CN106225523A - 一种交变流动换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热交换装置技术领域，尤其涉及一种交变流动换热器。本发明提供了一种交变流动换热器，其包括外壳体及翅片组，外壳体包括第一壳体及第二壳体，翅片组设于第一壳体与第二壳体间；第一壳体及第二壳体均设有一个凹陷区，两个凹陷区构成一个用于安装翅片组的腔体，且腔体的形状与翅片组的形状相匹配；第一壳体及第二壳体内均设有至少一条通道，翅片组包括多个间隔布置的翅片，每个翅片上对应于通道均设有与其连通的流道孔，通道与流道孔间及相邻两个翅片上相对应的流道孔间均设有垫圈；外壳体的两侧对应于腔体均设有垂直于通道的圆管。本申请中的换热器结构简单，换热效果好且使使流动变得更加均匀，制作工艺简单，制作成本低，实用性强。

Description

一种交变流动换热器
技术领域
本发明涉及热交换装置技术领域，尤其涉及一种交变流动换热器，具体涉及一种结构简单、在提高换热效果的同时能使工作气体流动变得更加均匀的交变流动换热器。
背景技术
交变流动技术广泛应用在众多的能量转换(热-功之间的转换)装置中，例如斯特林发动机、斯特林制冷机、热声发动机、热声制冷机及脉管制冷机等。换热器是交变流动系统的核心部件之一，换热效果的好坏决定了这些装置能否获得高的能量转换效率。
图1为一种传统的翅片结构换热器，这种换热器是在一块导热基体上用线切割的方式加工出众多换热翅片2，翅片2之间的间隙为交变流动的工作介质，通常为氦气等气体，从翅片2间隙出来的气体汇集到圆管1中继续流动。该圆管1可以为热缓冲管或反馈管等部件。因工作气体与壁面之间的换热系数较小，因此需要通过翅片2来增加换热面积以强化换热。其中，载流体通道3的方向与圆管1轴线方向垂直，载流体与通道壁面之间换热，将热量或者冷量传递给翅片2，再进一步传递给系统内部交变流动的工作介质。在这种换热器结构中，由于载流体通道3的存在，使得从翅片2间隙流出的气流进入到圆管1后是不均匀的，具体流动方式如图2所示；若圆管1内的工作介质在流动方向存在温度梯度，那么不均匀的流动就会使冷热气流混合，进而造成严重的热量或者冷量损失。因为载流体通道3所造成的阻挡面积较大，即使在换热器和管道之间增加导流原件也难以使管道内的流动变得均匀。另外，这种换热器因为需采用线切割加工，加工周期长，成本非常高。
另外一种典型的交变流动换热器如图3所示，是一种管壳式换热器，工作气体在换热小管4内流动，载流体在换热小管4外侧流动。这种结构可以使进入到圆管1内的气流较为均匀，但是也存在问题：一、交变流动换热与气体的热穿透深度息息相关，如果系统频率较高，例如50Hz，气体的热穿透深度就会小于0.5mm，因此换热小管4的直径应该在1mm左右才能保证较好的换热，但是在实际加工过程中发现，即使换热小管4之间非常紧密地排列，换热器的流通面积比(气体流道面积与换热器横截面积之比)也小于15％，且很难提高；二、该结构气体侧的换热器面积与载流体侧的换热面积基本相等，但气体侧的换热系数比载流体的换热系数小一个量级以上，所以应该增加气体侧的换热面积，但由于所需的换热小管4内相邻翅片2之间的间距非常小而工艺难度很高，难以实现，且增加了工艺制作成本。