一種變流道截面積回?zé)釗Q熱器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及的變流道截面積回?zé)釗Q熱器，其由n段相互連通的子換熱段、裝在回?zé)釗Q熱器高壓端的高壓入口連接件和高壓出口連接件，以及裝在回?zé)釗Q熱器低壓端的低壓入口連接件和低壓出口連接件組成，2≤n≤5的整數(shù)；每一子換熱段均由一根外管和置于外管內(nèi)的m根內(nèi)管組成，3≤m≤30的整數(shù)，各子換熱段內(nèi)管數(shù)m相同；n段子換熱段的外管頭尾相接串接成一整體外管，n段子換熱段的內(nèi)管分別頭尾相接，串接成m根頭尾相接的整體內(nèi)管；子換熱段的外管管徑和子換熱段的內(nèi)管管徑均由回?zé)釗Q熱器高壓入口端/低壓出口端至高壓出口端/低壓入口端逐漸減小順序相連；其可更好滿足深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)高效運行,且易制造成本低。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及制冷與低溫
中的回?zé)釗Q熱器，特別涉及一種變流道截面積回?zé)釗Q熱器，該變流道截面積回?zé)釗Q熱器制造成本低，用于深冷混合工質(zhì)制冷系統(tǒng)中可有效提聞系統(tǒng)效率。
技術(shù)介紹
利用回?zé)岽胧┑纳罾涠嘣旌瞎べ|(zhì)節(jié)流制冷機(jī)具有高效、可靠及制造成本低等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于能源、化工以及低溫工程領(lǐng)域，用于實現(xiàn)器件深度冷卻和工業(yè)氣體的液化等方面，例如低溫冰箱、天然氣液化等領(lǐng)域。深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部件就是回?zé)釗Q熱器，其通過將循環(huán)工質(zhì)高、低壓布置于間隔的不同通道內(nèi)，以逆流方式實現(xiàn)高、低壓間的回?zé)釗Q熱，進(jìn)而將系統(tǒng)的室溫部分與低溫部分有效地連接在一起，使系統(tǒng)實現(xiàn)大溫跨下的制冷效果。 從表面上看，深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)所采用的回?zé)釗Q熱器與常規(guī)低溫制冷系統(tǒng)所采用的間壁式逆流換熱器相似，其核心功能都是通過循環(huán)工質(zhì)高、低壓間的回?zé)釗Q熱，使系統(tǒng)有效實現(xiàn)更大的工作溫跨。但是，由于具有典型非共沸特征的多元混合制冷劑的采用，使得深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)與采用單相氣體循環(huán)工質(zhì)的常規(guī)低溫制冷系統(tǒng)對回?zé)釗Q熱器具有明顯不同的要求。首先，雖然穩(wěn)態(tài)下制冷系統(tǒng)的工質(zhì)循環(huán)質(zhì)量流量是恒定的，但深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)回?zé)釗Q熱器內(nèi)由于存在強(qiáng)烈的相變過程，其任何一側(cè)(高壓或低壓)的出、入口的體積流量之比與常規(guī)的低溫氣體制冷系統(tǒng)有I至2個數(shù)量級的差別。其二，深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)回?zé)釗Q熱器內(nèi)的任何一側(cè)(高壓或低壓)的從入口到出口通常都處于相變流動傳熱區(qū)且其全程的干度變化較大，而常規(guī)低溫氣體制冷系統(tǒng)中回?zé)釗Q熱器內(nèi)通常為單相流動。其三，常規(guī)的低溫氣體制冷系統(tǒng)中回?zé)釗Q熱器通常可以通過簡單方法增加換熱面積來提高換熱效率同時提高系統(tǒng)的熱力學(xué)效率。深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)回?zé)釗Q熱器不僅換熱效率與兩相流動狀態(tài)和工質(zhì)組份濃度密切相關(guān)，而且由于兩相流動的液體偏析還會通過對循環(huán)工質(zhì)組份濃度的影響顯著影響系統(tǒng)的熱力效率。總體上講，深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)回?zé)釗Q熱器的設(shè)計更為復(fù)雜，需要從相變傳熱、兩相流動和與系統(tǒng)的熱力耦合等諸多方面綜合考慮。