CN111288819A - 一种双冷媒高效冷却机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于热交换装置技术领域，特别涉及一种双冷媒高效冷却机构，包括翅片组以及穿设在翅片组上并用于供冷媒流动的管道，管道为双层管，包括外管和穿设于外管管腔中的内管，内管用于传输高沸点冷媒，内管与外管之间的区域用于传输低沸点冷媒；翅片上的通孔处连接有支撑筒，支撑筒的顶部周沿向外扩张形成翻边，翅片上靠近通孔周沿处环向向上凸起形成台阶，台阶另一侧的结构与下方翅片上的翻边形状相配合。

Description

一种双冷媒高效冷却机构

技术领域

本发明属于热交换装置技术领域，特别涉及一种双冷媒高效冷却机构。

背景技术

翅片冷却机构主要包括翅片和穿设于翅片中的冷却管道，制冷剂于冷却管道内流动，热流体(热气体)从各翅片表面流过，此过程中，热流体的热量通过翅片及冷却管道传递给冷却管道内的制冷剂，冷却管道内的制冷剂始终在流动并将热量带走，即完成了制冷剂和热流体之间的热交换，热流体的温度得到降低。

制冷剂的选择对冷却效果的好坏有很大的影响，不同的制冷剂也具有各自的优缺点，例如氟利昂作为制冷剂时，氟利昂虽然吸热能力较强，但是热容量有限，因此其吸收一定热量后很快会达到类似于饱和的状态，导致后续无法再继续吸热。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种双冷媒高效冷却机构，包括翅片组以及穿设在翅片组上并用于供冷媒流动的管道，

管道为双层管，包括外管和穿设于外管管腔中的内管，内管用于传输高沸点冷媒，内管与外管之间的区域用于传输低沸点冷媒，这里的“高沸点”和“低沸点”是相对而言的，

冷却机构中还包括高沸点冷媒储存箱、低沸点冷媒储存箱、第一冷凝器、第二冷凝器、第一泵体、第二泵体，

高沸点冷媒储存箱通过第一循环管路将高沸点冷媒依次输送至第一冷凝器、内管后，再输送回高沸点冷媒储存箱，第一泵体安装于第一循环管路上，

低沸点冷媒储存箱通过第二循环管路将低沸点冷媒依次输送至第二冷凝器、内管与外管之间的区域后，再输送回低沸点冷媒储存箱，第二泵体安装于第二循环管路上，

翅片组包括若干排列设置的翅片，翅片上分布开设有若干个贯穿翅片上下表面的通孔，管道通过通孔依次穿设经过各翅片，翅片上表面上且位于通孔处连接有与通孔为同轴设置且沿自身轴向两端均为开口的第一支撑筒，管道同轴穿设经过第一支撑筒，第一支撑筒的顶部周沿向外扩张形成翻边，

第一支撑筒的底部与通孔之间通过环状台阶相连，环状台阶与第一支撑筒和/或通孔为同轴设置，环状台阶包括水平环状片，水平环状片的外周沿竖直向下延伸形成沿自身轴向两端均为开口的第二支撑筒，第二支撑筒底部周沿环向连接至通孔孔沿，水平环状片的内沿则环向连接于第一支撑筒的底部周沿，

