CN112964094A - 一种直排内外管双路回转式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直排内外管双路回转式换热器，包括第一端盖、第二端盖，其特征在于，还包括换热套管，所述换热套管包括内管和外套管，第一、第二端盖设有底板，所述底板上以金属注射方式一体成型有弯通和连通槽，所述弯通的两端开口于底板，在底板上连接所述弯通的两开口部的板壁部成型有所述连通槽，所述弯通的两端开口连接相邻的两换热套管的内管，与所述弯通连接的两相邻换热套管的外套管夹层通过所述连通槽连通，使第一、第二端盖与换热套管之间形成两互相独立的换热流道，两换热流道在换热套管区域通过内管壁传递热量。本发明的换热器上应用金属注射成型技术、钎焊焊接技术，以简单有效的方式解决弯管套管整体成型，换热效果优异，可批量化生产。

Description

一种直排内外管双路回转式换热器

技术领域

本发明涉及换热设备技术领域，更具体地说，是涉及一种直排内外管双路回转式换热器。

背景技术

现有热泵热水器的热交热器主要包括壳体、内筒和盘管，盘管在壳体与内筒之间的环状筒空间内螺旋盘绕，制冷剂进口设在壳体侧壁上部，气相的制冷剂从壳体侧壁进入壳体与内筒之间的环状筒空间后，沿着环状筒空间下行，与盘管外表面接触从而与盘管内的水进行热量交换，制冷剂逐渐冷凝，并在环状筒空间中下部漫浸盘管，到达底端后通过内筒底部的四个孔进入内筒，从内筒中上升，由内筒顶端的出口出来。载冷剂例如水在盘管中流动，盘管的进水口可以设在盘管的上端，出水口设在盘管的下端；也可以把出水口设在盘管的上端，进水口设在盘管的下端。

这样设计和制造的热交换器，盘管总体是“浸泡”在制冷剂当中的。制冷剂相对盘管外壁的流动速度不高，对流换热效率不高。盘管环绕占据空间大，盘管环绕中心线附近空间没有被有效利用，盘管环绕直径越大这个问题越严重；盘管螺旋环绕直径小则盘管环绕轴线方向的轴向长度尺寸相应大，造成换热器总体长度过长；同时盘管弯曲半径小时弯曲盘绕制造困难。

如申请号为CN200810069750.9、名称为一种热交换器的中国发明申请，其热交换器包括壳体，内筒和盘管，内筒设在壳体内，盘管设在内筒外壁和壳体内壁之间（环状筒空间），内筒体内沿其横断面设有一块隔板，隔板上方为存贮空腔，隔板下方为贮液腔，输气管出口穿过内筒顶盖进入存贮空腔，位于存贮空腔侧的内筒设有多个连通存贮空腔和壳体空腔的通孔，位于贮液腔侧的内筒设有多个连通贮液腔和壳体空腔的连通孔，有制冷剂输出管其进口位于贮液腔下方。该专利利用内筒的空腔作下缓冲，使制冷剂较为均匀地喷洒在盘管表面，从而能提高换热效果。显然，这种以盘管形式的热交换器，其有效热交换界面上的制冷剂流速低，因而制冷剂流动表现为层流等原因，其热交换效率机制比套管形式的热交换器要差；另一方面套管换热器通常在双层套管两端以集流器分别汇总制冷剂与载冷剂，但由于现有采用的制造技术的限制，套管总长度较长时，内、外套管难以保证内管外壁与外管内壁之间的间隔，尤其是在进行盘绕加工成型的时候更是如此，所以现有双层套管难以做成较长和任意长度的，常见的套管螺旋只能做一二圈盘绕而已，因套管长度受到限制，虽然内管外壁与外管内壁之间夹层中的制冷剂流动速度可以快，容易形成紊流，但其换热流动距离短，换热时间短，导致换热不充分，使得套管形式的换热器的缺点也比较明显。因此，研发一种新型的直排内外管双路回转式换热器对于提高热泵热水器和空调器的效率有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是提供一种直排内外管双路回转式换热器，该换热器结构合理，工艺性好，能够实现制冷剂与载冷剂充分换热，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：

