一种用于低温回路热管的可更换式蒸发器补偿器的制作方法

本发明涉及用于低温回路热管的一种蒸发器补偿器可更换方法，具体指蒸发器、补偿器及引液管或次级毛细芯通过法兰银丝螺纹进行的低温高压密封连接。

背景技术：

回路热管作为高效的两相传输部件，具有被动式工作，不需要额外消耗能源，可以实现合理的布局和远距离传输等特点，被广泛地应用在航天航空、红外探测、等诸多领域。低温回路热管作为低温学科的分支，主要用于为相关的低温应用场所提供一种高效的远距离传输方式。目前很多科学设备仪器需要低温制冷机来提供低温环境，以保障其更好的性能、效率及灵敏度，例如红外焦平面的冷却。但是一方面要减少制冷机运行时对科学设备仪器产生的机械振动和电磁干扰，另一方面又要考虑空间布局的合理性，将体积较大的制冷机布局在设备外围，将科学仪器设备布置在设备的核心，从而需要解决远距离高效传热问题。而低温回路热管能够满足大冷量、长距离、小温差传输以及有效阻隔制冷器振动等要求，因而被大范围的应用在航天航空及医疗设备等诸多方面。

回路热管的原理：蒸发器中液体工质蒸发，在毛细芯内形成气液界面，产生毛细力，将液体工质从蒸发器核心抽吸出来，而蒸汽则通过气体槽道，进入气体管线，气体工质流经冷凝器时被冷凝成液体，再进一步过冷，沿着液体管线，回流到补偿器中，通过引液管或次级毛细芯进入蒸发器核心。

低温回路热管是在深低温工况下工作，使得它需要使用临界温度远远小于常温的物质(如氮、氨等)作为工质。同时由于两者工作温区和应用要求的差异，导致二者在结构设计和传热特性上都有较大的差异：1、低温回路热管需要考虑常温下的承压能力，因为在总体积不变的情况下，常温下，相同质量的深低温工质将高达几十兆帕。2、低温回路热管还面临着如何将回路热管从室温降到工作温度下的问题；3、低温回路热管的启动比常温回路热管更困难，传热能力也相对弱很多，这是由于低温工质的流动阻力比常温工质大，而且其表面张力比后者小。4、规模上的差异，低温回路热管由于通常热负荷在几瓦量级同时又受到空间限制，一般往小型化方向设计，这不仅会加大制作的难度，还会削弱其传热能力，同时使其启动更加困难。

蒸发器是整个系统循环的重要动力来源及核心组成部分，是决定整个系统运行的可靠性及稳定性的关键部件。补偿器与蒸发器紧密相连，相互影响。补偿器的作用是确保蒸发器内的毛细芯能够一直被液体浸润，防止蒸发器因烧干而导致回路热管启动失败或工作失效；同时补偿器还兼具控温的功能，换言之，补偿器的温度和压力状态决定了整个回路热管的工作状态，影响回路热管的传热性能。引液管或次级毛细芯是蒸发器和补偿器内部的有效连接，能将液体管线内的过冷液及时输送到蒸发器的核心，确保吸液芯被充分浸润，同时通过引液管或次级毛细芯回流的过冷液体将毛细芯核心集聚的气泡和不凝性气体输送到补偿器储存，保证低温回路热管的稳定运行。

因而蒸发器、补偿器、引液管或次级毛细芯三者的匹配对于回路热管的启动及稳定性能优化至关重要。

由于加工工艺的问题，毛细芯内部流道具有较大的随机性。若采用常规的不可更换的蒸发器补偿器，对回路热管进行传热传质分析时，毛细芯的影响和其他部件的影响会相互干扰，从而影响最终的判断，不利于回路热管机理的研究；不可更换蒸发器补偿器，在需要大量的对照实验进行数据采集以确定最终的回路热管设计方案时，会大大地提高研究成本。因此需要一种可用于低温回路热管的可更换式蒸发器补偿器，在确认最终蒸发器补偿器方案后，可直接将各可拆卸部分进行焊接，以确保最终成品的高可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种用于低温回路热管的可更换卸的蒸发器补偿器结构。该结构通过法兰螺母固定、银丝密封，使得该蒸发器补偿器结构能满足低温回路热管常温充装存放的压力要求，同时在低温下仍保持良好的密封性，从而实现低温回路中蒸发器、补偿器、引液管或次级毛细芯的反复利用及定量地匹配实验研究。