研究表明對于一定內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式的深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)用回?zé)釗Q熱器，除仔細(xì)考慮其各并行子通道內(nèi)兩相流動的均勻性外，最為重要的是沿程流速的設(shè)計，尤其是有明顯爬升的流道。在上升通道內(nèi)，當(dāng)流速小于某值時，兩相流動就會發(fā)生氣、液相分離，這會使得液相在部分子通道內(nèi)累積，形成液體擁塞而使其失效，這不但影響回?zé)釗Q熱器的傳熱效率，而且會改變循環(huán)工質(zhì)組份濃度，甚至使整個深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)失效。從理論上講，可以采用多個不同流道參數(shù)設(shè)計的回?zé)釗Q熱器，通過串聯(lián)方式來滿足上述沿程流速設(shè)計。但是，這種多回?zé)釗Q熱器串聯(lián)方式必須很好解決多次氣液相均配問題，不僅技術(shù)上難度大，而且會增加制造成本和額外的壓降損失。在小型深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)中，回?zé)釗Q熱器目前通常采用一種稱為林德型的逆流換熱器結(jié)構(gòu)，其是將多根細(xì)管穿于一根粗管內(nèi)，根據(jù)實際需要沿長度方向整體制成一定形狀，然后在兩端將細(xì)管匯流，并分別接上高、低壓的出、入口。該種結(jié)構(gòu)的回?zé)釗Q熱器的細(xì)管內(nèi)流通高壓流體，由細(xì)管外徑與粗管內(nèi)徑形成的縫隙中逆流通過低壓流體，形成高、低壓間的回?zé)釗Q熱，它具有制造簡單、成本低等優(yōu)點。目前，實際使用的上述結(jié)構(gòu)形式的回?zé)釗Q熱器通常采用全程等流通截面結(jié)構(gòu)，即從室溫端至低溫端高、低壓的流道截面積完全相等，為了解決前述問題，通常以上升通道內(nèi)的流體最小流速大于兩相流動氣、液相發(fā)生分離的臨界流速為具體結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計依據(jù)，這樣雖然保證了制冷系統(tǒng)的正常工作，但會在高、低壓均引入更大的壓力損失為代價，使制冷系統(tǒng)效率無法進(jìn)一步提高。基于上述認(rèn)識，本專利技術(shù)提出一種更加適合深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)高效工作的林德型逆流換熱器結(jié)構(gòu)低成本的變流道截面積回?zé)釗Q熱器。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于為兼顧回?zé)釗Q熱器內(nèi)的相變傳熱、兩相流動及其與系統(tǒng)的熱力耦合等諸多方面因素，而提供一種林德型逆流換熱器結(jié)構(gòu)低成本的變流道截面積回?zé)釗Q熱器，其結(jié)構(gòu)簡單、容易制造且成本低，可應(yīng)用于深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)，進(jìn)一步提聞系統(tǒng)的制冷效率。 本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下本專利技術(shù)提供的變流道截面積回?zé)釗Q熱器，其由η段相互連通的子換熱段、裝在變流道截面積回?zé)釗Q熱器高壓端的高壓入口連接件Hin和高壓出口連接件Hout，以及裝在所述變流道截面積回?zé)釗Q熱器低壓端的低壓入口連接件Lin和低壓出口連接件(Lout)組成，所述η為整數(shù)，2 < η < 5，如圖I所示；每一子換熱段均由一根外管2和置于該外管2之內(nèi)的m根內(nèi)管I組成，所述m為整數(shù)，3 < m < 30，各子換熱段的內(nèi)管I的數(shù)量m相同，且所述外管2和各內(nèi)管的軸心線相互平行，如圖2所示；所述η段子換熱段的外管2頭尾相接串接成一整體外管，所述η段子換熱段的內(nèi)管I分別頭尾相接，串接成m根頭尾相接的整體內(nèi)管；所述各子換熱段的外管2管徑和所述各子換熱段的內(nèi)管I管徑均不相同； 所述子換熱段的外管2管徑和所述子換熱段的內(nèi)管I管徑均由回?zé)釗Q熱器高壓入口端至高壓出口端逐漸減小順序相連；或者所述子換熱段的外管2管徑和所述子換熱段的內(nèi)管I管徑均由回?zé)釗Q熱器低壓出口端至低壓入口端逐漸減小順序相連。