上下相邻设置的翅片之间，下方翅片上的翻边整体竖直向上恰好嵌入上方翅片上水平环状片下表面与第二支撑筒的内圆柱面所围成的凹槽中，

其中，翻边为由下而上向外倾斜设置，

管道的外管管身沿径向向外周向贴紧于第一支撑筒的内圆柱面上。

附图说明

图1是本发明的双冷媒高效冷却机构的连接结构示意图，

图2是本发明的双冷媒高效冷却机构中，管道穿设在翅片组上时的剖视图，

图3是本发明的翅片的结构剖视图，

图4是本发明的翅片之间的装配结构示意图(剖视图)，为了对两片翅片分辨得更清楚，图中上下相邻的两个翅片一个有剖面线(斜线)填充，另一个没有，下同(内管2未画出)，

图5是图4中画圈部分的放大示意图(内管2未画出)，

图6为当本发明的翅片上没有环状台阶及翻边的情况下，装配时将上下相邻的两片翅片压紧抵靠在一起时的相对位置示意图，以此作为对比(内管2未画出)，

图7为当本发明的翅片上没有环状台阶的情况下，装配时将上下相邻的两片翅片压紧抵靠在一起时的相对位置示意图，以此作为对比(内管2未画出)，

图8为从本发明中的翅片实物的下表面上看到的环状台阶的示意图，

图9为从本发明中的翅片实物的上表面上看到的支撑筒及翻边的示意图，

其中，1—外管，2—内管，3—高沸点冷媒，4—低沸点冷媒，5—高沸点冷媒储存箱，6—低沸点冷媒储存箱，7—第一冷凝器，8—第二冷凝器，9—第一循环管路，91—第一泵体，10—第二循环管路，101—第二泵体，11—翅片，111—通孔，12—第一支撑筒，121—翻边，13—环状台阶，131—水平环状片，132—第二支撑筒，14—外管连接弯管，15—内管连接弯管。

具体实施方式

需要说明的是，本发明的描述中使用的词语“上”、“下”、“竖直”、“水平”指的是附图3、4、5、6、7中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。这些仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如附图所示，本发明的双冷媒高效冷却机构首先包括翅片组以及穿设在翅片组上并用于供冷媒流动的管道、高沸点冷媒储存箱5、低沸点冷媒储存箱6、第一冷凝器7、第二冷凝器8、第一泵体91、第二泵体101，

管道为双层管，包括外管1和穿设于外管1管腔中的内管2，内管2用于传输高沸点冷媒3水，内管2与外管1之间的区域用于传输低沸点冷媒4氟利昂(气态)，

高沸点冷媒储存箱5通过第一循环管路9并在第一泵体91的作用下，将其中的高沸点冷媒3依次输送至第一冷凝器7、内管2后，再输送回高沸点冷媒储存箱5，第一泵体91安装于第一循环管路9上，

低沸点冷媒储存箱6通过第二循环管路10并在第二泵体101的作用下，将其中的低沸点冷媒4依次输送至第二冷凝器8、内管2与外管1之间的区域后，再输送回低沸点冷媒储存箱6，第二泵体101安装于第二循环管路10上；

另一方面，翅片组包括若干排列设置的翅片11，各翅片11为上下正对排列设置且接近面面平行，翅片11上分布开设有若干个贯穿翅片11上下表面的通孔111，管道(外管1)通过通孔111依次穿设经过各翅片11，翅片11上表面上位于通孔111处连接有与通孔111为同轴设置且沿自身轴向两端均为开口的第一支撑筒12，管道(外管1包括内管2)同轴穿设经过第一支撑筒12(管道的外管1管身沿径向向外周向贴紧于所述第一支撑筒(12)的内圆柱面上)，第一支撑筒12的顶部周沿向外扩张形成翻边121，翻边121为由下而上向外倾斜设置，

第一支撑筒12的底部与通孔111之间通过环状台阶13相连，环状台阶13与第一支撑筒12和/或通孔111为同轴设置，环状台阶13包括水平环状片131，水平环状片131的外周沿竖直向下延伸形成沿自身轴向两端均为开口的第二支撑筒132，第二支撑筒132底部周沿环向连接至通孔111的孔沿，水平环状片131的内沿则环向连接于第一支撑筒12的底部周沿，其中，翅片11、环状台阶13、第一支撑筒12、翻边121为一体成型，

