CN113091482A - 法兰连接的双路拓扑隔离回转管式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开法兰连接的双路拓扑隔离回转管式换热器，至少包括两个端盖，所述端盖包括端盖本体、法兰盘、定向有序排列的若干U管腔，所述U管腔包括弯通和直管腔，围绕所述直管腔设置套管腔，U管腔的两直管腔通过弯通连通，所述端盖本体在U管腔弯通内侧处设置连通腔，连通腔使U管腔的两套管腔在弯通内侧处连通，所述法兰盘设置与所述直管腔、套管腔适配的贯通通道，使得两端盖的法兰盘密封拼接后，在两端盖内由弯通和直管腔形成S形走向的载冷剂流道、由连通腔形成唯一迂回走向的制冷剂流道；所述端盖由金属注射成型。本发明的换热器上应用金属注射成型技术，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

法兰连接的双路拓扑隔离回转管式换热器

技术领域

本发明涉及换热设备技术领域，更具体地说，是涉及一种法兰连接的双路拓扑隔离回转管式换热器。

背景技术

现有热泵热水器和空调器的热交热器主要包括壳体、内筒和盘管，制冷剂进口设在壳体侧壁上，高速的制冷剂从壳体侧壁进入壳体内腔后，与盘管内的水进行热量交换。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，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，其有效热交换面积比套管形式的热交换器要小，套管换热器通常在并列的多个套管两端以集流器分别汇总制冷剂与载冷剂，但由于套管的长度受到限制，其换热时间短导致换热不充分，使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法兰连接的双路拓扑隔离回转管式换热器，该换热器至少分为两段，并通过法兰盘密封拼接，其工艺性好，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：一种法兰连接的双路拓扑隔离回转管式换热器，至少包括两个端盖，所述端盖包括端盖本体、法兰盘、定向有序排列的若干U管腔，所述U管腔包括弯通和直管腔，围绕所述直管腔设置套管腔，U管腔的两直管腔通过弯通连通，所述端盖本体在U管腔弯通内侧处设置连通腔，连通腔使U管腔的两套管腔在弯通内侧处连通，所述法兰盘设置与所述直管腔、套管腔适配的贯通通道，使得两端盖的法兰盘密封拼接后，在两端盖内由弯通和直管腔形成往复迂回前进走向的载冷剂流道、由连通腔形成唯一往复迂回前进走向的制冷剂流道；所述端盖由金属注射成型。

所述法兰盘上设置紧固螺栓孔。

所述直管腔的腔壁的内外壁面设置螺纹形肋槽。

所述直管腔的腔壁与连通腔内壁之间设有连接筋。

还包括中间连接器，所述中间连接器包括套管部及在套管部两端的法兰部，所述法兰部分别与两端盖的法兰盘密封连接，所述套管部包括若干套管，所述套管的内管与端盖的直管腔适配连接，所述套管的外套管夹层与端盖的套管腔连通。

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，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空间形状设计制造更加自由，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、弯通、连通腔、直管套管和法兰结构零件，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度的往复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，从理论上说可以是没有上限的，多个端盖之间的制冷剂与载冷剂通路也可以继续连接，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。本发明的高效换热器的端盖上的弯通、连通腔、直管套管、法兰、螺纹形肋槽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。

3）本发明的换热器通过两端盖的拼接或者两端端盖与中间套管密封连接，由弯通和直管腔或者是弯通、直管腔、中间连接器的内管形成往复迂回前进走向的载冷剂流道，由两端盖各个连通腔套管腔或者是中间连接器的外套管夹层与端盖的套管腔、连通腔形成唯一往复前进迂回走向的制冷剂流道，从而将并排在两端盖上的各单个管通道或夹层通道以“串联”方式连接，使换热管路得以无限加长，从而提高了换热面积，使得换热管路的效率更高。

