CN112964093A - 一种双路拓扑隔离转向直排管式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双路拓扑隔离转向直排管式换热器，包括基座和换热管，换热管与基座配合形成有第一换热流道和第二换热流道，换热管包括若干个列管，各列管均设置有内管和外套管，外套管套设在内管上，外套管与内管之间形成第一管腔，内管设有第二管腔，基座上设有环槽、弯管和连接腔，环槽环绕弯管设置，环槽的一侧与连接腔连通，第一换热流道由各列管的第一管腔通过环槽和连接腔配合与相邻列管的第一管腔依次单向连通构成，第二换热流道由各列管的第二管腔通过弯管配合与相邻列管的第二管腔依次单向连通构成，基座通过金属注射方式成型。本发明通过金属注射成型工艺达到换热器套管整体成型和内部紊流结构的实现，同时还提高了换热效率，值得推广。

Description

一种双路拓扑隔离转向直排管式换热器

技术领域

本发明涉及换热设备技术领域，更具体地说，是涉及一种使用了双路拓扑隔离转向直排管式换热器。

背景技术

现有的换热器是通过内管与主管形成的套管以盘绕的形式在空间布置，内管与主管之间的套管夹层空间中有制冷剂，内管内有载冷剂，实现制冷剂和载冷剂的热量交换，内管壁作为内管内层空间与套管夹层空间之间的隔离材料，一般采用铜等热传导较好的金属作为与热传导金属。内管在主管内与主管平行盘绕，而且必须保持内管外壁与主管内壁间即夹层空间的间隙均匀，甚至，为提高传热效率，还可适当地在内管空间中和套管夹层空间中加上紊流结构。套管的端部接出部分，内管与主管需要有不同的接出管路路线，内管外壁从拓扑意义上必须穿过主管内壁所延伸包围的空间。

如果是直排的套管，套管在延伸一定长度后需要转向180°，发生转向时，在内管的内层空间与套管夹层空间的转向都需要各自有接头管路零件以实现对应的空间转向，接头管路零件的结构需要保证内管内空间与套管夹层空间的双路转向，这样的双路转向在空间拓扑结构上产生了管路接头零件制造的直接困难。接头管路零件因此在大型热交换器上相对容易实现，这时接头管路零件做成两部分，内管转向管路零件与主管转向管路零件，内管转路连接零件的形状可以是一段弯管，然后用焊接、法兰、密封等方式在内管端部连接两个内管；主管连接管路零件通过不同于内管端部连接的另外一路的一个管路转接接通转向了180°的两段外管。

以上方法在生产小尺寸例如空调、热泵中使用的换热器上事实上无法以现有常规的机械制造工艺例如铸造、焊接等方法实现。而采用焊接拼装方式也会使工序、工艺更复杂而失去工业制造的可行性。金属注射成型技术具备一次性成型复杂形状制品、产品尺寸精度较高和无需机械加工或只需微量加工等优点，经过模具注射成型的金属粉末与有机粘结剂混合物，经过脱脂、烧结而成产品。金属注射成型方法生产产品时，模具中不需要侧向抽芯机构，型芯在后续加热过程中气化，使得用金属注射成型方法制造的零件其外部与内部形状设计更加自由，得以实现传统各类加工方法无法实现的“中空”、“内凹”或者有“倒扣”的空间形状。通过使用金属注射成型技术可以实现套管双层空间结构的拓扑转向结构，内管内层与套管夹层空间得以各自保持相互不会串通的空间转向，完成这种双路转向的连接零件可以做成一体的在一个零件中实现，这种拓扑结构的实现，除了金属注射成型技术外，只有增材制造的例如3D打印可以实现，然而3D打印方法生产在实际大批量制造时不适用。同时，金属注射成型技术制品经烧结后的产品具有与所使用的金属相近的强度。无疑，在换热器上应用金属注射成型技术，可以以简单有效的方式解决弯管套管整体成型、实现直排套管管路的180度（或其他角度）的转向连接件的制造，实现以往工业生产方法不能实现的双层管路转向空间拓扑结构还有换热器内部有紊流凹凸的套管结构，得到过去受热交换器生产各种工业化生产方法制约的，通过引入金属注射成型技术得以拓展的热交换器管路空间布置结构，使得受现有采用的各种制造技术制约的套管内层、夹层空间布排结构得到极大的拓展。给换热器的换热效率得到提高提供了新的设计思想方向。然而，金属注射成型技术目前在小体积金属制件中应用，在换热器的制造上未见应用。