上下相邻设置的翅片11之间，下方翅片11上的翻边121整体竖直向上恰好嵌入上方翅片11上的水平环状片131下表面与第二支撑筒132的内圆柱面所围成的凹槽中。

很多现有技术中习惯采用水作为单一冷媒，结合图2来看：假设图2中使用的不是双层管，而是传统的单层管，且该管道中流通的是单一的水冷媒，水虽然热容高，但吸热速率较慢(吸热速率远没有氟利昂理想)，因此热风吹经翅片11后，热风中能够被冷媒水所吸收、截留下来的热量十分有限，

因此，本方案中穿设安装于翅片组上的冷媒传输管道分为外管1和内管2，内管2中流通着水作为冷媒，内管2与外管1之间的区域流通着另一种冷媒氟利昂，外管1直接与翅片11以及吹来的热风接触，因此内管2与外管1之间区域中的氟利昂要先于内管2中的冷媒水通过翅片11与热风发生换热，氟利昂的吸热能力较强，能快速吸收翅片11及热风中的热量，起到对热风快速降温的作用，

但是氟利昂的热容量有限，因此其吸收一定热量后很快会达到类似于饱和的状态(或者说氟利昂比热容不高，吸收一定热量后，自身温度升高幅度较大)，这样后续就基本无法再吸热了，结合图2来看：同样假设图2中使用的不是双层管，而是传统的单层管，且该管道中流通的是单一的氟利昂冷媒，在持续有热风按图2中的方向、区域吹来的状态下，按图2中氟利昂传输方向，设当一单位的氟利昂在该管道中走完A段后，就已经吸热达到饱和了，在后续经过B段的过程中，尽管该段还有热风吹来，但此时的氟利昂已基本无法再对热风进行吸热降温了，

所以本方案中需要强调双层管结构：内管2与外管1之间通氟利昂、内管2中通水，氟利昂传输时，一边通过翅片11从热风中可快速、充分地吸热使自身温度上升，一边又与内管2中热容较高的水发生一定的热交换，继而将一部分热量转移到冷媒水中，导致氟利昂温度上升得没那么快，即氟利昂的热容也没那么快达到饱和，相当于变相提高了氟利昂的热容量，结合图2来看，此时，一单位的氟利昂在该管道中必然需要走完大于A段的路程后才会达到吸热饱和，可见增加了对热风中热量的吸收，

水作为高沸点冷媒，比热容较高，热容量大，吸收同等热量后，水温上升幅度不大(远小于氟利昂)，因此循环水路中的冷媒水一般都保持在较低温度，当冷媒水中的热量累积到一定程度时，可启动第一冷凝器7进行回冷干预(冷媒水的流向可以与氟利昂反向，也可以与氟利昂同向)。

再来看本发明中的翅片11结构，将各翅片11套接装配到管道上组成翅片组时，叠加在一起的多片翅片会受到来自上方和下方的向中间的装配挤压力。附图6中为比较常规的翅片结构，这种结构在该挤压力作用下，由于第一支撑筒12的筒壁很薄，下方的第一支撑筒12的上部筒壁容易上移而嵌入到上方翅片11的通孔111内孔壁与外管1的外圆柱面之间的间隙中，从而导致上下相邻两片翅片11的间距缩小，影响了换热效果；

图7中的第一支撑筒12顶部周沿向外伸出倾斜的翻边121，该翻边121的存在，确实起到阻挡作用，避免了第一支撑筒12在受到向上顶的作用力时其上部筒壁嵌入上方翅片11的通孔111内孔壁与外管1的外圆柱面之间的间隙，但是不难看出，这种情况下，一圈翻边121会受到向下的压力，该向下的压力很容易导致金属翻边121被压裂开，即在翻边121的面上出现长度走向与翻边121所围成的圆的半径方向基本一致的裂缝，该裂缝一般是从翻边121顶沿处被压开裂，在上述压力下又会较快地向下延伸裂开，导致翻边121及第一支撑筒12筒壁上均出现开裂，大大影响了翅片11的强度和装配稳定性，