附图说明

图1为本发明的换热器的剖示图。

图2为本发明的换热器的端盖法兰盘端面结构示意图。

图3为本发明的换热器的流道走向示意图，图中箭头及箭头连接线表示流向。

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，法兰连接的双路拓扑隔离回转管式换热器，具有端盖一1和端盖二2，端盖一1和端盖二2均由端盖本体10、法兰盘11构成，端盖本体10内有序排列着若干U管腔12，所述U管腔包括弯通121和直管腔122，围绕所述直管腔设置套管腔123，U管腔的两直管腔通过弯通连通，所述端盖本体在U管腔弯通内侧处设置连通腔124，连通腔使端盖一1和端盖二2上的每一个U管腔的两套管腔123在弯通内侧处连通，因此，当两端盖的法兰盘相向密封拼接时，端盖一1的某一U管腔12的管路对应连接端盖二2的U管腔12，然后再回到端盖一1的其它U管腔12，如此循环。除了U管腔12，在端盖一1或者端盖二2上还需要设置一入口管17和一出口管18，靠近入口管17和出口管18分别设置制冷剂流道进口管171和制冷剂流道出口管181，其中，入口管与管路流程的第一个U管腔12连接，出口管段与最后一个U管腔12连接，制冷剂流道进口管171和制冷剂流道出口管181均与套管腔123连通。由于换热器的目的是两个不同物质的流体进入热量的交换，因此，围绕直管腔122和弯通121所在的载冷剂流道必然有另一流道与之热交换。具体是，由套管腔123和连通腔124形成唯一迂回走向的制冷剂流道，制冷剂流道的走向与载冷剂流道方向相同或相反，当两者走向相同时，端盖一1的某一套管腔123沿所在U管腔的弯通121通过该弯通的连通腔124进入该U管腔的另一套管腔123，然后沿管腔进入端盖二2的套管腔123，如此循环直到从管腔出口离开换热器。作为制冷剂流道的进口与出口，其开口在端盖一1或端盖二2上，并跟随载冷剂流道的入口管或出口管段。为了使两端盖的管路得以连通，在端盖的法兰盘设置与所述直管腔、套管腔适配的贯通通道（111，112），使得两端盖的法兰盘密封拼接后，在两端盖内由弯通121和直管腔122形成往复迂回前进走向的载冷剂流道、由套管腔123和连通腔124形成唯一往复迂回前进走向的制冷剂流道。由于端盖内有U形的弯通，又需要设置连通腔124、套管腔123。

两法兰盘11通过密封或钎焊焊接（例如盐浴钎焊）。钎焊连接时，在其中一个法兰盘上设置钎焊槽180，槽内放置钎焊丝，通过钎焊工艺将两者焊接连接。在两法兰盘上设置紧固螺栓孔113，通过紧固螺栓预先固定以进一步将两端盖进行钎焊操作紧固连接。

更进一步地，为了改变流体在换热管壁的层流现象，可以在直管腔的腔壁的内外壁面设置螺纹形肋槽（图未示），使管壁平面不平滑，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。

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 (5)

1.法兰连接的双路拓扑隔离回转管式换热器，其特征在于，至少包括两个端盖，所述端盖包括端盖本体、法兰盘、定向有序排列的若干U管腔，所述U管腔包括弯通和直管腔，围绕所述直管腔设置套管腔，U管腔的两直管腔通过弯通连通，所述端盖本体在U管腔弯通内侧处设置连通腔，连通腔使U管腔的两套管腔在弯通内侧处连通，所述法兰盘设置与所述直管腔、套管腔适配的贯通通道，使得两端盖的法兰盘密封拼接后，在两端盖内由弯通和直管腔形成S形走向的载冷剂流道、由连通腔形成唯一迂回走向的制冷剂流道；所述端盖由金属注射成型。

2.根据权利要求1所述法兰连接的双路拓扑隔离回转管式换热器，其特征在于，所述法兰盘上设置紧固螺栓孔。

3.根据权利要求1或2所述法兰连接的双路拓扑隔离回转管式换热器，其特征在于，所述直管腔的腔壁的内外壁面设置螺纹形肋槽。

4.根据权利要求3所述法兰连接的双路拓扑隔离回转管式换热器，其特征在于，所述直管腔的腔壁与连通腔内壁之间设有连接筋。

5.根据权利要求1或2所述法兰连接的双路拓扑隔离回转管式换热器，其特征在于，还包括中间连接器，所述中间连接器包括套管部及在套管部两端的法兰部，所述法兰部分别与两端盖的法兰盘密封连接，所述套管部包括若干套管，所述套管的内管与端盖的直管腔适配连接，所述套管的外套管夹层与端盖的套管腔连通。

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