼式換熱器窄矩形殼體受壓。由于該低溫?zé)峤粨Q器的U形換熱管15的直管段兩個端口均固定在同一管板8上，管束可以自由伸縮，與其它管子和殼體無關(guān)，從而解決了熱補償問題。該熱交換器的U形換熱管15與支撐板9不是焊接在一起的，并且各矩形窄通道管殼式換熱器也沒有下封頭。由于低溫下的熱脹冷縮效果較顯著，這樣的布置使得U形換熱管15能夠自由伸縮，使產(chǎn)生的溫差應(yīng)力自行消除，減小了因此而產(chǎn)生的管束和殼體變形。該低溫?zé)峤粨Q器的支撐板9與低溫?zé)峤粨Q器筒體2內(nèi)壁之間留有空隙，支撐板9能夠隨著管殼式換熱器殼體的熱脹冷縮而發(fā)生上下移動，也能使產(chǎn)生的應(yīng)力自行消除，最終使管殼式換熱器的殼體密封性能好，防止了氣體被污染。
從低溫?zé)峤粨Q器管程進(jìn)口管10流入的高溫氣體介質(zhì)進(jìn)入B管殼式換熱器5上封頭內(nèi)，通過B管殼式換熱器5和A管殼式熱交換器4的U形換熱管15再流入C管殼式換熱器6和D管殼式換熱器7的U形換熱管15內(nèi)，最后通過D管殼式換熱器7上封頭的出口孔經(jīng)低溫?zé)峤粨Q器管程出口管11流出；從低溫?zé)峤粨Q器殼程進(jìn)口管12流入的低溫氣體介質(zhì)進(jìn)入D管殼式換熱器7殼體內(nèi)，通過C管殼式換熱器6和A管殼式換熱器4，再到B管殼式換熱器5殼體內(nèi)，最后通過B管殼式換熱器5殼體出口經(jīng)低溫?zé)峤粨Q器殼程出口管13流出。
權(quán)利要求
1.一種具有自消應(yīng)力能防污染的氣體低溫?zé)峤粨Q器，包括低溫?zé)峤粨Q器上封頭(1)、低溫?zé)峤粨Q器筒體(2)、低溫?zé)峤粨Q器下封頭(3)、低溫?zé)峤粨Q器管程進(jìn)口管(10)、低溫?zé)峤粨Q器管程出口管(11)、低溫?zé)峤粨Q器殼程進(jìn)口管(12)和低溫?zé)峤粨Q器殼程出口管(13)、U形換熱管(15)，其特征在于還包括A管殼式換熱器(4)、B管殼式換熱器(5)、C管殼式換熱器(6)、D管殼式換熱器(7)、管板(8)和支撐板(9)，其中管板(8)位于低溫?zé)峤粨Q器筒體(2)的上端，低溫?zé)峤粨Q器上封頭(1)和低溫?zé)峤粨Q器筒體(2)上端均與管板(8)外緣焊接在一起；A管殼式換熱器(4)、B管殼式換熱器(5)、C管殼式換熱器(6)和D管殼式換熱器(7)均為立式窄通道，呈方陣布置在低溫?zé)峤粨Q器筒體(2)內(nèi)，其殼體呈矩形，半圓形的上封頭和窄矩形殼體上端均分別與管板(8)焊接在一起；支撐板(9)位于低溫?zé)峤粨Q器筒體(2)的下部，四個管殼式換熱器的窄矩形殼體底端與支撐板(9)焊接，支撐板(9)與低溫?zé)峤粨Q器筒體(2)內(nèi)壁之間留有間隙；兩組相同數(shù)量的U形換熱管(15)分別置放在相鄰兩個窄矩形殼體內(nèi)，一組U形換熱管(15)的兩端直管段分別穿過支撐板(9)置放在相鄰的A管殼式換熱器(4)和B管殼式換熱器(5)的窄矩形殼體內(nèi)；另一組U形換熱管(15)的兩個直管段分別穿過支撐板(9)置放在相鄰的C管殼式換熱器(6)和D管殼式換熱器(7)的窄矩形殼體內(nèi)，兩組U形換熱管(15)的直管段端部均與管板8焊接在一起；U形管段位于支撐板(9)下面，U形換熱管(15)的直管段在立式窄通道管殼式換熱器矩形殼體內(nèi)呈正三角形布置；低溫?zé)峤粨Q器管程進(jìn)口管(10)、低溫?zé)峤粨Q器管程出口管(11)、低溫?zé)峤粨Q器殼程進(jìn)口管(12)和低溫?zé)峤粨Q器殼程出口管(13)均穿過低溫?zé)峤粨Q器上封頭(1)并與低溫?zé)峤粨Q器上封頭(1)焊接連接；四個管殼式換熱器串聯(lián)連接，在B管殼式換熱器(5)上封頭中心開有管程進(jìn)口孔，低溫?zé)