CN2736729Y - 微型紧凑式深冷逆流换热器 - Google Patents

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公茂琼
刘加永
吴剑峰
周远
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Abstract

本实用新型涉及一种微型紧凑式逆流换热器，包括由低热导率材料制成同心放置的外套管和内套管，其特征在于：还包括一位于内、外套管之间由低热导率材料制成的整体式换热器芯体，该整体式换热器芯体为一圆筒型骨架上带内肋片和外肋片的整体式换热器芯体，所述内、外肋片为相对圆筒型骨架轴心呈散射状的片形肋片，内、外肋片与内套管和外套管紧密配合；沿外肋片的外侧边上间断地开有窄槽道；所述的内套管的一端或两端封闭。所述的微型紧凑式逆流换热器的内流道A、外流道B的入口端设置流体均配器，该流体均配器为一均布通孔的环形板。该换热器从根本上消除了接触热阻，具有比表面积大、换热效率高，承受高运行压力，容易规模化生产等优点。

Description

微型紧凑式深冷逆流换热器
发明领域
本实用新型涉及一种微型紧凑式深冷逆流换热器。
背景技术
深冷领域的逆流换热器一般具有以下特点：尺寸紧凑、大的比表面积、高传热效率(低传热热阻)、小热容等，特别是在小型、微型低温制冷机中，对换热器尺寸、重量、换热器面积及换热效率要求更高。例如，在中小型以及微型低温制冷***中广泛采用的汉普逊翅片绕管式换热器，其结构是在很细的薄壁不锈钢管外壁上缠绕紫铜翅片，集成为逆流换热器，高压工质流道为翅片毛细管；低压工质流道为翅片毛细管外翅片与外套管之间构成的间隙。这种换热器加工工艺要求很高，需要专门的机具实现微小翅片的缠绕，而且为了使翅片与管壁具有良好的热接触，通常采取电镀手段。因此这种换热器价格昂贵，不适合规模化大量生产。
另外，还有一种采用多孔板的换热器，例如，本申请人于1997年申请的已授权的专利(专利号为：ZL97225656.3)的新型多孔板换热器，其结构为：由带有若干通孔的内、外多孔板、外套管和内隔管组成，内隔管位于外套管内并与外套管同轴放置，内隔管内水平间隔码放若干层内多孔板，内隔管和外套管之间水平间隔码放若干层外多孔板；这种采取两个同轴布置的薄壁管，在两管之间填充环形多孔板及环形垫片，在内管填充多孔板及垫片，其加工工艺大为简化，而且彻底避免了因焊接或粘结不良造成的不同流体之间串混问题，成品率提高，而且成本降低。但是由于采取分别填充多孔板的方式，不可避免地在冷热流体之间增加了接触热阻，而且在低温工况下，由于多孔板(多采用紫铜、铝等具有良好导热性能的材料)与内管(多采用不锈钢、钛合金等具有高强度的材料)具有不同的收缩性，因此导致接触变差，热阻变大，换热器在低温下性能变差，同时，这种换热器较难实现机械填装，对规模化生产不利。
发明内容
本实用新型的目的在于：消除目前深冷换热器不同部件之间的接触热阻，解决成本昂贵的缺点，以实现规模生产，提供一种结构简单，制造工艺简化，易于实现规模化生产，成品率高，具有高的换热效率和小热容的微型紧凑式深冷逆流换热器。
本实用新型的技术方案如下：
本实用新型提供的微型紧凑式逆流换热器，包括由低热导率材料制成同心放置的外套管和内套管，其特征在于：还包括一位于内、外套管之间由低热导率材料制成的整体式换热器芯体，该整体式换热器芯体为一圆筒型骨架上带内肋片和外肋片的整体式换热器芯体，所述内、外肋片为相对圆筒型骨架轴心呈散射状的片形肋片，内、外肋片与内套管和外套管紧密配合；沿外肋片的外侧边上间断地开有窄槽道；所述的内套管的一端或两端封闭。
该微型紧凑式逆流换热器利用整体式芯体与内套管之间形成内流道A，与外套管之间形成外流道B；内、外肋片和骨架构成的整体式换热器芯体同时作为换热流体的间壁，这样，流经两个流道内的流体可以通过整体式换热器芯体实现逆流换热；所述微型紧凑式逆流换热器外套管、整体式芯体、内套管均采用具有低热导率的材料，如不锈钢或钛合金，以减小换热器纵向导热；所述的外肋片上的窄槽道，用以减少换热器纵向导热和增加流体扰动，强化传热，槽道宽度为普通机械加工工具(如车床)所能实现的最小加工尺寸；所述的微型紧凑式逆流换热器的内套管至少有一端封闭，保证与换热流体通道A隔开，避免换热流体短路。
作为上述方案的进一步改进，所述的内、外肋片呈周向均匀分布。
作为上述方案的进一步改进，所述的窄槽道的间距均匀；所述的窄槽道深度为外肋片高度。
作为上述方案的又一进一步改进，所述的逆流换热器的任一流道入口端设置一流体均配器，该流体均配器位于内套管与圆筒型骨架之间形成的内流道A的入口端或外套管与圆筒型骨架之间形成的外流道B的入口端，该流体均配器为一均布通孔的环形板。
