CN107966062A - 一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器 - Google Patents
一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107966062A CN107966062A CN201711417232.7A CN201711417232A CN107966062A CN 107966062 A CN107966062 A CN 107966062A CN 201711417232 A CN201711417232 A CN 201711417232A CN 107966062 A CN107966062 A CN 107966062A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water jacket
- water
- fin
- built
- shell body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 115
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 abstract description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，包括依次连接的换热外翅片、水套外壳体、水套内壳体及换热内翅片，水套外壳体、水套内壳体之间设有水侧流通道，水套外壳体与水套内壳体上下两端的组合处设有供液集管和回液集管，换热外翅片的外壁及换热内翅片的内壁分别设有散热翅片组；本发明的有益效果是：采用内置水冷换热器的结构，有效减少了接触热阻，降低传热温差，提高机器热效率，相比于传统的风冷翅片式换热器，水冷换热具有更高的传热系数，制冷机外侧无需加设翅片或者水套，使整机结构更加紧凑。
Description
技术领域
本发明是涉及一种内置水冷换热器，具体说，是涉及一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，属于热交换技术领域，特别是热交换领域中的声能自由活塞式机器热端散热器体的设计与制造。
背景技术
1861年，Stirling提出了一种由两个等温压缩和膨胀过程与两个等容回热过程组成的闭式热力循环，称为斯特林循环，也就是声能自由活塞式机器的基本热力学原理。
声能自由活塞式热机利用热在压力气体中产生自激振荡这一热声现象，可将热能转换为压力波动(声能)，从而实现热能转化为机械能。相反，声能自由活塞式制冷机利用热声逆效应可以实现从低温热源吸热再释放至高温热源的制冷过程。声能自由活塞式机器具有诸多优点，例如：a.采用惰性气体作为工质，因此不会导致臭氧破坏和温室效应。b.基本结构非常简单紧凑，寿命长、可靠性高。c.采用无油润滑和间隙密封技术，任意角度均可正常运行。
热端换热器作为声能自由活塞式机器中的关键部件，对整机性能起着至关重要的影响，若热端换热不充分，则整机的能效比会大幅下降。传统的热端换热器多采用将狭缝式换热器置于气缸与机壳间的环形空间内，狭缝换热器外壁面紧贴机壳内壁面。此种结构所带来的不利影响为狭缝换热器与机壳内壁面存在着较大的接触热阻，且机壳通常为钢材，导热系数较低，所以导致热端换热不充分，制冷机性能下降，且由于在机壳外部再加装翅片，使整机体积增大。
发明内容
为了解决上述技术问题和技术需求，本发明提出一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，气体工质与换热外翅片和换热内翅片充分接触换热，进而将热量传导至水套壳体，循环水流过水套外壳体和水套内壳体组合形成的水侧流通通道，将声能自由活塞式机器热端产生的热量导出。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，其特征在于：所述内置水冷换热器为圆形，包括依次连接的换热外翅片、水套外壳体、水套内壳体及换热内翅片，水套外壳体、水套内壳体之间设有水侧流通道，水套外壳体与水套内壳体上下两端的组合处设有供液集管和回液集管，换热外翅片的外壁及换热内翅片的内壁分别设有散热翅片组。
作为优选方案，所述的水侧流通道包括水套外壳体与水套内壳体在两者连接的表面开有多个环状的、截面为矩形的凹槽，水套外壳体与水套内壳体上的凹槽共同组成水侧流通通道。
作为优选方案，所述的水套外壳体、水套内壳体的上的凹槽为相互错开排列设置。
作为优选方案，所述的水套外壳体与水套内壳体上下两端均有半圆弧凸台，并延伸到内侧形成锥形凹槽，组合构成水侧的供液集管和回液集管。
作为进一步优选方案，所述的供液集管和回液集管接口上分别设有进液管和回液管，所述的水套外壳体、水套内壳体的下端设有连接凸台。
作为进一步优选方案，作为进一步优选方案，所述的环状的凹槽宽度约为0.5mm～2mm，高度约为0.3mm～1mm，每个凹槽间距为0.5mm～2mm。
作为进一步优选方案，所述的换热外翅片与水套外壳体、水套内壳体与换热内翅片之间采用焊接连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过采用内置水冷换热器的结构，有效减少了接触热阻，降低传热温差，提高机器热效率；相比于传统的风冷翅片式换热器，水冷换热具有更高的传热系数；制冷机外侧无需加设翅片或者水套，使整机结构更加紧凑。
