专利名称：换热器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种换热器及其制造方法。
背景技术：
换热器广泛应用于石油、化工、制药、暖通等领域，也发展出了适用于不同场合的各种型号的换热器。随着环保、低碳经济重要性的逐步提高，CO2作为一种环境友好型制冷工质进入了热泵等暖通设备领域。CO2跨临界循环系统运行时，CO2处于一种高温(40 120°C )高压(5 12MPa)的状态，传统的换热器不能满足其换热性、安全性以及可维护性的要求。同时传统的换热器由于热边界层的充分发展，降低了其换热性能。针对0)2跨临界循环系统应用的广泛前景，急需设计一种适合于跨临界状态下的高温高压介质进行换热的换热器。
发明内容
有鉴于此，有必要针对的问题，提供一种适合于跨临界状态下的高温高压介质进行换热的换热器及其制造方法。一种换热器，包括多根微金属管、多个边界层中断通道、第一集液-分液器和第二集液-分液器，相邻的微金属管之间通过边界层中断通道相连，形成微通道换热芯管组， 微通道换热芯管组设置在换热器外壳内，微金属管的外壁与换热器外壳之间形成换热介质腔，各微金属管的内部则为高温介质腔，换热器外壳和微通道换热芯管组分别与第一集液_分液器和第二集液_分液器固定连接，各微金属管通过第一集液_分液器与高温介质腔出口连接，各微金属管通过第二集液_分液器与高温介质腔入口连接，换热介质腔出口和换热介质腔入口分别与换热介质腔相连，换热介质腔入口靠近第一集液-分液器设置， 换热介质腔出口靠近第二集液_分液器设置。所述的换热器，其中，换热器外壳和微通道换热芯管组分别通过焊接或螺接的方式与第一集液_分液器和第二集液_分液器固定连接。所述的换热器，其中，相邻微金属管之间的距离在IOcm以内。所述的换热器，其中，微金属管是管径为6*lmm的不锈钢圆管。所述的换热器，其中，微金属管是波纹管、槽道管、缠绕管、螺纹管、翅片管中的一种。所述的换热器，其中，换热介质腔入口与第一集液_分液器的距离在IOcm以内，换热介质腔出口与第二集液_分液器的距离在IOcm以内。一种换热器的制造方法，包括将多根微金属管并联在一起，相邻的微金属管之间通过边界层中断通道相连，形成微通道换热芯管组；将微通道换热芯管组放置于换热器外壳内，微金属管的外壁与换热器外壳之间形成换热介质腔，各微金属管的内部则为高温介质腔；
将换热器外壳和微通道换热芯管组分别与第一集液-分液器和第二集液-分液器固定连接，并使各微金属管通过第一集液_分液器与高温介质腔出口连接，使各微金属管通过第二集液_分液器与高温介质腔入口连接；将换热介质腔出口和换热介质腔入口分别与换热介质腔相连，并使换热介质腔入口靠近第一集液_分液器设置，换热介质腔出口靠近第二集液_分液器设置。所述的换热器的制造方法，其中，采用焊接或螺接的方式将换热器外壳和微通道换热芯管组分别与第一集液_分液器和第二集液_分液器固定连接。本发明所采用的微金属管的管径较小，在相同承压条件下，所需管壁薄，减少了由于金属管壁产生的换热热阻。换热过程中，跨临界状态下的高温高压介质可以充分的与换热介质腔内的换热介质进行热交换。并且，由于边界层中断通道的存在，热边界层没有充分发展即被破坏，充分利用热边界层在初始阶段厚度薄、热阻小的特点，有效地减少了固定存在的底层热阻。同时，横向间错放置的边界层中断通道可对换热介质腔内的换热介质进行扰流，使换热介质在换热介质腔内形成S型流动路径，增强换热介质腔内部的对流换热。
图1是本发明换热器的示意图。
具体实施例方式本发明的目的是提供一种适合于跨临界状态下的高温高压介质进行换热的换热
ο请参阅图1，本发明的换热器包括多根微金属管4、多个边界层中断通道7、第一集液_分液器21和第二集液-分液器22，相邻的微金属管4之间通过边界层中断通道7(边界层中断通道7与微金属管4的材料相同，只是管径稍小)相连，形成微通道换热芯管组， 微通道换热芯管组设置在换热器外壳3内，微金属管4的外壁与换热器外壳3之间形成换热介质腔9，各微金属管4的内部则为高温介质腔，换热器外壳3和微通道换热芯管组通过焊接或螺接的方式分别与第一集液_分液器21和第二集液-分液器22固定连接，各微金属管4通过第一集液-分液器21与高温介质腔出口 1连接，各微金属管4通过第二集液-分液器22与高温介质腔入口 6连接，高温介质腔出口 1和高温介质腔入口 6与主循环通道相连。换热介质腔出口 5和换热介质腔入口 8分别与换热介质腔相连，换热介质腔入口 8靠近第一集液_分液器21设置，换热介质腔出口 5靠近第二集液-分液器22设置，这样高温介质与换热介质采用逆向换热方式增强换热。为增强换热，换热介质腔入口 8与第一集液-分液器21的距离应在IOcm以内，换热介质腔出口 5与第二集液-分液器22的距离也应在IOcm以内。本发明换热器的制造方法如下首先将一定数量的微金属管4并联在一起，并间隔一定的距离(根据边界层充分发展长度公式计算并结合加工以及安全性要求，相邻微金属管4之间的距离应在IOcm以内)，相邻的微金属管4之间通过边界层中断通道7相连，形成微通道换热芯管组，将微通道换热芯管组放置于换热器外壳3内，微金属管4的外壁与换热器外壳3之间形成换热介质腔9，各微金属管4的内部则为高温介质腔。