一种直排内外管双路回转式换热器，包括第一端盖、第二端盖，其特征在于，还包括换热套管，所述换热套管包括内管和外套管，第一、第二端盖设有底板，所述底板上以金属注射方式一体成型有弯通和连通槽，所述弯通的两端开口于第一端盖底板，在第一端盖、第二端盖上还成型有所述连通槽，所述弯通槽的两端开口连接相邻的两换热套管的内管，两相邻换热套管的外套管夹层通过所述端盖上的连通槽连通，使第一、第二端盖与换热套管之间形成两互相独立的换热流道，两换热流道在换热套管区域通过内管壁传递热量。

所述外套管设置连通缺口，所述连通缺口与第一端盖或第二端盖上的连通槽适配连接。

所述第一端盖、第二端盖分别与换热套管通过钎焊连接。

所述第一端盖包括侧板，还包括连接所述底板的连通了连通槽的进管、出管，在所述侧板上设置入口和出口，所述换热套管的内管与外套管之间形成夹层空间，所述入口和出口通过连通槽与所述夹层空间连通。

所述底板上对应弯通的开口部设置有第一安装环槽、第二安装环槽，所述外套管、内管分别***第一、第二安装环槽内与第一、第二端盖连接。

所述第一安装环槽、第二安装环槽上设置钎焊料槽，所述钎焊料槽内放置钎焊料环。

本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：

1）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制品时，在制品注射成型完成后型芯跟随制品从模具中取出，而后在加热过程中脱脂气化，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制造能使套管双层空间结构拓扑转向的端盖结构零件，在端盖中内管内层与套管夹层空间得以实现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如所述的端盖可以做成一体的在一个零件中实现，这种端盖零件内部的双路转向拓扑结构的实现，除了金属注射成型技术外，只有增材制造例如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。

2）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。在换热器上应用金属注射成型技术，可以以有效的方式解决实现直排套管管路的180度的转向连接件端盖的制造，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制件，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。直排的套管数量，可以根据需要增加，实现套管总热交换流程长度的累加，根据需要设计改变端盖中的转弯数量就可以实现套管数量N的变化，这种实现仅受制于用金属注射成型方法所能提供的最大尺寸端盖的生产能力。从理论上说这种拓展可以是没有上限的，多个小尺寸的这种热交换器可以继续串连连接，总合成一个效率更高的大换热器，这样就给换热器的换热效率得到提高提供新的设计制造思想方向。本发明的直排内外管双路回转式换热器的端盖上的弯通、弯通管路进口、出口、连通槽、连通槽通路的进口、出口、底板、侧板等构成的复杂空间结构，由于双路180度转向的需要，其结构必然包含有用模具生产时所谓的难以出模的“倒扣”、“中空”、“内凹”形状，这些结构批量生产时只有通过金属注射成型工艺才能制得，用这种方法生产换热器，换热效率更高，以简单有效的方式解决套管换热器换热行程短的难题，其制作工艺与产品尺寸规格参数等作为新的设计制造方法还有逐步优化的巨大可能性。