附图说明
图1为本发明提供的水套外壳体轴侧图；
图2为本发明提供的水套内壳体轴测图；
图3为本发明提供的水套剖视图；
图4为本发明提供的内置水冷换热器装配体爆炸图；
图5为本发明提供的内置水冷换热器与机壳装配剖视图；
图6为本发明提供的翅片设计图。
具体实施方式
一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，所述内置水冷换热器为圆形，包括依次连接的换热外翅片、水套外壳体、水套内壳体及换热内翅片，水套外壳体、水套内壳体之间设有水侧流通道，水套外壳体与水套内壳体上下两端的组合处设有供液集管和回液集管，换热外翅片的外壁及换热内翅片的内壁分别设有散热翅片组。换热外翅片、水套外壳体、水套内壳体及换热内翅片均为圆形外观，直径依次缩小，以形成嵌套配合结构，散热翅片组包括多片按一定间距排列的金属片。
所述的水侧流通道包括水套外壳体与水套内壳体在两者连接的表面开有多个环状的、截面为矩形的凹槽，水套外壳体与水套内壳体上的凹槽共同组成水侧流通通道。
所述的水套外壳体、水套内壳体的上的凹槽为相互错开排列设置。相互错开排列设置的凹槽可使水流构成混合通道，与水套外壳体、水套内壳体具有较大的接触效果。
所述的水套外壳体与水套内壳体上下两端均有半圆弧凸台，并延伸到内侧形成锥形凹槽，组合构成水侧的供液集管和回液集管。锥形凹槽对水流具有导向作用，可提高水流的流速。
所述的供液集管和回液集管接口上分别设有进液管和回液管，所述的水套外壳体、水套内壳体的下端设有连接凸台。连接凸台用于将本散热器架起支撑在圆筒状的机壳中。
所述的环状的凹槽宽度约为0.5mm～2mm，高度约为0.3mm～1mm，每个凹槽间距为0.5mm～2mm。
所述的换热外翅片与水套外壳体、水套内壳体与换热内翅片之间采用焊接连接。
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细描述：
结合图1至图6所示，本发明提供的一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器包括包括换热翅片100、水套200、进液管301、出液管302、机壳400，其中换热翅片100、水套200、进液管301、出液管302材料均为紫铜，所述换热翅片100包括换热外翅片110和换热内翅片120。所述水套包括水套外壳体210和水套内壳体220。
如图1、图2所示，所述水套外壳体210内侧表面开有矩形凹槽211，上下两端有半圆弧凸台212，其内侧有锥形凹槽213。所述矩形凹槽211宽度约为0.5mm-2mm，高度约为0.3mm-1mm，每个凹槽间距为0.5mm-2mm。
所述水套内壳体220与水套外壳体210结构类似，在外侧表面开有矩形凹槽221，上下两端有半圆弧凸台222，其内侧有锥形凹槽223。
如图3所示，所述水套外壳体210与水套内壳体220于焊接面214、224焊接固定，水套内外壳体共同组成水侧流通通道201、供液集管202和回液集管203。供液集管202与回液集管203成锥形，在靠近焊接面204处横截面积较大，靠近末端处横截面积减小。以供液集管202为例说明其工作原理：沿流动方向(虚线箭头)，供液集管202内的循环水流过若干个水侧流通通道201后总流量下降，为了保持供液集管202内静压一致，所以沿流动方向减小供液集管202的横截面积，以增加靠近末端处循环水流速，从而使得各个水侧流通通道201内流量均匀，提高换热效率。
如图4所示，所述换热外翅片110与换热内翅片120上下两端均有半圆凹槽111、121，与水套外壳体210和水套内壳体220的半圆弧凸台212、222相互配合。所述半圆凹槽111、121处的翅片长度略短于其他翅片长度。换热外翅片110与水套外壳体210于焊接面215焊接固定，所述换热翅片下120与水套内壳体220于焊接面225焊接固定。
如图5所示，所述进液管301、出液管302在焊接面204与水套200进行焊接固定，以保证水不会渗漏至制冷机内部。在焊接面401与机壳400进行焊接固定，以保证制冷机整体的不发生工质气体泄漏。
如图1、图2、图5所示，所述水套外壳体210和水套内壳体220的下表面设有4个凸台，凸台216、226高度约为1mm，凸台216、226抵住机壳400的支撑面402，工作气体(通常为氦气)可沿径向流过过环隙403，然后沿轴向通过换热翅片100，其主要目的在于可更好的利用换热外翅片110的换热面积，同时，环隙403可作为工作气体的缓冲区，使工作气体平稳均匀地流过换热翅片100，强化换热。
如图6所示，本优选实例中，换热内翅片120的翅片高度h＝4mm，厚度δ＝1mm，狭缝宽度α＝1°，两换热翅片间隔β＝2°，通过调节α和β的值可以精确的控制换热翅片100的空隙率。换热外翅片110的翅片设计参数与换热内翅片120相同。
综上所述可见：本发明通过采用内置水冷换热器的结构，有效减少了接触热阻，降低传热温差，提高机器热效率；相比于传统的风冷翅片式换热器，水冷换热具有更高的传热系数；制冷机外侧无需加设翅片或者水套，使整机结构更加紧凑。
最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，其特征在于：所述内置水冷换热器为圆形，包括依次连接的换热外翅片、水套外壳体、水套内壳体及换热内翅片，水套外壳体、水套内壳体之间设有水侧流通道，水套外壳体与水套内壳体上下两端的组合处设有供液集管和回液集管，换热外翅片的外壁及换热内翅片的内壁分别设有散热翅片组。