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是：提供一种结构简单、在提高换热效果的同时能使工作气体流动变得更加均匀的交变流动换热器，以解决现有的翅片式换热器流动不均匀以及管束换热器换热面积不足的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种交变流动换热器，其包括外壳体及翅片组，所述外壳体包括第一壳体及第二壳体，所述翅片组设于所述第一壳体与第二壳体间；所述第一壳体及第二壳体均设有一个凹陷区，两个所述凹陷区构成一个用于安装所述翅片组的腔体，且所述腔体的形状与翅片组的形状相匹配；所述第一壳体及第二壳体内均设有至少一条通道，所述翅片组包括多个间隔布置的翅片，每个所述翅片上对应于所述通道均设有与其连通的流道孔，所述通道与所述流道孔间及相邻两个所述翅片上相对应的流道孔间均设有垫圈；所述外壳体的两侧对应于所述腔体均设有垂直于所述通道的圆管；所述通道用于送入或排出第一介质，所述第一介质流经所述流道孔，且与流经所述翅片组外表面的第二介质进行热交换。
其中，所述圆管与所述外壳体的连接处设有导流装置。
其中，该交变流动换热器还包括穿设于对应设置的所述通道及流道孔的套管，所述套管上对应于两个相邻所述翅片之间设有垫圈，且所述套管上对应于所述翅片组与所述外壳体之间设有垫圈。
其中，所述套管与所述外壳体的连接方式为焊接。
其中，所述垫圈的表面涂覆有焊料。
其中，所述垫圈采用铜或铝制成。
其中，所述翅片组沿着所述通道轴线方向的长度不小于所述腔体沿着所述通道轴线方向的长度。
其中，所述第一壳体与所述第二壳体的连接方式为焊接。
其中，所述第一介质为载流体，所述第二介质为氦气。
其中，每个所述翅片均采用铜或铝制成。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种交变流动换热器，其包括外壳体及翅片组，外壳体包括第一壳体及第二壳体，翅片组设于第一壳体与第二壳体间；第一壳体及第二壳体均设有一个凹陷区，两个凹陷区构成一个用于安装翅片组的腔体，且腔体的形状与翅片组的形状相匹配；第一壳体及第二壳体内均设有至少一条通道，翅片组包括多个间隔布置的翅片，每个翅片上对应于通道均设有与其连通的流道孔，通道与流道孔间及相邻两个翅片上相对应的流道孔间均设有垫圈；外壳体的两侧对应于腔体均设有垂直于通道的圆管；通道用于送入或排出第一介质，第一介质流经流道孔，且与流经翅片组外表面的第二介质进行热交换。本申请提供的交变流动换热器通过设置与外壳体的腔体相匹配的翅片组，解决了因载流体通道所造成的阻挡面积较大而造成从翅片间隙流出的气流进入圆管内后是不均匀的问题；同时，本申请中的换热器结构简单，换热效果好，且制作工艺简单，制作成本低，实用性强，利于进行标准化生产及推广。
附图说明
图1是现有技术中翅片结构换热器的结构示意图；
图2为图1的A-A方向的剖面结构示意图；
图3是现有技术中管壳式换热器的结构示意图；
图4是本发明一种交变流动换热器的实施例的装配过程示意图；
图5是本发明一种交变流动换热器的实施例的安装完成后的结构示意图；
图6是本发明一种交变流动换热器的实施例的交变流动换热器与圆管的连接方式结构图；
图7为图6中B-B方向的剖面结构示意图；
图8是本发明一种交变流动换热器实施例一的壳体结构示意图；
图9是本发明一种交变流动换热器实施例一的垫圈结构示意图；
图10是本发明一种交变流动换热器实施例二的套管结构示意图；
图11是本发明一种交变流动换热器实施例一的翅片结构示意图。
图中：1、10：圆管；2、9：翅片；3：载流体通道；4：换热小管；5-1：第一壳体；5-2：第二壳体；6：通道；7：垫圈；8：套管；11：流道孔。
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的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
实施例一