作为上述方案的又一进一步改进，所述的逆流换热器的两流道入口端各设置一流体均配器，其中，一流体均配器位于内套管与圆筒型骨架之间形成的内流道A入口端，另一流体均配器位于外套管与圆筒型骨架之间形成的外流道B的入口端，该流体均配器为一均布通孔的环形板。
本实用新型的优点在于：该微型紧凑式逆流换热器由于采用了整体式换热器芯体，从根本上消除了不同部件之间的接触热阻，不仅实现了大比表面积达3000～6000m2/m3，提高了换热效率，而且，能够承受高压运行；同时，整体式换热器芯体的内、外肋片可以采取线切割机整体加工成型，容易实现规模生产。
附图说明
图1是本实用新型微型紧凑式逆流换热器的结构示意图
图2是图1沿V-V线的剖面示意图
图3是本实用新型微型紧凑式逆流换热器的轴向断面示意图
附图标识
外套管1   芯体2     内套管3   流体均配器4  窄槽道5
外肋片21  内肋片22  骨架23    内流道A      外流道B
具体实施方式
实施例1
参见图1、2和3所示，制备一个两流道入口端各设置一流体均配器的微型紧凑式逆流换热器，该换热器由外套管1、整体式换热器芯体2及内套管3组成，整体式换热器芯体3长度100mm；外套管1内径15mm；外肋片21高度2.7mm，骨架23厚度为0.3mm，内肋片22高度为3mm；内套管3的一端封闭，或采两端均封闭，外径3mm；在外肋片上均匀间隔20mm加工一深度为2.7mm宽1mm的槽道；换热器外套管及整体式换热器芯体采用不锈钢，内套管采用钛合金。
将该换热器用于节流制冷器中，并在微型紧凑式逆流换热器的内流道A、外流道B的入口端各设置一均布通孔的环形板制成的流体均配器4，一流体均配器4位于内套管3与圆筒型骨架23之间形成的内流道A的入口端，使高压气体进入内流道A之前先进入流体均配器4，另一流体均配器4位于外套管1与圆筒型骨架23之间形成的外流道B的入口端，使低压流体在进入外流道B之前，也先经过流体均配器4，保证气体均匀流动。
这样，高压流体先通过一流体均配器4，再进入由整体式换热器芯体2的内肋片22及内套管3组成的内流道A，被经过节流后的低压低温流体冷却；然后，通过另一流体均配器4，低压低温流体再进入外套管1和外肋片21组成的外流道B；如果在内流道A出口端安装节流元件，在外流道B进口端安装冷头，便可以制作一个包含本实用新型的制冷器。
实施例2
参见图1、2和3所示，制备一个内流道的入口端设置一流体均配器的微型紧凑式逆流换热器，该换热器由外套管1、整体式换热器芯体2及内套管3组成，整体式换热器芯体3长度100mm；外套管1内径15mm；外肋片21高度2.7mm，骨架23厚度为0.3mm，内肋片22高度为3mm；内套管3的一端封闭，或采两端均封闭，外径3mm；在外肋片上均匀间隔20mm加工一深度为2.7mm宽1mm的槽道；换热器外套管及整体式换热器芯体采用不锈钢，内套管采用钛合金。
将该换热器用于节流制冷器中，并在微型紧凑式逆流换热器的内流道A入口端设置一均布通孔的环形板制成的流体均配器4，一流体均配器4位于内套管3与圆筒型骨架23之间形成的内流道A的入口端，使高压气体进入内流道A之前先进入流体均配器4，保证气体均匀流动。
这样，高压流体先通过一流体均配器4，再进入由整体式换热器芯体2的内肋片22及内套管3组成的内流道A，被经过节流后的低压低温流体冷却；然后，低压低温流体再进入外套管1和外肋片21组成的外流道B；如果在内流道A出口安装节流元件，在外流道B进口安装冷头，便可以制作一个包含本实用新型的制冷器。
实施例3
参见图1、2和3所示，制备一个外流道的入口端设置一流体均配器的微型紧凑式逆流换热器，该换热器由外套管1、整体式换热器芯体2及内套管3组成，整体式换热器芯体3长度100mm；外套管1内径15mm；外肋片21高度2.7mm，骨架23厚度为0.3mm，内肋片22高度为3mm；内套管3的一端封闭，或采两端均封闭，外径3mm；在外肋片上均匀间隔20mm加工一深度为2.7mm宽1mm的槽道；换热器外套管及整体式换热器芯体采用不锈钢，内套管采用钛合金。
将该换热器用于节流制冷器中，并在微型紧凑式逆流换热器的外流道B入口端设置一均布通孔的环形板制成的流体均配器4，该流体均配器4位于外套管1与圆筒型骨架23之间形成的外流道B的入口端，使低压流体在进入外流道B之前，先经过流体均配器4，保证气体均匀流动。
这样，高压流体先进入由整体式换热器芯体2的内肋片22及内套管3组成的内流道A，被经过节流后的低压低温流体冷却；然后，通过一流体均配器4，低压低温流体再进入外套管1和外肋片21组成的外流道B；如果在内流道A出口安装节流元件，在外流道B进口安装冷头，便可以制作一个包含本实用新型的制冷器。
以上实施例提供的具体尺寸是帮助详细说明本实用新型的，而不应当成为本实用新型的限制。