2.根据权利要求1所述的用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，其特征在于：所述的水侧流通道包括水套外壳体与水套内壳体在两者连接的表面开有多个环状的、截面为矩形的凹槽，水套外壳体与水套内壳体上的凹槽共同组成水侧流通通道。
3.根据权利要求1所述的用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，其特征在于：所述的水套外壳体、水套内壳体的上的凹槽为相互错开排列设置。
4.根据权利要求1所述的用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，其特征在于：所述的水套外壳体与水套内壳体上下两端均有半圆弧凸台，并延伸到内侧形成锥形凹槽，组合构成水侧的供液集管和回液集管。
5.根据权利要求1～4任一权利要求所述的用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，其特征在于：所述的供液集管和回液集管接口上分别设有进液管和回液管，所述的水套外壳体、水套内壳体的下端设有连接凸台。
6.根据权利要求5所述的用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，其特征在于：所述的环状的凹槽宽度约为0.5mm～2mm，高度约为0.3mm～1mm，每个凹槽间距为0.5mm～2mm。
7.根据权利要求5所述的用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，其特征在于：所述的换热外翅片与水套外壳体、水套内壳体与换热内翅片之间采用焊接连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711417232.7A CN107966062B (zh) | 2017-12-25 | 2017-12-25 | 一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711417232.7A CN107966062B (zh) | 2017-12-25 | 2017-12-25 | 一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107966062A true CN107966062A (zh) | 2018-04-27 |
| CN107966062B CN107966062B (zh) | 2024-02-23 |
Family
ID=61994756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711417232.7A Active CN107966062B (zh) | 2017-12-25 | 2017-12-25 | 一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107966062B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4532771A (en) * | 1982-07-30 | 1985-08-06 | Showa Aluminum Corporation | Cooler made of aluminum for stirling engines |
| JPH0953891A (ja) * | 1995-08-18 | 1997-02-25 | Zexel Corp | シェルアンドチューブ型熱交換器 |
| JPH09329366A (ja) * | 1996-06-10 | 1997-12-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 外燃式熱ガス機関の熱交換器 |
| CN1231407A (zh) * | 1998-02-06 | 1999-10-13 | 三洋电机株式会社 | 使用具有翅片结构的热交换器的斯特林装置 |
| JP2001074327A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Zexel Valeo Climate Control Corp | スターリング冷凍機用熱交換器 |
| CN202262188U (zh) * | 2011-08-15 | 2012-05-30 | 昆山维盛精密五金有限公司 | 环状散热片结构 |
| CN105756804A (zh) * | 2016-02-26 | 2016-07-13 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种用于自由活塞斯特林发动机的热端换热器 |
| CN105805974A (zh) * | 2016-05-17 | 2016-07-27 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种冷电联产系统 |
| CN208579662U (zh) * | 2017-12-25 | 2019-03-05 | 陕西仙童科技有限公司 | 一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器 |