如图4至图11所示，本发明实施例提供了一种交变流动换热器，其包括外壳体及翅片组，外壳体包括第一壳体5-1及第二壳体5-2，翅片组设于第一壳体5-1与第二壳体5-2间，其中，第一壳体5-1与第二壳体5-2为结构对称的两个壳体；第一壳体5-1及第二壳体5-2均设有一个凹陷区，两个凹陷区构成一个用于安装翅片组的腔体，且腔体的形状与翅片组的形状相匹配；第一壳体5-1及第二壳体5-2内均设有至少一条通道6，翅片组包括多个间隔布置的翅片9，每个翅片9上对应于通道6均设有与其连通的流道孔11，即通道6、垫圈7及与其连通的流道孔11构成用于送入或排出第一介质的空间，为提高密封性能及实现定位效果，通道6与流道孔11间及相邻两个翅片9上相对应的流道孔11间均设有垫圈7；外壳体的两侧对应于腔体均设有垂直于通道6的圆管10，其中两侧指的是如附图4图示方向的前侧及后侧；通道6用于送入或排出第一介质，第一介质流经流道孔11，且与流经翅片组外表面的第二介质进行热交换。
其中，翅片组包括多个大小不一且间隔设置的翅片9，翅片组的形状与腔体的形状相匹配，在本实施例中，为便于翅片9上的流道孔11与通道6的安装连接，进而以提高本申请中换热器的密封性能，将腔体靠近翅片组的一侧设成阶梯状。具体地，本申请提供的交变流动换热器通过设置与外壳体的腔体相匹配的翅片组，解决了因载流体通道所造成的阻挡面积较大而造成从翅片间隙流出的气流进入圆管内后不均匀的问题；同时，本申请中的换热器结构简单，换热效果好，且制作工艺简单，制作成本低，实用性强，利于进行标准化生产及推广。
进一步地，圆管10与外壳体的连接处设有导流装置。为进一步保证从翅片组表面流至圆管10内的第二介质更为均匀，在本实施例中，圆管10与外壳体的连接处设有导流装置，其中导流装置可以为安装简单的导流层。
优选地，为提高本申请提供的交变流动换热器的密封性能，套管8与外壳体的连接方式为焊接，且垫圈7的表面涂覆有焊料。焊接完的换热器最后进行加热，使得垫圈7表面的焊料融化，从而使得通道6与垫圈7及相邻的翅片9之间形成良好的热接触，进一步地提高了密封性能。
优选地，为提高导热效果，垫圈7采用导热性能较好的铜或铝制成；每个翅片9均采用导热性能较好的铜或铝制成；进而以避免第一介质在流动过程中的传热损失。值得说明的是，垫圈7及翅片9还可采用导热性能较好的其它金属材质制成。
优选地，翅片组沿着通道轴线方向的长度不小于腔体沿着通道轴线方向的长度，即翅片组与腔体采用过盈配合的方式连接，如此，当第一壳体5-1与第二壳体5-2组装后可以使得通道6、垫圈7及流道孔11相互之间获得良好的热接触，同时也能保证良好的密封性能。特别的，采用此连接方式，垫圈7的表面可不涂覆有焊料。
优选地，第一壳体5-1与第二壳体5-2的连接方式为焊接。其中，第一壳体5-1与第二壳体5-2之间的接触面进行焊接，以形成一个完整的承压外壳体，以适用于处于高压状态的第二介质的热交换。
在本实施例中，第一介质为载流体，第二介质为氦气；具体地，载流体在通道6及与其连通的流道孔11构成的空间内流动，通过通道内壁及翅片9将热量或冷量传递给流经翅片组外表面的氦气，以进行热交换作业。特别的，第二介质除了为氦气之外，也可为其它处于高压状态的气体，比如氩气、氖气等其它气体。
值得说明的是，在本实施例中，在装配交变流动换热器的过程中需要不锈钢管对垫圈7、翅片9、第一壳体5-1及第二壳体5-2进行定位，且不锈钢管的尺寸与通道6、垫圈7及流道孔11的尺寸相适应。待安装后再去除不锈钢管，如此，载流体能直接与垫圈7和翅片9换热，传热更加高效。
实施例二