为达到上述目的，本发明的设计思路为：

使用银丝作为垫圈，实现连接处的常温承高压、低温下仍保障气密性的要求。

法兰盘的端面平整光滑，螺纹孔呈对称式分布，最大限度保障贴合处受力均匀。

通过大量可更换蒸发器补偿器实验，筛选出最后的蒸发器补偿器设计方案。

根据最后筛选的方案，直接将各可拆卸部件焊死，以确保最终成品的可靠性。

具体结构设计如下：

本发明采用一种用于低温回路热管的可更换卸式蒸发器补偿器，包括蒸发器1、补偿器2、银丝3、连接螺纹孔4、引液管或次级毛细芯5、补偿器端盖6、毛细芯7、进液管2-1、出气管1-1。

所述的可更换卸式蒸发器补偿器中，蒸发器1一端为出气管1-1，另一端为法兰盘端面。补偿器2两端各自直接是两个法兰盘端面。补偿器端盖6与出气管直接是一个整体，中心有一个凹槽，用于与引液管或是次级毛细芯的连接。蒸发器1与补偿器2及补偿器2与补偿器端盖6都通过法兰端面使用连接螺纹孔4连接，使用银丝3进行密封。引液管5焊接在补偿器端盖上6的凹槽中。

本发明的优点是：

其一，将低温回路热管中的蒸发器与补偿器拆解成两块，使用法兰盘连接会增大蒸发器与补偿器之间的热阻，从而减少蒸发器到补偿器的漏热；其二，由于蒸发器和补偿器、次级毛细芯或引液管可以任意组合，更容易筛选出匹配更好更有利于回路热管性能的蒸发器补偿器组合，同时减少实验的不可控因素，降低实验成本。其三，该结构不会影响补偿器对蒸发器的补偿作用，仍可以使用次级毛细芯或引液管等，较好地保留了原本一体化蒸发器补偿器的优势。低成本、最佳、

附图说明

图1为蒸发器补偿器整体装配图；

图2中，(a)为整体剖视图，图中标号：1：蒸发器；2：补偿器；5：引液管或次级毛细芯；6：补偿器盖板；7：毛细芯；2-1：进液管；1-1：出气管。(b)为局部放大图，图中标号：3：银丝；4：连接螺纹孔。

图3为蒸发器示意图；

图4为补偿器示意图；

图5为银丝示意图；

图6为毛细芯示意图；

图7为引液管或次级毛细芯示意图；

图8为补偿器端盖示意图。

具体实施方式

结合附图，以下对本发明的结构原理进一步详细描述。

本发明所述的可更换卸式蒸发器补偿器，参照附图1-7和装配图及剖视图，本发明主要有别于常规蒸发器补偿器的结构包括：

法兰盘端面，银丝，螺纹孔。

参照附图举例展示了根据本发明设计思路设计的可更换卸式蒸发器补偿器，整体选用的材料为316l不锈钢，蒸发器1使用整体车削，外径22mm,内径20mm,总长2-12-1mm,一端车削为出气管1-1，外径6mm,内径3mm,总长40mm,另一端车削为法兰盘端面(端面中心存在凹槽),下方是一个2-10*40mm的加热翅板。补偿器2使用整体车削，外径22mm,内径20mm,总长2-10mm,两端直接车削出两个法兰盘端面(一端为凸台，一端凹槽)。补偿器端盖6与出气管直接车削一个整体，中心凸台有一个凹槽，内径2-1mm,用于与引液管或是次级毛细芯的钎焊。蒸发器1与补偿器2及补偿器2与补偿器端盖6(端面中心存在凸台)都通过法兰端面使用连接六个对称分布的螺纹孔4连接，使用银丝3(环内径23.2-1mm,银丝内径0.5mm)进行密封。法兰盘外径44mm,3mm螺纹孔圆心在离法兰中心线33mm处。含凸台的法兰盘厚5mm,凸台外径24mm，内径20mm,高2mm；含凹槽的法兰盘，凹槽内径26mm，深0.2mm,用于布置银丝，次级凹槽内径24mm，深2mm。蒸发器补偿器及盖板通过法兰端面上螺纹孔来进行连接，通过凹槽、凸台及银丝的配合来进行密封，

本发明的有益效果在于：其一，将低温回路热管中的蒸发器与补偿器拆解成两块，会增大蒸发器与补偿器之间的热阻，从而减少蒸发器到补偿器的漏热；其二，使用此种结构，并不会影响补偿器对蒸发器的补偿作用，仍可以使用次级毛细芯或引液管等，较好地保留了原本一体化蒸发器补偿器的优势；其三，由于蒸发器和补偿器可以任意组合，更容易筛选出匹配更好更有利于回路热管性能的蒸发器补偿器组合，实现低温回路热管产品的最优化设计，同时也减少了实验的不可控因素，降低研究成本。

以上显示和描述了发明的基本原理和主要特征和发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。