附图说明

图1为本发明的直排内外管双路回转式换热器的俯视图。

图2为图1的C-C剖示图。

图3为图2的D-D剖示图。

图4为第一端盖立体图。

图5为第二端盖立体图。

图6为换热套管的外套管结构示意图。

图7为本发明直排内外管双路回转式换热器的另一实施例的剖面立体图。

图8为图7的局部放大图。

图9为直排内外管双路回转式换热器的载冷剂走向示意图。

图10为直排内外管双路回转式换热器的载冷剂和制冷剂走向示意图。

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。

实施方式一

如图1-6所示，一种直排内外管双路回转式换热器，包括第一端盖1、第二端盖3、换热套管2，以及在第一、二端盖与换热套管之间形成的两换热流道，分别是水流道10和制冷剂流道20。换热套管2由内管22和外套管21构成，我们知道，为了使流体换热更加充分，可以通过改变两流体的流动速度与形态、增大换热面积、延长两流体的热交换时长来实现。然而，传统的套筒式换热器由于局限于管体的制造方法而不能任意延长换热流道的长度，以传统的工艺无法实现对长套管在有限空间中的空间布置例如螺旋弯曲与成型，这种套管的制造其套管长度只能做到一、二圈螺旋弯曲；而外筒内设置螺旋环绕管式换热器虽然螺旋水管的管路可以足够长，但把这个螺旋水管“浸泡”在其中的大直径外筒作为流道则较短，外筒内的制冷剂流速很低，因而换热效率不高；而且，由于螺旋水管排列较紧密，也使有效换热效率大打折扣。较为理想的换热方式是将套管以任意长度延伸，从而可增加流道长度和内管与外套管之间流体的流速，从而使流动处于紊流状态，通过金属注射成型方法，可以将端盖加工有两个流道，使之与套管的两流道连接，这样通过增加直排的套管数量，在端盖中相应设置对应的两流道转弯拓扑结构，就可以实现经端盖两路连接的套管总长度的任意延伸。端盖具体结构是：第一端盖1、第二端盖3均设置有连接两相邻套管的内管腔的弯通（11，31），并且在弯通的内侧的壁体上设置有连接两相邻套管的外环腔的连通槽（12，32），相应地，两相邻套管的外管连接连通槽处设置连通缺口211。如此，流淌在一个套管里的内外两流道的流体均能够通过端盖进入到邻近的另一套管里，两种流体同向或逆向分别流动在N个套管之间，通过套管的内管壁完成热量的传递与交换。

如图3-6所示，第一端盖1包括底板18、侧板17，还包括连接底板的弯通11、进管13、出管16，其中，弯通11的两端开口于底板18上，进管13与出管16也开口于底板18，为了与换热套管2的内管22和外套管21形成适合的装配关系，在底板上对应弯通11、进管13、出管16的开口部设置有第一安装环槽191、第二安装环槽192，外套管21、内管22分别***第一、第二安装环槽内与第一端盖1连接，在底板上连接弯通11两开口部的板壁部成型有连通槽12，外套管21相应设置连通缺口211，使得连接弯通11两端开口的外套管21在连通槽12处连通连接，弯通11两端的两外套管21连通，流体不仅可以从弯通11两端的一个内管流入另外一个内管，还可以从弯通11两端的一个外套管夹层流入另外一个外套管夹层，同理，在第二端盖3的底板上对应弯通31也设置有第一安装环槽、第二安装环槽，外套管21、内管22分别***第一、第二安装环槽内与第二端盖连接，在底板上连接弯通31两开口部的板壁部成型有连通槽32，从而由弯通（11，31）与内管22形成水流道10，由外套管21与连通槽（12，32）形成制冷剂流道20。在第一端盖1的侧板上设置制冷剂流道20的入口14和出口15。