本发明还提供了一种交变流动换热器，进一步地，该交变流动换热器还包括穿设于对应设置的通道6及流道孔11的套管8，套管8上对应于两个相邻翅片9之间设有垫圈7，且套管8上对应于翅片组与外壳体之间设有垫圈7。在本申请中，通过设有套管8能够获得更好的密封效果；其中，套管8与设于外壳体上的通道6可以单独焊接，便于补漏。若套管8采用不锈钢材质，则能承受更高温度的换热温度，运用范围更广。同时，通过设有套管8，便于在组装本申请提供的交变流动换热器的过程中，对垫圈7与翅片9、第一壳体5-1及第二壳体5-2之间的连接关系进行定位，以快速完成组装作业。
其它技术方案与实施例一中的技术方案相同，为避免赘述，在这不做额外的阐述。
综上所述，本发明提供了一种交变流动换热器，其包括外壳体及翅片组，外壳体包括第一壳体及第二壳体，翅片组设于第一壳体与第二壳体间；第一壳体及第二壳体均设有一个凹陷区，两个凹陷区构成一个用于安装翅片组的腔体，且腔体的形状与翅片组的形状相匹配；第一壳体及第二壳体内均设有至少一条通道，翅片组包括多个间隔布置的翅片，每个翅片上对应于通道均设有与其连通的流道孔，通道与流道孔间及相邻两个翅片上相对应的流道孔间均设有垫圈；外壳体的两侧对应于腔体均设有垂直于通道的圆管；通道用于送入或排出第一介质，第一介质流经流道孔，且与流经翅片组外表面的第二介质进行热交换。本申请提供的交变流动换热器通过设置与外壳体的腔体相匹配的翅片组，解决了因载流体通道所造成的阻挡面积较大而造成从翅片间隙流出的气流进入圆管内后是不均匀的问题；同时，本申请中的换热器结构简单，换热效果好，且制作工艺简单，制作成本低，实用性强，利于进行标准化生产及推广。
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)

1.一种交变流动换热器，其特征在于：包括外壳体及翅片组，所述外壳体包括第一壳体及第二壳体，所述翅片组设于所述第一壳体与第二壳体间；所述第一壳体及第二壳体均设有一个凹陷区，两个所述凹陷区构成一个用于安装所述翅片组的腔体，且所述腔体的形状与翅片组的形状相匹配；所述第一壳体及第二壳体内均设有至少一条通道，所述翅片组包括多个间隔布置的翅片，每个所述翅片上对应于所述通道均设有与其连通的流道孔，所述通道与所述流道孔间及相邻两个所述翅片上相对应的流道孔间均设有垫圈；所述外壳体的两侧对应于所述腔体均设有垂直于所述通道的圆管；所述通道用于送入或排出第一介质，所述第一介质流经所述流道孔，且与流经所述翅片组外表面的第二介质进行热交换。
2.根据权利要求1所述的交变流动换热器，其特征在于：所述圆管与所述外壳体的连接处设有导流装置。
3.根据权利要求1所述的交变流动换热器，其特征在于：还包括穿设于对应设置的所述通道及流道孔的套管，所述套管上对应于两个相邻所述翅片之间设有垫圈，且所述套管上对应于所述翅片组与所述外壳体之间设有垫圈。
4.根据权利要求3所述的交变流动换热器，其特征在于：所述套管与所述外壳体的连接方式为焊接。
5.根据权利要求1所述的交变流动换热器，其特征在于：所述垫圈的表面涂覆有焊料。
6.根据权利要求1所述的交变流动换热器，其特征在于：所述垫圈采用铜或铝制成。
7.根据权利要求1所述的交变流动换热器，其特征在于：所述翅片组沿着所述通道轴线方向的长度不小于所述腔体沿着所述通道轴线方向的长度。
8.根据权利要求1所述的交变流动换热器，其特征在于：所述第一壳体与所述第二壳体的连接方式为焊接。
9.根据权利要求1所述的交变流动换热器，其特征在于：所述第一介质为载流体，所述第二介质为氦气。
10.根据权利要求1所述的交变流动换热器，其特征在于：每个所述翅片均采用铜或铝制成。
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