发明内容

本发明的目的就是提供一种双路拓扑隔离转向直排管式换热器，该换热器结构合理，且具有更高的换热效率的优点，以克服现有技术之不足。

本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：

一种双路拓扑隔离转向直排管式换热器，包括基座和换热管，所述换热管的两端与基座密封连接，所述换热管与基座配合形成有第一换热流道和第二换热流道，其特征在于，所述换热管包括若干个列管，各列管均设置有内管和外套管，所述外套管套设在内管上，所述外套管与内管之间形成第一管腔，所述第一管腔环绕内管的外壁设置，所述内管设有第二管腔，所述基座上设有环槽、弯管和连接腔，所述环槽环绕弯管设置，所述环槽的一侧与连接腔连通，所述第一换热流道由各列管的第一管腔通过环槽和连接腔配合与相邻列管的第一管腔依次单向连通构成，所述第二换热流道由各列管的第二管腔通过弯管配合与相邻列管的第二管腔依次单向连通构成，所述基座通过金属注射方式成型。

所述外套管与内管之间连接有若干个加强筋，所述外套管、内管和加强筋是整体金属注射方式成型的。

所述外套管的两端与基座相抵并密封连接，所述内管的两端还延伸有导流部，所述内管的两端的导流部伸入基座的弯管并与弯管密封连接。

所述内管的外壁、内壁和外套管的内壁均设置为螺纹形，所述外套管的内壁、内管的外壁的螺纹方向与内管的内壁的螺纹方向相反。

还包括安装柱，所述安装柱设置在两端的基板之间，并通过紧固件与基座紧固连接。

所述基座上还设有制冷剂入口、制冷剂出口、载冷剂入口和载冷剂出口。

制冷剂经第一换热流道流通，载冷剂经所第二换热流道流通，所述制冷剂流经第一换热流道并与第二换热流道内流通的载冷剂换热

本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：

1）本发明的双路拓扑隔离转向直排管式换热器的换热管的外套管、内管以及在外套管和内管之间起固定作用的加强肋整体是采用金属注射成型工艺制得的，另外外套管的内壁和内管的内外壁的螺纹设计也采用金属注射成型的工艺制得，该结构不能用侧抽芯，因为有所谓的“倒扣”，因此在传统制作工艺中无法实现，而通过金属注射成型工艺则可以实现该结构，并且该结构的换热效率更高。

2）本发明的双路拓扑隔离转向直排管式换热器的基座上的环槽、弯管和连接腔的结构也是通过金属注射成型工艺制得，其结构合理，这样的弯管与夹层的环槽转向结构，布置在一个整体的基座零件中，为实现其空间拓扑结构，必须使用金属注射成型技术；或者虽然可以采用3D打印技术制造但不适合于批量生产。现有的各种机械制造减材方法均无法加工出这样的零件。金属注射成型技术在这里的使用，主要利用了金属注射成型方法对于内凹的空间形状的成型的独特优势，金属注射成型方法的模具中使用的型芯形状可以带有内凹、倒扣等空间形状，这样的型芯在模具内完成金属注射成型后随同制件一同从模具中取出，而后在制件的后续加热过程中气化，在基座制件零件上就留下了与内凹和带有倒扣形状的型芯所占的空间，基座零件就可以实现内管空间与套管夹层空间双路转向的空间拓扑结构，这两个空间在基座零件上也是互相封闭的。为了实现这种相互封闭的双路180°转向，基座中双路管路的空间拓扑结构设计特殊，在基座零件上表现出的倒扣、内凹等空间几何形状从拓扑学意义上说是必须的，金属注射成型方法在基座设计制造过程中的应用是关键因素。使用金属注射成型制作成本相对传统换热器制作工艺合理，可能提高生产厂家的生产效率与产品竞争力。