采用焊接或螺接的方式将换热器外壳3和微通道换热芯管组分别与第一集液-分液器21和第二集液-分液器22固定连接，各微金属管4通过第一集液-分液器21与高温介质腔出口 1连接，各微金属管4通过第二集液-分液器22与高温介质腔入口 6连接，高温介质腔出口 1和高温介质腔入口 6与主循环通道相连。换热介质腔出口 5和换热介质腔入口 8分别与换热介质腔相连，将换热介质腔入口 8 靠近第一集液-分液器21设置，换热介质腔出口 5靠近第二集液-分液器22设置，这样高温介质与换热介质采用逆向换热方式增强换热。微金属管4可以从换热器外壳3内抽出，微金属管4可以是波纹管、槽道管、缠绕管、螺纹管或翅片管。本发明采用模块化可拆卸式设计，根据不同的换热需求，组合不同长度换热器。本发明所采用的微金属管4的管径较小(优选管径为6*lmm的不锈钢圆管，即圆管外径为6mm，管壁厚Imm)，在相同承压条件下，所需管壁薄，减少了由于金属管壁产生的换热热阻。换热过程中，跨临界状态下的(X)2等高温高压介质可以充分的与换热介质腔内的换热介质进行热交换。并且，由于边界层中断通道7的存在，热边界层没有充分发展即被破坏，充分利用热边界层在初始阶段厚度薄、热阻小的特点，有效地减少了固定存在的底层热阻。同时，横向间错放置的边界层中断通道7可对换热介质腔内的换热介质进行扰流，使换热介质在换热介质腔内形成S型流动路径，增强换热介质腔内部的对流换热。综上所述，本发明结构合理，小巧紧凑，承压范围大，易于加工，换热效率高，抗震性能好，并可以采用模块化的方式简单的扩大或减小换热面积，适合于跨临界状态下的高温高压介质的换热。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种换热器，其特征在于包括多根微金属管、多个边界层中断通道、第一集液-分液器和第二集液-分液器，相邻的微金属管之间通过边界层中断通道相连，形成微通道换热芯管组，微通道换热芯管组设置在换热器外壳内，微金属管的外壁与换热器外壳之间形成换热介质腔，各微金属管的内部则为高温介质腔，换热器外壳和微通道换热芯管组分别与第一集液-分液器和第二集液-分液器固定连接，各微金属管通过第一集液-分液器与高温介质腔出口连接，各微金属管通过第二集液-分液器与高温介质腔入口连接，换热介质腔出口和换热介质腔入口分别与换热介质腔相连，换热介质腔入口靠近第一集液-分液器设置，换热介质腔出口靠近第二集液-分液器设置。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于换热器外壳和微通道换热芯管组分别通过焊接或螺接的方式与第一集液_分液器和第二集液_分液器固定连接。
3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于相邻微金属管之间的距离在IOcm以内。
4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于微金属管是管径为6*lmm的不锈钢圆管。
5.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于微金属管是波纹管、槽道管、缠绕管、螺纹管、翅片管中的一种。
6.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于换热介质腔入口与第一集液_分液器的距离在IOcm以内，换热介质腔出口与第二集液-分液器的距离在IOcm以内。
7.一种换热器的制造方法，其特征在于，包括将多根微金属管并联在一起，相邻的微金属管之间通过边界层中断通道相连，形成微通道换热芯管组；将微通道换热芯管组放置于换热器外壳内，微金属管的外壁与换热器外壳之间形成换热介质腔，各微金属管的内部则为高温介质腔；将换热器外壳和微通道换热芯管组分别与第一集液_分液器和第二集液_分液器固定连接，并使各微金属管通过第一集液_分液器与高温介质腔出口连接，使各微金属管通过第二集液_分液器与高温介质腔入口连接；将换热介质腔出口和换热介质腔入口分别与换热介质腔相连，并使换热介质腔入口靠近第一集液_分液器设置，换热介质腔出口靠近第二集液_分液器设置。
8.根据权利要求1所述的换热器的制造方法，其特征在于采用焊接或螺接的方式将换热器外壳和微通道换热芯管组分别与第一集液_分液器和第二集液_分液器固定连接。
全文摘要
本发明涉及一种换热器及其制造方法，换热器的相邻的微金属管之间通过边界层中断通道相连，换热介质腔入口靠近第一集液-分液器设置，换热介质腔出口靠近第二集液-分液器设置。本发明所采用的微金属管的管径较小，在相同承压条件下，所需管壁薄，减少了由于金属管壁产生的换热热阻。换热过程中，跨临界状态下的高温高压介质可以充分的与换热介质腔内的换热介质进行热交换。并且，由于边界层中断通道的存在，热边界层没有充分发展即被破坏，充分利用热边界层在初始阶段厚度薄、热阻小的特点，有效地减少了固定存在的底层热阻。
文档编号F28D7/16GK102278902SQ201110185618
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者刘培, 岑继文, 蒋方明 申请人:中国科学院广州能源研究所