而本方案中的设计，如附图5所示，翻边121整体向上嵌入到上方翅片11上的水平环状片131下表面与第二支撑筒132的内圆柱面所围成的凹槽中，不仅同样阻挡了下方第一支撑筒12通过筒壁嵌入上方翅片11的通孔111内孔壁与外管1的外圆柱面之间的间隙，而且由于翻边121顶部开口的外径与该凹槽的内径在尺寸关系上存在匹配的内外套接关系，使上方翅片11上第二支撑筒132的一圈内圆柱面水平向内抵靠住下方翅片11上翻边121的顶部周沿，起到限位作用，避免了该翻边121受到向下压力后向外扩而导致翻边121上出现裂开。

Claims (5)

1.一种双冷媒高效冷却机构，其特征在于：所述机构包括翅片组以及穿设在所述翅片组上并用于供冷媒流动的管道，

所述管道为双层管，包括外管(1)和穿设于所述外管(1)管腔中的内管(2)，所述内管(2)用于传输高沸点冷媒(3)，所述内管(2)与所述外管(1)之间的区域用于传输低沸点冷媒(4)。

2.如权利要求1所述的双冷媒高效冷却机构，其特征在于：所述冷却机构中还包括高沸点冷媒储存箱(5)、低沸点冷媒储存箱(6)、第一冷凝器(7)、第二冷凝器(8)、第一泵体(91)、第二泵体(101)，

所述的高沸点冷媒储存箱(5)通过第一循环管路(9)将其中的所述的高沸点冷媒(3)依次输送至所述的第一冷凝器(7)、所述的内管(2)后，再输送回所述高沸点冷媒储存箱(5)，所述的第一泵体(91)安装于所述第一循环管路(9)上，

所述的低沸点冷媒储存箱(6)通过第二循环管路(10)将其中的所述低沸点冷媒(4)依次输送至所述第二冷凝器(8)、所述内管(2)与所述外管(1)之间的区域后，再输送回所述低沸点冷媒储存箱(6)，所述第二泵体(101)安装于所述第二循环管路(10)上。

3.如权利要求1所述的双冷媒高效冷却机构，其特征在于：所述翅片组包括若干排列设置的翅片(11)，所述翅片(11)上分布开设有若干个贯穿所述翅片(11)上下表面的通孔(111)，所述管道通过所述通孔(111)依次穿设经过各所述翅片(11)，所述翅片(11)上表面上位于所述通孔(111)处连接有与所述通孔(111)为同轴设置且沿自身轴向两端均为开口的第一支撑筒(12)，所述管道同轴穿设经过所述第一支撑筒(12)，所述第一支撑筒(12)的顶部周沿向外扩张形成翻边(121)，

所述第一支撑筒(12)的底部与所述通孔(111)之间通过环状台阶(13)相连，所述环状台阶(13)与所述第一支撑筒(12)和/或所述通孔(111)为同轴设置，所述环状台阶(13)包括水平环状片(131)，所述水平环状片(131)的外周沿竖直向下延伸形成沿自身轴向两端均为开口的第二支撑筒(132)，所述第二支撑筒(132)底部周沿环向连接至所述通孔(111)的孔沿，所述水平环状片(131)的内沿则环向连接于所述第一支撑筒(12)的底部周沿，

上下相邻设置的所述翅片(11)之间，下方所述翅片(11)上的所述翻边(121)整体竖直向上恰好嵌入上方所述翅片(11)上的所述水平环状片(131)下表面与所述第二支撑筒(132)的内圆柱面所围成的凹槽中。

4.如权利要求3所述的双冷媒高效冷却机构，其特征在于：所述翻边(121)为由下而上向外倾斜设置。

5.如权利要求3所述的双冷媒高效冷却机构，其特征在于：所述管道的所述外管(1)管身沿径向向外周向贴紧于所述第一支撑筒(12)的内圆柱面上。

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