3）本发明的双路拓扑隔离转向直排管式换热器的换热管设置有若干个，并且换热管依次连通形成换热管路，其增大了换热管路的长度和面积，同时外套管的内壁和内管的外壁的螺纹方向与内管的内壁的螺纹方向相反，其提高了换热温差，从而使得换热管路的效率更高。

4）本发明的双路拓扑隔离转向直排管式换热器的基座上设置有安装柱，安装柱与两端的基座螺钉紧固，使得整个换热器更加牢固可靠。

附图说明

图1为本发明的双路拓扑隔离转向直排管式换热器的立体示意图。

图2为本发明的双路拓扑隔离转向直排管式换热器的换热管的立体示意图。

图3为本发明的双路拓扑隔离转向直排管式换热器的基座与换热管的剖示图。

附图标记说明：1、基座，11、环槽，12、弯管，13、连接腔，14、安装柱，15、制冷剂入口，16、制冷剂出口，17、载冷剂入口，18、载冷剂出口，2、列管，21、内管，211、导流部，22、外套管，23、第一管腔，24、第二管腔，25、加强筋。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本技术方案作详细的描述。

如图1-3所示，本发明公开一种双路拓扑隔离转向直排管式换热器，包括基座1和换热管，其中换热管设置有若干个列管2，并呈M×N阵列垂直排布在基座1上，M和N均大于等于2，本方案的列管数量优选16个，并呈4×4阵列垂直排布，各列管的两端均与基座1密封连接，各列管2与基座1配合形成有载冷剂流道和制冷剂流道，可以理解，本方案选取的列管数量有16个，使得换热器的换热管路的面积和距离增加，从而促进换热效率的提高，列管呈阵列排布形式，使得换热器的体积规整和外观美观，占用空间小。

进一步地，各列管2均包括内管21和外套管22，外套管22套设在内管21的外部，各列管2的外套管22与内管21之间的空间设置为第一管腔23，内管的内部空间设置为第二管腔24，在外套管22的内壁与内管21的外壁上连接有若干个加强筋25，加强筋25均匀分布在外套管的内壁与内管的外壁之间，加强筋25用于加固外套管与内管之间的连接强度，另外，在外套管22的内壁和内管21的外壁、内壁均设置有螺纹，且外套管22的内壁和内管21的外壁螺纹方向与内管21的内壁螺纹方向相反，使得载冷剂和制冷剂在列管内反向流动换热，从而提高了换热温差，进一步提高换热效率。

进一步地，列管2的内管21、外套管22、加强筋25和螺纹结构均是通过金属注射方式整体成型的，可以理解，采用常用的铸造工艺难以实现上述列管2的内部结构，而焊接拼装方式也会使得生产工序、工艺更加复杂，生产成本较高，生产效率却低下，因此为生产出具有较高换热效率的换热器，本方案在列管2的制作上采用金属注射成型技术，通过金属注射成型制作出的列管2不仅具有高强度、较高的换热效率，生产效率也得到提高。

进一步地，列管2两端的基座1上均设置有对应列管2的第一管腔23配合的环槽11、连接腔13和对应列管2的第二管腔24配合的弯管12，环槽11环绕弯管12设置，列管2的第一管腔23与环槽11连通，连接腔的一端连通环槽11的一侧，另一端连通相邻的环槽11的一侧，制冷剂流道由各列管2的第一管腔23通过两端基座1上的环槽11和连接腔13配合从而与其余列管2的第一管腔23依次单向连通构成。基座1的主体材料是不锈钢，通过金属注射成型基座主体及其内的环槽11、弯管12、连接腔13等功能镂空。

进一步地，相邻的第二管腔24通过弯管12连通，而载冷剂流道则由各列管2的第二管腔24通过弯管12配合从而与其余列管2的第二管腔24依次单向连通构成，各列管2的内管21两端延伸有导流部211，导流部211用于伸入到弯管12内部，使内管21与弯管12定位并形成流道，并且提高内管21与弯管12的密封性能。