Claims (7)

1、一种微型紧凑式逆流换热器，包括由低热导率材料制成同心放置的外套管和内套管，其特征在于：还包括一位于内、外套管之间由低热导率材料制成的整体式换热器芯体，该整体式换热器芯体为一圆筒型骨架上带内肋片和外肋片的整体式换热器芯体，所述内、外肋片为相对圆筒型骨架轴心呈散射状的片形肋片，内、外肋片与内套管和外套管紧密配合；沿外肋片的外侧边上间断地开有窄槽道；所述的内套管的一端或两端封闭。
2、按权利要求1所述的微型紧凑式逆流换热器，其特征在于：所述的内、外肋片呈周向均匀分布。
3、按权利要求1所述的微型紧凑式逆流换热器，其特征在于：所述的窄槽道的间距均匀。
4、按权利要求1所述的微型紧凑式逆流换热器，其特征在于：所述的窄槽道深度为外肋片高度。
5、按权利要求1所述的微型紧凑式逆流换热器，其特征在于：该逆流换热器的任一流道入口端设置一流体均配器，该流体均配器位于内套管与圆筒型骨架之间形成的内流道(A)的入口端或外套管与圆筒型骨架之间形成的外流道(B)的入口端，该流体均配器为一均布通孔的环形板。
6、按权利要求1所述的微型紧凑式逆流换热器，其特征在于：该逆流换热器的内、外流道入口端各设置一流体均配器，其中，一流体均配器位于内套管与圆筒型骨架之间形成的内流道(A)入口端，另一流体均配器位于外套管与圆筒型骨架之间形成的外流道(B)的入口端，该流体均配器为一均布通孔的环形板。
7、按权利要求1所述的微型紧凑式逆流换热器，其特征在于：所述的低热导率的材料为不锈钢或钛合金。
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CN102192670A (zh) * 2010-03-05 2011-09-21 和承R&A株式会社 双套管及具备该双套管的热交换机
WO2014182397A1 (en) * 2013-05-07 2014-11-13 Bruce Hazeltine Monolithic heat exchanger and apparatus and methods for hydrogenation of a halosilane
CN110873542A (zh) * 2018-08-29 2020-03-10 重庆蔓极科节能环保科技有限公司 三维肋片换热管

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