峤粨Q器管程進(jìn)口管(10)與管程進(jìn)口孔連接，A管殼式換熱器(4)上封頭和C管殼式換熱器(6)上封頭通過連接管連通，D管殼式換熱器(7)上封頭中心開有管程出口孔，低溫?zé)峤粨Q器管程出口管(11)與管程出口孔連接；低溫?zé)峤粨Q器殼程進(jìn)口管(12)與D管殼式換熱器(7)殼體上部進(jìn)口相連接，D管殼式換熱器(7)下部的殼體出口和C管殼式換熱器(6)下部的殼體進(jìn)口相連通，C管殼式換熱器(6)上部的殼體出口和在A管殼式換熱器(4)殼體上部的殼體進(jìn)口相連通，A管殼式換熱器(4)殼體下部的殼體出口和B管殼式換熱器(5)殼體下部的殼體進(jìn)口相連通，低溫?zé)峤粨Q器殼程出口管(13)與B管殼式換熱器(5)殼體上部出口相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自消應(yīng)力能防污染的氣體低溫?zé)峤粨Q器，其特征是在每一個窄矩形管殼式換熱器殼體內(nèi)壁上均焊接有三個折流板(14)，與管殼式換熱器殼體進(jìn)口最近的折流板(14)的缺口方向與殼體氣體的進(jìn)口方向相反，其余依次相互交錯放置，保證折流板(14)之間的距離在殼體內(nèi)均布，同時保證U形換熱管(15)的直管段與管板(8)相互垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自消應(yīng)力能防污染的氣體低溫?zé)峤粨Q器，其特征是所述的低溫?zé)峤粨Q器所用的材料都是0Cr18Ni9/304，絕熱結(jié)構(gòu)是采用雙面鍍鋁滌綸薄膜或鋁箔與隔熱紙一一間隔組合而成，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自消應(yīng)力能防污染的氣體低溫?zé)峤粨Q器，其特征是所述的U形換熱管(15)和窄矩形管殼式換熱器殼體的內(nèi)壁均采用了電拋光處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自消應(yīng)力能防污染的氣體低溫?zé)峤粨Q器，其特征是所述的管板(8)周邊開有若干小孔，支撐板(9)與低溫?zé)峤粨Q器筒體(2)內(nèi)壁之間留有空隙。
全文摘要
具有自消應(yīng)力能防污染的氣體低溫?zé)峤粨Q器，屬于低溫工程與低溫技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明包括低溫?zé)峤粨Q器筒體、低溫?zé)峤粨Q器下封頭、低溫?zé)峤粨Q器上封頭、A、B、C和D四個管殼式換熱器、管板、支撐板、低溫?zé)峤粨Q器管程進(jìn)口管、低溫?zé)峤粨Q器管程出口管、低溫?zé)峤粨Q器殼程進(jìn)口管和低溫?zé)峤粨Q器殼程出口管。其中四個管殼式換熱器的殼體呈窄矩形，換熱管采用U形換熱管，四個管殼式換熱器呈方陣置放在低溫?zé)峤粨Q器筒體內(nèi)，相互串聯(lián)連接。低溫?zé)峤粨Q器采用的材料是0Cr18Ni9/304，該種材料的透氣性小、內(nèi)表面光滑且耐磨損、抗腐蝕能力強、性能穩(wěn)定，防止了氣體被污染。另外在低溫下，考慮了材料的熱脹冷縮所產(chǎn)生的應(yīng)力，使應(yīng)力能夠自行消除，提高了它的密封性能，最終使低溫?zé)峤粨Q器密封性能好，防止了氣體被污染。具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
文檔編號F28D21/00GK1948884SQ20061011813
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者汪榮順, 石玉美, 陳樹軍 申請人:上海交通大學(xué)