进一步地，其中一个基座1上还设置有制冷剂入口15、制冷剂出口16、载冷剂入口17和载冷剂出口18，制冷剂入口15和制冷剂出口16连通制冷剂流道，载冷剂入口17和载冷剂出口18连通载冷剂流道，制冷剂则从制冷剂入口15流入到制冷剂流道再经制冷剂出口16流出，载冷剂则从载冷剂入口17流入到载冷剂流道与制冷剂流道的制冷剂进行换热再经载冷剂出口18流出。

进一步地，基座1同样是通过金属注射方式成型的，基座1的内部的弯管12等结构同样采用常用的铸造工艺是很难实现的，通过金属注射方向成型的基座1的强度更高，基座1与列管2配合形成的换热流道的换热面积和换热长度增加，相比以往换热器的换热效率更高在换热器上应用金属注射技术可以以简单有效的方式解决弯管套管整体成型和换热器内部紊流结构的实现，使换热器的换热效率得到极大提高。

进一步地，在基座1之间设置有安装柱15，基座1上对应安装柱15设置有安装孔，安装柱15通过螺钉固定在两端的基座1之间，从而使得基座1和列管2的装配更加牢固。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种双路拓扑隔离转向直排管式换热器，包括基座（1）和换热管，所述换热管的两端与基座（1）密封连接，所述换热管与基座（1）配合形成有第一换热流道和第二换热流道，其特征在于，所述换热管包括若干个列管（2），各列管（2）均设置有内管（21）和外套管（22），所述外套管（22）套设在内管（21）上，所述外套管（22）与内管（21）之间形成第一管腔（23），所述第一管腔（23）环绕内管（21）的外壁设置，所述内管（21）设有第二管腔（24），所述基座（1）上设有环槽（11）、弯管（12）和连接腔（13），所述环槽（11）环绕弯管（12）设置，所述环槽（11）的一侧与连接腔（13）连通，所述第一换热流道由各列管（2）的第一管腔（23）通过环槽（11）和连接腔（13）配合与相邻列管（2）的第一管腔（23）依次单向连通构成，所述第二换热流道由各列管（2）的第二管腔（24）通过弯管（12）配合与相邻列管（2）的第二管腔（24）依次单向连通构成，所述基座（1）通过金属注射方式成型。

2.根据权利要求1所述一种双路拓扑隔离转向直排管式换热器，其特征在于，所述外套管（22）与内管（21）之间连接有若干个加强筋（25），所述外套管（22）、内管（21）和加强筋（25）是整体金属注射方式成型的。

3.根据权利要求1或2所述一种双路拓扑隔离转向直排管式换热器，其特征在于，所述外套管（22）的两端与基座（1）相抵并密封连接，所述内管（21）的两端还延伸有导流部（211），所述内管（21）的两端的导流部（211）伸入基座（1）的弯管（12）并与弯管（12）密封连接。

4.根据权利要求3所述一种双路拓扑隔离转向直排管式换热器，其特征在于，所述内管（21）的外壁、内壁和外套管（22）的内壁均设置为螺纹形，所述外套管（22）的内壁、内管（21）的外壁的螺纹方向与内管（21）的内壁的螺纹方向相反。

5.根据权利要求4所述一种双路拓扑隔离转向直排管式换热器，其特征在于，还包括安装柱（14），所述安装柱（14）设置在两端的基板之间，并通过紧固件与基座（1）紧固连接。

6.根据权利要求5所述一种双路拓扑隔离转向直排管式换热器，其特征在于，所述基座（1）上还设有制冷剂入口（15）、制冷剂出口（16）、载冷剂入口（17）和载冷剂出口（18）。

7.根据权利要求6所述一种双路拓扑隔离转向直排管式换热器，其特征在于，制冷剂经第一换热流道流通，载冷剂经所第二换热流道流通，所述制冷剂流经第一换热流道并与第二换热流道内流通的载冷剂换热。

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