第一端盖1和第二端盖3是采用金属注射工艺成型的，材料可选择不锈钢，采用金属注射成型工艺，可以使弯通、连通槽的成型简单、易于成型、可批量生产。

两端盖与换热套管2内管与外套管的连接可以使用过盈配合、过渡配合、或两端压力压紧连接等方式，一种较佳的连接方式是钎焊焊接，为此，在靠近台阶式的第一安装环槽191、第二安装环槽192上增加设置第一钎焊料槽193与第二钎焊料槽194，钎焊料4是圆环状的，在焊接前放置在台阶状的焊料槽上，台阶状的焊料槽两面敞口，钎焊料采用环形钎焊料，使环形钎焊料以机械配合方式稳定搁置在料槽上，从而焊接加工时可以对工件作180度上下翻转，换热器完成装配后的第一端盖一端先浸入钎焊盐浴炉进行钎焊，这一端完成钎焊后，从钎焊盐浴炉中中取出，上下翻转180°，然后将第二端盖一端置入钎焊盐浴炉内进行焊接加工，钎焊料的选择、钎焊温度的选择都有比较成熟的工艺参数可以参考，是可以实现的实用钎焊方法之一。焊接时，第一钎焊料槽193与第二钎焊料槽194的焊料高温熔融，将铜制的内管与不锈钢端盖、不锈钢外套管与不锈钢端盖形成紧密的钎焊连接结构，如此，金属注射成型的端盖与中间的套管结构钎焊形成双流道的、高效的换热器结构。制热器内部的流体走向可参考图7和图8的箭头所示方向，如图7所示，制冷剂和载冷剂从别从下方的第一端盖的进管13、入口14（参考图4）进入换热套管2的内管22和内管与外套管21之间的夹层，即分别进入两流体流道，两流体流道在换热套管2的部分通过铜制的内管交换热量。两流体经过换热套管2来到顶部的第二端盖的弯通31，载冷剂经弯通进入右侧的内管22，制冷剂经连通槽32进入右侧的换热套管2夹层流道，随换热套管2两流体流向底部的第一端盖，如此流动，两流体在流动的过程中交换热量，最后，载冷剂从出管16离开换热器，制冷剂从出口15离开换热器。

实施方式二

参考图7-8，本实施例在实施方式一的基础上作改进。为了进一步加强换热效率，改变换热套管内管壁内外的层流现象，使流体微团不再彼此平行分层流动,互不干扰与混杂，而是促使紊流的发生，使两流体的流体微团间强烈地混合与掺杂、不仅有沿着主流方向的运动,而且还有垂直于主流方向的运动，从而使换热效果更为优异，因此，在内管内与内管外夹层增设螺旋形弹簧，从而打乱沿管壁的层流现象。具体地，内管内***内弹簧5，在内管与外套管之间的夹层内***外弹簧6，内弹簧5的外轮廓直径径比内管的内壁直径小或相等，外弹簧6轮廓直径比与内管的外壁直径大或者相等，从而提高换热效果。

其余结构与实施例一相同，在此不再赘述。

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 (6)

1.一种直排内外管双路回转式换热器，包括第一端盖、第二端盖，其特征在于，还包括换热套管，所述换热套管包括内管和外套管，第一、第二端盖设有底板，所述底板上以金属注射方式一体成型有弯通和连通槽，所述弯通的两端开口于底板，在底板上连接所述弯通的两开口部的板壁部成型有所述连通槽，所述弯通的两端开口连接相邻的两换热套管的内管，与所述弯通连接的两相邻换热套管的外套管夹层通过所述连通槽连通，使第一、第二端盖与换热套管之间形成两互相独立的换热流道，两换热流道在换热套管区域通过内管壁传递热量。

2.根据权利要求1所述一种直排内外管双路回转式换热器，其特征在于，所述外套管设置连通缺口，所述连通缺口与第一端盖或第二端盖上的连通槽适配连接。

3.根据权利要求2所述一种直排内外管双路回转式换热器，其特征在于，所述第一端盖、第二端盖分别与换热套管通过钎焊连接。

4.根据权利要求3所述一种直排内外管双路回转式换热器，其特征在于，所述第一端盖包括侧板，还包括连接所述底板的进管、出管，在所述侧板上设置入口和出口，所述换热套管的内管与外套管之间形成夹层，所述入口和出口与所述夹层连通。

5.根据权利要求4所述一种直排内外管双路回转式换热器，其特征在于，所述底板上对应弯通的开口部设置有第一安装环槽、第二安装环槽，所述外套管、内管分别***第一、第二安装环槽内与第一、第二端盖连接。

6.根据权利要求5所述一种直排内外管双路回转式换热器，其特征在于，所述第一安装环槽、第二安装环槽上设置钎焊料槽，所述钎焊料槽内放置钎焊料环。

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