所述一子換熱段的外管內(nèi)徑稍大于與其相鄰的下一段子換熱段的外管外徑，下一段子換熱段的外管一端直接插入前一段子換熱段的外管內(nèi)，之后焊接成整體外管。所述一子換熱段的內(nèi)管內(nèi)徑稍大于其相鄰的下一段子換熱段的內(nèi)管外徑，下一段子換熱段的內(nèi)管一端直接插入前一段子換熱段的內(nèi)管內(nèi)，之后焊接成整體內(nèi)管。使用時，回?zé)釗Q熱器高壓端的高壓入口連接件Hin連接制冷系統(tǒng)的冷凝器出口，高壓出口連接件Hout連接制冷系統(tǒng)的節(jié)流元件；回?zé)釗Q熱器低壓端的低壓入口連接件Lin連接制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器出口，低壓出口連接件Lout連接制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)。本專利技術(shù)的變流道截面積回?zé)釗Q熱器，可使流道截面積從高壓入口至高壓出口實現(xiàn)數(shù)倍至數(shù)十倍的逐級變化，可更好滿足深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)高效運行，且易制造、成本低。附圖說明圖I為本專利技術(shù)的變流道截面積回?zé)釗Q熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為變流道截面積回?zé)釗Q熱器的子換熱段及截面示意圖。具體實施例方式實施例I :用于微型深冷多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)，實現(xiàn)100K溫區(qū)制冷的本專利技術(shù)的低成本變流道截面積回?zé)釗Q熱器。 如圖I所示，本專利技術(shù)的變流道截面積回?zé)釗Q熱器由η (η=5)段相互連通的子換熱段(即R1、R2、R3、R4和R5)、裝在該回?zé)釗Q熱器高壓端的高壓入口連接件Hin和高壓出口連接件Hout，以及裝在該回?zé)釗Q熱器低壓端的低壓入口連接件Lin和低壓出口連接件Lout組 成，每一子換熱段均由一根外管和同軸置于該外管內(nèi)的m (m=3)根內(nèi)管組成；各子換熱段外管尺寸分別為R1子換熱段外管Φ16Χ1.0，R2子換熱段外管Φ 14X1.0，R3子換熱段外管Φ12Χ0. 75，R4子換熱段外管Φ10Χ0. 75，R5子換熱段外管Φ8Χ0. 65 ；各子換熱段內(nèi)管尺寸分別為R1子換熱段內(nèi)管Φ6Χ0.5，R2子換熱段內(nèi)管Φ5Χ0.5, R3子換熱段內(nèi)管Φ4Χ0.4，R4子換熱段內(nèi)管Φ3. 2X0.4，R5子換熱段內(nèi)管Φ2. 4X0. 35 ;各子換熱段的內(nèi)管數(shù)相等；各子換熱段外管頭尾相接成一根本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種變流道截面積回?zé)釗Q熱器，其由n段相互連通的子換熱段、裝在變流道截面積回?zé)釗Q熱器高壓端的高壓入口連接件（Hin）和高壓出口連接件（Hout），以及裝在所述變流道截面積回?zé)釗Q熱器低壓端的低壓入口連接件（Lin）和低壓出口連接件（Lout）組成，所述n為整數(shù)，2≤n≤5；其特征在于，每一子換熱段均由一根外管（2）和置于該外管（2）之內(nèi)的m根內(nèi)管（1）組成，所述m為整數(shù)，3≤m≤30，各子換熱段的內(nèi)管（1）的數(shù)量m相同，且所述外管（2）和各內(nèi)管的軸心線相互平行；所述n段子換熱段的外管（2）頭尾相接串接成一整體外管，所述n段子換熱段的內(nèi)管（1）分別頭尾相接，串接成m根頭尾相接的整體內(nèi)管；所述各子換熱段的外管（2）管徑和所述各子換熱段的內(nèi)管（1）管徑均不相同；所述子換熱段的外管（2）管徑和所述子換熱段的內(nèi)管（1）管徑均由回?zé)釗Q熱器高壓入口端至高壓出口端逐漸減小順序相連；或者所述子換熱段的外管（2）管徑和所述子換熱段的內(nèi)管（1）管徑均由回?zé)釗Q熱器低壓出口端至低壓入口端逐漸減小順序相連。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳劍峰，公茂瓊，董學(xué)強(qiáng)，沈俊，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：