-
2017
- 2017-12-25 CN CN201711417232.7A patent/CN107966062B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4532771A (en) * | 1982-07-30 | 1985-08-06 | Showa Aluminum Corporation | Cooler made of aluminum for stirling engines |
| JPH0953891A (ja) * | 1995-08-18 | 1997-02-25 | Zexel Corp | シェルアンドチューブ型熱交換器 |
| JPH09329366A (ja) * | 1996-06-10 | 1997-12-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 外燃式熱ガス機関の熱交換器 |
| CN1231407A (zh) * | 1998-02-06 | 1999-10-13 | 三洋电机株式会社 | 使用具有翅片结构的热交换器的斯特林装置 |
| JP2001074327A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Zexel Valeo Climate Control Corp | スターリング冷凍機用熱交換器 |
| CN202262188U (zh) * | 2011-08-15 | 2012-05-30 | 昆山维盛精密五金有限公司 | 环状散热片结构 |
| CN105756804A (zh) * | 2016-02-26 | 2016-07-13 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种用于自由活塞斯特林发动机的热端换热器 |
| CN105805974A (zh) * | 2016-05-17 | 2016-07-27 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种冷电联产系统 |
| CN208579662U (zh) * | 2017-12-25 | 2019-03-05 | 陕西仙童科技有限公司 | 一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107966062B (zh) | 2024-02-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN200941023Y (zh) | 环路并行式热管及其换热器 | |
| CN104595056B (zh) | 一种自由活塞式斯特林机冷端热交换器 | |
| CN103321775B (zh) | 液体活塞热气机及具有该液体活塞热气机的锅炉 | |
| CN110454364B (zh) | 一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构 | |
| CN101280737A (zh) | 配气活塞式斯特林发动机 | |
| CN101922778A (zh) | 一种半导体制冷空调装置 | |
| CN105756804B (zh) | 一种用于自由活塞斯特林发动机的热端换热器 | |
| CN201844486U (zh) | 一种半导体制冷空调装置 | |
| CN101749247A (zh) | 冷缸压缩循环的全封闭转子式制冷压缩机 | |
| CN104389683A (zh) | 紧凑型回热器 | |
| CN208579662U (zh) | 一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器 | |
| CN204285899U (zh) | 太阳能-空气能复合热泵用同轴套管翅片式蒸发器 | |
| CN107966062A (zh) | 一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器 | |
| CN103245059B (zh) | 一种圆盘组合式换热器 | |
| CN105241176A (zh) | 一种高效冷却塔 | |
| CN108775736A (zh) | 一种用于声能制冷机的叠片式回热器及组合回热装置 | |
| CN212106236U (zh) | 活塞冷却装置与耐高温活塞 | |
| CN204226019U (zh) | 紧凑型回热器 | |
| CN111397413A (zh) | 一种环路热管蓄热器 | |
| CN209588448U (zh) | 换热器 | |
| CN208671429U (zh) | 一种用于声能制冷机的叠片式回热器及组合回热装置 | |
| CN207420873U (zh) | 热压缩机及其换热系统 | |
| CN206399250U (zh) | 一种高效换热的压缩机级间冷却器 | |
| CN216205562U (zh) | 斯特林发动机用高温换热器及斯特林发动机 | |
| CN110044199B (zh) | 一种燃气轮机燃气空气换热芯及换热器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |