CN113108624A - 一种三段式直排套管双路回转式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三段式直排套管双路回转式换热器，包括上盖、底座，中间段，中间段包括内管和外套管，底座设置开口于底座上板的弯通和进管、出管，底座上板在弯通、进管、出管的开口边缘设置第一、第二定位台阶，内管和外套管分别焊接在第一、第二定位台阶上，上盖包括盖板和顶弯，盖板设置若干组管孔，每个管孔的边缘设置第三、第四、第五定位台阶，第五定位台阶与第三、第四定位台阶方向相反，内管和外套管的另一端分别焊接在第三、第四定位台阶上，顶弯焊接在第五定位台阶上，内管和外套管之间形成夹层，在底座上板和盖板内设置连通腔使得靠近弯通或顶弯的相邻两夹层连通，底座和上盖由金属注射成型。该换热器换热效果优异。

Description

一种三段式直排套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，是涉及一种三段式直排套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，逐渐冷凝，制冷剂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；盘管环绕直径小则盘管环绕轴线方向的尺寸相应大，盘管弯曲半径小制造困难。

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；另一反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，研发一种新型的高效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三段式直排套管双路回转式换热器，通过焊接将热交换器的两端部和中间段连接，使该换热器内形成迂回的、路线较长的热交换结构，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：

一种三段式直排套管双路回转式换热器，包括上盖、底座，连接于所述上盖与底座之间的中间段，其特征在于，所述中间段包括内管和外套管，所述底座设置开口于底座上板的弯通和进管、出管，所述底座上板在弯通、进管、出管的开口边缘设置第一、第二定位台阶，所述内管和外套管分别焊接在第一、第二定位台阶上，所述上盖包括盖板和顶弯，所述盖板设置若干组管孔，每个管孔的边缘设置第三、第四、第五定位台阶，所述第五定位台阶与第三、第四定位台阶方向相反，所述内管和外套管的另一端分别焊接在第三、第四定位台阶上，所述顶弯焊接在第五定位台阶上，所述内管和外套管之间形成夹层，在底座上板和盖板内设置连通腔使得靠近弯通或顶弯的相邻两夹层连通，所述底座和上盖由金属注射成型。

所述外套管设置连通缺口，所述连通缺口与底座上板或盖板上的连通腔适配连接。

所述底座还包括底座侧板，在所述底座侧板上设置入口和出口，所述入口和出口与夹层连通。

所述进管和出管与内管连通。

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、烧结而成制品。同时，金属注射成型技术，制品经烧结后具有所使用的金属的类似强度。

2）本发明的三段式直排套管双路回转式换热器通过将上端盖拆分为上盖和顶弯两部分。焊接与装配的顺序是，先将中间段的内管焊接在底座上，然后装配外管再将外管焊接在底座上，然后将内、外管与上盖装配，然后焊接外管与上盖，然后焊接内管与上盖，最后将顶弯与上盖装配，然后将顶弯与上盖焊接，从而使热交换器的装配与焊接成型完成。将独立的顶弯零件最后焊接的原因在于，中间段的内管与上盖安装后，内管上端与上盖的连接处需要“裸露”出来才方便焊接，这里焊接后，再把顶弯“盖上”到上盖第五定位台阶装配，然后焊接顶弯与上盖。从上述装配、焊接过程可以看出，由于焊接工艺的需要，两种金属的焊接界面是“裸露”在外的，以上装配与焊接过程符合这样的安排。底板上的弯管、连通腔、入口、进口、出口结构等结构、上盖中的直管台阶结构与连通腔结构通过金属注射成型工艺制得，其结构合理，换热效率更高，制作成本相对传统制作工艺更低，提高了生产厂家的生产效率。

3）金属注射成型的模具不需要侧向抽芯机构，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，例如底座中的弯通、连通腔还有上盖中的连通腔结构的成型。通过使用金属注射成型技术制造的例如上盖与顶弯、底座可以实现套管双层空间结构的转向，套管内层与夹层空间得以各自保持相互不会串通的空间转向，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。

4）换热器上限制造尺寸中，高度尺寸可以通过中间段套管的长度的改变而增加，套管长度的设计选择不受具体金属注射成型企业技术制造能力的限制，因此可以通过改变套管的长度增加总的换热流道长度。

5）在具体金属注射成型技术生产厂家技术能力以内，通过改变中间段内外套管的数量，随之改变了相应的弯通与连通腔数量的底座与上盖、顶弯设计，也可以实现换热界面的任意延长改变。

6）另一方面，底座、上盖的几何尺寸受具体生产厂家金属注射成型技术制造能力的限制，不能做尺寸太大的底座或上盖零件，但是可以通过把多个尺寸相对小的热交换器串连使用以达到换热流道的任意延长。

无疑，在换热器上应用金属注射成型技术，附加以合理成熟的焊接例如钎焊技术，可以以简单有效的方式解决实现直排套管管路的180度（或其他角度）的双路转向连接件例如上盖、顶弯、底座的制造，实现一种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，得到过去受热交换器生产中各种工业化生产方法制约的、通过引入金属注射成型技术才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两层液体空间结构得到极大的拓展。

附图说明

图1为本发明的三段式直排套管双路回转式换热器的仰视图。

图2为本发明的三段式直排套管双路回转式换热器的A-A剖示立体图。

图3为本发明的三段式直排套管双路回转式换热器的B-B剖示立体图。

图4为本发明的三段式直排套管双路回转式换热器的C-C剖示立体图。

图5为本发明的外套管结构示意图。

附图标记说明：1、上盖，11、盖板，111、第三定位台阶，112、第四定位台阶，113、第五定位台阶，12、顶弯，2、底座，21、底座上板，211、第一定位台阶，212、第二定位台阶，213、连通腔，22、底座侧板，221、入口，23、进管，24、出管，25、弯通，3、外套管，31、连通缺口，4、内管，5、制冷剂流道，6、载冷剂流道。

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1-5所示，本发明公开一种三段式直排套管双路回转式换热器，包括上盖1、底座2，连接在上盖1与底座2之间的若干个中间段，上盖1和底座2与中间段之间形成有两互相独立的换热流道，分别为制冷剂流道5和载冷剂流道6。

中间段包括外套管3和内管4，外套管3套设在内管4的外部，底座2包括底座上板21和底座侧板22，在底座2设置开口于底座上板21的弯通25和进管23、出管24，底座上板21在弯通25、进管23、出管24的开口边缘设置第一定位台阶211、第二定位台阶212，上盖1包括盖板11和顶弯12，盖板11设置有若干组管孔，每个管孔的边缘设置第三定位台阶111、第四定位台阶112、第五定位台阶113，其中第五定位台阶113的方向与第三定位台阶111和第四定位台阶112方向相反，内管4和外套管3的下端***底座上板21，内管4的下端先固定在底座上板21上的第一定位台阶211上，在内管4的下端外周壁面与第一定位台阶211的连接处通过焊接连接，外套管3的下端再固定在第二定位台阶212上，在外套管3的下端外周壁面与第二定位台阶212的连接处通过焊接连接，接着，内管4和外套管3的上端***盖板11并分别固定在第三定位台阶111和第四定位台阶112上，内管4的上端内周壁面与第三定位台阶111的连接处通过焊接加固，外套管3的上端外周壁面与第四定位台阶112的连接处通过焊接加固，再者，顶弯12固定在盖板11管孔的第五定位台阶113上，顶弯12的外周壁面与第五定位台阶113的连接处通过焊接加固，以此将铜制的内管4和不锈钢外套管3与不锈钢底座和上盖形成紧密的焊接连接结构。

进一步地，内管4和外套管3之间形成夹层，外套管3上端或下端的一侧设置连通缺口31，在底座上板21连接弯通25两开口部的板壁部和盖板11连接顶弯12两开口部的板壁部成型有连通腔213，连通缺口31与底座上板21或盖板11内的连通腔213适配连通，使得靠近弯通25或顶弯12的相邻两夹层连通，底座2和上盖1由金属注射成型，可以理解，弯通25或顶弯12的两端开口连接相邻的两中间段的内管4，与弯通25或顶弯12连接的两相邻中间段的夹层通过连通腔213连通，使上盖1、底座2与中间段之间形成两互相独立的换热流道，两换热流道在中间段区域通过内管4壁传递热量。

进一步地，可以理解，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很短，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，可以将上盖1和底座2加工有两个流道，使之与中间段的两流道连接，这样通过增加直排的中间段套管数量，在上盖、顶弯、底座中相应设置对应的两流道转弯拓扑结构，就可以实现经上盖、顶弯、底座的两路连接的套管总长度的任意延伸。以金属注射成型工艺制得的换热器结构具有高效的换热效果，同时具备更高的强度，提高了生产效率。

进一步地，底座2还包括底座侧板22，在底座侧板22上设置入口221和出口，入口221和出口与夹层连通。

进一步地，进管23和出管24与内管4连通，制冷剂和载冷剂分别从底座上板21的进管23、底座侧板22的入口221进入中间段的内管4和内管4与外套管3之间的夹层，即分别进入两换热流道，两流体在中间段的部分通过铜制的内管4交换热量，两流体经过中间段来到上盖1的上板11上的顶弯12，制冷剂经顶弯12进入左侧的内管4，载冷剂经连通腔213进入左侧的中间段的夹层，随中间段内区域流向底座2的底座上板21，如此流动，两流体在流动的过程中交换热量，最后，制冷剂从出管24离开换热器，载冷剂从出口离开换热器，可以理解，两相邻中间段的外套管3连接连通腔213处设置连通缺口31，如此，流淌在一个中间段里的内外两流道的流体便能够通过底座2和上盖1配合进入到邻近的另一中间段里，两种流体同向或逆向穿梭在N个中间段之间。

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 (4)

1.一种三段式直排套管双路回转式换热器，包括上盖、底座，连接于所述上盖与底座之间的中间段，其特征在于，所述中间段包括内管和外套管，所述底座设置开口于底座上板的弯通和进管、出管，所述底座上板在弯通、进管、出管的开口边缘设置第一、第二定位台阶，所述内管和外套管分别焊接在第一、第二定位台阶上，所述上盖包括盖板和顶弯，所述盖板设置若干组管孔，每个管孔的边缘设置第三、第四、第五定位台阶，所述第五定位台阶与第三、第四定位台阶方向相反，所述内管和外套管的另一端分别焊接在第三、第四定位台阶上，所述顶弯焊接在第五定位台阶上，所述内管和外套管之间形成夹层，在底座上板和盖板内设置连通腔使得靠近弯通或顶弯的相邻两夹层连通，所述底座和上盖由金属注射成型方法制造。

2.根据权利要求1所述一种三段式直排套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，所述连通缺口与底座上板或盖板上的连通腔适配连接。

3.根据权利要求2所述一种三段式直排套管双路回转式换热器，其特征在于，所述底座还包括底座侧板，在所述底座侧板上设置入口和出口，所述入口和出口与夹层连通。

4.根据权利要求3所述一种三段式直排套管双路回转式换热器，其特征在于，所述进管和出管与内管连通。

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